CN110702175B - 一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量装置及方法 - Google Patents

一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量装置和方法，测量装置包括依次连接的数据采集模块、计算组态与处理模块和计算结果存储模块。测量方法包括以下：步骤S1、统计汽轮机组典型变工况试验数据；S2、计算出汽轮机组任一典型工况汽轮机组进汽压力P1i对应的基准工况系数ki；S3、按照汽轮机组进汽压力P1i从小到大的顺序对n组(P1i,ki)数据进行排序，建立基准工况系数k随P1的线性插值函数k＝f(P1)；S4、采集汽轮机组实时运行参数，根据实时运行参数和线性插值函数，结合弗留格尔公式计算出变工况下主蒸汽流量Gm。可以快速准确的计算出机组当前工况的主蒸汽流量，满足了火电厂对于汽轮机组实时热耗率计算和实时运行监测精确度的要求。

Description

一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量装置及方法
技术领域
本发明涉及火电厂汽轮机主蒸汽流量测量领域，具体的涉及一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法。
背景技术
在火电厂单元机组运行管理工作中，主蒸汽流量作为系统的关键参数之一，对机组运行状况、性能监测、过程控制起着至关重要的作用。现今的大容量汽轮机组在系统设计时，为了减小系统阻力，通常不设主蒸汽流量节流装置，而是基于汽轮机设计工况中的调节级压力、主汽温度等进汽参数，将汽轮机所有级看成一个机组，利用弗留格尔公式计算出主蒸汽流量。据很多电厂反映，随着运行时间加长，汽轮机机组特性偏离设计工况较大，DCS(分散控制系统)的主蒸汽流量显示值存在较大误差，主汽流量的准确性严重影响机组经济性能指标如热耗率的计算准确度。有待设计出一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方案。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够快速、准确的计算出汽轮机组当前工况主蒸汽流量的火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法。
本发明采用的技术方案是：
一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量装置，包括：依次连接的数据采集模块、计算组态与处理模块和计算结果存储模块。数据采集模块用于实时采集汽轮机组运行数据和大气压力；计算组态与处理模块接收数据采集模块反馈的数据，结合机组典型变工况试验数据和弗留格尔公式实现各机组当前工况基准工况系数及主汽流量的计算；计算结果存储模块将主汽流量的计算结果数值及采集数据的最新时间戳存储到实时/历史数据库。
一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法，包括以下步骤：
S1、统计汽轮机组典型变工况试验数据；
S2、根据汽轮机组典型变工况试验数据计算出汽轮机组任一典型工况汽轮机组进汽压力P1i对应的基准工况系数ki；
S3、按照汽轮机组进汽压力P1i从小到大的顺序对n组(P1i,ki)数据进行排序获得(P11,k1),(P12,k2),…,(P1n,kn)，建立基准工况系数k随P1的线性插值函数k＝f(P1)；
S4、采集汽轮机组实时运行参数，根据实时运行参数和线性插值函数k＝f(P1)，结合弗留格尔公式计算出变工况下主蒸汽流量Gm。
进一步的，所述步骤S2中汽轮机组的实时运行参数包括大气压力pa、汽轮机组进口压力p1、汽轮机组进口温度t1和汽轮机组出口压力p2。
进一步的，所述步骤S3中基准工况系数k随进汽压力P1的线性插值函数为
Figure BDA0002199447840000021
进一步的，所述步骤S4中变工况下主蒸汽流量Gm的计算公式为
Figure BDA0002199447840000022
其中P1为变工况下汽轮机组进口蒸汽压力、P2为变工况下汽轮机组出口蒸汽压力、T1为变工况下汽轮机组进汽温度。
进一步的，所述进口蒸汽压力P1的计算公式为P1＝p1+pa，其中p1为当前工况下汽轮机组进口压力，pa为当前工况下大气压力。
进一步的，所述变工况下汽轮机组出口蒸汽压力P2的计算公式为P2＝p2+pa，其中p2为当前工况下汽轮机组进口压力，pa为当前工况下大气压力。
进一步的，所述变工况下汽轮机组进汽温度T1的计算公式为T1＝t1+273.15，其中t1为当前汽轮机组进口温度。
本发明的有益效果在于：
本技术方案通过数据采集模块实时采集大气压力、汽轮机组进出口压力和汽轮机组进口温度，计算组态与处理模块基于汽轮机组变工况试验数据和弗留格尔公式，可以快速准确的计算出机组当前工况的主蒸汽流量，满足了火电厂对于汽轮机组实时热耗率计算和实时运行监测精确度的要求。
附图说明
图1为本发明火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量装置的原理框图；
图2为本发明火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法的流程框图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
如图1所示为本发明的一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量装置，包括依次连接的数据采集模块、计算组态与处理模块和计算结果存储模块。数据采集模块用于实时采集各机组的大气压力、机组进出口压力、温度等参数数据和数据时间戳；基于机组典型工况试验数据，计算组态与处理模块用于实现各机组当前工况基准工况系数及主汽流量的计算；计算结果存储模块用于将主汽流量的计算结果包括数值及采集数据的最新时间戳存储到实时/历史数据库，实时校正DCS主汽流量。
如图2所示为一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法，利用汽轮机变工况计算的弗留格尔理论，基于机组热力性能试验数据计算出变工况下主蒸汽流量。
弗留格尔理论是汽轮机变工况计算的一种简便计算方法。变工况前后机组均未达临界时，机组前后参数与流量之间的关系式可表示为:
Figure BDA0002199447840000041
其中，G为变工况下机组入口蒸汽流量，单位为t/h；G0为基准工况下机组入口蒸汽流量，单位为t/h；T1为变工况下机组进汽温度，单位为K；T10为基准工况下机组进汽温度，单位为K；P1，P2为变工况下机组进、出口蒸汽压力，单位为MPa；P10,P20为基准工况下机组进、出口蒸汽压力，单位为MPa。
高压缸调节级的变工况计算较复杂，涉及到调阀开度变化后喷嘴变工况和动叶变工况；因此本实施例中将高压缸非调节级的级看成一个机组，也可以将高压缸非调节级到第一个调整抽汽口的级看成一个机组，利用弗留格尔公式进行机组入口蒸汽流量的变工况计算，由式(1)可得：
Figure BDA0002199447840000042
由式(2)可得：
Figure BDA0002199447840000043
令
Figure BDA0002199447840000051
则
Figure BDA0002199447840000052
其中，Gm为变工况下主蒸汽流量，单位为t/h；G0m为基准工况下主蒸汽流量，单位为t/h；k为基准工况系数。
弗留格尔公式的应用条件是：1)机组中的级数不小于3～4级(机组内级数越多，计算结果越精确)；2)机组内各级的蒸汽流量相等，但回热抽汽式汽轮机即非调整抽汽式汽轮机在负荷变化时其回热抽汽量与进汽流量成正比，因此可以把有回热抽汽的级和相邻级放到一个机组；3)机组内各级的通流面积不随工况而变化。弗留格尔公式的应用条件存在理想假设，实际上主蒸汽经过主汽阀、调节级后会存在阀杆漏气、轴封漏气，工况大幅变化时非调整回热抽汽流量与进汽流量不一定成正比。
火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法包括以下步骤：
S1、统计汽轮机组典型变工况试验数据，以某电厂超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机为例，其通流部分由高、中、低压三部分组成，高压缸由1个冲动式调节级和9个压力级构成，中压缸由6个压力级构成，低压缸四分流，各由7个压力级构成，总热力级23级，总结构级44级。该机组有八段非调整抽汽，其中高压缸(包括高排)有两段抽汽，分别向1、2号高加供汽，中压缸有两段抽汽，分别向3号高加和除氧器、小汽轮机供汽，低压缸有四段抽汽，分别向5、6、7、8号低加供汽。轴封系统采用自密封系统，高、中压轴封漏汽供低压缸轴封用，多余蒸汽溢流至凝汽器。
如表1所示为该电厂统计的汽轮机组典型变工况试验数据：
Figure BDA0002199447840000061
表1某电厂汽轮机组典型工况试验数据S2、根据汽轮机组典型变工况试验数据计算出汽轮机组任一典型工况下汽轮机组进汽压力P1i对应的基准工况系数ki，即多组(P1i,ki)数据；
按照表1的数据，根据式(5)可以计算出该电厂汽轮机组各进汽压力P下的基准工况系数，如表2所示
Figure BDA0002199447840000062
表2某电厂汽轮机组各进汽压力P下的基准工况系数S3、按照汽轮机组进汽压力P1i从小到大的顺序对n组(P1i,ki)数据进行排序获得(P11,k1),(P12,k2),…,(P1n,kn)，建立基准工况系数k随P1的线性插值函数k＝f(P1)，如下
Figure BDA0002199447840000071
S4、采集实时的大气压力pa、汽轮机组进口压力p1、汽轮机组进口温度t1、汽轮机组出口压力p2及数据时间戳，根据实时运行参数依据(4)式计算出计算对应的基准工况系数k，然后根据式(5)和式(6)可计算出变工况下主蒸汽流量，公式为
Figure BDA0002199447840000072
其中进口蒸汽压力P1的计算公式为P1＝p1+pa，变工况下汽轮机组出口蒸汽压力P2的计算公式为P2＝p2+pa，变工况下汽轮机组进汽温度T1的计算公式为T1＝t1+273.15。
S5、将主汽流量的数值及采集时间戳存储到实时/历史数据库，供其它分析计算用。
综上所述，本发明通过数据采集模块实时采集大气压力、汽轮机组进出口压力和汽轮机组进口温度，计算组态与处理模块基于汽轮机组变工况试验数据和弗留格尔公式，可以快速准确的计算出机组当前工况的主蒸汽流量，满足了火电厂对于汽轮机组实时热耗率计算和实时运行监测精确度的要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、统计汽轮机组典型变工况试验数据；
S2、根据汽轮机组典型变工况试验数据计算出汽轮机组任一典型工况汽轮机组进汽压力P1i对应的基准工况系数ki；
S3、按照汽轮机组进汽压力P1i从小到大的顺序对n组(P1i,ki)数据进行排序获得(P11,k1),(P12,k2),…,(P1n,kn)，建立基准工况系数k随P1的线性插值函数k＝f(P1)；
S4、采集汽轮机组实时运行参数，将高压缸非调节级的级看成一个机组，或将高压缸非调节级到第一个调整抽汽口的级看成一个机组，根据实时运行参数和线性插值函数k＝f(P1)，结合弗留格尔公式计算出变工况下主蒸汽流量Gm；
所述步骤S4中变工况下主蒸汽流量Gm的计算公式为
Figure FDA0003111710320000011
其中P1为变工况下汽轮机组进口蒸汽压力、P2为变工况下汽轮机组出口蒸汽压力、T1为变工况下汽轮机组进汽温度。
2.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法，其特征在于：所述步骤S2中汽轮机组的实时运行参数包括大气压力pa、汽轮机组进口压力p1、汽轮机组进口温度t1和汽轮机组出口压力p2。
3.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法，其特征在于：所述步骤S3中基准工况系数k随进汽压力P1的线性插值函数为
Figure FDA0003111710320000021
4.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法，其特征在于：所述进口蒸汽压力P1的计算公式为P1＝p1+pa，其中p1为当前工况下汽轮机组进口压力，pa为当前工况下大气压力。
5.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法，其特征在于：所述变工况下汽轮机组出口蒸汽压力P2的计算公式为P2＝p2+pa，其中p2为当前工况下汽轮机组进口压力，pa为当前工况下大气压力。
6.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法，其特征在于：所述变工况下汽轮机组进汽温度T1的计算公式为T1＝t1+273.15，其中t1为当前汽轮机组进口温度。
7.一种应用权利要求1至6任意一项所述的 火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量方法的火电厂汽轮机主蒸汽流量在线软测量装置，其特征在于，包括：依次连接的数据采集模块、计算组态与处理模块和计算结果存储模块； 数据采集模块用于实时采集汽轮机组运行数据、大气压力和数据时间戳，计算组态与处理模块接收数据采集模块反馈的数据，结合机组典型变工况试验数据和弗留格尔公式实现各机组当前工况基准工况系数及主汽流量的计算；计算结果存储模块将主汽流量的计算结果数值及采集数据的最新时间戳存储到实时/历史数据库。
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