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汽轮机能耗诊断试验在电厂节能中的作用The Application of Energy Consumption Diagnosis Testfor Turbine to Energy Saving张 敏(东北电力科学研究院有限公司,辽宁 沈阳 110006)摘要:机组大修前后要进行汽轮机热力性能试验,其目的主要是测取汽轮机各项指标,开展能耗诊断分析,发现机组存在问题,分析机组经济性变化,为机组检修和经济运行提供依据。关键词:汽轮机;性能试验;能耗诊断中图分类号 TK267文献标识码 B文章编号 1004-7913(2007)10-0049-04 热力试验是求取汽轮发电机组热经济性的重要手段之一,虽然每台机组的性能在设计时都提供了一个保证值,但机组经过长期运行,运行工况和设备都发生变化,使电厂实际运行状况偏离设计要求,机组能耗水平也发生了变化。因此,根据节能技术监督规定,机组大修前后要开展汽轮机性能试验,以评价设备的经济指标。在常规的性能试验中,求取机组指标仅是性能试验的目的之一,更重要的是通过汽轮机的能耗诊断试验,发现机组存在的问题,定性定量分析机组能源消耗的环节,为机组检修和经济运行提供依据。1 能耗诊断试验的策划每个电厂的实际情况不同,能耗诊断项目的侧重点也不相同,首先试验部门会同电厂研究试验项目,制定能耗诊断策划书。根据策划书,试验部门制定测试方案,落实试验仪表。根据检修计划,在机组大修前后进行现场试验。为保证试验数据的准确性,应完善试验测点,采用专用测量仪表,遵循相关的规程和标准。现场试验结束后,对测量数据进行整理、分析,计算汽轮机的各项经济技术指标。通过试验数据及现场了解的情况,发现设备存在的问题,绘制能耗分布图,提出解决办法和建议,最终以报告的形式提交电厂。试验部门应对试验报告的内容和电厂交流,共同研究节能规划。2 汽轮机组热耗率诊断汽轮机组热耗率反映了汽轮机的整体性能,对新建机组、经过改造机组及大修前后均应开展汽轮机热耗率测试与诊断分析。汽轮机组热耗率试验标准有:汽轮机性能验收试验规程 AS ME PTC61996;电站汽轮机热力性能验收试验规程 GB/T81171987;流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量 GB/T 26241993。热耗率的试验可分为三级:一级试验,适用于新建机组或重大技术改造后的性能考核试验;二级试验,适用于新建机组或重大技术改造后的验收或达标试验;三级试验,适用于机组效率的普查和定期试验。一、二级测试应由具有该项试验资质的单位承担,应严格按照国家标准或其它国际标准进行试验;三级试验可参照国家标准。电厂常规的大修前后热力试验,通常按三级试验进行。试验工况为100%负荷系统隔离工况,通过对汽轮发电机组负荷、主蒸汽、再热冷热段、给水参数的测量,计算机组热耗率,经参数修正后(二组修正)与设计值进行比较,分析与设计值的差别。变负荷工况,通常进行100%、90%、80%、70%、60%额定负荷试验,变负荷工况不需要进行系统隔离,经过参数测量后计算机组热耗率。通过变负荷热耗试验,绘制机组变负荷热耗特性,分析机组负荷变化对经济性的影响。热耗试验中测量汽轮机的初参数,包括主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、给水温度等,分析汽轮机初参数变化对热耗率的影响。3 汽轮机主机方面能耗诊断汽轮机主机性能(特别是汽轮机汽缸效率等)942007年第10期 东北电力技术 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/是影响机组性能的最主要因素。由于在机组运行中,内部结构是否发生变化需要通过各项参数才能反映出来。通过试验确定汽轮机高、中压缸效率、低压缸效率,分析汽轮机缸效率对机组经济性的影响,并与设计值比较。汽轮机性能诊断的参考标准有:电站汽轮机技术条件 DL/T8922004;电站汽轮机热力性能验收试验规程 GB/T81171987;汽轮机热力性能计算书(制造厂提供)。a.汽轮机通流部分及缸效率对机组经济性影响和原因分析。在三阀全开工况考核汽轮机通流部分效率,在正常运行状态考核汽轮机汽缸效率。绘制汽轮机通流部分焓熵图,通过焓熵图发现汽轮机内部通流效率的变化。b.配汽机构对缸效率影响。主要考核调速汽门对汽轮机缸效率的影响。通过测量汽轮机主汽门前的参数及调节汽门后的参数以及三阀全开和正常运行的汽缸效率变化,分析配汽机构对经济性的影响。c.轴封漏汽和门杆漏汽对经济性影响。通过门杆漏汽流量、轴封供汽流量、各段轴封漏汽流量,分析汽轮机端部汽封状态,定量计算汽封泄漏流量对经济性的影响。如果是高中压合缸机组,则采用影响系数法试验确定高压缸向中压缸的冷却蒸汽流量。d.再热压损的变化对经济性影响。通过测量再热冷段蒸汽参数与再热热段蒸汽参数,分析锅炉再热系统压降对经济性的影响。e.老化对机组经济性的影响。参照AS ME标准,根据运行时间确定机组老化程度。f.汽机运行方式的不合理对机组经济、安全性影响及分析诊断。4 回热系统回热系统是火力发电厂提高经济性的重要设备,其运行状态是否正常对整个机组经济性有直接影响。回热系统及加热器性能诊断的标准有:汽轮机表面式给水加热器性能试验规程 JB/T58621991(2005);高压加热器技术条件 JB/T81901999;汽轮机低压给水加热器技术条件 JB/T 81841999。a.回热系统焓升分配。确定实际运行焓升分配与设计焓升分配的差别。b.各加热器、蒸冷器、降氧器温升及上、下端差变化对经济性影响和原因分析。通过测量加热器进汽参数、进出口水的参数及疏水参数,计算加热器温升和上下温差,与设计值比较,分析端差变化的原因。c.各抽汽管道压损变化对经济性影响。通过测量汽轮机抽汽参数和加热器进汽参数,计算抽汽管道压力损失,分析压力损失变化对经济性的影响。d.热力管道及系统布置不合理对机组经济和安全性影响。e.各加热器、除氧器的运行方式不合理对机组经济性影响。5 凝汽器及真空系统凝汽器的真空是汽轮机运行的重要参数,其数值大小对汽轮机的经济性和安全性都有很大的影响。在众多影响汽轮机经济性因素中,真空变化的影响位居第二。在实际运行中,凝汽器真空一般很难达到设计规定要求,因为影响凝汽器真空的因素较多,在汽轮机能耗诊断试验中,判断凝汽器的真实运行状态十分重要。凝汽器性能测试及诊断的标准有:火力发电厂技术经济指标计算方法 DLT9042004;凝汽器性能试验规程 JB/T33441993(2005);凝汽器与真空系统运行维护导则 DL/T9322005;凝汽器 胶球清洗装置 JB/T96331999。a.凝汽器真空系统严密性的分析。试验时,负荷稳定在80%以上,在停止抽气设备的条件下,试验时间为68 min,取后5 min的真空下降速度的平均值。通常对100 MW以上的机组,真空严密性要求在0127 kPa/min,如果有停机机会,可以采用高位上水找漏,如果机组在运行中,一是检查汽轮机低压部分轴封供汽压力是否在最佳值,二是利用氦质谱检漏仪对凝汽器及其真空系统查漏。b.凝汽器端差、温升及过冷度变化对机组经济性影响及分析诊断。通过测量汽轮机排汽压力以及凝汽器热井出水温度、循环水温度,计算凝汽器端差、温升及过冷度。凝汽器端差增大,表明凝汽器换热效果变差,主要影响凝汽器端差的因素是铜管结垢。如果铜管结垢,一是加强胶球清洗,二是在停机期间采用高压水射流冲洗,如果结垢严重,可采用化学酸洗。过冷度发生变化应检查真空严密性变化,加强凝汽器水位的监视和控制,对冷却水流量调节和控制,检查疏放水阀门泄漏情况。05东北电力技术2007年第10期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/c.冷却水温度变化对机组经济性影响。计算冷却水温度随季节变化对汽轮机排汽压力的影响,进而分析不同的循环水温度对机组经济性的影响。d.胶球清洗装置的运行状况。了解胶球清洗装置的投入率、收球率,分析胶球清洗装置的运行状况。判断胶球清洗投球数量是否合理,必要时根据冷却水管清洁系数确定胶球清洗时间间隔和清洗持续时间。e.抽气器效果、凝汽器空气系统及周边热力系统布局合理性诊断分析。6 机组散热状况测试热力设备保温效果的好坏直接影响散热损失的大小和表面温度的高低,从而影响能耗水平和经济性,因此在能耗诊断工作中要考虑设备及管道的保温效果,并对其进行评价。评价热力设备保温效果的标准有:(火力发电厂保温材料技术条件 DL/T7762001;火力发电厂保温工程热态考核测试与评价规程 DL/T9342005;设备及管道保温效果的测试与评价 GB/T81741987;火力发电厂热力设备耐火及保温检修导则 DL/T 9362005。a.保温效果测试通常分为三级:一级测试适用于新工艺、新材料、新结构的保温工程鉴定测试;二级测试适用于新建和改建保温工程的验收测试;三级测试适用于保温工程的普查和定期测试。通常机组能耗诊断测试采用三级测试。b.测试的主要部位包括汽轮机本体、主蒸汽、再热蒸汽和给水管道、各加热器、抽汽疏水管道、阀门等。c.通常采用表面温度法进行测试,并对保温效果进行评价。d.必要时,可计算表面散热系数、散热热流密度,判断保温效果及散热对机组经济性的影响。7 机组循环系统阀门泄漏诊断阀门是火力发电厂应用最多的设备之一,有气动阀、电动阀、手动阀、液控阀等。这些阀门多数处于高温高压状态,容易发生泄漏。阀门泄漏分外漏和内漏,内漏不容易引起重视,但对机组的经济性却有很大影响。a.在能耗诊断试验中,首先应进行汽水流量平衡试验,判断机组汽水损失,计算不明泄漏量。b.在能耗诊断中,重点检查锅炉侧定期排污系统和锅炉疏放水阀门、汽机侧各加热器旁路门、高加危急放水门、疏水箱处疏放水阀门及高、低压旁路门等。c.测试手段常采用红外温度测试仪测量阀体温度、超声波阀门内漏检测仪及手摸感知等方法定性确定阀门泄漏程度。综合阀门泄漏对机组经济性影响程度和阀门泄漏程度两项因素,对泄漏阀门进行排序,使电厂有计划地开展检修工作。8 冷却水塔运行状态诊断冷却水塔的冷却效果直接影响凝汽器进口冷却水温度及机组真空,进而影响机组的经济性,因此冷却水塔的运行维护工作非常重要,对其开展性能诊断十分必要。评价冷却水塔运行效果的标准有:工业冷却塔测试规程 DL/T10272006;冷却塔验收测试规程 CECS1182000;冷却塔塑料部件技术条件 DL/T 7422001;冷却塔淋水填料、除水器、喷溅装置 性能试验方法 DL/T 9332005。a.冷却水塔的测试通常有性能试验、考核试验和常规测试。对于新建水塔应进行考核测试,要了解水塔的变工况情况应进行水塔的性能测试,通常在能耗诊断中使用常规测试。b.常规测试时,需要测量冷却水塔进塔与出塔的冷却水温度,判断冷却效果。通过冷却塔出口水温与大气湿球温度差值计算湿式冷却水塔的冷却幅高。c.在能耗诊断试验中,应检查溅水碟是否完整、有无脱落和堵塞;淋水填料外观是否整齐,有无缺损、变形和杂物;配水系统是否清洁,有无漏水、溢水、阻碍水流动的现象;除水器安放是否平稳,有无缺损、漏装、变形现象;淋水密度是否均匀;冷却水质是否干净。d.在测试中发现问题,提出整改意见。9 机组主要水泵的能耗试验汽轮机辅机中,给水泵、凝结水泵、循环水泵是耗功较大的泵类,开展效率测试,分析其设备性能,有助于提高整个机组的经济性。水泵性能测试的标准有:回转动力泵 水力性能验收试验1级和2级 G B/T32162005;大型锅炉给水泵性能现场试验方法DL/T8392003。a.通过水泵(泵组)进行效率测试,判断水泵是否在最经济工况运行。若效率发生变化,分析变化的原因。152007年第10期 东北电力技术 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/b.测试水泵单耗(特别是水泵耗电率),分析水泵耗电在整个厂用电的比例。c.开展水泵性能测试,绘制水泵流量、扬程、功率和效率曲线,为水泵优化运行提供依据。d.当对水泵进行重大改造时,进行水泵验收试验,判断水泵性能是否达到设计要求。10 机组优化运行火力发电机组运行优化技术是以最优化理论为指导,依据机组主辅机设备实际运行情况,从运行角度入手,通过全面优化试验的结果及综合分析,建立一整套运行优化操作程序和合理的优化方式,使机组能在各种负荷范围内保持最佳的运行方式和最合理的参数匹配。a.机组定滑压运行参数的选择。在不同负荷下,选择定压参数和不同的滑压参数进行经济性分析、比较,获得机组在全负荷范围的最佳运行方式。选择定滑定运行方式的负荷转折点,确定定滑定运行方式下各负荷点的主蒸汽压力和相应的高压主汽调门开度。b.泵组最佳运行方式确定。确定给水泵组、循环水泵组、真空泵组的最佳运行方式。c.最佳凝汽器背压试验。包括机组微增出力试验和循环水泵运行优化配置试验,通过不同负荷下改变凝汽器背压,测量机组的微增功率及循环水泵功耗,寻求最佳凝汽器背压。对多台机组,确定不同机组间循环水泵的组合方式。11 机组供电煤耗煤耗是评价机组或全厂经济性的综合指标,通过能耗诊断试验,分析机组设备运行等方面偏离最佳值后对煤耗的影响。a.在能耗诊断试验中,测量机组在不同负荷下的厂用电率。b.根据锅炉效率、汽轮机热耗、厂用电率等反平衡计算机组供电煤耗,给制机组供电煤耗与负荷变化的关系曲线。c.通过能耗诊断试验,计算主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、汽轮机排汽压力、循环水温度、给水温度、过热器减温水量、再热器减温水量、负荷率、机组老化、高压缸、中压缸、低压缸效率、高、低压加热器端差、管道抽汽压损、机组散热、回热系统、系统疏放水阀门泄漏、锅炉排污率、给水泵汽轮机性能变化、厂用电率等对煤耗的影响,配汽机构对缸效率的影响,各缸端部轴封及门杆漏汽对经济性影响,汽机运行方式不合理对机组经济、安全性影响及分析诊断。d.根据能耗诊断试验,确定机组可能达到的预期目标。12 结束语随着火力发电厂对节能工作的重视,汽轮机能耗诊断试验越来越多,要求也更严格。试验部门应不断研究出现的新问题,掌握先进的节能方法和措施,为电厂提供更好的服务,为节能工作做出更大的贡献。作者简介:张 敏(1965),硕士,高级工程师,从事火力发电厂节能与热力试验工作。(收稿日期 2007-06-15)我国发电机组制造水平已达国际先进水平国家发展和改革委员会能源局近日发布的一份报告说,我国发电设备制造企业已具备生产30万kW及60万kW发电机组的能力,并已达到国际先进水平,百万kW级机组也已实现部分国产化。2006年我国生产的火电机组中,30万kW及以上机组占76%。其中,60万kW级及以上机组占4813%。报告分析认为,受电力需求影响,我国电力装备制造业一直保持较高增速。今后我国将继续引进并消化国外先进技术,提高自主创新能力,全面掌握高参数、大容量机组的设计制造能力,为实现“十一五”节能减排、上大压小和电力工业可持续发展做出积极贡献。2006年,我国电力工业新增装机约1亿kW,电力总装机达到6122亿kW,位居世界第二。我国电力供应结束了持续数年的紧张,供需基本平衡。根据电力工业发展“十一五”规划,到2010年我国电力装机将达到814亿kW。25东北电力技术2007年第10期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/