CN107907005B - 一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，进行两种状态下直接空冷凝汽器翅片换热面通风量的测试及计算，即清洁基准状态及正常运行状态；比较正常运行计算出的通风量与空冷凝汽器清洁状态下的通风量数据，如通风量降低偏低超出10%，则直接空冷凝汽器翅片换热面脏污较严重，需要进行清洗。采用本方法提供的公式计算直接空冷凝汽器翅片换热面通风量，通过通风量的连续监测即可解决直接空冷凝汽器翅片清洁状态的监测问题，为电厂运行及检修提供了准确的定量数据；采用直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，可对直接空冷凝汽器的脏污异常状态实时进行监控，满足了电厂经济性分析的需要。

Description

一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法

技术领域

本发明涉及一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法。

背景技术

直接空冷凝汽器作为电厂直接空冷机组最重要的换热器设备，承担着将机组排汽热量散热至环境的重要功能。随着电力机组向大容量高参数发展，电厂中直接空冷凝汽器的工作性能对电厂的经济性影响越来越大。以某一600MW直接空冷机组汽轮机为例，空冷凝汽器压力每提高1个kPa，将直接增加电厂发电煤耗约1g/kW·h。但目前影响直接空冷凝汽器性能的换热器表面脏污状态参数，尚没有有效于段进行定量监测和评估，因此对于电厂空冷机组的节能评估存在一个较大的问题。

凝汽器冷却方式：湿式冷却方式湿式冷却方式分直流冷却和冷却塔2种。湿式直流冷却一般是从江、河、湖、海等自然水体中罗致必定量的水作为冷却水，冷却工艺离心机汲取废热使水温升高，再排入江、河、湖、海。当不具备直流冷却条件时，则需要用冷却塔来冷却。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。

干式冷却方式在缺水地区，增补因在冷却过程中损大的水非常难题，采用空气冷却的方式能很好地办理这一问题。空气冷却过程中，空气与水(或排汽)的热交换，是通过由金属管组成的散热器表面传热，将管内的水(或排汽)的热量传输给散热器外活动的空气。当前，用于发电厂的空冷系统主要有3种，即直接空冷系统、带表面式凝汽器的间接空冷系统(哈蒙式空冷系统)和带喷射式(混淆式)凝汽器的间接空冷系统(海勒式空冷系统)。直接空冷便是利用空气直接冷凝从汽轮机的排气，空气与排气通过散热器进行热互换。海勒式间接空冷系统主要由喷射式凝汽器和装有福哥型散热器的空冷塔形成，系统中的高纯度中性水进入凝汽器直接与凝汽器排汽混归并将加热后的冷凝水绝大部门送至空冷散热器，颠末换热后的冷却水再送至喷射式凝汽器进行下一个循环。少少一部分中性水经由精处置惩罚后送回锅炉与汽机的水循环系统。哈蒙式间接空冷系统又称带表面式凝汽器的间接空冷系统，在该系统中冷却水与汽锅给水是离开，如许就保证了锅炉给水水质。哈蒙式空冷系统由表面式凝汽器与空冷塔构成，系统与通例的湿冷系统无比相似。据统计目宿世界上空冷系统的装机容量中，直接空冷系统约占43％，表面式凝汽器间接空冷系统约占24％，混台式凝汽器间接空冷系统约占33％。

直按空冷系统的工作原理汽轮机排汽在空冷凝汽器中被空气冷却而凝结成水，排汽与空气之间的热交流是在表面式空冷凝汽器内完成。在直接空冷换热历程中，应用散热器翅片管外侧流过的冷空气，将凝汽器中从处于真空状况下的汽轮机排挤的热介质饱和蒸汽冷凝，末了冷凝后的固结水经处理后送回锅炉。

直接空冷凝汽器的作用直接空冷技术的生长主要是缭绕直接空冷凝汽器管束进行的。空冷凝汽器是空冷机组冷真个主要部分，汽轮机排汽将险些全体在凝汽器中冷凝成冷凝水。汽轮机排出的蒸汽在凝汽器翅片管束内流动，空气在凝汽器翅片管外流动对于蒸汽直接冷却。从提高冷却效率角度启程，一般在管制下面装有电扇机组进行强制通风或将管束建在天然透风塔内，在现有运行的机组中，强迫通风方式由于其可调控机能较好等好处而遍及应用。直接空冷凝汽器由于特色突出，已经渐渐在世界列国进行技术钻研并渐渐推广应用。由于间接空冷凝汽器系统相对付直按空冷凝汽器系统有档锚链多、造价高、维修量大、运行难度大且可靠性较差，以是它将只是水冷凝汽器系统和直接空冷凝汽器系统之间的一个过渡，直接空冷凝汽器将是以后电厂冷却系统发展的紧张方向。

直接空冷凝汽器的发显现状电厂空冷凝汽器技术的开辟应用已有几十年的历史。德国早在1939年就建成为了采用空气冷却的发电机组。1950年匈牙利的海勒传授初次提出电站间接空冷技能，电站空冷技术发展到如今已经履历了由不可熟到成熟的发展过程。空冷系统的翅片管散热器按质料分有：铝管铝翅、钢管铝翅以及钢管钢翅3种。按布局分，现在空冷系统广泛采用的有4种：圆形铝管镶铝翅片、热浸锌椭圆钢管套矩形翅片、大直径热浸锌椭圆钢管套矩形翅片、大直径扁管焊接蛇型铝翅片。直接空冷技术的发展重要是环抱直接空冷凝汽器管教进行的，目前空冷凝汽器所用的翅片管基本上是表面镀锌的卵形钢管加钢质翅片或圆形的钢管加铝翅片。20世纪60年代，直接空冷凝汽器技术的发展早期，由于受加工工艺的限定，翅片管的内径较小，单管长度短，管束排数多。由于多排组成的管束空气(蒸汽)流会发生逝世区，换热面积不克不及被充沛使用，并且气流阻力大；在管束内去世区征象易泛起冬天运行时容易结冰。因此，直接空冷技术其时根本上都在单机容量对比小的发机电组上利用。20世纪80年月，翅片管设计及制造技术都有了很大的提高，管径和长度都已增长，此中翅片管基管直径已经扩展到50mm以上，因此，管排也相应地淘汰，呈现了单排管。单排管具有：换热面积利用充实、氛围侧流动阻力小、不易冰冻、制造容易和造价低等长处，有利于促成空冷机组向大机组的偏向发展。跟着空冷凝汽器技术的不停发展及其技术和经济方面的优点，为直接空冷系统在大容量机组上的运用奠基了坚固底子，空冷技术已经在越来越多的国度患上到认同和使用。

正常运行中，空冷凝汽器换热器表面脏污状况恶化时，最直接的影响是使凝汽器换热面翅片间隙减小，导致通风截面减少及风机冷却风量减小，最终直接影响空冷凝汽器压力。实际运行中，采用直接计算表面换热系数于段来计算换热器表面脏污状态参数的难度很大，相关参数的测量困难，因此直接获取换热器表面脏污状态参数是不可行的。

因此迫切需要一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法来解决目前的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，用于监测直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态，为汽轮机冷端系统的性能诊断、指导电厂运行提供重要的参考数据。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，包括以下步骤：

步骤一，在直接空冷凝汽器清洁基准状态下，停运直接空冷凝汽器翅片清洗系统，并使直接空冷凝汽器风机运行频率保持在额定值50Hz，测量获得清洁基准状态的运行数据；

步骤二，在直接空冷凝汽器正常运行状态下，停运直接空冷凝汽器翅片清洗系统，并使直接空冷凝汽器风机运行频率保持在额定值50Hz，测量获得正常运行状态的运行数据；

步骤三，根据步骤一测量所得运行数据计算清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁；

步骤四，根据步骤二测量所得运行数据计算正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q_t；

步骤五，比较步骤三所得清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁和步骤四所得正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂，若正常运行状态通风量q₂低于清洁基准状态下通风量q₁且偏低超出某一百分比，则直接空冷凝汽器翅片换热面脏污较严重，需要进行清洗。

进一步的，上述步骤一获得所述清洁基准状态的运行数据包括：清洁基准状态环境大气压力p₁、清洁基准状态直接空冷凝汽器进口环境温度t₁和清洁基准状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P₁。

进一步的，上述步骤二获得所述正常运行状态的运行数据包括：正常运行状态环境大气压力p₂、正常运行状态直接空冷凝汽器进口环境温度t₂和正常运行状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P₂。

进一步的，上述步骤三中清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁计算过程为：根据清洁基准状态环境大气压力p₁、清洁基准状态直接空冷凝汽器进口环境温度t₁和清洁基准状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P₁，计算获得清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁，计算式如下：

根据空气密度特性，存在以下关系：

由式(2)及式(3)可得：

式中，P为空冷凝汽器风机变进口功率，单位为kW；ρ为风机进口空气密度，单位为kg/m³；p为环境大气压力，单位为kPa；t为直按空冷凝汽器进口环境温度，单位为℃；q为直按空冷凝汽器的通风量，单位为m³/h；角标“g”为空冷凝汽器保证设计状态参数；角标“1”为空冷凝汽器清洁基准状态所测参数，n为系数，取0.33；

空冷凝汽器保证设计状态下的各项参数，如环境大气压力p_g，凝汽器进口环境温度t_g，风机变进口功率P_g均为已知量，可由厂家提供的技术参数表查得。

进一步的，上述步骤二中正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q_t计算过程为：根据正常运行状态环境大气压力p₂、正常运行状态直接空冷凝汽器进口环境温度t₂和正常运行状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P₂，计算获得正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂，计算式如下：

根据空气密度特性，存在以下关系：

由式(6)及式(7)可得：

式中，P为空冷凝汽器风机变进口功率，单位为kW；ρ为风机进口空气密度，单位为kg/m³；p为环境大气压力，单位为kPa；t为直接空冷凝汽器进口环境温度，单位为℃；q为直接空冷凝汽器的通风量，单位为m³/h；角标“g”为空冷凝汽器保证设计状态参数；角标“2”为空冷凝汽器正常运行状态所测参数，n为系数，取0.33；

空冷凝汽器保证设计状态下的各项参数，如环境大气压力pg，凝汽器进口环境温度tg，风机变进口功率Pg均为已知量，可由厂家提供的技术参数表查得。

进一步的，所述直接空冷凝汽器清洁基准状态运行数据测量选择在直接空冷凝汽器机组大修时，并对空冷凝汽器的翅片换热面进行过彻底的高压水冲洗及机械清理之后进行。

进一步的，所述直接空冷凝汽器正常运行状态运行数据测量选择在直接空冷凝汽器机组正常运行且直接空冷凝汽器机组运行负荷稳定时进行。

进一步的，所述凝汽器翅片换热面脏污判定中正常运行状态通风量q2低于清洁基准状态下通风量q1的百分比为10％。

进一步的，风机消耗功率与直接空冷凝汽器的通风量的特性公式推导中，基于风机通风量变化时风机静压效率、传动装置效率、风机变效率、风机变频器效率保持不变的假定。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：

本发明专利采用间接测量及计算的方式，主要是通过测量大气压力、空冷凝汽器进口环境温度、空冷凝汽器风机变进口功率参数，采用本方法提供的公式计算直接空冷凝汽器翅片换热面通风量，通过正常运行中通风量的连续监测即可解决直接空冷凝汽器翅片清洁状态的监测问题，为电厂运行及检修提供了准确的定量数据；采用直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，可对直接空冷凝汽器的脏污异常状态实时进行监控，满足了电厂经济性分析的需要。

具体实施方式

以下对本发明进行进一步详细的叙述。

一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，包括以下步骤：

步骤一，在直接空冷凝汽器清洁基准状态下，停运直接空冷凝汽器翅片清洗系统，并使直接空冷凝汽器风机运行频率保持在额定值50Hz，测量获得清洁基准状态的运行数据，数据包括：清洁基准状态环境大气压力p1、清洁基准状态直接空冷凝汽器进口环境温度t1和清洁基准状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P1；

步骤二，在直接空冷凝汽器正常运行状态下，停运直接空冷凝汽器翅片清洗系统，并使直接空冷凝汽器风机运行频率保持在额定值50Hz，测量获得正常运行状态的运行数据，数据包括：正常运行状态环境大气压力p2、正常运行状态直接空冷凝汽器进口环境温度t2和正常运行状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P2；

步骤二，根据步骤一测量所得运行数据计算清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q1；

根据清洁基准状态环境大气压力p1、清洁基准状态直接空冷凝汽器进口环境温度t1和清洁基准状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P1，计算获得清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q1，计算式如下：

根据空气密度特性，存在以下关系：

由式(2)及式(3)可得：

式中，P为空冷凝汽器风机变进口功率，单位为kW；ρ为风机进口空气密度，单位为kg/m³；p为环境大气压力，单位为kPa；t为直接空冷凝汽器进口环境温度，单位为℃；q为直接空冷凝汽器的通风量，单位为m³/h；角标“g”为空冷凝汽器保证设计状态参数；角标“1”为空冷凝汽器清洁基准状态所测参数，n为系数，取0.33；

空冷凝汽器保证设计状态下的各项参数，如环境大气压力p_g，凝汽器进口环境温度t_g，风机变进口功率P_g均为已知量，可由厂家提供的技术参数表查得。

步骤四，根据步骤二测量所得运行数据计算正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q_t；

根据正常运行状态环境大气压力p₂、正常运行状态直接空冷凝汽器进口环境温度t₂和正常运行状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P₂，计算获得正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂，计算式如下：

根据空气密度特性，存在以下关系：

由式(6)及式(7)可得：

式中，P为空冷凝汽器风机变进口功率，单位为kW；ρ为风机进口空气密度，单位为kg/m³；p为环境大气压力，单位为kPa；t为直接空冷凝汽器进口环境温度，单位为℃；q为直接空冷凝汽器的通风量，单位为m³/h；角标“g”为空冷凝汽器保证设计状态参数；角标“2”为空冷凝汽器正常运行状态所测参数，n为系数，取0.33；空冷凝汽器保证设计状态下的各项参数，如环境大气压力p_g，凝汽器进口环境温度t_g，风机变进口功率P_g均为已知量，可由厂家提供的技术参数表查得。

步骤五，比较步骤二所得清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁和步骤四所得正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂，若正常运行状态通风量q₂低于清洁基准状态下通风量q₁且偏低超出某一百分比，则直接空冷凝汽器翅片换热面脏污较严重，需要进行清洗。

所述直接空冷凝汽器清洁基准状态运行数据测量选择在直接空冷凝汽器机组大修时，并对空冷凝汽器的翅片换热面进行过彻底的高压水冲洗及机械清理之后进行。所述直接空冷凝汽器正常运行状态运行数据测量选择在直按空冷凝汽器机组正常运行且直接空冷凝汽器机组运行负荷稳定时进行。所述凝汽器翅片换热面脏污判定中正常运行状态通风量q₂低于清洁基准状态下通风量q₁的百分比为10％。风机消耗功率与直接空冷凝汽器的通风量的特性公式推导中，基于风机通风量变化时风机静压效率、传动装置效率、风机变效率、风机变频器效率保持不变的假定。

本测试方法所采集的数据容易测量，判断方法简洁，便于实施，可以为直按空冷凝汽器的性能状态监测提供一种可靠方法。

本发明专利采用直接空冷凝汽器翅片换热面通风量，作为监测直接空冷凝汽器翅片清洁状态的判断指标。采用本专利方法计算得到的直接空冷凝汽器翅片换热面通风量，已综台考虑直接空冷凝汽器运行环境条件变化时导致的通风量变化。本发明专利进行测量和计算的原理如下：正常运行中，空冷凝汽器换热器表面脏污状况恶化时，最直接的影响是使凝汽器换热面翅片间隙减小，导致通风截面减少及风机冷却风量减小，最终直接影响空冷凝汽器压力。实际运行中，通过直接测量空冷凝汽器相关参数进而计算换热器表面脏污状态参数的难度很大，因此本专利采用采用直接空冷凝汽器翅片换热面通风量作为间按反映空冷凝汽器翅片清洁状态的判断指标。而通风量的变化最直接的反映在空冷凝汽器风机总耗电功率的变化上，因此通过测量空冷凝汽器风机变进口功率结台其它环境参数可以监测空冷凝汽器翅片换热面通风量的变化，进而监测空冷凝汽器翅片换热面清洁状态。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明专利采用间接测量及计算的方式，主要是通过测量大气压力、空冷凝汽器进口环境温度、空冷凝汽器风机变进口功率参数，采用本方法提供的公式计算直接空冷凝汽器翅片换热面通风量，通过正常运行中通风量的连续监测即可解决直接空冷凝汽器翅片清洁状态的监测问题，为电厂运行及检修提供了准确的定量数据；采用直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，可对直接空冷凝汽器的脏污异常状态实时进行监控，满足了电厂经济性分析的需要。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保扩范围之内。

Claims (7)

1.一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，在直接空冷凝汽器清洁基准状态下，停运直接空冷凝汽器翅片清洗系统，并使直接空冷凝汽器风机运行频率保持在额定值50Hz，测量获得清洁基准状态的运行数据；

步骤二，在直接空冷凝汽器正常运行状态下，停运直接空冷凝汽器翅片清洗系统，并使直接空冷凝汽器风机运行频率保持在额定值50Hz，测量获得正常运行状态的运行数据；

步骤三，根据步骤一测量所得运行数据计算清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁；

步骤四，根据步骤二测量所得运行数据计算正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂；

步骤五，比较步骤三所得清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁和步骤四所得正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂，若正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂低于清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁且偏低超出某一百分比，则直接空冷凝汽器翅片换热面脏污较严重，需要进行清洗；

步骤三中清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁计算过程为：根据清洁基准状态环境大气压力p₁、清洁基准状态直接空冷凝汽器进口环境温度t₁和清洁基准状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P₁,计算获得清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁，计算式如下：

根据空气密度特性，存在以下关系：

由式(2)及式(3)可得：

式中，P为直接空冷凝汽器风机变进口功率，单位为kW；ρ为风机进口空气密度，单位为kg/m³；p为环境大气压力，单位为kPa；t为直接空冷凝汽器进口环境温度，单位为℃；q为直接空冷凝汽器的通风量，单位为m³/h；角标g为直接空冷凝汽器保证设计状态参数；角标1为直接空冷凝汽器清洁基准状态所测参数，n为系数，取0.33；

所述直接空冷凝汽器保证设计状态参数：环境大气压力p_g，直接空冷凝汽器进口环境温度t_g，直接空冷凝汽器风机变进口功率P_g均为已知量，可由厂家提供的技术参数表查得；

步骤四中正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂计算过程为：根据正常运行状态环境大气压力p₂、正常运行状态直接空冷凝汽器进口环境温度t₂和正常运行状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P₂,计算获得正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂，计算式如下：

根据空气密度特性，存在以下关系：

由式(6)及式(7)可得：

式中，P为直接空冷凝汽器风机变进口功率，单位为kW；ρ为风机进口空气密度，单位为kg/m³；p为环境大气压力，单位为kPa；t为直接空冷凝汽器进口环境温度，单位为℃；q为直接空冷凝汽器的通风量，单位为m³/h；角标g为直接空冷凝汽器保证设计状态参数；角标2为直接空冷凝汽器正常运行状态所测参数，n为系数，取0.33；

所述直接空冷凝汽器保证设计状态参数：环境大气压力p_g，直接空冷凝汽器进口环境温度t_g，直接空冷凝汽器风机变进口功率P_g均为已知量，可由厂家提供的技术参数表查得。

2.根据权利要求1所述的一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，其特征在于：步骤一获得所述清洁基准状态的运行数据包括：清洁基准状态环境大气压力p₁、清洁基准状态直接空冷凝汽器进口环境温度t₁和清洁基准状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P₁。

3.根据权利要求1所述的一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，其特征在于：步骤二获得所述正常运行状态的运行数据包括：正常运行状态环境大气压力p₂、正常运行状态直接空冷凝汽器进口环境温度t₂和正常运行状态直接空冷凝汽器风机变进口功率P₂。

4.根据权利要求1所述的一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，其特征在于：所述直接空冷凝汽器清洁基准状态运行数据测量选择在直接空冷凝汽器机组大修时，并对直接空冷凝汽器的翅片换热面进行过彻底的高压水冲洗及机械清理之后进行。

5.根据权利要求1所述的一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，其特征在于：所述直接空冷凝汽器正常运行状态运行数据测量选择在直接空冷凝汽器机组正常运行且直接空冷凝汽器机组运行负荷稳定时进行。

6.根据权利要求1所述的一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，其特征在于：所述凝汽器翅片换热面脏污判定中正常运行状态下直接空冷凝汽器的通风量q₂低于清洁基准状态下直接空冷凝汽器的通风量q₁的百分比为10％。

7.根据权利要求1所述的一种直接空冷凝汽器翅片换热面清洁状态的监测方法，其特征在于：直接空冷凝汽器风机变进口功率与直接空冷凝汽器的通风量在通过公式计算过程中，基于风机通风量变化时风机静压效率、传动装置效率、风机变效率、风机变频器效率保持不变的假定。