毕业论文(设计)直接空冷机组冷端系统能效评价与故障诊断方法研究.pdf
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1、国内图书分类号:TK264 国际图书分类号:621.1学校代码:10079 密级:公开专业硕士学位论文直接空冷机组冷端系统能效评价与故障诊断 方法研究 申请学位:工程硕士 专业领域:动力工程培养方式:全日制所在 学院:能源动力与机械工程学院(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文直接空冷机组冷端系统能效评 价与故障诊断方法研究,是本人在导师指导下,在华北电力大学攻读硕士学位 期间独立进
2、行研究工作所取得的成果。据本人所知,论文中除已注明部分外不 包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人 和集体,均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。华北电力大学硕士学位论文使用授权书直接空冷机组冷端系统能效评价与故障诊断方法研究系本人在华北电力 大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果 归华北电力大学所有,本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完 全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关 部门送交论文的复印件和电子版本,允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电 力大学,可以采用影印、缩
3、印或其他复制手段保存论文,可以公布论文的全部 或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“J”):保密口,在.年解密后适用本授权书不保密气/(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士论文摘 要直接空冷机组在我国富煤贫水地区得到了快速的发展。本文针对直接空冷 机组,建立了能效评价模型,实现了冷端系统能效实时评价。对评价结果不理 想的情况分别按评价等级进行运行可调类参数优化或冷端系统可维护类故障诊 断,以提高冷端系统的能效水平,提高直接空冷
4、机组的热经济性和安全性。能效评价模型运用了 AHP-F评价方法展开评价。能效评价的等级分别是优 秀、良好、一般、需改进、需整顿。当冷端系统性能评价结果为需改进时,冷 端系统需要优化调整。优化的目标值是最佳背压,本文建立了冷端系统变工况 数学模型,结合直接空冷电厂背压功率修正曲线和风机群耗功与背压的关系曲 线,得出了变工况条件下确定最佳背压及最佳风速的办法,以最佳背压为基准 值进行计算,可以得出冷端系统优化后的节能空间。当冷端系统的评价结果为需整顿时,冷端系统的可维护类故障诊断任务被 触发。冷端系统性能下降的故障顶事件是真空下降,可能是由风机系统故障、轴封系统故障、抽真空系统故障、主凝结水系统故
5、障、空冷凝汽器设备的其他 故障引起的。本文针对13个故障,结合FMEA、FTA分析方法,进行了故障 模式分析、故障征兆分析、故障原因分析、故障影响分析和故障维修措施分析,建立了十分完备的冷端系统知识库。在此基础上,应用模糊模式识别进行冷端 系统的故障诊断,研究表明,糊模式识别诊断方法的诊断准确性高、分离效果 明显。关键词:冷端系统;能效评价;最佳背压;真空;故障诊断;I(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文AbstractDire
6、ct air-cooling unit has been rapid development in rich coal and water-poor areas of Chinas.This paper established evaluation model of energy efficiency of direct air cooling unit to achieve evaluation of energy efficiency on cold end systems in real-time.I f the results of the evaluation were not an
7、 ideal situation,the results can do optimize of run-adjustable parameters and maintain fault diagnosis by rated class to improve the energy efficiency and safety of the cold end system.Energy efficiency evaluation model started with the AHP-F evaluation method.The levels of energy efficiency are exc
8、ellent,good,fair,needs to be improved,the need for rectification.When the cold-end system performance evaluation results needs to be improved,the cold end system should be optimized to adjust.Optimization target is the optimal back-pressure.This paper established the cold end system variable conditi
9、on mathematical model,combined with backpressure correction curve of direct air-cooled power plant and wind power fleet consumption,can obtain the way of determining the optimal back-pressure and optimal wind speed under varying operating conditions.Optimal back-pressure is calculated as the referen
10、ce value to get space saving after the cold end system optimization.When the results of evaluating on cold end system is required to rectify,fault diagnosis task is triggered.Cold end system performance degradation fault top event is a vacuum down.I t may be caused by the fan system failure,seal sys
11、tem failure,vacuum system failure,the main condensate system failures,other equipment failures caused by air-cooled condenser.Aiming at 13 faults,combined with FMEA,FTA analysis,failure mode analysis,the fault symptom analysis,fault analysis and fault repair measures earned out,established a very co
12、mplete cold-end system knowledge base.On this basis,the fuzzy pattern recognition is used in troubleshooting of cold end system,the study showed that high diagnostic accuracy and obviously separation.Keywords:cold end system,energy efficient evaluation optimal back-pressure,vacuum,fault diagnosisn(C
13、)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文目录摘 要.IAbstract.II第1章绪论.11.1 课题背景.11.2 直接空冷机组国内外研究现状.21.2.1 直接空冷机组发展现状.21.2.2 直接空冷机组冷端系统能效优化研究现状.21.2.3 直接空冷机组冷端系统故障诊断研究现状.41.3 直接空冷机组冷端系统存在的问题.41.4 本文主要工作.6第2章直接空冷机组冷端系统能效评价.72.1 直接空冷机组冷端系统介绍.72.2 直接
14、空冷机组冷端系统能效评价.102.2.1 冷端系统的能效评价方法.112.2.2 AHP-F评价法的实施.122.2.3 冷端系统的能效评价标准.192.3 冷端系统能效评价基准值的确定.202.3.1 基准值确定方法的实施.212.4 本章小结.25第3章 运行可调类参数优化.263.1 直接空冷机组冷端系统变工况数学模型.263.2 冷端系统变工况特性的研究及实例分析.303.3 变工况下直接空冷机组发电功率增量的确定.323.4 风机群耗功的确定.323.5 直接空冷凝汽器最佳背压的确定.34III(C)1994-2019 China Academic Journal Electroni
15、c Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文3.6 背压变化对标准煤耗率的定量计算.373.7 本章小结.38第4章 冷端系统可维护类故障分析.394.1 可维护类故障分析方法.394.1.1 故障模式与影响分析.394.1.2 故障树分析.434.2 冷端系统故障模式及原因分析.444.2.1 风机系统故障.444.2.2 轴封系统故障.45423抽真空系统故障.48424主凝结水系统故障.494.2.5 空冷凝汽器其它故障.514.3 本章小结.55第5章 冷端系统可维护类故障诊断.565.1 模糊逻辑理论概述.565.
16、2 模糊模式识别的方法.565.3 冷端系统故障模糊诊断数学模型.575.3.1 冷端系统低真空运行故障征兆模糊处理.575.3.2 冷端系统典型故障论域特征矢量的确定.58533冷端系统故障诊断实例.635.4 本章小结.64第6章结论与展望.656.1 结论.656.2 后续展望.66参考文献.67在校期间发表的学术论文和参加科研情况.70致谢.71rv(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文第1章绪论1.1 课题背景随着电力工
17、业的快速发展,火力发电厂汽轮发电机组向着大容量、高参数、清洁高效的方向不断发展。发电行业是仅次于农业灌溉的第二用水大户,我国 水资源短缺,因而电力工业快速增长与水资源紧张成为社会经济发展中无法回 避的矛盾川。我国煤炭资源和水资源分布极不平衡,从全国煤水资源的分布情 况看,北方有山西、陕西、宁夏、蒙西、锡盟、乌盟、哈密等七大煤电基地,然而当地水资源贫乏。在这些地方建设坑口电厂,水资源必然成为最大的制约 因素,节水技术的开发和应用日趋迫切。21世纪以来,在“富煤缺水”的三北 地区,直接空冷技术得到了广泛的应用。理论计算,相比与同容量湿冷机组,空冷机组冷却系统本身可节水97%,全厂性节水约65%,节
18、水所产生的直接效 益非常显著。截止到2009年底,,.全国总共有61台600MW级空冷机组投入 运行。“十二五”规划了 16大煤电基地空冷机组项目,其中前13个大型煤电基 地的新建电站都明确规定必须采用空冷技术。目前,我国的空冷机组进入了快 速发展时期,无论在数量上还是单机容量上都走在了世界的前列。直接空冷机组具有冷却效率高、节水效果明显、基建投资较少、系统冷却 空气量调整灵活和运行可靠性高等优点。然而,与诞冷机组相比,空冷机组又 存在煤耗率高、背压变化幅度大、运行上缺乏经验器缺点。据统计,机组供电 煤耗下降lg/kW-h,一年即可节煤4200t。因此,直接空冷机组的节能降耗与 安全运行指导对
19、火力发电厂显得尤其重要。对于直接空冷机组冷端系统的能效 评价,应该是基于冷端系统评价模型的基础上完成的。建立冷端系统科学合理 的评价体系,选用合适的评价方法,对节能潜力巨大的冷端系统进行能效评价 具有重大的现实意义。当能效较差时,冷端系统需要运行优化,则要综合考虑降低背压对机组发 电功率增量与耗功设备消耗厂用电的增量的影响,因此采用最佳背压反映冷端 系统的经济性。这类研究大多集中在湿冷机组上,在传统真空的定义上,又增 加了循环水费用、锅炉补充水、燃料、制粉、汽轮机排汽阻力等因素,寻找最 经济运行背压。目前,空冷机组最佳背压的研究很少。研究汽轮机变工况下冷 端系统的最佳运行方式,确定风机合理的运
20、行转速,对机组经济运行具有重要 意义。直接空冷机组经济性运行不仅与理论最佳背压的调节、风机的运行有关,而且与其运行状态有关。随着机组容量、参数的提高,直接空冷机组冷端系统(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文更加庞大,影响凝汽器真空的因素增多。一旦局部参数异常或故障不能得到及 时处理,不仅会使故障程度进一步扩大,造成设备损坏,而且还会引起一系列 保护动作,甚至停机,造成严重的经济损失。因此,直接空冷机组冷端系统在 线监测与故障诊断
21、的研究和应用具有十分重要的意义。1.2 直接空冷机组国内外研究现状1.2.1 直接空冷机组发展现状国外直接空冷技术始于1939年。德国GEA公司首先提出了火电厂直接空 冷的设想,并将第一台凝汽式汽轮机的直接空冷凝汽器安装于德国鲁尔矿区工 业电站。1950年,匈牙利人海勒(Heiler)教授发表了电厂间接空冷技术的论 文,混合式间接空冷系统(即海勒系统)由此开始发展。70年代匈牙利人福哥(Forgo)教授改造了空冷凝汽器散热器后,表面式凝汽器的间接空冷技术得到 了商业性发展,电站空冷系统的装机容量以指数曲线方式增长。1987年,南非 Matimba电站6X665MW空冷机组投入运行,标志着直接空
22、冷技术大容量单机 开始得到了应用,电站空冷技术也日趋成熟。德国、匈牙利、美国、西班牙、前苏联、南非、伊朗、印度、英国、沙特等国家也已建成一批空冷机组,运行 情况良好。我国1987年引进匈牙利混凝式间接空冷系统,由此开始应用空冷技术。随 着空冷技术的发展,间接空冷系统逐渐由直接空冷系统代替,直接空冷技术的 研究工作也在开展中。我国在2000年直接空冷技术尚属空白,2001年在山西 交城义望铁合金厂投入运营的2X6MW直接空冷机组是我国首座国产直接空 冷机组。2003年我国首台大容量直接空冷供热机组(2X200MW)山西大唐云 冈热电厂(原平旺热电厂)1、2号机组顺利投入运营,填补了我国大型直接空
23、 冷机组的空白。2010年宁夏华电灵武电厂投产了 2X1000MW超超临界直接空 冷机组,是当时世界上参数最高、单机容量最大的直接空冷机组。目前,我国 空冷机组无论在数量上还是在单机容量上都走在了世界前列。在今后的一段时 期空冷技术在我国电力行业还具有相当大的发展潜力,空冷技术在国内电力市 场有着非常大的需求。1.2.2 直接空冷机组冷端系统能效优化研究现状冷端系统的性能研究于上个世纪七十年代铺展开来。1977年,美国电力研 究院(E PRI)在研究报告中指出,凝汽器性能对热耗及机组发电量影响显著,火力发电厂中3.8%的损失是由凝汽器引起的。1988年,EPRI对Petersburg(C)19
24、94-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文电厂3号机组的机组进行了测试,制定了改善凝汽器性能的试验方法和步骤,这是当时最全面的关于凝汽器性能方面的资料。1995年SouthBay电站安装 的凝汽器性能在线监测系统,能够监测到凝汽器性能下降的程度,并给出提高 凝汽器性能的指导意见。2001年,M Ratishe/】给出了火电机组凝汽器的计算 模型,该模型可计算全工况下的凝汽器性能特性。M.M.Priet。等人设计了一种 不完全连接神经网络,预测火
25、电机组凝汽器性能。专家学者也对轴流风机群的运行特性进行了初步研究。C.A.Salta等研究了 进口气流对风机性能的影响,研究表明,最外围风机最易受到气流畸变的影响。Bredell网等通过CFD模拟,针对2类不同结构的风机,研究了风机入口流场变 形对风机群性能的影响,获得了流量变化规律。Gu对大型直接空冷凝汽器进 行了风动模拟实验,发现风速、来流风向角和空冷平台高度对凝汽器的效率有 重要影响,提出回流率的概念。随着国内各电力集团纷纷建设空冷电站,其中又以直接空冷方式居多,因 此,直接空冷系统的研究越来越受到重视。目前,针对直接空冷机组冷端系统 运行优化的研究主要集中在:直接空冷凝汽器变工况特性研
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