CN111140293A - 一种合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法 - Google Patents

一种合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法，在汽轮机组三阀全开工况下，通过在两个工况测量中改变主蒸汽温度和再热蒸汽温度，绘制中压缸效率随平衡盘漏汽量的变化曲线，计算两条曲线的交叉点，最终得到合缸汽轮机平衡盘漏汽量；工况一：三阀全开工况下，降低主蒸汽温度，保持再热蒸汽温度额定；工况二：三阀全开工况下，降低再热蒸汽温度，保持主蒸汽温度额定。本发明通过变汽温试验计算汽轮机高中压缸平衡盘漏汽量，变汽温法是汽轮机组在参数范围内实际中压缸效率不变，高中压缸平衡盘漏汽所产生的冷却效应对名义中压缸效率的影响，流量的变化率通过改变主蒸汽温度与再热蒸汽温度间接确定，再经计算确定与试验数据最吻合的漏汽流量。

Description

一种合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法
技术领域
本发明属于合缸汽轮机平衡盘漏汽量测量技术领域，尤其涉及一种合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法。
背景技术
多数联合循环发电机组的汽轮机采用高压缸(HP)与中压缸(IP)合缸布置的结构。改布置方式通常被称为反向流动设计。新蒸汽从缸体中间位置进入，流经高压缸各级做功，高压缸排汽进入余热锅炉再热器。蒸汽再热升温再从缸体中间位置进入，反向流入中压缸。这种合缸结构在两缸之间存在漏汽间隙，该间隙通常被称为高中压缸平衡盘漏汽。
高中压缸平衡盘漏汽是指沿高压缸至中压缸的轴封或缸体其他间隙，从高压缸调节级漏入中压缸进汽室的蒸汽。这种结构的汽轮机的设计是使给定的蒸汽流过，以在运行中冷却中压缸第一级。为了确定高压缸实际排汽流量和中压缸真实效率，必须要确定高中压平衡盘漏汽量。取决于中间分隔轴封间隙与级间压力，该流量可能会大于或小于设计漏汽流量。如果不能准确计算该漏汽量，将造成高压缸排汽流量和中压缸效率的误差。确定高压缸至中压缸漏汽量能降低汽轮机性能试验的整体不确定度。因为漏汽是在汽轮机内部，无法直接测量，因此，需要采用间接测量的方式来计算其漏汽量。
发明内容
本发明的目的是提供一种合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法，在汽轮机组三阀全开(3VWO)工况下，通过变汽温法改变主蒸汽温度和再热蒸汽温度，绘制中压缸效率随平衡盘漏汽量的变化曲线，计算两条曲线的交叉点，最终得到合缸汽轮机平衡盘漏汽量。
本发明提供了一种合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法，即在汽轮机组三阀全开工况下，通过在两个工况测量中改变主蒸汽温度和再热蒸汽温度，绘制中压缸效率随平衡盘漏汽量的变化曲线，计算两条曲线的交叉点，最终得到合缸汽轮机平衡盘漏汽量；其中，工况一：三阀全开工况下，降低主蒸汽温度，保持再热蒸汽温度额定；工况二：三阀全开工况下，降低再热蒸汽温度，保持主蒸汽温度额定。
进一步地，对两个工况的测量包括：
1)工况一，在三阀全开工况下，降低中压主汽门前再热蒸汽温度，使再热蒸汽温度低于额定值30℃，高压缸主汽门前主蒸汽温度保持额定值不变，发电机有功功率保持稳定不变，保持此种汽轮发电机组的稳定状态一小时，每隔30秒采集以下测量数据：
主蒸汽流量G0，kg/h；
主蒸汽压力P0、温度T0；
调节级后压力Ptj、温度Ttj；
高压缸排汽压力P2、温度T2；
中压缸进汽压力P10、温度T10；
中压缸排气压力P3、温度T3；
一段抽汽压力P1、温度T1；
二段抽汽压力P2、温度T2；
1号高压加热器出口压力P1c、温度T1c，疏水温度T1s；
2号高压加热器出口压力P2c、温度T2c,疏水温度T2s；
2号高压加热器进口压力P3c、温度T3c。
上述参数的压力单位为MPa，温度单位为℃；
2)通过公式(1)-(12)计算步骤1)中参数的焓值，其中，公式(1)-(12)中的f为水和水蒸汽性质公式；
主蒸汽焓h0＝f0(P0，T0)，kJ/kg； (1)
调节级后焓htj＝ftj(Ptj，Ttj)，kJ/kg； (2)
高压缸排汽焓h2＝f2(P2，T2)，kJ/kg； (3)
中压缸进汽焓h10＝f10(P10，T10)，kJ/kg； (4)
中压缸排气焓h3＝f3(P3，T3)，kJ/kg； (5)
一段抽汽焓h1＝f1(P1，T1)，kJ/kg； (6)
二段抽汽焓h2＝f2(P2，T2)，kJ/kg； (7)
1号高压加热器出口焓h1c＝f1c(P1c，T1c)，kJ/kg； (8)
1号高压加热器疏水焓h1s＝f1s(P1，T1s)，kJ/kg； (9)
2号高压加热器出口焓h2c＝f2c(P2c，T2c)，kJ/kg； (10)
2号高压加热器疏水焓h2s＝f2s(P2，T2s)，kJ/kg； (11)
2号高压加热器进口焓h3c＝f3c(P3c，T3c)，kJ/kg； (12)
3)利用加热器热平衡，通过公式(13)-(14)计算1号高压加热器进汽量G1，2号高压加热器进汽量G2；
Figure BDA0002316652260000031
Figure BDA0002316652260000032
4)假设高中压缸平衡盘漏汽量N2占再热蒸汽量的比例为1％，计算进入中压缸混合后的蒸汽焓值，由公式(15)得出；
Figure BDA0002316652260000033
计算实际中压缸效率，由公式(16)得出；
Figure BDA0002316652260000034
式中：hs——中压缸排汽等熵焓，kJ/kg；
5)假设高中压缸平衡盘漏汽量N2占再热蒸汽量的比例为2％、4％、6％、8％，计算进入中压缸混合后的蒸汽焓值，重复步骤4)，计算不同比例下各中压缸效率；
6)由高中压缸平衡盘漏汽量N2与中压缸效率ηIP绘制关系曲线；
7)工况二，在三阀全开工况下，降低主汽门前主蒸汽温度，使主蒸汽温度低于额定值30℃，中压主汽门前再热蒸汽温度保持额定值不变，发电机有功功率保持稳定不变，保持此种汽轮发电机组的稳定状态一小时，每隔30秒采集以下测量数据：
主蒸汽流量G0’；
主蒸汽压力P0’、温度T0’；
调节级后压力Ptj’、温度Ttj’；
高压缸排汽压力P2’、温度T2’；
中压缸进汽压力P10’、温度T10’；
中压缸排气压力P3’、温度T3’；
一段抽汽压力P1’、温度T1’；
二段抽汽压力P2’、温度T2’；
1号高压加热器出口压力P1c’、温度T1c’，疏水温度T1s’；
2号高压加热器出口压力P2c’、温度T2c’,疏水温度T2s’；
2号高压加热器进口压力P3c’、温度T3c’；
8)重复步骤1)-6)计算工况二下的中压缸效率，绘制高中压缸平衡盘漏汽量N2与中压缸效率ηIP绘制关系曲线；
9)由步骤6)和8)分别得出的高中压缸平衡盘漏汽量N2与中压缸效率ηIP的两条关系曲线交叉点，即可得出高中压缸平衡盘漏汽量。
借由上述方案，通过合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法，具有如下技术效果：
1)该平衡盘漏汽量的测量方式无需外接装置或者设备，只需要通过采集机组本身DCS数据通过变汽温方法便可计算得出；
2)通过变汽温法只需要测量两个工况。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明一应用实施例的示意图；
图2是本发明高中压缸平衡盘漏汽量与中压缸关系曲线实例。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例提供了一种合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法，即在汽轮机组三阀全开(3VWO)工况下，通过在两个工况测量中改变主蒸汽温度和再热蒸汽温度，绘制中压缸效率随平衡盘漏汽量的变化曲线，计算两条曲线的交叉点，最终得到合缸汽轮机平衡盘漏汽量；其中，工况一：三阀全开工况下，降低主蒸汽温度，保持再热蒸汽温度额定；工况二：三阀全开工况下，降低再热蒸汽温度，保持主蒸汽温度额定。
本实施例中，变汽温法的基本原理是汽轮机组在参数范围内实际中压缸效率不变，高中压缸平衡盘漏汽所产生的冷却效应对名义中压缸效率的影响。流量的变化率是通过改变主蒸汽温度与再热蒸汽温度来间接确定的，再经计算以确定与试验数据最吻合的漏汽流量。
该平衡盘漏汽量的测量方式无需外接装置或者设备，只需要通过采集机组本身DCS数据通过变汽温方法便可计算得出；通过变汽温法只需要测量两个工况。
参图1所示，下面以某300MW超临界高中压合缸汽轮机为例对本发明作进一步详细说明，汽轮机型号：N300-16.7/537/537。
(1)工况一，在3VWO工况下，降低中压主汽门前再热蒸汽温度，使再热蒸汽温度低于额定值30℃，高压缸主汽门前主蒸汽温度保持额定值不变，发电机有功功率保持稳定不变，保持此种汽轮发电机组的稳定状态一小时，每隔30秒采集以下测量数据：
主蒸汽流量G0＝953900，kg/h；
主蒸汽压力P0＝16.5358MPa、温度T0＝537.47℃；
调节级后压力Ptj＝11.6783MPa、温度Ttj＝494.09℃；
高压缸排汽压力P2＝3.5280MPa、温度T2＝332.57℃；
中压缸进汽压力P10＝3.2692MPa、温度T10＝505.84℃；
中压缸排气压力P3＝0.5939MPa、温度T3＝277.56℃；
一段抽汽压力P1＝6.1885MPa、温度T1＝413.42℃；
二段抽汽压力P2＝3.4480MPa、温度T2＝329.98℃；
1号高压加热器出口压力P1c＝18.1943MPa、温度T1c＝279.21℃，疏水温度T1s＝249.83℃；
2号高压加热器出口压力P2c＝18.3396MPa、温度T2c＝241.25℃，疏水温度T2s＝209.92℃；
2号高压加热器进口压力P3c＝18.4848MPa、温度T3c＝206.83℃。
(2)通过公式(1)-(12)计算步骤(2)参数的焓值，其中(1)-(12)中的f为国际公式化委员会IFC-1967水和水蒸汽性质公式。
主蒸汽焓h0＝f0(P0，T0)＝3397.30，kJ/kg； 公式(1)
调节级后焓htj＝ftj(Ptj，Ttj)＝3338.04，kJ/kg； 公式(2)
高压缸排汽焓h2＝f2(P2，T2)＝3062.90，kJ/kg； 公式(3)
中压缸进汽焓h10＝f10(P10，T10)＝3466.28，kJ/kg； 公式(4)
中压缸排气焓h3＝f3(P3，T3)＝3015.65，kJ/kg； 公式(5)
一段抽汽焓h1＝f1(P1，T1)＝3210.70，kJ/kg； 公式(6)
二段抽汽焓h2＝f2(P2，T2)＝3058.45，kJ/kg； 公式(7)
1号高压加热器出口焓h1c＝f1c(P1c，T1c)＝1227.94，kJ/kg； 公式(8)
1号高压加热器疏水焓h1s＝f1s(P1，T1s)＝1084.93，kJ/kg； 公式(9)
2号高压加热器出口焓h2c＝f2c(P2c，T2c)＝1045.70，kJ/kg； 公式(10)
2号高压加热器疏水焓h2s＝f2s(P2，T2s)＝897.91，kJ/kg； 公式(11)
2号高压加热器进口焓h3c＝f3c(P3c，T3c)＝889.94，kJ/kg； 公式(12)
(3)利用加热器热平衡通过公式(13)-(14)计算1号高压加热器进汽量G1，2号高压加热器进汽量G2。
Figure BDA0002316652260000061
Figure BDA0002316652260000062
(4)假设高中压缸平衡盘漏汽量N2占再热蒸汽量的比例为1％，计算进入中压缸混合后的蒸汽焓值，由公式(15)得出。
Figure BDA0002316652260000071
计算实际中压缸效率，由公式(16)得出。
Figure BDA0002316652260000072
式中：hs——中压缸排汽等熵焓，kJ/kg。
(5)假设高中压缸平衡盘漏汽量N2占再热蒸汽量的比例为2％、4％、6％、8％，计算进入中压缸混合后的蒸汽焓值，重复步骤(4)，计算不同比例下各中压缸效率，如表1所示。
表1工况一下平衡盘漏汽量与中压效率关系表
平衡盘漏汽占比％ 1 2 4 6 8
中压缸效率％ 90.4 90.22 89.88 89.54 89.22
(6)由高中压缸平衡盘漏汽量N2与中压缸效率ηIP绘制关系曲线。
(7)工况二，在3VWO工况下，降低主汽门前主蒸汽温度，使主蒸汽温度低于额定值30℃，中压主汽门前再热蒸汽温度保持额定值不变，发电机有功功率保持稳定不变，保持此种汽轮发电机组的稳定状态一小时，每隔30秒采集以下测量数据：
主蒸汽流量G0’＝992700，kg/h；
主蒸汽压力P0’＝16.6445MPa、温度T0’＝503.71℃；
调节级后压力Ptj’＝11.8189MPa、温度Ttj’＝460.59℃；
高压缸排汽压力P2’＝3.6279MPa、温度T2’＝304.39℃；
中压缸进汽压力P10’＝3.3644MPa、温度T10’＝537.66℃；
中压缸排气压力P3’＝0.6133MPa、温度T3’＝299.49℃；
一段抽汽压力P1’＝6.2843MPa、温度T1’＝381.44℃；
二段抽汽压力P2’＝3.5496MPa、温度T2’＝301.95℃；
1号高压加热器出口压力P1c’＝18.3022MPa、温度T1c’＝279.44℃，疏水温度T1s’＝251.01℃；
2号高压加热器出口压力P2c’＝18.4542MPa、温度T2c’＝242.06℃,疏水温度T2s’＝211.68℃；
2号高压加热器进口压力P3c’＝18.6063MPa、温度T3c’＝208.41℃。
(8)重复步骤(1)-(6)计算工况二下的中压缸效率，绘制高中压缸平衡盘漏汽量N2与中压缸效率ηIP绘制关系曲线，如表2所示。
表2工况二下平衡盘漏汽量与中压效率关系表
平衡盘漏汽占比％ 1 2 4 6 8
中压缸效率％ 91.27 90.88 90.11 89.38 88.66
(9)由步骤(6)和(8)分别得出的高中压缸平衡盘漏汽量N2与中压缸效率ηIP的两条关系曲线交叉点，即可得出高中压缸平衡盘漏汽率为5.26％，漏汽量为43147kg/h，如图2所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法，其特征在于，在汽轮机组三阀全开工况下，通过在两个工况测量中改变主蒸汽温度和再热蒸汽温度，绘制中压缸效率随平衡盘漏汽量的变化曲线，计算两条曲线的交叉点，最终得到合缸汽轮机平衡盘漏汽量；其中，工况一：三阀全开工况下，降低主蒸汽温度，保持再热蒸汽温度额定；工况二：三阀全开工况下，降低再热蒸汽温度，保持主蒸汽温度额定。
2.根据权利要求1所述的合缸汽轮机平衡盘漏汽量的测量方法，其特征在于，对两个工况的测量包括：
1)工况一，在三阀全开工况下，降低中压主汽门前再热蒸汽温度，使再热蒸汽温度低于额定值30℃，高压缸主汽门前主蒸汽温度保持额定值不变，发电机有功功率保持稳定不变，保持此种汽轮发电机组的稳定状态一小时，每隔30秒采集以下测量数据：
主蒸汽流量G0，kg/h；
主蒸汽压力P0、温度T0；
调节级后压力Ptj、温度Ttj；
高压缸排汽压力P2、温度T2；
中压缸进汽压力P10、温度T10；
中压缸排气压力P3、温度T3；
一段抽汽压力P1、温度T1；
二段抽汽压力P2、温度T2；
1号高压加热器出口压力P1c、温度T1c，疏水温度T1s；
2号高压加热器出口压力P2c、温度T2c,疏水温度T2s；
2号高压加热器进口压力P3c、温度T3c。
上述参数的压力单位为MPa，温度单位为℃；
2)通过公式(1)-(12)计算步骤1)中参数的焓值，其中，公式(1)-(12)中的f为水和水蒸汽性质公式；
主蒸汽焓h0＝f0(P0，T0)，kJ/kg； (1)
调节级后焓htj＝ftj(Ptj，Ttj)，kJ/kg； (2)
高压缸排汽焓h2＝f2(P2，T2)，kJ/kg； (3)
中压缸进汽焓h10＝f10(P10，T10)，kJ/kg； (4)
中压缸排气焓h3＝f3(P3，T3)，kJ/kg； (5)
一段抽汽焓h1＝f1(P1，T1)，kJ/kg； (6)
二段抽汽焓h2＝f2(P2，T2)，kJ/kg； (7)
1号高压加热器出口焓h1c＝f1c(P1c，T1c)，kJ/kg； (8)
1号高压加热器疏水焓h1s＝f1s(P1，T1s)，kJ/kg； (9)
2号高压加热器出口焓h2c＝f2c(P2c，T2c)，kJ/kg； (10)
2号高压加热器疏水焓h2s＝f2s(P2，T2s)，kJ/kg； (11)
2号高压加热器进口焓h3c＝f3c(P3c，T3c)，kJ/kg； (12)
3)利用加热器热平衡，通过公式(13)-(14)计算1号高压加热器进汽量G1，2号高压加热器进汽量G2；
Figure FDA0002316652250000021
Figure FDA0002316652250000022
4)假设高中压缸平衡盘漏汽量N2占再热蒸汽量的比例为1％，计算进入中压缸混合后的蒸汽焓值，由公式(15)得出；
中压缸混合后焓
Figure FDA0002316652250000023
计算实际中压缸效率，由公式(16)得出；
中压缸效率
Figure FDA0002316652250000024
式中：hs——中压缸排汽等熵焓，kJ/kg；
5)假设高中压缸平衡盘漏汽量N2占再热蒸汽量的比例为2％、4％、6％、8％，计算进入中压缸混合后的蒸汽焓值，重复步骤4)，计算不同比例下各中压缸效率；
6)由高中压缸平衡盘漏汽量N2与中压缸效率ηIP绘制关系曲线；
7)工况二，在三阀全开工况下，降低主汽门前主蒸汽温度，使主蒸汽温度低于额定值30℃，中压主汽门前再热蒸汽温度保持额定值不变，发电机有功功率保持稳定不变，保持此种汽轮发电机组的稳定状态一小时，每隔30秒采集以下测量数据：
主蒸汽流量G0’；
主蒸汽压力P0’、温度T0’；
调节级后压力Ptj’、温度Ttj’；
高压缸排汽压力P2’、温度T2’；
中压缸进汽压力P10’、温度T10’；
中压缸排气压力P3’、温度T3’；
一段抽汽压力P1’、温度T1’；
二段抽汽压力P2’、温度T2’；
1号高压加热器出口压力P1c’、温度T1c’，疏水温度T1s’；
2号高压加热器出口压力P2c’、温度T2c’,疏水温度T2s’；
2号高压加热器进口压力P3c’、温度T3c’；
8)重复步骤1)-6)计算工况二下的中压缸效率，绘制高中压缸平衡盘漏汽量N2与中压缸效率ηIP绘制关系曲线；
9)由步骤6)和8)分别得出的高中压缸平衡盘漏汽量N2与中压缸效率ηIP的两条关系曲线交叉点，即可得出高中压缸平衡盘漏汽量。
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