CN101737310A - 基于疏水泵流量软测量的泵效率测算方法 - Google Patents

Abstract

一种基于疏水泵流量软测量的泵效率测算方法。本发明所述热力系统由串联的低压加热器(简称低加)组成和一个疏水泵组成。从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取带疏水泵低加出口水压力，获取疏水泵的入口水的温度，获取疏水泵配置电机实时电流实时电压、电机效率与功率因数，计算得到疏水泵的入口水压力及疏水平均比容，计算疏水泵压差为带疏水泵加热器出口水压力与疏水泵的入口水压力之差，应用基于能量平衡的火电机组低加系统中疏水泵流量测算方法计算疏水泵流量，根据以上数据计算出疏水泵输出功率及输入功率。计算输出功率与输入功率的比值为疏水泵效率。

Description

基于疏水泵流量软测量的泵效率测算方法

技术领域

本发明涉及到一种基于疏水泵流量软测量的泵效率测算方法，属于软测量领域。

背景技术

随着火电机组容量的扩大，回热系统对机组的影响越来越受到关注。回热加热器中，为改善表面式加热器的回热效果，低压加热器通常会带有疏水泵。疏水泵效率的测量对于疏水泵的性能监测、疏水泵的优化运行、加热器组的运行状态分析乃至回热系统热的平衡计算都具有重要影响。因此有必要对疏水泵效率进行监测。目前还未见疏水泵效率的测算以及疏水泵性能监测方法的报道。

目前，在火电厂厂级监控信息系统SIS(Supervisory Information System)或者系统分散控制系统DCS(Distribution Control System)中，一般没有疏水泵效率测点。在对疏水泵输入功率测算时无法提取瞬时功率值而影响到疏水泵效率测算，而在对疏水泵输出功率测算时需要对疏水泵流量进行计算，目前对疏水泵流量的监测有两种方法，一种是布置相关测点。在热力系统中增设疏水泵测点，需根据对它的性能要求，流体特性、安装要求、环境条件和费用因素等来选择合适的流量计。增设此测点后，对流量将存在一定的影响，并需花费人力物力对其进行维护。因此，从硬件方面直接解决疏水泵流量的问题耗时耗力，存在诸多不便。另外一种监测方式为通过热平衡计算中的迭代计算得出疏水泵流量。采用此种计算方法，不但需要人为预设误差阈值，并且需要花费一定的计算时间来得到结果，因此也存在一定的弊端。这些存在于疏水泵流量测量中的问题直接影响了疏水泵输出功率的测量。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种能够节约硬件和内存资源的基于疏水泵流量软测量的泵效率测算方法，该方法能够通过软测量方法实现对疏水泵效率的在线监测，具有成本低、精度高的优点。

本发明采用如下技术方案来实现：

一种基于疏水泵流量软测量的泵效率测算方法，由串联的第1～n级低加组成，n＝2～4，其中，利用疏水泵将第1级加热器的疏水与第1级加热器出口的给水混合，其他各级加热器的疏水逐级自流，算法步骤如下：

步骤1：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取带疏水泵加热器出口水压力p_w；获取疏水泵的入口水的温度t_p，计算得到疏水泵的入口水压力p_p及疏水平均比容v_p，计算疏水泵压差Δp为带疏水泵加热器出口水压力p_w与疏水泵的入口水压力p_p之差，疏水泵流量D_p由基于能量平衡的火电机组低加系统中疏水泵流量测算方法计算得出，计算疏水泵输出功率用W_out表示：

W_out＝D_pΔpv_p

所述的疏水泵流量D_p采用如下方法得到：

步骤1-1：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取第1级低加入口水温度t_win和压力p_win，计算得到入口水焓值h_win；获取各加热器的抽汽温度t_j，抽汽压力p_j(j＝1～n)，计算得到各级加热器的抽汽焓值h_j；获取各低加的出口水温度t_wj，压力p_wj，计算得到加热器出口水焓值h’_w1和h_wi(i＝2～n)；获取各加热器疏水温度t_dj，结合抽汽压力，计算得到各级加热器疏水焓值h_dj，流出第j级低加的疏水流量份额用d_dj表示；

步骤1-2：设第1级低加的疏水泵中疏水和低加出口水混合后的流量份额为1，第1级低加入口水流量份额为d_in，第1级疏水流量份额为d_p，根据流量平衡关系，d_p＝d_d1，加热器出口水焓值为h’_w1，疏水泵出口焓值为h_d1，混合点后的焓值为h_w1；

步骤1-3：建立流量平衡方程：

d_in+d_p＝1

建立混合点热平衡计算方程：

d_in*h’_w1+d_p*h_d1＝1*h_w1

建立加热器传热平衡方程：

d_in*(d’_w1-h_win)＝d₁*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)

并由此得到疏水泵的流量份额d_p：

$d_p=1-d_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_1+[{\mathrm{\θ}}_1/q_2+{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_{d3}](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}$

其中，τ₁＝h’_w1-h_win，θ₁＝h_d1-h’_w1，g₂＝h₂-h_d2，g₁＝h₁-h_d1，，γ₁＝h_d2-h_d1，τ’₂＝h_w2-h_d1，γ₂＝h_d3-h_d2，

其中，当n＝2时，d_d3＝0；

当n＝3时，d_d3＝d₃； $d_3=\frac{h_{w3}-h_{w2}}{h_3-h_{d3}};$

当n＝4时，d_d3＝d₃+d₄； $d_4=\frac{h_{w4}-h_{w3}}{h_4-h_{d4}};$

d_d4＝d₄； $d_3=\frac{h_{w3}-h_{w2}-d_{d4}*(h_{d4}-h_{d3})}{h_3-h_{d3}};$

步骤1-4：根据步骤3所得到的疏水流量份额d_p，结合SIS或DCS中的凝水流量D_n检测值，计算出疏水泵流量D_p，D_p＝d_p*D_n。

步骤2：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取疏水泵配置电机实时电流I实时电压U，并从疏水泵配置电机铭牌上读取疏水泵配置电机效率η与功率因数

计算疏水泵输入功率W_in：

步骤3：计算疏水泵效率η_p：

本发明的优点在于：

1、本文发明提出的疏水泵有效输出能量的软测量模型，所需参数一般均在SIS系统中有相应热工量测点，无需在系统中特别另加测点测量。

2、与效率测算中必须测量电功率的传统方法不同，本发明直接依据常规的电流、电压测量值，建立了满足工程精度的输入功率软测量模型，降低了测量成本。

3、基于上述软测量模型的疏水泵效率测算方法，不仅填补了疏水泵效率测算的空白，亦是一种低成本解决方案。

4、采用软测量模型，求解疏水泵出口流量，是本发明的另一个显著的优点。传统流量测量中，为保证一定的测量精度、稳定性和可靠性，需要复杂昂贵的测量元件，由于疏水泵安装位置的局限性，疏水泵效率的直接测量几乎无法实现，而软测量则不受此限制影响。

5、本发明采用的疏水泵流量d_p的计算方法是本发明进一步具有如下优点：

5-1、随着我国发电机组容量的扩大，作为辅助设备的疏水泵的性能监测也成为保证机组安全性和经济性的因素之一。目前，未见疏水泵流量的测算以及疏水泵性能监测方法的报道。疏水泵流量即为能够体现疏水泵性能的重要参数，本发明提出的基于能量平衡的火电机组回热系统疏水泵流量测算方法解决了疏水泵性能监测的问题，能够有效的对疏水泵性能进行实时监测。

5-2、传统流量测量中，为保证一定的测量精度、稳定性和可靠性，测量元件需要具备一定的前后主管段长度。软测量的基本思想是应用计算机技术对难以测量或者暂时不能测量的重要变量，选择另外一些容易测量的变量，通过构成某种数学关系来推断或者估计，以软件来替代硬件的功能。因此软测量不受传统流量测量限制影响，不仅节约了成本，且增加了应用范围。利用既有的测点参数进行计算，充分利用了现有资源；软测量得到的计算结果避免了新增测量元件带来的误差，保证了测量精度。本发明所提出的疏水泵出口水流量测量属于软测量模型，其中所需参数一般均在SIS系统或DCS系统中有相应测点。因此，无需在系统中特别另加测点测量，省去了测量元件的费用和维护花费，实现了低成本的目的。

5-3、利用传统的热平衡方法求解出疏水泵出口水流量，需要进行迭代计算，耗费时间、且需要制定计算误差以保证计算精度。本发明采用能量平衡方程和流量平衡推导出流量测算模型，此流量模型为显式算法模型，无需迭代计算；和传统算法相比，节约了计算时间和内存资源。

附图说明

图1为疏水泵效率计算的示意图。

图2为两个低加和一个疏水泵组合的示意图。

图3为三个低加和一个疏水泵组合的示意图。

图4为四个低加和一个疏水泵组合的示意图。

图5为疏水泵流量计算流程图。

图6为本发明的计算流程图。

具体实施方式

一种基于疏水泵流量软测量的泵效率测算方法，由串联的第1～n级低加组成，n＝2～4，其中，利用疏水泵将第1级加热器的疏水与第1级加热器出口的给水混合，其他各级加热器的疏水逐级自流，算法步骤如下：

步骤1：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取带疏水泵加热器出口水压力p_w；获取疏水泵的入口水的温度t_p，计算得到疏水泵的入口水压力p_p及疏水平均比容v_p，计算疏水泵压差Δp为带疏水泵加热器出口水压力p_w与疏水泵的入口水压力p_p之差，疏水泵流量D_p由基于能量平衡的火电机组低加系统中疏水泵流量测算方法计算得出，计算疏水泵输出功率用W_out表示：

W_out＝D_pΔpv_p

所述的疏水泵流量D_p采用如下方法得到：

步骤1-1：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取第1级低加入口水温度t_win和压力p_win，根据经典的1997年国际水和水蒸汽性质协会提出的工业用水和水蒸汽热力性质模型IAPWS-IF97(Association for theProperties of Water and Steam)，计算得到入口水焓值h_win；获取各加热器的抽汽温度t_j，抽汽压力p_j(j＝1～n)，根据经典的IAPWS-IF97，计算得到各级加热器的抽汽焓值h_j；获取各低加的出口水温度t_wj，压力p_wj，根据经典的IAPWS-IF97，计算得到加热器出口水焓值h’_w1和h_wi(i＝2～n)；获取各加热器疏水温度t_dj，结合抽汽压力，根据经典的IAPWS-IF97，计算得到各级加热器疏水焓值h_dj，流出第j级低加的疏水流量份额用d_dj表示；

步骤1-2：设第1级低加的疏水泵中疏水和低加出口水混合后的流量份额为1，第1级低加入口水流量份额为d_in，第1级疏水流量份额为d_p，根据流量平衡关系，d_p＝d_d1，加热器出口水焓值为h’_w1，疏水泵出口焓值为h_d1，混合点后的焓值为h_w1；

步骤1-3：建立流量平衡方程：

d_in+d_p＝1                                                 (1)

建立混合点热平衡计算方程：

d_in*h’_w1+d_p*h_d1＝1*h_w1                                   (2)

建立加热器传热平衡方程：

d_in*(h’_w1-h_win)＝d₁*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)               (3)

由于d_p＝d_d2+d₁，结合(1)，代入(3)得到：

d_in*(h’_w1-h_win)＝(1-d_in-d_d2)*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)      (4)

进一步整理得到：

d_in*(h’_w1-h_win)＝(1-d_in)*(h₁-d_d1)-d_d2*(h₁-h_d2)           (5)

由于d_d2＝d_d3+d₂，d₂＝[h_w2-h_w1-d_d3*(h_d3-h_d2)]/(h₂-h_d2)，代入(5)得到：

$d_{\mathrm{in}}*(h_{w1}^{\′}-h_{\mathrm{win}})=(1-d_{\mathrm{in}})*(h_1-h_{d1})-[d_{d3}+\frac{h_{w2}-h_{w1}-d_{d3}*(h_{d3}-h_{d2})}{h_2-h_{d2}}]*(h_1-h_{d2})---\left(6\right)$

变换(2)得：

h_w1＝h_d1+d_in*(h’_w1-h_d1)                                  (7)

将(7)代入(6)得到：

$d_{\mathrm{in}}*(h_{w1}^{\′}-h_{\mathrm{win}}+h_1-h_{d1}+\frac{h_{d1}-h_{w1}^{\′}}{h_2-h_{d2}}*(h_1-h_{d2}))=h_1-h_{d1}-[\frac{h_{w2}-h_{d1}}{h_2-h_{d2}}+d_{d3}*\frac{h_2-h_{d3}}{h_2-h_{d2}}]*(h_1-h_{d2})---\left(8\right)$

由(8)可以得到d_in的计算公式如下：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-[{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_{d2}](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(9\right)$

其中，q₁＝h₁-h_d1，τ₁＝h’_w1-h_win，θ₁＝h_d1-h’_w1，g₂＝h₂-h_d2，

γ₁＝h_d2-h_d1，τ’₂＝h_w2-h_d1，γ₂＝h_d3-h_d2；

当n＝2时，没有疏水进入第2级低加放热，结构图见附图2。于是d_d3＝0，公式中(1-γ₂/g₂)*d_d3＝0，d_in的公式变为：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(10\right)$

进一步得到疏水泵的流量份额d_p为：

$d_p=1-d_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_1+[{\mathrm{\θ}}_1/q_2+{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(11\right)$

当n＝3时，第3级低加疏水进入第2级低加放热，结构图见附图3。d_d3＝d₃， $d_3=\frac{h_{w3}-h_{w2}}{h_3-h_{d3}},$ d_in的公式变为：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-[{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_3](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(12\right)$

进一步得到疏水泵的流量份额d_p为：

$d_p=1-d_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_1+[{\mathrm{\θ}}_1/q_2+{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_3](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(13\right)$

当n＝4时，第3级和第4级低加疏水进入第2级低加放热，结构图见附图4。d_d3＝d₃+d₄， $d_4=\frac{h_{w4}-h_{w3}}{h_4-h_{d4}};$ d_d4＝d₄， $d_3=\frac{h_{w3}-h_{w2}-d_{d4}*(h_{d4}-h_{d3})}{h_3-h_{d3}},$ d_in的公式变为：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-[{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*(d_3+d_4)](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(14\right)$

进一步得到疏水泵的流量份额d_p为：

$d_p=1-d_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_1+[{\mathrm{\θ}}_1/q_2+{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*(d_3+d_4)](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(15\right)$

步骤1-4：根据步骤3所得到的疏水流量份额d_p，结合SIS或DCS中的凝水流量D_n检测值，计算出疏水泵流量D_p：

D_p＝d_p*D_n             (16)

下面对本发明的具体实施方式作出更为详细的说明：

针对在火电机组回热系统低压加热器组中设置疏水泵的三种典型加热器组形式：两个表面式加热器带一个疏水泵(简记为FF(P))、三个表面式加热器带一个疏水泵(简记为F2F(P))、四个表面式加热器带一个疏水泵(简记为F3F(P))。其中，F(P)表示带疏水泵的表面式加热器，F表示普通表面式加热器。基于热平衡原理，建立了无需迭代计算的疏水泵出水流量测算模型。

回热系统中，存在不同的低压加热器和疏水泵组合的可能。设带有疏水泵的低加为第1级低加，对于不同的低压加热器疏水泵组合分别讨论如下：

I FF(P)

当一个F和一个F(P)组合时，设F(P)为第1级加热器，F为第2级加热器。第1级疏水流入第2级加热器放热。此时，n等于2，结构图如附图2所示。

从经典的SIS或DCS数据库系统中，获取第1级低加入口水温度t_win和压力p_win，根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到入口水焓值h_win；获取各加热器的抽汽温度t₁，t₂；抽汽压力p₁，p₂；根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到各加热器的抽汽焓值h₁，h₂；获取各低加的出口水温度t_w1，t_w2；出口水压力p_w1，p_w2；根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到各加热器出口水焓值h’_w1，h_w2；获取加热器疏水温度t_d1，t_d2；结合p₁，p₂，根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到各级加热器疏水焓值h_d1，h_d2。

建立流量平衡方程：

d_in+d_p＝1                                                 (1)

建立混合点热平衡计算方程：

d_in*h’_w1+d_p*h_d1＝1*h_w1                                   (2)

建立加热器传热平衡方程：

d_in*(h’_w1-h_win)＝d₁*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)               (3)

由于d_p＝d_d2+d₁，结合(1)，代入(3)得到：

d_in*(h’_w1-h_win)＝(1-d_in-d_d2)*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)      (4)

进一步整理得到：

d_in*(h’_w1-h_win)＝(1-d_in)*(h₁-h_d1)-d_d2*(h₁-h_d2)        (5)

由于d_d2＝d_d3+d₂，d₂＝[h_w2-h_w1-d_d3*(h_d3-h_d2)]/(h₂-h_d2)，代入(5)得到：

$d_{\mathrm{in}}*(h_{w1}^{\′}-h_{\mathrm{win}})=(1-d_{\mathrm{in}})*(h_1-h_{d1})-[d_{d3}+\frac{h_{w2}-h_{w1}-d_{d3}*(h_{d3}-h_{d2})}{h_2-h_{d2}}]*(h_1-h_{d2})---\left(6\right)$

变换(2)得：

h_w1＝h_d1+d_in*(h’_w1-h_d1)                               (7)

将(7)代入(6)得到：

$d_{\mathrm{in}}*(h_{w1}^{\′}-h_{\mathrm{win}}+h_1-h_{d1}+\frac{h_{d1}-h_{w1}^{\′}}{h_2-h_{d2}}*(h_1-h_{d2}))=h_1-h_{d1}-[\frac{h_{w2}-h_{d1}}{h_2-h_{d2}}+d_{d3}*\frac{h_2-h_{d3}}{h_2-h_{d2}}]*(h_1-h_{d2})---\left(8\right)$

由(8)可以得到d_in的计算公式如下：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-[{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_{d3}](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(9\right)$

其中，g₁＝h₁-h_d1，τ₁＝h’_w1-h_win，θ₁＝h_d1-’h_w1，g₂＝h₂-h_d2，

γ₁＝h_d2-h_d1，τ’₂＝h_w2-h_d1，γ₂＝h_d3-h_d2；

当n＝2时，没有疏水进入第2级低加放热，结构图见附图2。于是d_d3＝0，公式(9)中(1-γ₂/g₂)*d_d3＝0，d_in的公式变为：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(10\right)$

进一步得到疏水泵的流量份额d_p为：

$d_p=1-d_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_1+[{\mathrm{\θ}}_1/q_2+{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(11\right)$

根据所得到的疏水泵流量份额d_p，结合SIS或DCS中的凝水流量检测值D_n，利用式(16)即可计算出疏水泵出口水流量D_p：

D_p＝d_p*D_n                                              (16)

II F2F(P)

当两个F和一个F(P)组合时，按照抽汽压力从低到高，F(P)为第1级加热器，两个F分别为第2、3级加热器，第2、3级抽汽作为疏水流入第1级低加放热。此时，n等于3，结构图如附图3所示。

从经典的SIS或DCS数据库系统中，获取第1级低加入口水温度t_win和压力p_win，根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到入口水焓值h_win；获取各加热器的抽汽温度t₁，t₂，t₃；抽汽压力p₁，p₂，p₃；根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到各加热器的抽汽焓值h₁，h₂，h₃；获取各低加的出口水温度t_w1，t_w2，t_w3；出口水压力p_w1，p_w2，p_w3；根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到各加热器出口水焓值h’_w1，h_w2，h_w3；获取加热器疏水温度t_d1，t_d2，t_d3；结合p₁，p₂，p₃，根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到各级加热器疏水焓值h_d1，h_d2，h_d3。

建立流量平衡方程：

d_in+d_p＝1                                             (1)

建立混合点热平衡计算方程：

d_in*h’_w1+d_p*h_d1＝1*h_w1                               (2)

建立加热器传热平衡方程：

d_in*(h’_w1-h_win)＝d₁*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)           (3)

由于d_p＝d_d2+d₁，结合(1)，代入(3)得到：

d_in*(h’_w1-h_win)＝(1-d_in-d_d2)*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)  (4)

进一步整理得到：

d_in*(h’_w1-h_win)＝(1-d_in)*(h₁-h_d1)-d_d2*(h₁-h_d2)       (5)

由于d_d2＝d_d3+d₂，d₂＝[h_w2-h_w1-d_d3*(h_d3-h_d2)]/(h₂-h_d2)，代入(5)得到：

$d_{\mathrm{in}}*(h_{w1}^{\′}-h_{\mathrm{win}})=(1-d_{\mathrm{in}})*(h_1-h_{d1})-[d_{d3}+\frac{h_{w2}-h_{w1}-d_{d3}*(h_{d3}-h_{d2})}{h_2-h_{d2}}]*(h_1-h_{d2})---\left(6\right)$

变换(2)得：

h_w1＝h_d1+d_in*(h’_w1-h_d1)                              (7)

将(7)代入(6)得到：

$d_{\mathrm{in}}*(h_{w1}^{\′}-h_{\mathrm{win}}+h_1-h_{d1}+\frac{h_{d1}-h_{w1}^{\′}}{h_2-h_{d2}}*(h_1-h_{d2}))=h_1-h_{d1}-[\frac{h_{w2}-h_{d1}}{h_2-h_{d2}}+d_{d3}*\frac{h_2-h_{d3}}{h_2-h_{d2}}]*(h_1-h_{d2})---\left(8\right)$

由(8)可以得到d_in的计算公式如下：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-[{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_{d3}](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(9\right)$

其中，g₁＝h₁-h_d1，τ’₂＝h_w2-h_d1，g₂＝h₂-h_d2，γ₁＝h_d2-h_d1，

τ₁＝h’_w1-h_win，θ₁＝h_d1-h’_w1，γ₂＝h_d3-h_d2；

当n＝3时，第3级低加疏水进入第2级低加放热，结构图见附图3。由流量平衡关系，d_d3＝d₃， $d_3=\frac{h_{w3}-h_{w2}}{h_3-h_{d3}},$ d_in的公式变为：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-[{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_3](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(12\right)$

进一步得到疏水泵的流量份额d_p为：

$d_p=1-d_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_1+[{\mathrm{\θ}}_1/q_2+{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_3](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(13\right)$

根据所得到的疏水泵流量份额d_p，结合SIS或DCS中的凝水流量检测值D_n，利用式(16)即可计算出疏水泵出口水流量D_p：

D_p＝d_p*D_n                      (16)

III F3F*(P)

热力系统中，一般最多只有4个低加。当三个F和一个F(P)组合时，按照抽汽压力从低到高，F(P)为第1级低加，三个F分别为第1、2、3级低加。第2、3、4级抽汽作为疏水流入第1级低加放热。n等于4，结构图如附图4所示。

从经典的SIS或DCS数据库系统中，获取第1级低加入口水温度t_win和压力p_win，根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到入口水焓值h_win；获取各加热器的抽汽温度t₁，t₂，t₃，t₄；抽汽压力p₁，p₂，p₃，p₄；根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到各加热器的抽汽焓值h₁，h₂，h₃，h₄；获取各低加的出口水温度t_w1，t_w2，t_w3，t_w4；出口水压力p_w1，p_w2，p_w3，p_w4；根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到各加热器出口水焓值h’_w1，h_w2，h_w3，h_w4；获取加热器疏水温度t_d1，t_d2，t_d3，t_d4；结合p₁，p₂，p₃，p₄，根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到各

级加热器疏水焓值h_d1，h_d2，h_d3，h_d4。

建立流量平衡方程：

d_in+d_p＝1                                             (1)

建立混合点热平衡计算方程：

d_in*h’_w1+d_p*h_d1＝1*h_w1                               (2)

建立加热器传热平衡方程：

d_in*(h’_w1-h_win)＝d₁*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)           (3)

由于d_p＝d_d2+d₁，结合(1)，代入(3)得到：

d_in*(h_w1-h_win)＝(1-d_in-d_d2)*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)    (4)

进一步整理得到：

d_in*(h_w1-h_win)＝(1-d_in)*(h₁-h_d1)-d_d2*(h₁-h_d2)         (5)

由于d_d2＝d_d3+d₂，d₂＝[h_w2-h_w1-d_d3*(h_d3-h_d2)]/(h₂-h_d2)，代入(5)得到：

$d_{\mathrm{in}}*(h_{w1}^{\′}-h_{\mathrm{win}})=(1-d_{\mathrm{in}})*(h_1-h_{d1})-[d_{d3}+\frac{h_{w2}-h_{w1}-d_{d3}*(h_{d3}-h_{d2})}{h_2-h_{d2}}]*(h_1-h_{d2})---\left(6\right)$

变换(2)得：

h_w1＝h_d1+d_in*(h’_w1-h_d1)                              (7)

将(7)代入(6)得到：

$d_{\mathrm{in}}*(h_{w1}^{\′}-h_{\mathrm{win}}+h_1-h_{d1}+\frac{h_{d1}-h_{w1}^{\′}}{h_2-h_{d2}}*(h_1-h_{d2}))=h_1-h_{d1}-[\frac{h_{w2}-h_{d1}}{h_2-h_{d2}}+d_{d3}*\frac{h_2-h_{d3}}{h_2-h_{d2}}]*(h_1-h_{d2})---\left(8\right)$

由(8)可以得到d_in的计算公式如下：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-[{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_{d3}](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(9\right)$

其中，τ₁＝h’_w1-h_win，θ₁＝h_d1-h’_w1，g₂＝h₂-h_d2，q₁＝h₁-h_d1，γ₁＝h_d2-h_d1，τ’₂＝h_w2-h_d1，γ₂＝h_d3-h_d2；

当n＝4时，第3级和第4级低加疏水进入第2级低加放热，结构图见附图4。d_d3＝d₃+d₄， $d_4=\frac{h_{w4}-h_{w3}}{h_4-h_{d4}},$ d_d4＝d₄， $d_3=\frac{h_{w3}-h_{w2}-d_{d4}*(h_{d4}-h_{d3})}{h_3-h_{d3}},$ d_in的公式变为：

$d_{\mathrm{in}}=\frac{q_1-[{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*(d_3+d_4)](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(14\right)$

进一步得到疏水泵的流量份额d_p为：

$d_p=1-d_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_1+[{\mathrm{\θ}}_1/q_2+{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*(d_3+d_4)](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}---\left(15\right)$

根据所得到的疏水泵流量份额d_p，结合SIS或DCS中的凝水流量检测值D_n，利用式(16)即可计算出疏水泵出口水流量D_p：

D_p＝d_p*D_n                         (16)

步骤2：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取疏水泵配置电机实时电流I实时电压U，并从疏水泵配置电机铭牌上读取疏水泵配置电机效率η与功率因数计算疏水泵输入功率W_in：

步骤3：计算疏水泵效率η_p：

参照图6，以1000MW机组为例，实现基于疏水泵流量软测量的泵效率测算方法。该1000MW机组具有4级低加(#1～#4低加)。

1.从SIS实时数据库中读取相关实时数据，某时刻的运行工况下数据如下：获取带疏水泵加热器出口压力p_w：1.385Mpa；获取疏水泵的入口水的温度t_p：63.5℃，根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到疏水泵的入口水压力p_p：0.023378Mpa；疏水平均比容v_p：0.001019m³/kg。

1-1疏水泵出口水流量测算的详细步骤如下：

①从SIS实时数据库中读取相关实时数据，某时刻的运行工况下数据如下：

#1加热器抽汽参数(压力和温度)分别为0.0235Mpa，63.6℃；

#2加热器抽汽参数(压力和温度)分别为0.0622Mpa，86.85℃；

#3加热器抽汽参数(压力和温度)分别为0.2361Mpa，167℃；

#4低压加热器抽汽参数(压力和温度)分别为：0.578MPa，202.3℃；

#1加热器入口参数(压力和温度)分别为1.557Mpa，35.7℃；

#1加热器出口参数(压力和温度)分别为1.385Mpa，60.7℃；

#2加热器出口参数(压力和温度)分别为1.341Mpa，84℃；

#3加热器出口参数(压力和温度)分别为1.295Mpa，122.7℃；

#4加热器出口参数(压力和温度)分别为1.25Mpa，154.6℃；

#1加热器疏水温度为：63.5℃；

#2加热器疏水温度为：88.8℃；

#3加热器疏水温度为：125.5℃；

#4加热器疏水温度为：128.7℃；

根据经典的IAPWS-IF97标准水蒸气参数计算公式，计算得到对应焓值为：

h₁～h₄(抽汽焓值)分别为：2493.2kJ/kg；2437.7kJ/kg；2801.6kJ/kg；2856.8kJ/kg；

h’_w1，h_w2～h_w4(加热器出口水焓值)分别为：255.2kJ/kg；352.7kJ/kg；515.9kJ/kg；652.4kJ/kg；

h_d1～h_d4(加热器疏水焓值)分别为：540.8kJ/kg；527.2kJ/kg；371.9kJ/kg；265.8kJ/kg；

#1低加入口水焓值为：151.1kJ/kg；

D_n为596.91t/h。

②FF(P)计算。#1为带一个疏水泵的表面式低压加热器，#2为表面式低压加热器，如附图2所示。利用FF(P)测算模型，根据①中的参数，计算得到，相对于除氧器入口流量份额为1时，疏水泵出口水流量份额为0.0872；凝结水流量测得为596.91t/h，因此疏水泵出口水流量为：52.05t/h。

⑨F2F(P)计算。#1为带有一个疏水泵的表面式低压加热器，#2、#3为表面式低压加热器，如附图3所示。利用F2F(P)测算模型，根据①中的参数，计算得到，相对于除氧器入口流量份额为1时，疏水泵出口水流量份额为0.1489；凝结水流量测得为596.91t/h，因此疏水泵出口水流量为：88.85t/h。

④F3F(P)计算。#1为带一个疏水泵的表面式低压加热器，#2、#3、#4为表面式加热器，如附图4所示。利用F3F(P)测算模型，根据①中的参数，计算得到，相对于除氧器入口流量份额为1时，疏水泵出口水流量份额为0.1992；除氧器入口流量测得为596.91t/h，因此疏水泵出口水流量为：118.87t/h。

2、计算疏水泵输出功率为

①FF(P)计算。#1为带一个疏水泵的表面式低压加热器，#2为表面式低压加热器，如附图2所示。利用FF(P)测算模型，根据1中的参数，计算得到，疏水泵输出功率为：20.06kw。

②F2F(P)计算。#1为带有一个疏水泵的表面式低压加热器，#2、#3为表面式低压加热器，如附图3所示。利用F2F(P)测算模型，根据1中的参数，计算得到，疏水泵输出功率为：33.5kw。

③F3F(P)计算。#1为带一个疏水泵的表面式低压加热器，#2、#3、#4为表面式加热器，如附图4所示。利用F3F(P)测算模型，根据1中的参数，计算得到，疏水泵输出功率为：45.8kw。

4、计算疏水泵输入功率为：

从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取疏水泵实时电流I实时电压U，并从疏水泵配置电机铭牌上读取疏水泵配置电机电机效率η为0.98；读取功率因素为0.85，

①FF(P)计算。#1为带一个疏水泵的表面式低压加热器，#2为表面式低压加热器，如附图2所示。利用FF(P)测算模型，从SIS实时数据库中读取相关实时数据计算得到疏水泵实时电流为9.8A，疏水泵实时电压为1800v，疏水泵输入功率为：25.4kw。

②F2F(P)计算。#1为带有一个疏水泵的表面式低压加热器，#2、#3为表面式低压加热器，如附图3所示。利用F2F(P)测算模型，从SIS实时数据库中读取相关实时数据计算得到疏水泵实时电流为16.02A，疏水泵实时电压为1801v，疏水泵输入功率为：41.56kw。

③F3F(P)计算。#1为带一个疏水泵的表面式低压加热器，#2、#3、#4为表面式加热器，如附图4所示。利用F3F(P)测算模型，从SIS实时数据库中读取相关实时数据计算得到疏水泵实时电流为21.5A，疏水泵实时电压为1800v，疏水泵输入功率为：55.85kw。

4、计算疏水泵效率为：

①FF(P)计算。#1为带一个疏水泵的表面式低压加热器，#2为表面式低压加热器，如附图2所示。疏水泵效率为：81％。

②F2F(P)计算。#1为带有一个疏水泵的表面式低压加热器，#2、#3为表面式低压加热器，如附图3所示。疏水泵效率为：80.6％。

⑧F3F(P)计算。#1为带一个疏水泵的表面式低压加热器，#2、#3、#4为表面式加热器，如附图4所示。疏水泵效率为：82％。

Claims (1)

1.一种基于疏水泵流量软测量的泵效率测算方法，由串联的第1～n级低加组成，n＝2～4，其中，利用疏水泵将第1级加热器的疏水与第1级加热器出口的给水混合，其他各级加热器的疏水逐级自流，其特征在于，

步骤1：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取带疏水泵加热器出口水压力p_w；获取疏水泵的入口水的温度t_p，计算得到疏水泵的入口水压力p_p及疏水平均比容v_p，计算疏水泵压差Δp为带疏水泵加热器出口水压力p_w与疏水泵的入口水压力p_p之差，疏水泵流量D_p由基于能量平衡的火电机组低加系统中疏水泵流量测算方法计算得出，计算疏水泵输出功率用W_out表示：

W_out＝D_pΔpv_p

所述的疏水泵流量D_p采用如下方法得到：

步骤1-1：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取第1级低加入口水温度t_win和压力p_win，计算得到入口水焓值h_win；获取各加热器的抽汽温度t_j，抽汽压力p_j(j＝1～n)，计算得到各级加热器的抽汽焓值h_j；获取各低加的出口水温度t_wj，压力p_wj，计算得到加热器出口水焓值h’_w1和h_wi(i＝2～n)；获取各加热器疏水温度t_dj，结合抽汽压力，计算得到各级加热器疏水焓值h_dj，流出第j级低加的疏水流量份额用d_dj表示；

步骤1-2：设第1级低加的疏水泵中疏水和低加出口水混合后的流量份额为1，第1级低加入口水流量份额为d_in，第1级疏水流量份额为d_p，根据流量平衡关系，d_p＝d_d1，加热器出口水焓值为h’_w1，疏水泵出口焓值为h_d1，混合点后的焓值为h_w1；

步骤1-3：建立流量平衡方程：

d_in+d_p＝1

建立混合点热平衡计算方程：

d_in*h′_w1+d_p*h_d1＝1*h_w1

建立加热器传热平衡方程：

d_in*(h′_w1-h_win)＝d₁*(h₁-h_d1)+d_d2*(h_d2-h_d1)

并由此得到疏水泵的流量份额d_p：

$d_p=1-d_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{\τ}}_1+[{\mathrm{\θ}}_1/q_2+{\mathrm{\τ}}_2^{\′}/q_2+(1-{\mathrm{\γ}}_2/q_2)*d_{d3}](q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}{({\mathrm{\τ}}_1+q_1)+{\mathrm{\θ}}_1/q_2*(q_1-{\mathrm{\γ}}_1)}$

其中，τ₁＝h′_w1-h_win，θ₁＝h_d1-h′_w1，q₂＝h₂-h_d2，q₁＝h₁-h_d1，，γ₁＝h_d2-h_d1，τ′₂＝h_w2-h_d1，γ₂＝h_d3-h_d2，

其中，当n＝2时，d_d3＝0；

当n＝3时，d_d3＝d₃； $d_3=\frac{h_{w3}-h_{w2}}{h_3-h_{d3}}$

当n＝4时，d_d3＝d₃+d₄； $d_4=\frac{h_{w4}-h_{w3}}{h_4-h_{d4}};$ d_d4＝d₄； $d_3=\frac{h_{w3}-h_{w2}-d_{d4}*(h_{d4}-h_{d3})}{h_3-h_{d3}}$

步骤1-4：根据步骤3所得到的疏水流量份额d_p，结合SIS或DCS中的凝水流量D_n检测值，计算出疏水泵流量D_p，D_p＝d_p*D_n。

步骤2：从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中，获取疏水泵配置电机实时电流I实时电压U，并从疏水泵配置电机铭牌上读取疏水泵配置电机效率η与功率因数

计算疏水泵输入功率W_in：

步骤3：计算疏水泵效率η_p：

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