DCS设计汇报清单委员会 - 中国大唐集团科学技术研究院.ppt
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1、,重要辅机高效改造技术路线,大唐集团科学技术研究院华中所李明2014年 11月 北京,主 要 内 容,概述,真空泵高效改造,循环水泵变频及双速改造,电泵改汽泵类改造,凝结水泵等泵类高效改造,永磁调速改造,疏水系统改造,概述,1)辅机在电厂节能中占有重要地位 节能潜力较大2)辅机节能是经常性的工作 工作多、细3)辅机节能技术日新月异 要跟踪最新技术的发展4)辅机节能要突破章程限制 要结合现场实际开展,火电厂的主要损失和消耗:,锅炉热损失:灰、渣、排烟损失等汽机热损失:进汽节流、通流部分损失 、泄漏损失、余速损失、回热损失等发电机损失管道散热损失冷源损失辅机耗电损失工质泄漏损失其他损失如工况变化、
2、燃料损耗等,一、真空泵高效改造,目前真空泵存在的主要问题:问题(1)夏季真空泵工作水温度高,造成真空泵抽吸能力下降,严重者影响到主机真空。问题(2)冬季汽轮机真空较高,真空泵易产生汽蚀现象,造成振动、噪音,严重者造成叶轮损坏。问题(3)双背压真空泵抽气排挤,造成真空下降问题。,(一)夏季降低真空泵工作液温度的改造,该方案解决问题(1) 1 水环式真空泵工作液温度影响抽吸能力1)对应的饱和压力即能抽吸的最高真空:30的汽化压力为4.24kPa40的汽化压力为7.35kPa2)工作液汽化后,真空泵因抽吸自身工质汽化产生的气体挤占真空泵抽气量造成真空泵出力不足。,图1 不同工作水温度的真空泵特性曲线
3、,工作液温度在吸入口压力10kPa以下的情况下对真空泵性能影响很大,而电厂中真空泵的抽气压力刚好在此范围之内。中部地区夏季气温较高,冷却水多用地表水往往超过35,凝汽器真空必然受限。,对于300MW机组,工作液温度每降低1,真空泵吸入口真空大概提高0.18%左右。如果影响到主机真空,经济性会受很大影响。假设主机因水温影响真空0.5kPa,则影响煤耗1.3g/kWh,按年利用小时4500小时,夏季三个月运行节约标煤439吨,按标煤价格700元计,节约资金30万。,2 改造技术路线,2.1 加装外来冷却水源2.2 配置一套制冷设备,2.1 加装外来冷却水源,引入冷水源,根据电厂自身条件选取,如水库
4、下层冷水、深井水、中央空调冷冻水。中央空调冷冻水需考虑其压力满足真空泵冷却器设计的压差要求,一般要超过0.15MPa,否则其通流量不足,达不到预期改造效果。技术特点:改造方便,见效快,但受电厂条件限制。,2.2配置一套制冷设备,加装一套辅助冷却装置1)通过该装置的闭式冷冻水循环冷却真空泵工作液。2)保留原换热器,冬季或当制冷装置检修时,用原换热器冷却,从而减少电耗。技术特点:投资较大,占地大,会多耗一部分电。,(二)加装前置大气喷射器改造,该方案解决问题(1)、(2)。 解决真空泵产生汽蚀,产生振动、噪音的问题,同时解决夏季真空泵工作水温度高、抽吸能力下降的问题。大气喷射器作用是利用大气压相对
5、于真空泵的压差,产生空气射流,在喷射器内获得比真空泵更低的抽吸压力,提高真空泵的入口压力,防止真空泵产生汽蚀,起到保护真空泵的作用。,因为当凝汽器的真空在35kPa时,水环喷射器真空泵机组的第一级(喷射器)的吸入压力也在35kPa左右,但作为第二级的真空泵其吸入压力在12kPa左右,这样,同样的工作水温,完全没有可能产生汽蚀现象,彻底解决产生汽蚀的原因。夏季,真空泵机组的抽气性能不受水温影响。,技术特点:投资较少,但会多耗一部分电。,大气喷射器启动后,一般的按6kPa(轴功率在99kW)与12kPa(轴功率在113kW)来对比,也就是说,加装大气喷射器后,其轴功率大约会提高14kW左右。电流比
6、原来大约增加10%,大约15A。,(三)罗茨-水环(或爪式)真空泵,该方案解决问题(1)、(2)。1 目前真空泵的缺点1)选型大:设计部门往往只考虑快速启机的响应速度(30分钟内达到某真空值)和最大的允许漏气量作为选型原则,存在大马拉小车的现象。2)效率低:水环真空泵的效率低至30-45%。而射水抽气器的效率更低。3)真空泵抽气能力受制于工作水温度的变化,夏季、冬季运行受限。,2 真空泵节能原理,从抽气时间公式可看出,对同一容积(V)的容器,在初终参数(P,P)确定情况下,抽气时间t是抽气率Q的函数,而抽气率Q的大小代表真空泵的功率大小。具体到电厂中,抽气时间决定于真空严密性,真空泵功率大小应
7、与实际运行漏气速率相匹配,只要真空泵的性能参数符合抽真空要求即可。,试验研究表明:汽轮机凝汽器正常运行中的漏气量是非常少的,300MW机组真空严密性 为200Pa/min,只需大于1650 m3/h(气汽混合物)的抽气量就可维持真空,而配备的真空泵抽气能力达到30004000m3/h,因此目前的真空泵存在大马拉小车的状况,能耗较高。高效抽真空泵组(罗茨-水环式或罗茨-爪式真空泵组)可以解决实现以小代大实现节能目的。,高效抽真空泵组是由一台罗茨真空泵和一台水环真空泵串联而成的罗茨水环真空泵组。第一步:蒸汽和不凝结气体先经罗茨真空泵增压;第二步:蒸汽和不凝结气体进入级间冷凝器冷却凝结;第三步:不凝
8、结气体进入水环真空泵抽吸。,3 真空泵系统改造安全可靠性分析,1) 汽轮机组启动时,原有的两台水环真空泵按原运行方式投入运行;2) 机组运行正常、真空稳定、真空严密性优良的情况下,高效罗茨水环真空泵组投入运行、原有两台水环真空泵作备用;3) 机组真空系统发生严重泄漏或高效真空泵组故障时,原有水环真空泵联锁投入运行满足真空要求;4) 多配置一台小功率真空泵组,多了一台大功率真空泵或射水抽气器作备用,系统的安全冗余增加,可靠性更高。,4 抽气量核算,1) 泄漏空气量:以300MW 湿冷机组为例,在真空严密性达到优秀值状态下的漏气量仅有10kg/h 左右;在真空严密性为200Pa/min 时,漏入的
9、空气量约20kg/h。,VG泄漏空气体积流量 m3/hMg泄漏空气质量流量 kg/hRG空气常数,为287.05J/Kgk (焦耳/公斤K)Tmin混合物绝对温度K。Pmin 凝汽器背压 (毫巴),2)混合物体积流量,因此在真空严密性小于200 Pa/min 的情况下,只要选择一台实际抽气量大于1650 m3/h的高效罗茨真空泵组即可抽出漏入凝汽器真空系统的20kg/h 的空气,维持系统的真空。考虑机组变工况运行时真空的波动,最终选用抽气量为2160m3/h 确保可靠运行。,(4)夏季工况的核算夏季计算汽气混合物体积流量为: 745 m3/h而选用高效罗茨水环真空泵组抽气量为2160 m3/h
10、,因此夏季高效抽真空泵组的可靠性更高。,以300MW 湿冷机组为例,使用的水环真空泵,配置160KW 电机,水环真空泵运行电流为220A;若选用总功率为48.5KW 的高效罗茨水环真空泵组,其正常运行总电流为48A,以年运行7500 小时计算,年节约电量约72 万KWh 以上,节电率达75%。每年效益约30万元。另一方面,由于罗茨泵的增压,使得水环泵入口压力提高一倍以上,避免原水环真空泵抽气性能受工作液水温升高而大幅下降的影响,解决原水环真空泵汽蚀问题。,(四)双背压真空泵系统改造,该方案解决问题(3)。双背压凝汽器,排挤低压凝汽器,从而造成低压凝汽器内部不凝结气体集聚,机组真空降低。改造后低
11、背压真空可提高0.5-1kPa。 部分600MW机组改造时还需注意,将两台凝汽器内部汽侧联通管进行封堵。,二、循环水泵变频及双速改造,现状:循环水泵的经济运行是冷端节能工作一项重要环节。大多数循环水泵已改造为双速。循环水泵双速运行能解决春秋每季大部分工况的经济运行,中部地区每天温差达12左右,双速泵运行不能随水温变化每天进行调节。变频调节能能依据水温实时调节转速,实现在线连续优化运行,能提供的循环水优化运行方式更多。,(一)循环水泵双速改造,1 技术原理及技术路线循环水泵双速改造技术相对简单,在此基础上进行冷端循环水优化试验后,能使机组大部分时间保持较为经济的运行方式,而且技术成熟、成本低,应
12、该在设计阶段就予以考虑,未改造的机组尽快改造。,离心泵相似定律。将600MW机组3600KW16P循泵电动机改为16/18P双速电动机。低速时,水泵流量为全速的0.89倍,扬程为0.79倍,轴功率为的0.7倍,相当于水泵流量减少11%时,电机输出功率可减少30%。,2 节能改造效果,300MW机组:产生的效益包括双速改造后的耗电率下降、循环水优化运行后真空的提高、以及多发电产生的经营效益。根据统计循环水泵双速改造后循环水泵耗电率下降0.15%左右,节电和最佳真空优化两方面的综合效益使供电煤耗年平均降低0.75g/kWh左右,按4500利用小时、标煤700元计,折合70万人民币。,(二)循环水泵
13、变频改造,1概述以往大功率高压变频器故障率较高,循环水泵又是直接影响全厂安全的重要设备。国家能源政策下趋紧的新形势下,变频循环水泵相对于双速来说,运行工况更多、适应范围更广。如果解决安全运行的问题,其节能效果较好,特别是在气温变化快、工况变化多的地区更为突出。,2技术原理及技术路线,2.1高压变频器加装变频器,改变电源频率即可改变电机的转速,从而达到调节流量的目的。一般采用一拖二方式,一工一变可切换。2.2高压变频器的通用旁路及自起装置配置通用型旁路装置,在变频器本地和远程均可实现工切变和变切工的转换,使电机一直处于运行状态。旁路及自起装置提高了变频器的可靠性,延长了变频器的使用时间和效率,大
14、大减少了变频器不必要的停机造成的经济损失。,2.3循环水泵变频改造后安全运行控制策略制定循环水泵变频改造后的安全运行策略,并在自动控制中实现,包括循环水泵启动、停机、变频运行、工频运行、单泵、双泵并联等各种复杂运行工况的控制方式,以及最小频率限制等各项保护设定,提供全过程的安全保障,减少故障率,避免停机事故。最小频率限制受水塔标高、管网阻力以及工频、变频并联时两台泵的出口压力等条件限制,需要设计时予以核算。根据某330MW变频改造后的经验,在工频泵与变频泵同时运行的情况下,变频泵的最低运行频率为37 Hz,在变频泵单独运行时为35Hz。,2.4循环水泵变频改造后优化运行控制策略冷端优化试验使发
15、电利润最高:为寻找最优运行方式,采用建立相关计算模型、进行现场试验、进行凝汽器热力特性变工况计算、进行优化计算,最终给出最佳技术经济优化方法。下图为多工况的运行推荐图,变频后比高低速相比,可选择的运行工况要多。以往进行现场优化试验后的结果和设想只能在SIS或其他离线方式实现,往往需要运行人员判断并手动实施,因此存在一定的不可控因素。而变频调速的好处是能够直接控制水泵转速,能在热工控制中实现,这样优化后的数据和设想就能在运行中在线实现,大大提高了工作效率和节能效果。,3 节能改造效果,300MW机组:节电和最佳真空优化两方面的综合效益使供电煤耗年平均降低1.1g/kWh左右,按4500利用小时、
16、标煤700元计,折合104万人民币。,(三)双速和变频两种方案对比,三、凝结水泵等泵类高效改造,现状设备选型大1)火力发电厂设计技术规程规定“每台机组宜配置2 台110%或3 台55% 最大凝结水流量容量的凝结水泵”。 凝泵流量设计为VWO再加110%裕量,THA 工况凝泵富裕:110%*110%-100%=21% 。2)根据设计原则:“凝泵扬程等于从凝汽热井到除氧器入口流动阻力的1.1- 1. 2 倍、除氧器最大工作压力的1.15 倍、凝汽器最高真空及热井最低水位线到除氧器入口静压之和。” 凝泵扬程设计将比THA 实际需要扬程高34% 左右。目前机组负荷率60-70%,实际运行偏离更多。因此
17、由于凝泵设计容量偏大, 节流损失大,严重偏离经济运行点, 运行整体经济性差。,改造主要有以下途径:,去除一级叶轮:车削末级叶轮; 更换一级叶轮:更换整个转子;泵整体更换;实现调速运行(变极数、串电阻、液力耦合器、永磁调节、变频调节等);小机组多级离心泵汽蚀运行。,(一)去叶轮改造,适用于压力裕量较大、系统不需要太高压力的多级离心泵。其原理根据泵串联工作特性:流量不变、扬程相加。,以凝泵为例,在不改变凝结水泵的流量情况下去掉末一级叶轮,能够保证扬程下降到使其出口压力下降,其轴功率下降,从而实现节能降耗。这种改造的特点是工作量较小, 在不改变泵组外型尺寸的情况下, 更换零部件少, 拆下叶轮可以备用
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