CN102305107B - 基于冷端热量损失的汽轮机组热耗率在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电厂冷端热量损失的汽轮机组热耗率在线监测装置及方法，所述监测装置包括测量单元、数据采集单元和热耗率计算及显示单元；所述测量单元由所述第一~第三功率变送器、第一~第二温度传感器和流量传感器构成；所述第一~第三功率变送器、第一~第二温度传感器和流量传感器的输出端分别接数据采集单元的输入端；所述数据采集单元的输出端接热耗率计算及显示单元的输入端。所述方法采用上述监测装置，用现有技术推导出的公式进行热耗率的计算。本发明测得的热耗率不确定度小，对指导汽轮机组经济运行具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂发电技术领域，尤其涉及一种基于电厂冷端热量损失的汽轮机组热耗率在线监测装置及方法。
背景技术
汽轮机组热耗率是发电厂的重要性能指标，准确、实时的在线监测汽轮机组热耗率对发电厂运行煤耗统计和电网负荷实时优化调度具有非常重要的意义。电网负荷实时调度主要是依据网内各电厂实时供电煤耗率曲线进行各电厂运行负荷的实时分配，使全网的供电煤耗率最低，然而不准确的实时供电煤耗曲线可能减少电网内节能效果，甚至产生相反的效果。由于实时的锅炉入口煤量和热值都很难满足测量准确的要求，目前实时供电煤耗率曲线均通过计算锅炉热效率、汽轮机组热耗率和厂用电率三部分得到，但结果存在较大的不确定度，其中汽轮机组热耗率测量计算的不确定度最大。
随着电力机组向大容量、高参数发展，电厂对汽轮机组运行经济性的重视程度越来越高。许多电厂都在近几年安装了汽轮机组的能耗分析平台，但目前能耗分析平台中，电厂机组的热耗率指标计算均采用汽轮机组热力试验的计算方法，造成汽轮机组的热耗率指标可信度较低。主要原因有：(1)热力试验的计算方法需要较多的计算参数，例如对于300MW亚临界机组如采用给水流量为基准，约需要20多个参数；(2)部分主要运行参数正常运行中有较大的波动，如给水流量，直接影响计算的准确性；(3)汽轮机组正常运行中与试验状态存在差别，正常运行中热力系统处在未完全隔离状态，若直接采用热力试验的计算处理方法，将导致较大的误差，如正常运行中锅炉连续排污流量很难准确测量，而在试验中一般可以隔离锅炉连续排污流量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种测量系统较简单、测量数据稳定可靠的基于电厂冷端热量损失的汽轮机组热耗率在线监测装置及方法，对指导电厂机组经济运行具有重要意义。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案1：
一种基于电厂冷端热量损失的汽轮机组热耗性能在线监测装置，其包括测量单元、数据采集单元和热耗率计算及显示单元；
所述测量单元由设置在发电机出口的第一功率变送器、凝结水泵电机的第二功率变送器、电动给水泵电机的第三功率变送器、设置在凝汽器循环冷却水进口的第一温度传感器、设置在凝汽器循环冷却水出口的第二温度传感器和设置在凝汽器循环冷却水出口流量传感器组成；
所述第一~第三功率变送器、第一温度传感器、第二温度传感器和流量传感器的输出端分别接数据采集单元的输入端；
所述数据采集单元的输出端接热耗率计算及显示单元的输入端。
优选的，所述数据采集单元的型号为OM-DAQPRO-6300。
本发明采取的技术方案2：
采用技术方案1所述的装置进行监测的方法，按照下述步骤进行：
1）数据的采集和输入：
用所述第一~第三功率变送器分别采集发电机、凝结水泵电机和电动给水泵电机的功率信号，用第一和第二温度传感器分别采集凝汽器的循环冷却水进口和出口的温度信号，用流量传感器采集凝汽器的循环冷却水出口的流量信号，并将采集的信号通过数据采集单元传送至热耗率计算及显示单元；
2）热耗率计算及显示单元按照下述公式进行计算：
（1）
式中，P1、P2、P3分别为发电机出口功率、凝结水泵电机功率及电动给水泵电机功率，单位kW；
F1为凝汽器循环冷却水出口流量，单位kg/h；
T1、T2分别为循环水进口水温度及循环水出口水温度，单位K；
ηg及ηm分别为发电机效率和汽轮机组机械效率，发电机效率ηg取设计值，汽轮机组机械效率ηm取99.5%；
C为循环冷却水的比热，单位kJ/(kg·K)。
上述技术方案是依据汽轮机组能量平衡推导出的一种新的汽轮机组热耗率计算方法。其推导过程为：
正常运行中，某一汽轮机组的热耗率采用下式计算：
（2）
式中，为汽轮机组的热耗率，单位；
为锅炉侧单位时间内的输入热量，单位kJ/h；
为发电机出口功率，单位kW。
在实际的热力系统中，Q的计算比较复杂，尤其是对于再热式机组。
根据汽轮机组的热力系统，还可根据能量守恒定律列出总的能量平衡方程如下式：
（3）
式中，P1、P2、P3分别为发电机出口功率、凝结水泵电机功率及电动给水泵电机功率，单位kW；
ηg及ηm分别为发电机效率和汽轮机组机械效率；
Qcon为凝汽器单位时间内的吸收热量，单位kJ/h。
式（2）中的Qcon可采用下述式（3）进行计算：
（4）
式中，F1为凝汽器循环冷却水出口流量，单位kg/h；
C为循环冷却水的比热，单位kJ/(kg·K)；T1、T2分别为循环水进口水温度及循环水出口水温度，单位K。
综合式(2)、式(3)及式(4)，可得到热耗率的计算公式(1)：
（1）
由式(1)可以看到，热耗率的计算只需要测量三个功率P1、P2和P3，循环水进口水温度及循环水出口水温度T1、T2，以及凝汽器循环水出口流量F1共六个量，测试仪表得以简化，且计算过程得以简化。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：
（1）本发明通过测量电厂正常运行过程中的发电机出口功率、凝结水泵电机功率和电动给水泵电机功率，以及循环水系统的三个运行数据即循环水流量、循环水进水温度及循环水出水温度，即可用于计算汽轮机组的热耗率，并通过数据采集单元将采集的数据输入至热耗率计算及显示单元，从而实现了汽轮机组热耗率的在线实时监测和显示；
（2）本发明的六个测量参数P1、P2和P3、T1、T2和F1对计算结果的敏感度下降，在相同的仪表测量精度条件下，测量参数的敏感度减少使汽轮机热耗率计算的不确定度减小，测量结果稳定可靠；
（3）本发明的六个测量参数具有可获得性及稳定性；在汽轮机组稳定运行状态下，P1、P2和P3均为电气测量量，测量值较容易获得；循环水流量F1主要受到循环水系统中循环水泵运行台数的影响，在循环水泵台数不变的情况下，循环水量保持比较稳定的流量，T1、T2随汽轮机组运行工况的变化而变化，运行中也比较容易进行测量。
附图说明
图1是本发明的功能框图；
图2是本发明测试单元的结构示意图；
其中，1、第一功率变送器，2、第二功率变送器，3、第三功率变送器，4、第一温度传感器，5、第二温度传感器，6、流量传感器，7代表简化汽轮机组的汽水热力循环，8、给水加热器，9、除氧器，10、凝汽器，11、凝结水泵电机，12、电动给水泵电机，13、 汽轮机中低压缸，14、汽轮机高压缸，15、锅炉，16、发电机。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明包括测量单元、数据采集单元和热耗率计算及显示单元；
所述测量单元由设置在发电机16出口的第一功率变送器1、凝结水泵电机11的第二功率变送器2、电动给水泵电机12的第三功率变送器3、凝汽器10循环冷却水进口的第一温度传感器4、凝汽器循10环冷却水出口的第二温度传感器5和设置在凝汽器10循环冷却水出口流量传感器6组成；
所述第一~第三功率变送器、第一温度传感器4、第二温度传感器5和流量传感器6的输出端分别接数据采集单元的输入端；
所述数据采集单元的输出端接热耗率计算及显示单元的输入端。所述热耗率计算及显示单元为笔记本电脑或者电脑主机与显示器。所述笔记本电脑或电脑主机装载有热耗率计算的软件。
所述数据采集单元的型号为OM-DAQPRO-6300。
所述第一~第三功率变送器可提供4-20mA的输出信号，所述数据采集单元可接收所述第一~第三功率变送器的输出信号。
安装第一、第二温度传感器时，需要在电厂循环水管道上安装温度测量套管，所述温度传感器直接插入温度测量套管内进行测量。
安装设置在凝汽器循环冷却水回水管道上的流量传感器6时，需要在管道上安装专用的配套流量测量探头。流量传感器6通过连接接头与配套测量探头直接相连。
本发明所有的传感器连接线通过螺栓紧固的方式固定在所述数据采集单元的端子上。所述数据采集单元与热耗率计算及显示单元之间通过USB通讯线的方式连接，通讯协议采用USB 1.1。
综上，采用上述技术方案的装置进行监测的方法，按照下述步骤进行：
1）将所述测试单元、数据采集单元和热耗率计算及显示单元进行安装并连接；
2）用所述第一~第三功率变送器分别采集发电机16、凝结水泵电机11和电动给水泵电机的功率信号，用第一和第二温度传感器分别采集凝汽器10的循环冷却水进口和出口的温度信号，用流量传感器6采集凝汽器10的循环冷却水出口的流量信号，并将采集的信号通过数据采集单元传送至热耗率计算及显示单元；
3）热耗率计算及显示单元按照下述公式进行计算：
（1）
发电机效率ηg取设计值，汽轮机组机械效率ηm取99.5%；
本发明计算方法简单，测量的不确定度小，通过对汽轮机组热耗率进行实时监测，可以为指导汽轮机组经济运行提供依据，满足了电厂经济性运行的需要。
Claims (2)
1.一种利用基于冷端热量损失的汽轮机组热耗率在线监测装置进行监测的方法，其特征在于：所述监测装置包括测量单元、数据采集单元和热耗率计算及显示单元；
所述测量单元由设置在发电机（16）出口的第一功率变送器(1)、凝结水泵电机（11）的第二功率变送器(2)、电动给水泵电机（12）的第三功率变送器(3)、设置在凝汽器（10）的循环冷却水进口的第一温度传感器(4)、设置在凝汽器（10）循环冷却水出口的第二温度传感器(5)和设置在凝汽器（10）循环冷却水出口的流量传感器(6)组成；
所述第一~第三功率变送器（1~3）、第一温度传感器（4）、第二温度传感器(5)和流量传感器(6)的输出端分别接数据采集单元的输入端；
所述数据采集单元的输出端接热耗率计算及显示单元的输入端；
所述监测方法按照下述步骤进行：
1）数据的采集和输入：
用所述第一~第三功率变送器分别采集发电机（16）、凝结水泵电机（11）和电动给水泵电机的功率信号，用第一和第二温度传感器分别采集凝汽器（10）的循环冷却水进口和出口的温度信号，用流量传感器（6）采集凝汽器（10）的循环冷却水出口的流量信号，并将采集的信号通过数据采集单元传送至热耗率计算及显示单元；
2）热耗率计算及显示单元按照下述公式进行计算：
（1）
式中，P1、P2、P3分别为发电机出口功率、凝结水泵电机功率及电动给水泵电机功率，单位kW；
F1为凝汽器循环冷却水出口流量，单位kg/h；
T1、T2分别为循环水进口水温度及循环水出口水温度，单位K；
ηg及ηm分别为发电机效率和汽轮机组机械效率，发电机效率取设计值，机械效率取99.5%；
C为循环冷却水的比热，单位kJ/(kg·K)。
2.根据权利要求1所述的利用基于冷端热量损失的汽轮机组热耗率在线监测装置进行监测的方法，其特征在于所述数据采集单元的型号为OM-DAQPRO-6300。
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