CN106017128B - 一种带节能评估装置的射汽真空系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带节能评估装置的射汽真空系统及其运行方法，该真空系统包括高背压凝汽器、低背压凝汽器、蒸汽喷射器、疏水箱和真空泵，还包括节能评估装置，节能评估装置包括DCS控制终端、温度、压力传感器和流量计。本发明相比现有技术具有以下优点：通过DCS控制终端实现对数据的运算和对各个部分的控制，已达到资源配置最优化，使综合能耗保持最低；通过本方案企业改造成本低，可监视机组不同负荷下射汽真空系统所取得的节能效果；可依据节能效果进行两种真空系统之间在线切换；本方案操作简单无需对运行人员进行专门的培训，容易上手。

Description

一种带节能评估装置的射汽真空系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及发电厂凝汽器真空系统节能技术领域，尤其涉及一种带节能评估装置的射汽真空系统及其运行方法。

背景技术

针对当今世界出现的能源危机，节能降耗日趋迫切。作为燃煤大户火电厂的节能改造任务尤为关键。目前火电厂凝汽器的真空系统普遍由水环真空泵组成，在夏季运行时由于温度升高真空泵易发生汽蚀，导致真空泵效率下降，凝汽器真空度降低进而使机组发电效率降低。

为节能提效，对火电厂节能工作的深度挖潜，各厂纷纷针对自身情况对真空系统进行了不同改造。本方案是针对采用射汽抽汽器的凝汽器抽真空系统，改造后的真空系统较改造前真空泵的耗电量大幅降低，最直接收益就是降低了厂用电量。为综合评价真空系统改造后节能效果，我们不能单方面考虑降低厂用电量带来的收益，需要把系统投用后所附带的能量损失同时考虑进去。我们设计本方案实时对真空系统的节能情况进行监控评测，以切换最合适最经济的方案。

该套装置结构简单，改造成本低，并可以方便在线实时监测所取得的节能效果，运行人员可以根据此节能效果来判断凝汽器真空系统采用何种运行方式，提高了运行经济效率，由于同样发电量的燃煤量可以减少，因此每年可减少较多的二氧化碳排放量，产生“节能减排”的良好社会效益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种带节能评估装置的射汽真空系统及其运行方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种带节能评估装置的射汽真空系统，包括高背压凝汽器、低背压凝汽器、蒸汽喷射器、疏水箱和真空泵，真空泵与高背压凝汽器和低背压凝汽器的真空管路连接，其特征在于：蒸汽喷射器有两台，分别是第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器，第一蒸汽喷射器的引射流体进口与高背压凝汽器的真空管路连接，第二蒸汽喷射器的引射流体进口与低背压凝汽器的真空管路连接，第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器的工作流体进口均与辅助蒸汽母管连接，第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器的混合流体出口均与疏水箱连接，疏水箱底部设置有疏水管路，疏水箱顶部设置减温水管路，还包括节能评估装置，节能评估装置包括DCS控制终端、引射温度传感器、引射压力传感器、引射流量计、减温温度传感器、减温压力传感器、减温流量计、疏水温度传感器和疏水压力传感器；引射温度传感器、引射压力传感器、引射流量计、减温温度传感器、减温压力传感器、减温流量计、疏水温度传感器、疏水压力传感器和真空泵均与DCS控制终端电性连接；引射温度传感器、引射压力传感器和引射流量计安装在辅助蒸汽母管上，减温温度传感器、减温压力传感器和减温流量计安装在减温水管路上，疏水温度传感器和疏水压力传感器安装在疏水管路上。

作为对上述方案的进一步改进，真空泵有三台，分别是第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵，三台真空泵并联后与高背压凝汽器和低背压凝汽器的真空管路连接。

作为对上述方案的进一步改进，第一真空泵和第二真空泵的功率大于第三真空泵的功率。

作为对上述方案的进一步改进，第一真空泵和第二真空泵的功率是50％容量的真空泵。

作为对上述方案的进一步改进，第三真空泵还与疏水箱连接。

本方案还提供上述带节能评估装置的射汽真空系统的运行方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、三台真空泵同时启动，快速建立凝汽器真空，使凝汽器真空度达到预定值；

步骤二、通过DCS控制终端关闭第一真空泵和第二真空泵同时切换投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器，并计算系统所耗蒸汽等效功率P₁，

其中，D_zq是系统所耗蒸汽流量，单位是t/h，由引射流量计测得上传至DCS控制终端，h₁为辅助蒸汽母管蒸汽焓值，h₂为疏水箱疏水的焓值，单位是kJ/kg，

h₁＝f(p₁，t₁)，h₂＝f(p₂，t₂)

其中h＝f(p，t)由水和水蒸气性质计算公式IAPWS-IF97得出，

p₁为辅助蒸汽母管蒸汽压力，由引射压力传感器计采集，t₁为辅助蒸汽母管蒸汽温度，由引射温度传感器采集，p₂为疏水箱疏水压力，由疏水压力传感器采集，t₂为疏水箱疏水温度，由疏水温度传感器采集；HR为汽轮机组热耗率，单位是kJ/kWh，HR是机组耗差系统中当前负荷下的热耗率；

步骤三、计算减温水流量所增加的凝泵耗功P₂，

P₂＝P-P'

P＝f′(Q_ns)

P'＝f′(Q_ns-Q_jw)

其中P和P'是凝结水流量对应的凝结水泵功率，f′是汽轮机厂家提供的凝结水流量与凝结水泵功率特性曲线。Q_ns为凝结水流量，从汽轮机机组控制系统读取，Q_jw为疏水箱减温水流量，由减温流量计采集；

步骤四、计算投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器后机组背压变化影响的汽机功率P₃，

P₃＝P_qj×(k-k')

k＝f″(p_by)

k'＝f″(p_by')

其中k和k'分别为p_by和p_by'对应的汽轮机背压对凝汽器的修正系数，f″是汽轮机厂家提供的背压对功率的修正曲线，p_by为切换投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前的汽轮机背压，p_by'切换投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之后的汽轮机背压，P_qj为汽轮发电机组的实时功率，直接从汽轮机控制系统读取；

步骤五、计算第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器的节能效果P_jn

P_jn＝P_zkb-(P₁+P₂+P₃+P_zkbc)

P_zkb＝P_zkba+P_zkbb+P_zkbc

P_zkba＝I_a×(U_a×φ_a×η_a)

P_zkbb＝I_b×(U_b×φ_b×η_b)

P_zkbc＝I_c×(U_c×φ_c×η_c)

其中P_zkb为切换投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前三台真空泵的功率之和，I_a、I_b和I_c分别为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的电机运行电流，U_a、U_b和U_c分别为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的电机运行电压，Φ_a、Φ_b和Φ_c分别为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的电机功率因数，η_a、η_b和η_c分别为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的电机效率，P_zkbc为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器后第三真空泵的功率，

P_zkbc＝I_c′×(U_c′×φ_c′×η_c′)

I_c′、U_c′、φ_c′和η_c′分别是投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器后第三真空泵的电机运行电流、电机运行电压、电机功率因数和电机效率；

步骤六、判定节能效果，切换运行方式

当P_jn＞0时，机组开始产生节能收益并累计，DCS控制终端控制真空系统保持当前运行方式；当P_jn＜0时，说明射汽真空系统不再节能，DCS控制终端控制真空系统启动第一真空泵和第二真空泵，关闭第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器并停运第三真空泵并停运第三真空泵。

本发明相比现有技术具有以下优点：通过DCS控制终端实现对数据的运算和对各个部分的控制，已达到资源配置最优化，使综合能耗保持最低；通过本方案企业改造成本低，可监视机组不同负荷下射汽真空系统所取得的节能效果；可依据节能效果进行两种真空系统之间在线切换；本方案操作简单无需对运行人员进行专门的培训，容易上手。

附图说明

图1是带节能评估装置的射汽真空系统的结构示意图。

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

一种带节能评估装置的射汽真空系统，包括高背压凝汽器11、低背压凝汽器12、蒸汽喷射器、疏水箱4和真空泵，真空泵与高背压凝汽器11和低背压凝汽器12的真空管路连接，其特征在于：蒸汽喷射器有两台，分别是第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32，第一蒸汽喷射器31的引射流体进口与高背压凝汽器11的真空管路连接，第二蒸汽喷射器32的引射流体进口与低背压凝汽器12的真空管路连接，第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32的工作流体进口均与辅助蒸汽母管5连接，第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32的混合流体出口均与疏水箱4连接，疏水箱4底部设置有疏水管路41，疏水箱4顶部设置减温水管路42，还包括节能评估装置，节能评估装置包括DCS控制终端9、引射温度传感器71、引射压力传感器61、引射流量计81、减温温度传感器72、减温压力传感器62、减温流量计82、疏水温度传感器73和疏水压力传感器63；引射温度传感器71、引射压力传感器61、引射流量计81、减温温度传感器72、减温压力传感器62、减温流量计82、疏水温度传感器73、疏水压力传感器63和真空泵均与DCS控制终端9电性连接；引射温度传感器71、引射压力传感器61和引射流量计81安装在辅助蒸汽母管5上，减温温度传感器72、减温压力传感器62和减温流量计82安装在减温水管路42上，疏水温度传感器73和疏水压力传感器63安装在疏水管路41上。为了实现对凝汽器射汽真空系统的节能评估，我们需要充分了解系统改造之后所增加的能源的消耗与节省的能源，通过这样的设计来获取数据判断节能情况。设置引射温度传感器71、引射压力传感器61和引射流量计81是为充分了解系统所增加的能耗，减温温度传感器72、减温压力传感器62和减温流量计82是为充分了解系统所增加的能耗，疏水温度传感器73和疏水压力传感器63是为充分了解系统所增加的能耗；通过DCS控制终端9实现对数据的运算和对各个部分的控制，已达到资源配置最优化，使综合能耗保持最低。

真空泵有三台，分别是第一真空泵21、第二真空泵22和第三真空泵23，三台真空泵并联后与高背压凝汽器11和低背压凝汽器12的真空管路连接。

第一真空泵21和第二真空泵22的功率大于第三真空泵23的功率。采用两大一小的配制，能够按照实际生产需求灵活调整真空系统的配制，维持适当真空度的前提下最优化配制，使能量利用效率最高。第一真空泵和第二真空泵的功率是50％容量的真空泵。

第三真空泵23还与疏水箱4连接。第三真空泵23能够让疏水箱4内内保持一定的负压，减小引射介质进口与混合流体出口之间的压力差，保证第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32的工作效率。

实施例2

一种带节能评估装置的射汽真空系统的运行方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、三台真空泵同时启动，快速建立凝汽器真空，使凝汽器真空度达到预定值；

步骤二、通过DCS控制终端9关闭第一真空泵21和第二真空泵22同时切换投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32，并计算系统所耗蒸汽等效功率P₁，

其中，D_zq是系统所耗蒸汽流量，单位是t/h，由引射流量计81测得上传至DCS控制终端9，

h₁为辅助蒸汽母管5蒸汽焓值，h₂为疏水箱4疏水的焓值，单位是kJ/kg，

h₁＝f(p₁，t₁)，h₂＝f(p₂，t₂)

其中h＝f(p，t)由水和水蒸气性质计算公式IAPWS-IF97得出，

p₁为辅助蒸汽母管5蒸汽压力，由引射压力传感器61计采集，t₁为辅助蒸汽母管5蒸汽温度，由引射温度传感器71采集，p₂为疏水箱4疏水压力，由疏水压力传感器63采集，t₂为疏水箱4疏水温度，由疏水温度传感器73采集；HR为汽轮机组热耗率，单位是kJ/kWh，HR是机组耗差系统中当前负荷下的热耗率；

步骤三、计算减温水流量所增加的凝泵耗功P₂，

P₂＝P-P'

P＝f′(Q_ns)

P'＝f′(Q_ns-Q_jw)

其中P和P'是凝结水流量对应的凝结水泵功率，f′是汽轮机厂家提供的凝结水流量与凝结水泵功率特性曲线，Q_ns为凝结水流量，从汽轮机机组控制系统读取，Q_jw为疏水箱4减温水流量，由减温流量计82采集；

步骤四、计算投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32后机组背压变化影响的汽机功率P₃，

P₃＝P_qj×(k-k')

k＝f″(p_by)

k'＝f″(p_by')

其中k和k'分别为p_by和p_by'对应的汽轮机背压对凝汽器的修正系数，f″是汽轮机厂家提供的背压对功率的修正曲线，p_by为切换投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32之前的汽轮机背压，p_by'切换投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32之后的汽轮机背压，P_qj为汽轮发电机组的实时功率，直接从汽轮机控制系统读取；

步骤五、计算第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32的节能效果P_jn

P_jn＝P_zkb-(P₁+P₂+P₃+P_zkbc)

P_zkb＝P_zkba+P_zkbb+P_zkbc

P_zkba＝I_a×(U_a×φ_a×η_a)

P_zkbb＝I_b×(U_b×φ_b×η_b)

P_zkbc＝I_c×(U_c×φ_c×η_c)

其中P_zkb为切换投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32之前三台真空泵的功率之和，I_a、I_b和I_c分别为投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32之前第一真空泵21、第二真空泵22和第三真空泵23的电机运行电流，U_a、U_b和U_c分别为投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32之前第一真空泵21、第二真空泵22和第三真空泵23的电机运行电压，Φ_a、Φ_b和Φ_c分别为投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32之前第一真空泵21、第二真空泵22和第三真空泵23的电机功率因数，η_a、η_b和η_c分别为投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32之前第一真空泵21、第二真空泵22和第三真空泵23的电机效率，P_zkbc为投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32后第三真空泵23的功率，

P_zkbc＝I_c′×(U_c′×φ_c′×η_c′)

I_c′、U_c′、φ_c′和η_c′分别是投用第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32后第三真空泵23的电机运行电流、电机运行电压、电机功率因数和电机效率；

步骤六、判定节能效果，切换运行方式

当P_jn＞0时，机组开始产生节能收益并累计，DCS控制终端9控制真空系统保持当前运行方式；当P_jn＜0时，说明射汽真空系统不再节能，DCS控制终端9控制真空系统启动第一真空泵21和第二真空泵22关闭第一蒸汽喷射器31和第二蒸汽喷射器32并停运第三真空泵23并停运第三真空泵23。

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 (3)

1.一种带节能评估装置的射汽真空系统，包括高背压凝汽器、低背压凝汽器、蒸汽喷射器、疏水箱和真空泵，所述真空泵与高背压凝汽器和低背压凝汽器的真空管路连接，其特征在于：所述蒸汽喷射器有两台，分别是第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器，所述第一蒸汽喷射器的引射流体进口与高背压凝汽器的真空管路连接，所述第二蒸汽喷射器的引射流体进口与低背压凝汽器的真空管路连接，所述第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器的工作流体进口均与辅助蒸汽母管连接，所述第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器的混合流体出口均与疏水箱连接，所述疏水箱底部设置有疏水管路，所述疏水箱顶部设置减温水管路，还包括节能评估装置，所述节能评估装置包括DCS控制终端、引射温度传感器、引射压力传感器、引射流量计、减温温度传感器、减温压力传感器、减温流量计、疏水温度传感器和疏水压力传感器；所述引射温度传感器、引射压力传感器、引射流量计、减温温度传感器、减温压力传感器、减温流量计、疏水温度传感器、疏水压力传感器和真空泵均与所述DCS控制终端电性连接；所述引射温度传感器、引射压力传感器和引射流量计安装在辅助蒸汽母管上，所述减温温度传感器、减温压力传感器和减温流量计安装在所述减温水管路上，所述疏水温度传感器和疏水压力传感器安装在所述疏水管路上；所述真空泵有三台，分别是第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵，三台所述真空泵并联后与所述高背压凝汽器和低背压凝汽器的真空管路连接；所述第三真空泵还与所述疏水箱连接；所述第一真空泵和第二真空泵的功率大于所述第三真空泵的功率。

2.如权利要求1所述一种带节能评估装置的射汽真空系统，其特征在于：所述第一真空泵和第二真空泵的功率是50％容量的真空泵。

3.一种如权利要求2所述带节能评估装置的射汽真空系统的运行方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、三台真空泵同时启动，快速建立凝汽器真空，使凝汽器真空度达到预定值；

步骤二、通过DCS控制终端关闭第一真空泵和第二真空泵同时切换投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器，并计算系统所耗蒸汽等效功率P₁，

其中，D_zq是系统所耗蒸汽流量，单位是t/h，由引射流量计直接测得，h₁为辅助蒸汽母管蒸汽焓值，h₂为疏水箱疏水的焓值，单位是kJ/kg，

h₁＝f(p₁，t₁)，h₂＝f(p₂，t₂)

其中h＝f(p，t)由水和水蒸气性质计算公式IAPWS-IF97得出，

p₁为辅助蒸汽母管蒸汽压力，由引射压力传感器计采集，t₁为辅助蒸汽母管蒸汽温度，由引射温度传感器采集，p₂为疏水箱疏水压力，由疏水压力传感器采集，t₂为疏水箱疏水温度，由疏水温度传感器采集；HR为汽轮机组热耗率，单位是kJ/kWh，HR是机组耗差系统中当前负荷下的热耗率；

步骤三、计算减温水流量所增加的凝泵耗功P₂，

P₂＝P-P'

P＝f′(Q_ns)

P'＝f′(Q_ns-Q_jw)

其中P和P'是凝结水流量对应的凝结水泵功率，f′是汽轮机厂家提供的凝结水流量与凝结水泵功率特性曲线， Q_ns为凝结水流量，从汽轮机机组控制系统读取，Q_jw为疏水箱减温水流量，由减温流量计采集；

步骤四、计算投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器后机组背压变化影响的汽机功率P₃，

P₃＝P_qj×(k-k')

k＝f″(p_by)

k'＝f″(p_by')

其中k和k'分别为p_by和p_by'对应的汽轮机背压对凝汽器的修正系数，f″是汽轮机厂家提供的背压对功率的修正曲线，p_by为切换投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前的汽轮机背压，p_by'切换投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之后的汽轮机背压，P_qj为汽轮发电机组的实时功率，直接从汽轮机控制系统读取；

步骤五、计算第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器的节能效果P_jn

P_jn＝P_zkb-(P₁+P₂+P₃+P_zkbc)

P_zkb＝P_zkba+P_zkbb+P_zkbc

P_zkba＝I_a×(U_a×φ_a×η_a)

P_zkbb＝I_b×(U_b×φ_b×η_b)

P_zkbc＝I_c×(U_c×φ_c×η_c)

其中P_zkb为切换投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前三台真空泵的功率之和，I_a、I_b和I_c分别为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的电机运行电流，U_a、U_b和U_c分别为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的电机运行电压，Φ_a、Φ_b和Φ_c分别为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的电机功率因数，η_a、η_b和η_c分别为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器之前第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵的电机效率，P_zkbc为投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器后第三真空泵的功率，

P_zkbc＝I_c′×(U_c′×φ_c′×η_c′)

I_c′、U_c′、φ_c′和η_c′分别是投用第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器后第三真空泵的电机运行电流、电机运行电压、电机功率因数和电机效率；

步骤六、判定节能效果，切换运行方式

当P_jn＞0时，机组开始产生节能收益并累计，DCS控制终端控制真空系统保持当前运行方式；当P_jn＜0时，说明射汽真空系统不再节能，DCS控制终端控制真空系统启动第一真空泵和第二真空泵，关闭第一蒸汽喷射器和第二蒸汽喷射器并停运第三真空泵。