CN105971885A - 一种水环真空泵监测控制系统及优化运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水环真空泵监测控制系统及优化运行方法，该水环真空泵监测控制系统包括高背压凝汽器、低背压凝汽器以及循环水管路，其特征在于：还包括DCS控制终端、循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统，循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统均与DCS控制终端电性连接。本发明相比现有技术具有以下优点：使用清洁系数反推水环泵抽吸能力恢复后凝汽器压力，预测出开启循环水制冷系统后凝汽器压力变化大小；通过本发明，可以为是否需要开启循环水制冷系统提供数据指导，节能效果更好；在抽真空管道上，配置气体超声波流量计，用以时时监控水环真空泵抽吸能力状态，为运行操作提供意义。

Description

一种水环真空泵监测控制系统及优化运行方法

技术领域

本发明涉及汽轮机节能技术领域，尤其涉及的是一种水环真空泵监测控制系统及优化运行方法。

背景技术

由于水环真空泵结构紧凑，泵的转速较高，一般可与电动机直联，无须减速装置，用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小等优点，大型火电机组真空均配置水环真空泵。

但水环真空泵抽气能力易受工作液温度影响，火电机组在夏季高温条件下，工作液温度升高后，吸气量明显降低，将影响机组真空，降低机组效率，导致机组煤耗增加。

为避免水环真空泵受工作液温度影响而降低抽气能力，部分机组选择安装循环水制冷系统，将工作液温度降低，恢复水环真空泵抽气能力。但火电机组运行人员无法准确判断何时需要投入循环水制冷系统，导致盲目提前开启循环水制冷系统，将导致厂用电耗费量的增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种水环真空泵监测控制系统及优化运行方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种水环真空泵监测控制系统，包括高背压凝汽器、低背压凝汽器以及循环水管路，循环水管路分为第一循环水管路和第二循环水管路，第一循环水管路和第二循环水管路均自低背压凝汽器流向高背压凝汽器，低背压凝汽器通过第一抽真空管道与第一水环真空泵连接，高背压凝汽器通过第二抽真空管道与第二水环真空泵连接，其特征在于：水环真空泵监测控制系统还包括DCS控制终端、循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统，循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统均与DCS控制终端电性连接；

循环水流量测量系统包括第一循环水流量计、第二循环水流量计、第三循环水流量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计；第一循环水流量计、第二循环水流量计和第三循环水流量计设置于第一循环水管路上，第一循环水流量计位于的背压凝汽器的上游，第二流量计位于低背压凝汽器和高背压凝汽器之间，第三流量计位于高背压凝汽器的下游；第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计设置于第二循环水管路上，第四循环水流量计位于的背压凝汽器的上游，第五流量计位于低背压凝汽器和高背压凝汽器之间，第六流量计位于高背压凝汽器的下游；

循环水温度测量系统包括六个温度测点，第一温度测点设置在第一循环水管路上，位于低背压凝汽器的上游，第二温度测点设置在第二循环水管路上，位于低背压凝汽器的上游，第三温度测点和第四温度测点设置于高背压凝汽器下游的第一循环水管路上，第五温度测点和第六温度测点设置于高背压凝汽器下游的第二循环水管路上。

作为对上述方案的进一步改进，第一循环水流量计、第二循环水流量计、第三循环水流量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计均选用超声波流量计。

作为对上述方案的进一步改进，还包括气体流量测量系统，气体流量测量系统包括设置于第一抽真空管道上的第一气体流量计和设置于第二抽真空管道上的额第二气体流量计。

作为对上述方案的进一步改进，第一气体流量计和第二气体流量计均选用气体超声波流量计。

本发明还提供一种水环真空泵监测控制系统的优化运行方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、DCS控制终端采集流量信息并计算凝汽器循环水流量W_T

其中W₁、W₂、W₃、W₄、W₅和W₆分别是第一循环水流量计、第二循环水流量计、第三循环水流量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计采集的流量数据；

步骤二、DCS控制终端采集温度信息并计算凝汽器循环水进水温度t_w1和凝汽器循环水出水温度t_w2，

其中，t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆分别是第一温度测点、第二温度测点、第三温度测点、第四温度测点、第五温度测点和第六温度测点采集的温度数据；

步骤三、计算HEI基本传热系数K_HEI

式中各符号意义如下：

K_HEI：HEI基本传热系数，W/m^2℃

C_d：冷却管外径系数

ν：冷却管内流速，m/s

β_t：冷却管水温修正系数

β_m：冷却管材质和壁厚修正系数

冷却管内流速ν的计算如下：

式中各符号意义如下：

ν：冷却管内平均流速，m/s

N：冷却管数量

Z：流程，双背压凝汽器取1

D_o：冷却管外径，mm

δ：冷却管壁厚，mm

ρ：冷却水密度，kg/m^3；

步骤四、令凝汽器的总传热系数为0.85K_HEI，据此计算理论凝汽器饱和温度t_s

式中各符号意义如下：

t_s：理论凝汽器饱和温度，℃

A：凝汽器有效传热面积，m^2

Q_Cond：凝汽器热负荷，kJ/s

其中凝汽器热负荷Q_Cond通过式(7)和式(8)计算。

Q_Cond＝C_p×W_T×△T 式(7)

△T＝t_w2-t_w1 式(8)

式中各符号意义如下：

C_p：循环水比热容，取4.18kJ/kg℃

△T：循环水温升，℃；

步骤五、计算凝P_s和P_s0

根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出理论凝汽器饱和温度t_s对应的理论凝汽器饱和压力P_s，同样根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出初始凝汽器饱和温度t_s0对应的初始凝汽器饱和压力P_s0，其中初始凝汽器饱和温度t_s0是未开启循环水制冷系统前的凝汽器饱和温度，其数值由汽轮机机组DCS数据中读取；

步骤六、根据汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线计算η_s0和η_s，

汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线为

η＝f(P) 式(9)

η_s0＝f(P_s0)

η_s＝f(P_s)

其中，η_s0是初始凝汽器压力对热耗率修正系数，η_s是理论凝汽器压力对热耗率修正系数，

步骤六、判定循环水循环水制冷系统是否开启

式中各符号意义如下：

X：判定系数

Heat：汽轮机设计热耗率，℃

W_qj：汽轮机组功率，kW

A：标煤价格，元/g

W_zlj：循环水制冷系统运行功率，kW

B：发电厂上网电价，元/kWh

若判定系数X≥1.2，DCS控制终端向循环水制冷系统发送开启指令，DCS控制终端控制循环水制冷系统处于关闭状态。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明用清洁系数反推水环泵抽吸能力恢复后凝汽器压力，预测出开启循环水制冷系统后凝汽器压力变化大小；通过本发明，可以为是否需要开启循环水制冷系统提供数据指导，节能效果更好；在抽真空管道上，配置气体超声波流量计，用以时时监控水环真空泵抽吸能力状态，为运行操作提供意义。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本方案优化运行的流程示意图。

图3是冷却管水温修正系数曲线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种水环真空泵监测控制系统，包括高背压凝汽器2、低背压凝汽器1以及循环水管路，循环水管路分为第一循环水管路11和第二循环水管路12，第一循环水管路11和第二循环水管路12均自低背压凝汽器1流向高背压凝汽器2，低背压凝汽器1通过第一抽真空管道21与第一水环真空泵3连接，高背压凝汽器2通过第二抽真空管道22与第二水环真空泵4连接，其特征在于：水环真空泵监测控制系统还包括DCS控制终端8、循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统9，循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统9均与DCS控制终端8电性连接；

循环水流量测量系统包括第一循环水流量计61、第二循环水流量计62、第三循环水流量计63、第四循环水流量计64、第五循环水流量计65和第六循环水流量计66；第一循环水流量计61、第二循环水流量计62和第三循环水流量计63设置于第一循环水管路11上，第一循环水流量计61位于的背压凝汽器的上游，第二流量计位于低背压凝汽器1和高背压凝汽器2之间，第三流量计位于高背压凝汽器2的下游；第四循环水流量计64、第五循环水流量计65和第六循环水流量计66设置于第二循环水管路12上，第四循环水流量计64位于的背压凝汽器的上游，第五流量计位于低背压凝汽器1和高背压凝汽器2之间，第六流量计位于高背压凝汽器2的下游；

循环水温度测量系统包括六个温度测点，第一温度测点51设置在第一循环水管路11上，位于低背压凝汽器1的上游，第二温度测点52设置在第二循环水管路12上，位于低背压凝汽器1的上游，第三温度测点53和第四温度测点54设置于高背压凝汽器2下游的第一循环水管路11上，第五温度测点55和第六温度测点56设置于高背压凝汽器2下游的第二循环水管路12上。由于循环水回水管存在温度分层现象，为提高计算准确性，在第一循环水管路11上安装两个温度测点第三温度测点53和第四温度测点54，在第二循环水管路12上安装两个温度测点第五温度测点55和第六温度测点56。

第一循环水流量计61、第二循环水流量计62、第三循环水流量计63、第四循环水流量计64、第五循环水流量计65和第六循环水流量计66均选用超声波流量计。

还包括气体流量测量系统，气体流量测量系统包括设置于第一抽真空管道21上的第一气体流量计71和设置于第二抽真空管道22上的额第二气体流量计72。第一气体流量计71和第二气体流量计72的流量信号W₇、W₈主要用于监视水环真空泵抽吸能力变化情况，当流量信号W₇、W₈数值显著降低时，表明水环真空泵抽吸能力明显降低。同时，循环水制冷系统9开启前、后，水环真空泵抽吸能力变化，对应真空泵气体流量变化，也即开启循环水制冷系统9后，水环真空泵恢复抽吸能力，抽真空管道气体流量上升，因而可以通过安装在抽真空管道上的第一气体流量计71和第二气体流量计72的流量信号W₇、W₈，监控水环真空泵抽吸能力状态，为运行操作提供意义。

第一气体流量计71和第二气体流量计72均选用气体超声波流量计。

实施例2

一种水环真空泵监测控制系统的优化运行方法，其步骤如下：

步骤一、DCS控制终端8采集流量信息并计算凝汽器循环水流量W_T

其中W₁、W₂、W₃、W₄、W₅和W₆分别是第一循环水流量计61、第二循环水流量计62、第三循环水流量计63、第四循环水流量计64、第五循环水流量计65和第六循环水流量计66采集的流量数据；

步骤二、DCS控制终端8采集温度信息并计算凝汽器循环水进水温度t_w1和凝汽器循环水出水温度t_w2，

其中，t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆分别是第一温度测点51、第二温度测点52、第三温度测点53、第四温度测点54、第五温度测点55和第六温度测点56采集的温度数据；

步骤三、计算HEI基本传热系数K_HEI

式中各符号意义如下：

K_HEI：HEI基本传热系数，W/m^2℃

C_d：冷却管外径系数

ν：冷却管内流速，m/s

β_t：冷却管水温修正系数

β_m：冷却管材质和壁厚修正系数

式(4)中，冷却管外径系数C_d，其可根据表1取值

表1

式(4)中，冷却管材质和壁厚修正系数β_m其可根据表2取值

表2

式(4)中，β_t冷却管水温修正系数根据附图3冷却管水温修正系数曲线图来确定

冷却管内流速ν的计算如下：

式中各符号意义如下：

ν：冷却管内平均流速，m/s

N：冷却管数量

Z：流程，双背压凝汽器取1

D_o：冷却管外径，mm

δ：冷却管壁厚，mm

ρ：冷却水密度，kg/m^3；

步骤四、令凝汽器的总传热系数为0.85K_HEI，据此计算理论凝汽器饱和温度t_s

式中各符号意义如下：

t_s：理论凝汽器饱和温度，℃

A：凝汽器有效传热面积，m^2

Q_Cond：凝汽器热负荷，kJ/s

其中凝汽器热负荷Q_Cond通过式(7)和式(8)计算。

Q_Cond＝C_p×W_T×△T 式(7)

△T＝t_w2-t_w1 式(8)

式中各符号意义如下：

C_p：循环水比热容，取4.18kJ/kg℃

△T：循环水温升，℃；

步骤五、计算凝P_s和P_s0

根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出理论凝汽器饱和温度t_s对应的理论凝汽器饱和压力P_s，同样根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出初始凝汽器饱和温度t_s0对应的初始凝汽器饱和压力P_s0，其中初始凝汽器饱和温度t_s0是未开启循环水制冷系统9前的凝汽器饱和温度，其数值由汽轮机机组DCS数据中读取；

步骤六、根据汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线计算η_s0和η_s，

汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线为η＝f(P)，

η_s0＝f(P_s0)

η_s＝f(P_s)

其中，η_s0是初始凝汽器压力对热耗率修正系数，η_s是理论凝汽器压力对热耗率修正系数，

步骤六、判定循环水循环水制冷系统9是否开启

式中各符号意义如下：

X：判定系数

Heat：汽轮机设计热耗率，℃

W_qj：汽轮机组功率，kW

A：标煤价格，元/g

W_zlj：循环水制冷系统9运行功率，kW

B：发电厂上网电价，元/kWh

若判定系数X≥1.2，DCS控制终端8向循环水制冷系统9发送开启指令，DCS控制终端8控制循环水制冷系统9处于关闭状态。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水环真空泵监测控制系统，包括高背压凝汽器、低背压凝汽器以及循环水管路，循环水管路分为第一循环水管路和第二循环水管路，第一循环水管路和第二循环水管路均自低背压凝汽器流向高背压凝汽器，低背压凝汽器通过第一抽真空管道与第一水环真空泵连接，高背压凝汽器通过第二抽真空管道与第二水环真空泵连接，其特征在于：所述水环真空泵监测控制系统还包括DCS控制终端、循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统，所述循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统均与DCS控制终端电性连接；

所述循环水流量测量系统包括第一循环水流量计、第二循环水流量计、第三循环水流量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计；所述第一循环水流量计、第二循环水流量计和第三循环水流量计设置于第一循环水管路上，第一循环水流量计位于的背压凝汽器的上游，第二流量计位于低背压凝汽器和高背压凝汽器之间，第三流量计位于高背压凝汽器的下游；所述第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计设置于第二循环水管路上，第四循环水流量计位于的背压凝汽器的上游，第五流量计位于低背压凝汽器和高背压凝汽器之间，第六流量计位于高背压凝汽器的下游；

所述循环水温度测量系统包括六个温度测点，第一温度测点设置在第一循环水管路上，位于低背压凝汽器的上游，第二温度测点设置在第二循环水管路上，位于低背压凝汽器的上游，第三温度测点和第四温度测点设置于高背压凝汽器下游的第一循环水管路上，第五温度测点和第六温度测点设置于高背压凝汽器下游的第二循环水管路上。

2.如权利要求1所述一种水环真空泵监测控制系统，其特征在于：所述第一循环水流量计、第二循环水流量计、第三循环水流量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计均选用超声波流量计。

3.如权利要求1所述一种水环真空泵监测控制系统，其特征在于：还包括气体流量测量系统，所述气体流量测量系统包括设置于第一抽真空管道上的第一气体流量计和设置于第二抽真空管道上的额第二气体流量计。

4.如权利要求3所述一种水环真空泵监测控制系统，其特征在于：所述第一气体流量计和第二气体流量计均选用气体超声波流量计。

5.一种如权利要求1所述水环真空泵监测控制系统的优化运行方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、DCS控制终端采集流量信息并计算凝汽器循环水流量W_T

其中W₁、W₂、W₃、W₄、W₅和W₆分别是第一循环水流量计、第二循环水流量计、第三循环水流量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计采集的流量数据；

步骤二、DCS控制终端采集温度信息并计算凝汽器循环水进水温度t_w1和凝汽器循环水出水温度t_w2，

其中，t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆分别是第一温度测点、第二温度测点、第三温度测点、第四温度测点、第五温度测点和第六温度测点采集的温度数据；

步骤三、计算HEI基本传热系数K_HEI

式中各符号意义如下：

K_HEI：HEI基本传热系数，W/m^2℃

C_d：冷却管外径系数

ν：冷却管内流速，m/s

β_t：冷却管水温修正系数

β_m：冷却管材质和壁厚修正系数

冷却管内流速ν的计算如下：

式中各符号意义如下：

ν：冷却管内平均流速，m/s

N：冷却管数量

Z：流程，双背压凝汽器取1

D_o：冷却管外径，mm

δ：冷却管壁厚，mm

ρ：冷却水密度，kg/m^3；

步骤四、令凝汽器的总传热系数为0.85K_HEI，据此计算理论凝汽器饱和温度t_s

式中各符号意义如下：

t_s：理论凝汽器饱和温度，℃

A：凝汽器有效传热面积，m^2

Q_Cond：凝汽器热负荷，kJ/s

其中凝汽器热负荷Q_Cond通过式(7)和式(8)计算。

Q_Co_nd＝C_p×W_T×△T 式(7)

△T＝t_w2-t_w1 式(8)

式中各符号意义如下：

C_p：循环水比热容，取4.18kJ/kg℃

△T：循环水温升，℃；

步骤五、计算凝P_s和P_s0

根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出理论凝汽器饱和温度t_s对应的理论凝汽器饱和压力P_s，同样根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出初始凝汽器饱和温度t_s0对应的初始凝汽器饱和压力P_s0，其中初始凝汽器饱和温度t_s0是未开启循环水制冷系统前的凝汽器饱和温度，其数值由汽轮机机组DCS数据中读取；

步骤六、根据汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线计算η_s0和η_s，

汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线为

η＝f(P) 式(9)

η_s0＝f(P_s0)

η_s＝f(P_s)

其中，η_s0是初始凝汽器压力对热耗率修正系数，η_s是理论凝汽器压力对热耗率修正系数，

步骤六、判定循环水循环水制冷系统是否开启

式中各符号意义如下：

X：判定系数

Heat：汽轮机设计热耗率，℃

W_qj：汽轮机组功率，kW

A：标煤价格，元/g

W_zlj：循环水制冷系统运行功率，kW

B：发电厂上网电价，元/kWh

若判定系数X≥1.2，DCS控制终端向循环水制冷系统发送开启指令，DCS控制终端控制循环水制冷系统处于关闭状态。