CN111640041A - 一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，基于联合循环电站DCS在线数据，通过计算联合循环效率，燃气轮机效率及余热锅炉效率，反推汽轮机效率，然后计算汽轮机热耗率。本发明主要是利用现场DCS中的少数数据来计算联合循环汽轮机的热耗率，避免了使用余热锅炉全部汽水侧的流量、压力和温度等测单数据，减少了计算所需要的数据量，计算方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用在线数据计算联合循环电站汽轮机热耗率的简化测算方法。利用联合循环电站DCS在线数据中的天然气流量、天然气低位放热量、燃气轮机端输出功率、汽轮机端输出功率、余热锅炉烟气侧进出口烟温和环境温度数据，即可计算出联合循环汽轮机热耗率。
背景技术
燃气—蒸汽联合循环系统由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机三个主要设备组成。余热锅炉，利用燃气轮机的排气余热加热蒸汽轮机系统的凝结水，经过换热产生高温、高压的过热蒸汽；过热蒸汽进入蒸汽轮机做功，带动蒸汽轮机和与之同轴连接的发电机一起转动，做功发电。联合循环电站汽轮机性能测试一般依据《联合循环电站汽轮机性能试验规》(ASME PTC 6.2-2011)标准进行现场试验，采用正平衡方式测试输入汽轮机的热量和输出的发电机功率。现在的联合循环电站为提高联合循环效率，余热锅炉多采用双压或三压的汽水系统，在测试汽轮机输入热量时需测试全部汽水侧的流量、压力和温度，试验测点多，计算复杂繁琐。
为能够迅速判断联合循环汽轮机的运行性能，尤其是能够迅速摸清汽轮机随运行参数变化后性能的变化，迫切需要一种基于现场数据的快速简单计算汽轮机热耗率的方法来解决目前的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联合循环电站汽轮机热耗率在线简化测算方法，利用联合循环电站现有的在线数据，选取少量可靠的数据，快速简化计算汽轮机热耗率。
为解决上述技术问题，本发明专利所采取的技术方案是：
一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，基于联合循环电站DCS在线数据，通过计算联合循环效率，燃气轮机效率及余热锅炉效率，反推汽轮机效率，然后计算汽轮机热耗率。
进一步的，具体包括以下步骤：
步骤一：采集联合循环电站DCS中数据；步骤二：计算联合循环效率；步骤三：计算燃气轮机效率；步骤四：计算余热锅炉效率；步骤五：计算汽轮机效率；步骤六：计算汽轮机热耗率。
进一步的，步骤一中采集联合循环电站DCS中数据包括天然气流量、天然气低位放热量、燃气轮机端输出功率、汽轮机端输出功率、余热锅炉烟气侧进出口烟温和环境温度数据。
进一步的，步骤二联合循环效率的计算公式为：
其中：ηL为联合循环效率，％；
Wf为天然气流量，kg/h；
LHV为天然气低位放热量，kJ/kg；
Prj为燃气轮机端输出功率，kW；
Pqj为汽轮机端输出功率，kW。
进一步的，步骤三燃气轮机效率计算公式为：
其中：ηrj为燃气轮机效率，％。
进一步的，步骤四余热锅炉效率的计算：
由于烟气的比热容需要测定烟气成分，采用近似计算余热锅炉效率，如下式所示：
其中：ηyg为余热锅炉效率，％；
Tr为余热锅炉烟气入口温度，℃；
Tc为余热锅炉烟气出口温度，℃；
Ta为环境温度，℃。
进一步的，步骤五汽轮机效率的计算：
计算出联合循环效率、燃气轮机效率、余热锅炉效率后，可以反推出汽轮机效率，计算公式如下：
进一步的，步骤六汽轮机热耗率计算公式为：
其中：qqj为联合循环汽轮机热耗率，kJ/kWh。
进一步的，代入联合循环效率、燃气轮机效率、余热锅炉效率的计算公式后，最终汽轮机效率计算公式如下：
进一步的，步骤六汽轮机热耗率计算公式最终为：
其中：qqj为联合循环汽轮机热耗率，kJ/kWh。
本发明的有益效果：
本发明主要是利用现场DCS中的少数数据来计算联合循环汽轮机的热耗率，避免了使用余热锅炉全部汽水侧的流量、压力和温度等测单数据，减少了计算所需要的数据量，计算方法简单。
具体实施方式
下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
某燃气-蒸汽联合循环电站，机组在额定运行方式下，调整机组状态稳定后，采集机组在这一稳定状态下的天然气流量、天然气低位放热量、燃气轮机端输出功率、汽轮机端输出功率、余热锅炉烟气侧进出口烟温和环境温度等数据。所采集数据如表1所示。
| 项目 | 单位 | 数据 |
| 天然气流量 | kg/h | 57380.4 |
| 天然气低位放热量 | kJ/kg | 48221.5 |
| 烟气侧入口烟温 | ℃ | 584 |
| 烟气侧出口烟温 | ℃ | 86.7 |
| 环境温度 | ℃ | 13.2 |
| 燃汽轮机端输出功率 | kW | 309500 |
| 汽轮机端输出功率 | kW | 145000 |
步骤一：采集联合循环电站DCS中天然气流量、天然气低位放热量、燃气轮机端输出功率、汽轮机端输出功率、余热锅炉烟气侧进出口烟温和环境温度等数据。
步骤二：计算联合循环效率
其中：
ηL为联合循环效率，％
Wf为天然气流量，kg/h
LHV为天然气低位放热量，kJ/kg
Prj为燃气轮机端输出功率，kW
Pqj为汽轮机端输出功率，kW
步骤三：计算燃气轮机效率
其中：
ηrj为燃气轮机效率，％
步骤四计算余热锅炉效率
由于烟气的比热容需要测定烟气成分，一般计算中难以确定，因此采用近似计算余热锅炉效率，如下式所示：
其中：
ηyg为余热锅炉效率，％
Tr为余热锅炉烟气入口温度，℃
Tc为余热锅炉烟气出口温度，℃
Ta为环境温度，℃
步骤五计算汽轮机效率
经上述三个步骤计算出联合循环效率、燃气轮机效率、余热锅炉效率后，可以反推出汽轮机效率，计算公式如下：
代入联合循环效率、燃气轮机效率、余热锅炉效率的计算公式后，最终汽轮机效率计算公式如下
步骤六计算汽轮机热耗率
其中：
qqj为联合循环汽轮机热耗率，kJ/kWh
由上式可知，只需要利用联合循环电站DCS在线数据中的天然气流量、天然气低位放热量、燃气轮机端输出功率、汽轮机端输出功率、余热锅炉烟气侧进出口烟温和环境温度即可计算联合循环电站的汽轮机热耗率。
因为在计算过程中，如果每一步都计算出结果，然后再代入下一步的计算中，因为四舍五入保留位数的差异，导致计算结果差异较大，所以一般为了准确采用最终的计算公式：
将采集数据代入热耗率计算公式，计算热耗率为9930.67kJ/kWh。试验数据可靠，试验结果计算简单，避免了了余热锅炉汽水侧试验测点的数据计算。
本发明为联合循环电站提供了一种简化的汽轮机热耗率计算方法，所需计算数据少，方法简单，现场使用方便。能够迅速判断联合循环汽轮机的运行性能，尤其是能够迅速摸清燃气轮机运行工况变化后，汽轮机随运行参数变化后性能的变化。
实施例2
步骤一：采集联合循环电站DCS中天然气流量、天然气低位放热量、燃气轮机端输出功率、汽轮机端输出功率、余热锅炉烟气侧进出口烟温和环境温度等数据。
某燃气-蒸汽联合循环电站现场进行机组性能试验，试验前初步计算汽轮机热耗率判断汽轮机的性能。机组在冬季运行，调整机组状态稳定后，采集机组在这一稳定状态下的天然气流量、天然气低位放热量、燃气轮机端输出功率、汽轮机端输出功率、余热锅炉烟气侧进出口烟温和环境温度等数据。所采集数据如下表所示。
| 项目 | 单位 | 数据 |
| 天然气流量 | kg/h | 58135.80 |
| 天然气低位放热量 | kJ/kg | 48177.40 |
| 烟气侧入口烟温 | ℃ | 589.00 |
| 烟气侧出口烟温 | ℃ | 72.90 |
| 环境温度 | ℃ | -2.90 |
| 燃汽轮机端输出功率 | kW | 300512.00 |
| 汽轮机端输出功率 | kW | 143132.00 |
步骤二：计算联合循环效率
其中：
ηL为联合循环效率，％
Wf为天然气流量，kg/h
LHV为天然气低位放热量，kJ/kg
Prj为燃气轮机端输出功率，kW
Pqj为汽轮机端输出功率，kW
步骤三：计算燃气轮机效率
其中：
ηrj为燃气轮机效率，％
步骤四计算余热锅炉效率
由于烟气的比热容需要测定烟气成分，一般计算中难以确定，因此采用近似计算余热锅炉效率，如下式所示：
其中：
ηyg为余热锅炉效率，％
Tr为余热锅炉烟气入口温度，℃
Tc为余热锅炉烟气出口温度，℃
Ta为环境温度，℃
步骤五计算汽轮机效率
经上述三个步骤计算出联合循环效率、燃气轮机效率、余热锅炉效率后，可以反推出汽轮机效率，计算公式如下：
代入联合循环效率、燃气轮机效率、余热锅炉效率的计算公式后，最终汽轮机效率计算公式如下
步骤六计算汽轮机热耗率
其中：
qqj为联合循环汽轮机热耗率，kJ/kWh
由上式可知，只需要利用联合循环电站DCS在线数据中的天然气流量、天然气低位放热量、燃气轮机端输出功率、汽轮机端输出功率、余热锅炉烟气侧进出口烟温和环境温度即可计算联合循环电站的汽轮机热耗率。
因为在计算过程中，如果每一步都计算出结果，然后再代入下一步的计算中，因为四舍五入保留位数的差异，导致计算结果差异较大，所以一般为了准确采用最终的计算公式：
将采集数据代入热耗率计算公式，计算热耗率为10575.44kJ/kWh。试验数据可靠，试验结果计算简单，避免了了余热锅炉汽水侧试验测点的数据计算。
本发明为联合循环电站提供了一种简化的汽轮机热耗率计算方法，所需计算数据少，方法简单，现场使用方便。能够迅速判断联合循环汽轮机的运行性能，尤其是能够迅速摸清燃气轮机运行工况变化后，汽轮机随运行参数变化后性能的变化。
Claims (10)
1.一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，基于联合循环电站DCS在线数据，通过计算联合循环效率，燃气轮机效率及余热锅炉效率，反推汽轮机效率，然后计算汽轮机热耗率。
2.根据权利要求1所述的一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：采集联合循环电站DCS中数据；步骤二：计算联合循环效率；步骤三：计算燃气轮机效率；步骤四：计算余热锅炉效率；步骤五：计算汽轮机效率；步骤六：计算汽轮机热耗率。
3.根据权利要求2所述的一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，步骤一中采集联合循环电站DCS中数据包括天然气流量、天然气低位放热量、燃气轮机端输出功率、汽轮机端输出功率、余热锅炉烟气侧进出口烟温和环境温度数据。
4.根据权利要求2所述的一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，步骤二联合循环效率的计算公式为：
其中：ηL为联合循环效率，％；
Wf为天然气流量，kg/h；
LHV为天然气低位放热量，kJ/kg；
Prj为燃气轮机端输出功率，kW；
Pqj为汽轮机端输出功率，kW。
5.根据权利要求4所述的一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，步骤三燃气轮机效率计算公式为：
其中：ηrj为燃气轮机效率，％。
6.根据权利要求5所述的一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，步骤四余热锅炉效率的计算：
由于烟气的比热容需要测定烟气成分，采用近似计算余热锅炉效率，如下式所示：
其中：ηyg为余热锅炉效率，％；
Tr为余热锅炉烟气入口温度，℃；
Tc为余热锅炉烟气出口温度，℃；
Ta为环境温度，℃。
7.根据权利要求6所述的一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，步骤五汽轮机效率的计算：
计算出联合循环效率、燃气轮机效率、余热锅炉效率后，可以反推出汽轮机效率，计算公式如下：
8.根据权利要求7所述的一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，步骤六汽轮机热耗率计算公式为：
其中：qqj为联合循环汽轮机热耗率，kJ/kWh。
9.根据权利要求8所述的一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，代入联合循环效率、燃气轮机效率、余热锅炉效率的计算公式后，最终汽轮机效率计算公式如下：
10.根据权利要求9所述的一种联合循环电站汽轮机热耗率简化测算方法，其特征在于，步骤六汽轮机热耗率计算公式最终为：
其中：qqj为联合循环汽轮机热耗率，kJ/kWh。
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