CN108757067B - 汽轮发电机组回热系统加热器性能指标监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种汽轮发电机组回热系统加热器性能指标监测方法及系统，该系统包括在线数据采集模块和数据处理模块，本发明通过对回热系统加热器能效研究分析的基础上，利用一定的数学方法设计出了一种加热器的性能指标；本发明将加热器的上端差和下端差两个评价指标通过数学推导转换合并为一个综合的能效系数；本发明通过对加热器能效系数的在线计算，可以方便的让运行人员直观的判断加热器的在线运行状态。

Description

汽轮发电机组回热系统加热器性能指标监测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种汽轮发电机组回热系统加热器性能指标监测方法及在线监测系统。

背景技术

随着国家对火电机组节能减排工作的重视，提高火电厂汽轮发电机组的运行经济性对火力发电企业具有重要的意义。回热系统加热器是汽轮发电机组热力系统的核心部分，其运行状态下的性能指标对机组运行的经济性具有重要的影响。

国内目前对回热系统加热器的性能评价指标主要是依据加热器的上端差和下端差，两者分别监测与分析缺少一定的整体性，因此导致运行人员很难定性的判断回热系统加热器的整体性能。

本发明是对回热系统加热器能效的研究分析基础上，利用一定的数学方法设计出了一种加热器的性能指标，并提出了相关监测方法和在线监测系统，从而便于运行人员直接定性判断加热器的运行状态。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种汽轮发电机组回热系统加热器性能指标监测方法及在线监测系统。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种汽轮发电机组回热系统加热器性能指标在线监测系统，包括在线数据采集模块和数据处理模块，所述在线数据采集模块分别与汽轮发电机组回热系统加热器和数据处理模块连接，在线数据采集模块用于采集汽轮发电机组运行参数，数据处理模块用于对采集的运行参数进行计算处理；所述在线数据采集模块包括若干压力传感器和若干温度传感器，若干压力传感器分别设置于加热器的蒸汽入口管道、水侧入口管道和水侧出口管道内，用于采集各处的压力信号输出给数据处理模块；所述若干温度传感器分别设置于加热器的蒸汽入口管道、水侧入口管道、水侧出口管道和疏水出口管道内，采集各处的温度信号输出给数据处理模块。

本发明的进一步设计在于：

还包括终端显示模块，所述终端显示模块与数据处理模块连接，用于接收数据处理模块处理后数据并进行显示。

采用上述在线监测系统对汽轮发电机组回热系统加热器性能指标在线监测方法，包括如下步骤：

1)通过压力、温度传感器采集汽轮发电机组回热系统加热器中各个管道内蒸汽和水的压力和温度运行参数，并采集汽轮发电机组回热系统加热器规范参数；

2)利用步骤1得到的数据计算汽轮发电机组回热系统加热器中各个管道中蒸汽和水的焓值数据以及各项判断因子；

3)利用步骤1和步骤2中得到的数据计算汽轮发电机组回热系统加热器的能效系数η，计算公式如下：

η＝η⁰+Δη (1)

其中，η⁰为加热器上端差与下端差等于设计值时的加热器能效系数，取1；Δη为加热器的上端差或者下端差偏离设计值时产生加热器能效系数的变化值；α为能效系数变化值Δη的判断因子；k_w为水侧影响趋势判断因子；k_s为汽侧影响趋势判断因子；θ_hw为水侧焓升变化对Δη影响的灵敏度系数；θ_hs为汽侧焓降变化对Δη影响的灵敏度系数；h_wc为加热器水侧出口水的焓值；h_wj为加热器水侧入口水的焓值；h_sj为加热器蒸汽侧入口蒸汽的焓值；h_sc为加热器蒸汽侧出口疏水的焓值；

为上端差修正后加热器水侧出口水的焓值；

为下端差修正后加热器汽侧出口疏水的焓值；δh_w为水侧焓升变化系数，δh_s为汽侧焓降变化系数；

4)在终端显示模块显示汽轮发电机组回热系统加热器的能效系数η。

本发明的进一步设计在于：

步骤2计算各个管道中蒸汽和水的焓值数据以及各项判断因子包括如下具体步骤：

①根据步骤1所采集到的数据通过函数关系计算出加热器水侧进水焓值h_wj、水侧出水焓值h_wc、汽侧进汽焓值h_sj、汽侧疏水焓值h_sc，进而计算水侧焓升和汽侧焓降，计算公式如下：

Δh_w＝h_wc-h_wj； (3)

Δh_s＝h_sj-h_sc； (4)

②先计算加热器上端差修正后的水侧出水温度和焓值、及加热器下端差修正后的汽侧疏水温度和焓值，进而计算修正后的水侧焓升和汽侧焓降：

加热器上端差修正后的水侧出水温度和焓值计算公式如下：

式中，δu^o为加热器设计的上端差，令δu^o＝a；t_Psj为加热器蒸汽侧入口蒸汽压力对应的饱和水温度；

为加热器上端差修正后的水侧出口处的水温；

为上端差修正后的加热器水侧出口焓值；p_wc为加热器水侧出口的压力值；

加热器下端差修正后的汽侧疏水温度和焓值计算公式如下：

式中，δd^o为加热器设计的下端差，令δd^o＝b；

为下端差修正后的加热器蒸汽侧出口的疏水温度；

为下端差修正后的加热器汽侧出口疏水焓值；t_wj为加热器水侧进口处的水温；p_sj为加热器蒸汽侧进口的压力值；

修正后的水侧焓升和汽侧焓降计算公式如下：

③计算水侧焓升和汽侧焓降变化对Δη影响的灵敏度系数θ_hw和θ_hs：

其中水侧焓升变化系数计算公式如下：

汽侧焓降变化系数计算公式如下：

令水侧焓升变化对Δη影响的灵敏度系数θ_hw为1；则汽侧焓降变化对Δη影响的灵敏度系数θ_hs为

即修正后的水侧焓升与汽侧焓降的比值；

④计算水侧和汽侧影响趋势判断因子k_w和k_s：

首先，计算实际运行状态下的加热器上端差和下端差，计算公式如下：

实际运行状态下的上端差计算公式为：δu＝t_psj-t_wc (13)

实际运行状态下的下端差计算公式为：δd＝t_sc-t_wj (14)

然后，计算水侧和汽侧影响趋势判断因子k_w和k_s：

若δu≥δu^o，则k_w＝1；反之，若δu＜δu^o，则k_w＝-1；

若δd≥δd^o，则k_s＝1；反之，若δd＜δd^o，则k_s＝-1；

⑤计算能效系数变化值Δη的判断因子α：

令k_w(δh_wθ_hw)²+k_s(δh_sθ_hs)²＝A，

若A＞0,则α＝-1；反之，若A＜0，则α＝1。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

本发明通过对回热系统加热器能效研究分析的基础上，利用一定的数学方法设计出了一种加热器的性能指标；

本发明将加热器的上端差和下端差两个评价指标通过数学推导转换合并为一个综合的能效系数；

本发明通过对加热器能效系数的在线计算，可以方便的让运行人员直观的判断加热器的在线运行状态。

附图说明

图1为实施例一中回热系统加热器性能指标监测流程示意图；

图2为实施例一中在线数据采集系统示意图；

其中：11-第一压力传感器；12-第一温度传感器；13-水侧入口管道；5-表面式加热器；21-第二压力传感器；22-第二温度传感器；23-水侧出口管道；31-第三压力传感器；32-第三温度传感器；33-蒸汽入口管道；42-第四温度传感器；43-疏水管道。

具体实施方式

实施例一：

下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例一：

如图1所示，本发明的汽轮发电机组回热系统加热器性能指标在线监测系统，包括在线数据采集模块和数据处理模块，所述在线数据采集模块分别与汽轮发电机组回热系统加热器(加热器可加在图1中)和数据处理模块连接，在线数据采集模块用于采集汽轮发电机组运行参数，数据处理模块用于对采集运行参数的进行计算处理；上述运行参数包括蒸汽入口管道、水侧入口管道、水侧出口管道和疏水出口管道内的温度信号以及蒸汽入口管道、水侧入口管道和水侧出口管道内的压力信号；所述在线数据采集模块包括若干压力传感器和若干温度传感器，第一压力传感器、第一温度传感器设置于水侧入口管道内，用于采集水侧入口管道内的温度、压力信号输出给数据处理模块；第二压力传感器、第二温度传感器设置于水侧出口管道，用于采集水侧出口管道内的温度、压力信号输出给数据处理模块；第三压力传感器、第三温度传感器设置于蒸汽入口管道内，用于采集蒸汽入口管道内的温度、压力信号输出给数据处理模块；第四温度传感器设置于疏水出口管道内，用于采集疏水出口管道内的温度信号输出给数据处理模块。

实施例二：

本实例的汽轮发电机组回热系统加热器性能指标在线监测系统，还包括终端显示模块，所述终端显示模块与数据处理模块连接，用于接收数据处理模块处理后数据并进行显示。

实施例三：

本发明对于实施例二线汽轮发电机组回热系统加热器性能指标在线监测系统，其监测方法包含如下步骤：

1)通过压力、温度传感器采集汽轮发电机组回热系统加热器中各个管道内蒸汽和水的压力和温度运行参数，并采集汽轮发电机汽轮发电机组回热系统加热器规范参数，所采集的运行参数包含加热器水侧进水压力p_wj、水侧进水温度t_wj、水侧出水压力p_wc、水侧出水温度t_wc、汽侧进汽压力p_sj、汽侧进汽温度t_sj、汽侧疏水温度t_sc；

根据加热器的设备规范参数，可以得出加热器设计的上、下端差分别如下：

δu^o＝a 公式3.1

δd^o＝b 公式3.2

式中a、b分别为一常数。

2)利用步骤1得到的数据计算汽轮发电机组回热系统加热器中各个管道中蒸汽和水的焓值数据以及各项判断因子，各项判断因子包括水侧和汽侧影响趋势判断因子k_w、k_s和因上下端差偏离设计值时能效系数变化值Δη所对应的判断因子α，其具体计算步骤如下：

①根据上述采集的加热器水侧进水压力p_wj、温度t_wj以及水侧出水压力p_wc、温度t_wc，通过函数关系(属于常规计算，一般是根据水和水蒸气性质表查表得到，但是目前工程上都是直接采用标准规定的计算公式直接计算得出)分别计算加热器水侧进水焓值h_wj和加热器水侧出水焓值h_wc；根据上述采集加热器汽侧进汽压力p_sj、温度t_sj以及汽侧疏水温度t_sc，通过函数关系分别计算加热器汽侧进汽焓值h_sj和加热器汽测疏水焓值h_sc(疏水压力等于进汽压力)；

进而计算得到的加热器水侧进出口焓值和汽侧进出口焓值，分别计算水侧焓升Δh_w＝h_wc-h_wj和汽侧焓降Δh_s＝h_sj-h_sc。

②计算经加热器设计上下端差修正后的水温及焓值：

加热器上端差修正后的水侧出水温度和焓值计算公式如下：

式中，δu^o为加热器设计时上端差，δu^o＝a，p_wc为加热器水侧出口的压力值，t_Psj为加热器蒸汽侧入口蒸汽压力对应的饱和水温度，可根据蒸汽侧的进口压力数值通过水和水蒸气性质计算标准公式计算得到，

为上端差修正后的加热器水侧出口处的水温；

为上端差修正后的加热器水侧出口焓值。

加热器下端差修正后的汽侧疏水温度和焓值计算公式如下：

式中，δd^o为加热器设计时下端差，δd^o＝b，p_sj为加热器蒸汽侧进口的压力值；

为下端差修正后的加热器蒸汽侧出口的疏水温度；

为下端差修正后的加热器汽侧出口疏水焓值；t_wj为加热器水侧出口处的水温。

根据修正后计算得到的加热器水侧出口焓值和汽侧出口疏水焓值，分别计算修正后的水侧焓升

和汽侧焓降

③计算水侧焓升及汽侧焓降变化系数及对应的对能效系数变化值Δη影响的灵敏度系数：

水侧焓升变化系数计算公式：

汽侧焓降变化系数计算公式

令水侧焓升变化对Δη影响的灵敏度系数θ_hw为1，则汽侧焓降变化对Δη影响的灵敏度系数θ_hs为

即修正后的水侧焓升与汽侧焓降的比值。

④计算水侧和汽侧影响趋势判断因子k_w和k_s：

首先计算实际运行状态下的加热器上端差和下端差：

上端差为加热器蒸汽侧进口压力对应的饱和水温度与加热器水侧出口水温的差值，计算公式为：

δu＝t_psj-t_wc 公式3.9

式中：δu为加热器上端差，℃；t_Psj为加热器蒸汽侧入口蒸汽压力对应的饱和水温度，℃；t_wc为加热器水侧出口处的水温，℃。

下端差加热器蒸汽侧出口的疏水温度与加热器水侧入口水温的差值，计算公式为：

δd＝t_sc-t_wj 公式3.10

式中：δd为加热器下端差，℃；t_sc为加热器蒸汽侧出口的疏水温度；t_wj为加热器水侧出口处的水温，℃。

然后，计算水侧和汽侧影响趋势判断因子k_w和k_s：

若δu≥δu^o，则k_w＝1；反之，若δu＜δu^o，则k_w＝-1；

若δd≥δd^o，则k_s＝1；反之，若δd＜δd^o，则k_s＝-1；

⑤计算能效系数变化值Δη的判断因子α：

令k_w(δh_wθ_hw)²+k_s(δh_sθ_hs)²＝A，

若A＞0,则α＝-1；反之，若A＜0，则α＝1；

3)利用步骤1和步骤2中得到的数据计算汽轮发电机组回热系统加热器的能效系数η，计算公式如下：

η＝η⁰+Δη 公式3.11

式中，η⁰为加热器上端差与下端差等于设计值时的加热器能效系数，取1；Δη为加热器的上端差或者下端差偏离设计值时必然会产生加热器能效系数的变化值。

4)在终端显示模块显示汽轮发电机组回热系统加热器的能效系数η。

应用实例一：

本应用实例采用实施例三的在线监测方法，对某电厂的1号高压加热器各项指标数据并进行在线监测。

表1是对某电厂的1号高压加热器能效系数进行计算的数据，计算结果表明当1号高加下端差较设计值高5℃时，1号高加的能效系数有100％降至了98.71％；当1号高加上端差较设计值高2℃时，1号高加的能效系数有100％降至了91.52％。

运行人员可以通过计算结果快速的判断加热器当前的性能状况，同时计算结果也体现出了高压加热器上端差偏离设计值对加热器性能的影响较大，下端差偏离设计值对加热器的性能的影响较小，这一规律也符合热力系统的耗差分析结果，从而也说明本发明方法的实用性。

Claims (1)

1.一种汽轮发电机组回热系统加热器性能指标监测方法，该方法所采用的汽轮发电机组回热系统加热器性能指标在线监测系统包括在线数据采集模块、数据处理模块和终端显示模块，所述在线数据采集模块分别与汽轮发电机组回热系统加热器和数据处理模块连接，在线数据采集模块用于采集汽轮发电机组运行参数，数据处理模块用于对采集的运行参数进行计算处理；所述在线数据采集模块包括若干压力传感器和若干温度传感器，若干压力传感器分别设置于加热器的蒸汽入口管道、水侧入口管道和水侧出口管道内，用于采集各处的压力信号输出给数据处理模块；所述若干温度传感器分别设置于加热器的蒸汽入口管道、水侧入口管道、水侧出口管道和疏水出口管道内，采集各处的温度信号输出给数据处理模块；所述终端显示模块与数据处理模块连接，用于接收数据处理模块处理后数据并进行显示；该监测方法包括如下步骤：

1)通过压力、温度传感器采集汽轮发电机组回热系统加热器中各个管道内蒸汽和水的压力和温度运行参数，并采集汽轮发电机组回热系统加热器规范参数；

2)利用步骤1)得到的数据计算汽轮发电机组回热系统加热器中各个管道中蒸汽和水的焓值数据以及各项判断因子，包括如下具体步骤：

①根据步骤1)所采集到的数据通过函数关系计算出加热器水侧入口水的焓值h_wj、加热器水侧出口水的焓值h_wc、加热器蒸汽侧入口蒸汽的焓值h_sj、加热器蒸汽侧出口疏水的焓值h_sc，进而计算水侧焓升和蒸汽侧焓降，计算公式如下：

Δh_w＝h_wc-h_wj； (3)

Δh_s＝h_sj-h_sc； (4)

②先计算加热器上端差修正后的水侧出口水温度和焓值、及加热器下端差修正后的蒸汽侧疏水温度和焓值，进而计算修正后的水侧焓升和蒸汽侧焓降：

加热器上端差修正后的水侧出口水的温度和焓值计算公式如下：

式中，δu^o为加热器设计的上端差，令δu^o＝a；t_Psj为加热器蒸汽侧入口蒸汽压力对应的饱和水温度；

为加热器上端差修正后的水侧出口处的水温；

为上端差修正后的加热器水侧出口焓值；p_wc为加热器水侧出口的压力值；

加热器下端差修正后的蒸汽侧疏水温度和焓值计算公式如下：

式中，δd^o为加热器设计的下端差，令δd^o＝b；

为下端差修正后的加热器蒸汽侧出口的疏水温度；

为下端差修正后的加热器蒸汽侧出口疏水焓值；t_wj为加热器水侧进口处的水温；p_sj为加热器蒸汽侧进口的压力值；

修正后的水侧焓升和蒸汽侧焓降计算公式如下：

③计算水侧焓升和蒸汽侧焓降变化对Δη影响的灵敏度系数θ_hw和θ_hs：

其中水侧焓升变化系数计算公式如下：

蒸汽侧焓降变化系数计算公式如下：

令水侧焓升变化对Δη影响的灵敏度系数θ_hw为1；则蒸汽侧焓降变化对Δη影响的灵敏度系数θ_hs为

即修正后的水侧焓升与蒸汽侧焓降的比值；

④计算水侧和蒸汽侧影响趋势判断因子k_w和k_s：

首先，计算实际运行状态下的加热器上端差和下端差，计算公式如下：

实际运行状态下的上端差计算公式为：

δu＝t_psj-t_wc (13)

实际运行状态下的下端差计算公式为：

δd＝t_sc-t_wj (14)

然后，计算水侧和蒸汽侧影响趋势判断因子k_w和k_s：

若δu≥δu^o，则k_w＝1；反之，若δu＜δu^o，则k_w＝-1；

若δd≥δd^o，则k_s＝1；反之，若δd＜δd^o，则k_s＝-1；

⑤计算能效系数变化值Δη的判断因子α：

令k_w(δh_wθ_hw)²+k_s(δh_sθ_hs)²＝A，

若A＞0,则α＝-1；反之，若A＜0，则α＝1；

3)利用步骤1)和步骤2)中得到的数据计算汽轮发电机组回热系统加热器的能效系数η，计算公式如下：

η＝η⁰+Δη (1)

其中，η⁰为加热器上端差与下端差等于设计值时的加热器能效系数，取1；Δη为加热器的上端差或者下端差偏离设计值时产生加热器能效系数变化值；α为能效系数变化值Δη的判断因子；k_w为水侧影响趋势判断因子；k_s为蒸汽侧影响趋势判断因子；θ_hw为水侧焓升变化对Δη影响的灵敏度系数；θ_hs为蒸汽侧焓降变化对Δη影响的灵敏度系数；h_wc为加热器水侧出口水的焓值；h_wj为加热器水侧入口水的焓值；h_sj为加热器蒸汽侧入口蒸汽的焓值；h_sc为加热器蒸汽侧出口疏水的焓值；

为上端差修正后加热器水侧出口水的焓值；

为下端差修正后加热器蒸汽侧出口疏水的焓值；δh_w为水侧焓升变化系数，δh_s为蒸汽侧焓降变化系数；

4)在终端显示模块显示汽轮发电机组回热系统加热器的能效系数η。

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