CN106895977B - 一种低压缸末级排汽焓测量装置及计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于火电机组过程参数测量领域，特别涉及一种低压缸末级排汽焓测量装置及计算方法。低压缸末级旁路、电加热单元、测量单元、升压单元以及除氧器依次连接，测量单元与计算模块连接。低压缸末级旁路对低压缸排汽进行采样，经电加热单元加热至过热蒸汽，测量单元测量加热后过热蒸汽参数，计算模块利用基于热力学分析的排汽焓计算方法反向计算排汽焓值，升压单元将采样蒸汽升压后送回除氧器。本发明通过对末级排汽的测量分析，能够在线精确计算汽轮机末级排汽焓值，将计算结果送往机组DCS提高机组控制性能和经济指标，将采样蒸汽及测量过程中使用的能量送往汽轮机回热系统继续利用，不会造成工质和能源的浪费，有利于机组的节能经济运行。

Description

一种低压缸末级排汽焓测量装置及计算方法
技术领域
本发明属于火电机组过程参数测量领域，特别涉及一种低压缸末级排汽焓测量装置及计算方法。
背景技术
汽轮机末级排汽焓的准确测量，有助于确定湿蒸汽区末级效率，了解末级工作状态，为汽轮机的安全经济运行及末级的优化设计、结构改进提供指导与参考。但由于汽轮机排汽处于湿蒸汽区域而无法利用测量仪表直接得到其焓值，现有的汽轮机排汽焓在线计算主要是基于基于模型的理论计算方式，包括能量平衡法、等效焓降法、曲线外推法以及曲线迭代法等。然而现有的基于理论计算的排汽焓软测量方法存在以下问题：
(1)能量平衡法将汽轮机回热系统看做一个封闭的热力单元，利用物质和能量平衡方程和汽轮机功率方程，根据单元能量守恒原则计算排汽焓。然而计算过程很难全面的将单元的能量进出因素考虑在内，因此目前很少使用。
(2)等效焓降法利用汽轮机回热加热系统物质与能量平衡，利用等效焓降和级间效率计算排汽焓。其在稳态工况下具有较高的计算精度，但不适用于变负荷工况。
(3)曲线外推法根据汽轮机在过热蒸汽区入口状态点和抽汽状态点做热力过程先，平滑外推到湿蒸汽区以确定排汽焓。然而其精度较差，尤其是在汽轮机低负荷时。
(4)曲线迭代法类似于曲线外推法，只是增加收敛条件进行迭代计算。其精度较高但手收敛条件的限制计算时间周期长，影响了热经济性在线计算的实时性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种低压缸末级排汽焓测量装置，所述测量装置与低压缸末级排汽管道和除氧器相连，测量装置包括：低压缸末级旁路、电加热单元、测量单元、升压单元以及除氧器依次连接，测量单元与计算模块连接；
所述低压缸末级旁路为从汽轮机末级通往凝汽器管道即低压缸末级排汽管道上引出的旁路，对汽轮机末级湿蒸汽进行采样；对采样蒸汽进行处理测量；
所述电加热单元中设定固定电加热功率，将采样湿蒸汽加热至过热蒸汽状态；
所述测量单元测量加热后过的蒸汽温度Ts、蒸汽压力Ps和蒸汽流量Ds，并将它们转换为4mA～20mA的电信号，然后经变送器送往计算模块；
所述升压单元采用机械增压方式将采样过热蒸汽升压后送往除氧器；
所述计算模块接收来自测量单元的蒸汽参数信号，利用排汽焓计算方法对末级排汽焓进行计算。
所述低压缸末级旁路采用DN50金属不锈钢管，内径尺寸50mm，外加保温层，旁路管道总长度200m，旁路的进口侧安装逆止阀，出口侧安装电动调节阀。
所述电加热单元采用热功率可调节的防爆电加热器，加热工质为采样末级排汽，应用运行功率20kW～100kW。
所述测量单元中的测量仪表包括蒸汽温度测量仪表、蒸汽压力测量仪表和蒸汽流量测量仪表。
所述蒸汽温度测量仪表选用热电阻，应用待测温度140℃～200℃。
所述蒸汽压力测量仪表选用智能压力变送器，应用待测压力0.01MPa～0.03MPa。
所述蒸汽流量测量仪表为标准喷嘴和智能差压变送器，应用工作温度180℃，智能差压变送器差压值根据喷嘴的工作压力而定。
所述升压单元采用离心式压缩机，利用机械升压方式将采样蒸汽升压至除氧器的压力水平，设定排汽压力0.901MPa～0.912MPa。
所述计算模块采用PLC控制器，根据获得的蒸汽温度Ts、蒸汽压力Ps和蒸汽流量Ds，采用排汽焓计算方法对末级排汽焓进行计算。
一种基于低压缸末级排汽焓测量装置的排汽焓计算方法的步骤为：
步骤1、初始化电加热单元中的电加热功率Nh，设定初始的电加热器有效功率值为当前电加热器功率；
步骤2、根据测量单元测量获得的加热后蒸汽温度Ts、蒸汽压力Ps，利用IFC97水和蒸汽性质计算公式计算加热后采样蒸汽焓值Hs；
步骤3、计算采样蒸汽焓升dH：
dH＝Nh/Ds (1)
步骤4、计算排汽焓Hc：
Hc＝Hs-dH (2)。
有益效果
本发明能够在线精确计算汽轮机末级排汽焓值，将计算结果送往机组DCS可以提高机组控制性能和经济指标，能够将采样蒸汽及测量过程中使用的能量送往汽轮机回热系统继续利用，不会造成工质和能源的浪费，有利于机组的节能经济运行。
附图说明
图1为低压缸末级排汽焓测量装置示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种低压缸末级排汽焓测量装置及计算方法，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
如图1，所述低压缸末级排汽测量装置与低压缸末级排汽管道和除氧器相连，低压缸末级旁路、电加热单元、测量单元、升压单元以及除氧器依次连接，测量单元与计算模块连接；
所述低压缸末级旁路为从汽轮机末级通往凝汽器管道即低压缸末级排汽管道上引出的旁路，对汽轮机末级湿蒸汽进行采样；对采样蒸汽进行处理测量
所述电加热单元中设定固定电加热功率，将采样湿蒸汽加热至过热蒸汽状态；
所述测量单元测量加热后过的蒸汽温度Ts、蒸汽压力Ps和蒸汽流量Ds，并将它们转换为4mA～20mA的电信号，然后经变送器送往计算模块；
所述升压单元采用机械增压方式将采样过热蒸汽升压后送往除氧器；
所述计算模块接收来自测量单元的蒸汽参数信号，利用排汽焓计算方法对末级排汽焓进行计算。
低压缸末级旁路采用DN50金属不锈钢管，内径尺寸50mm，外加保温层，旁路管道总长度200m，旁路进口侧安装逆止阀，出口侧安装电动调节阀。
电加热单元采用JRQ0816型防爆电加热器，功率范围5kW～3000kW，使用温度0℃～685℃，工作状态下维持热功率恒定。
参数测量单元测量参数包括蒸汽温度测量仪表，蒸汽压力测量仪表和蒸汽流量测量仪表。蒸汽温度测量仪表选用WZPK2-230型热电阻，分度号Pt100；蒸汽压力测量仪表选用智能压力变送器，量程0～0.25MPa；蒸汽流量测量仪表选用标准喷嘴+智能差压变送器，喷嘴工作压力-90kPa，工作温度180℃，智能差压变送器差压值随喷嘴的工作压力定。
升压单元采用离心式压缩机，选用H160-9.8/0.85型蒸汽压缩机，最大通流量7000m3/h，最大排汽压力0.98MPa。
计算模块采用GE-RX3i型PLC控制器，采集测量单元测量获得的蒸汽温度Ts、蒸汽压力Ps和蒸汽流量Ds，使用上位机下载排汽焓计算方法对末级排汽焓进行计算。
一种基于低压缸末级排汽焓测量装置的排汽焓计算方法的步骤为：
步骤1、初始化电加热单元中的电加热功率Nh，设定初始的电加热器有效功率值为当前电加热器功率；
步骤2、根据测量单元测量获得的加热后蒸汽温度Ts、蒸汽压力Ps，利用IFC97水和蒸汽性质计算公式计算加热后采样蒸汽焓值Hs；
步骤3、计算采样蒸汽焓升dH：
dH＝Nh/Ds (1)
步骤4、计算排汽焓Hc：
Hc＝Hs-dH (2)。

Claims (10)

1.一种低压缸末级排汽焓测量装置，所述测量装置与低压缸末级排汽管道和除氧器相连，其特征在于，所述测量装置包括依次连接的低压缸末级旁路、电加热单元、测量单元、升压单元以及除氧器，测量单元与计算模块连接；
所述低压缸末级旁路为从汽轮机末级通往凝汽器管道即低压缸末级排汽管道上引出的旁路，对汽轮机末级湿蒸汽进行采样；
所述电加热单元中设定固定电加热功率，将采样湿蒸汽加热至过热蒸汽状态；
所述测量单元测量加热后过的蒸汽温度Ts、蒸汽压力Ps和蒸汽流量Ds，并将它们转换为4mA～20mA的电信号，然后经变送器送往计算模块；
所述升压单元采用机械增压方式将采样过热蒸汽升压后送往除氧器；
所述计算模块接收来自测量单元的蒸汽参数信号，利用排汽焓计算方法对末级排汽焓进行计算。
2.根据权利要求1所述的低压缸末级排汽焓测量装置，其特征在于，所述低压缸末级旁路采用DN50金属不锈钢管，内径尺寸50mm，外加保温层，旁路管道总长度200m，旁路的进口侧安装逆止阀，出口侧安装电动调节阀。
3.根据权利要求1所述的低压缸末级排汽焓测量装置，其特征在于，所述电加热单元采用热功率可调节的防爆电加热器，加热工质为采样末级排汽，应用运行功率20kW～100kW。
4.根据权利要求1所述的低压缸末级排汽焓测量装置，其特征在于，所述测量单元中的测量仪表包括蒸汽温度测量仪表、蒸汽压力测量仪表和蒸汽流量测量仪表。
5.根据权利要求4所述的低压缸末级排汽焓测量装置，其特征在于，所述蒸汽温度测量仪表选用热电阻，应用待测温度140℃～200℃。
6.根据权利要求4所述的低压缸末级排汽焓测量装置，其特征在于，所述蒸汽压力测量仪表选用智能压力变送器，应用待测压力0.01MPa～0.03MPa。
7.根据权利要求4所述的低压缸末级排汽焓测量装置，其特征在于，所述蒸汽流量测量仪表为标准喷嘴和智能差压变送器，应用工作温度180℃，智能差压变送器差压值根据喷嘴的工作压力而定。
8.根据权利要求1所述的低压缸末级排汽焓测量装置，其特征在于，所述升压单元采用离心式压缩机，利用机械升压方式将采样蒸汽升压至除氧器的压力水平，设定排汽压力0.901MPa～0.912MPa。
9.根据权利要求1所述的低压缸末级排汽焓测量装置，其特征在于，所述计算模块采用PLC控制器，根据获得的蒸汽温度Ts、蒸汽压力Ps和蒸汽流量Ds，采用排汽焓计算方法对末级排汽焓进行计算。
10.基于权利要求1所述的低压缸末级排汽焓测量装置的排汽焓计算方法，其特征在于，所述方法的步骤为
步骤1、初始化电加热单元中的电加热功率Nh，设定初始的电加热器有效功率值为当前电加热器功率；
步骤2、根据测量单元测量获得的加热后蒸汽温度Ts、蒸汽压力Ps，利用IFC97水和蒸汽性质计算公式计算加热后采样蒸汽焓值Hs；
步骤3、计算采样蒸汽焓升dH：
dH＝Nh/Ds (1)
步骤4、计算排汽焓Hc：
Hc＝Hs-dH (2)。
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