一种抽凝式机组抽汽流量对应负荷上下限的确定方法
技术领域
本发明涉及抽凝式机组技术领域,具体涉及一种抽凝式机组抽汽流量对应负荷上下限的确定方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术,而不必然地构成现有技术。
目前,对于初建即为抽凝式的汽轮机组,电网调度人员根据抽汽流量对应负荷的上下限对机组进行调度,但是随着国家节能减排工作的深入开展,许多纯凝运行的机组改为抽凝式机组,改为抽凝式机组后,其热力特性模型即动力特性模型和汽耗特性模型发生变化,如没有抽汽流量对应负荷的上下限,就会对电网调度人员的调度工作造成了困难。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足,提供一种抽凝式机组抽汽流量对应负荷上下限的确定方法,能够有效得到纯凝式机组改为抽凝式机组后的热力特性模型,进而得到抽汽流量对应负荷的上下限,方便电网调度人员对机组进行调度。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
第一方面,本发明的实施例提供了一种抽凝式机组抽汽流量对应负荷上下限确定方法,包括以下步骤:根据设计状态抽汽工况确定试验工况、进行多个试验工况下的机组供热状态带负荷能力试验,分别以机组的再热回热系统和汽轮机本体作为对象,根据机组供热状态带负荷能力试验得到的试验数据,得到机组的动力特性模型和汽耗特性模型,根据得到的动力特性模型和汽耗特性模型得到抽汽流量对应负荷的上下限。
结合第一方面,本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式,进行至少五个工况下的机组供热状态带负荷能力试验。
结合第一方面,本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式,选取设定抽汽流量下最大和最小两个电功率工况作为机组供热状态带负荷能力试验的试验工况。
结合第一方面,本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式,所述动力特性模型的计算方法为:
根据试验采集的多组数据,得到再热回热系统净吸热量与主蒸汽流量的关系模型;
根据试验采集的多组数据,得到对外用户蒸汽流量和对外用户净供热量的关系模型;
根据试验采集的多组数据,得到凝汽器循环水发生热交换流量和循环水净吸热量关系模型;
根据关系模型得到动力特性模型。
结合第一方面,本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式,所述凝汽器循环水发生热交换流量等于轴加水流量减去进入热井的补水流量或热网加热器疏水回热井流量,其中轴加水流量、进入热井的补水流量和热网加热器疏水回热井流量由机组供热状态带负荷能力试验获得。
结合第一方面,本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式,利用最小二乘法拟合得到再热回热系统净吸热量与主蒸汽流量、对外用户蒸汽流量和对外用户净供热量及凝汽器循环水发生热交换流量和循环水带走热量的关系模型。
结合第一方面,本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式,所述汽耗特性模型的计算方法为:
根据试验采集的多组数据,得到高、中、低压缸进汽量和做功量关系模型;
根据预先试验或设计得到机组纯凝工况下的汽耗特性模型,根据高、中、低压缸进汽量和做功量关系模型和机组纯凝工况下的汽耗特性模型得到机组抽凝状态的汽耗特性模型。
结合第一方面,本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式,采用最小二乘法得到高、中、低压缸进汽量和做功量关系模型。
结合第一方面,本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式,根据高、中、低压缸进汽量和做功量关系模型,带入测量得到的抽汽流量,得到由于抽汽造成高、中、低压缸进汽量减少导致的汽轮机本体做功减少量计算模型,根据机组纯凝工况下的汽耗特性模型和汽轮机本体做功减少量计算模型得到机组抽凝状态的汽耗特性模型。
结合第一方面,本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式,机组主蒸汽流量最大时,根据获得的动力特性模型和汽耗特性模型得到不同抽汽量与负荷上限的对应关系,机组进汽量和低压缸排汽量最小时,根据获得的动力特性模型和汽耗特性模型得到不同抽汽量与负荷下限的对应关系。
本发明的有益效果:
本发明通过进行机组供热状态带负荷能力试验,能够得到机组的动力特性模型和汽耗特性模型,从而能够得到机组抽汽量对应的负荷上下限,方便调度人员对机组进行调度,有利于提高机组深度调峰能力,电网吸纳清洁能源。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1方法流程图;
图2为本发明实施例1机组设计状态抽汽工况图;
图3为本发明实施例1机组再热回热系统能量平衡图;
图4为本发明实施例1汽轮机本体汽耗特性示意图;
图5为本发明实施例1机组试验状态抽汽工况图;
图6为本发明实施例1机组抽汽流量对应负荷上下限图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的,纯凝改为抽凝,机组的热力特性发生变化,致使电网调度人员对机组的调度存在困难,针对上述问题,本申请提出了一种抽凝式机组抽汽流量对应负荷上下限确定方法。
本申请的一种典型实施方式实施例1中,如图1所示,一种抽凝式机组抽汽流量对应负荷上下限确定方法,包括以下步骤:
根据设计状态抽汽工况确定试验工况、进行多个试验工况下的机组供热状态带负荷能力试验。
具体的,搜集抽凝式机组的设计资料,主要包括热力特性计算书(包含设计抽汽工况图),确定机组的设计热电联产能力。
具体的,查阅机组热力特性计算书,确定机组高压缸最大进汽流量限制值、中压缸排汽与上一级抽汽最大差压限制值、中压缸排汽温度最大限制值、低压缸排汽流量最小限制值、最大抽汽流量限制值等数据。如为旋转隔板调节的,注意旋转隔板前后最大差压值。这些参数影响机组安全,决定了机组设计热电联产能力。
依据有关要求(通知、规程、标准、规定),进行机组供热状态带负荷能力试验。
所述供热状态带负荷能力试验,是模拟冬季动力系统的危险点工况,在满足热网供热需求的情况下,验证机组设计有功功率最大值与最小值的试验;主要包括:试验前试验工况设计,试验工况申请,现场试验,获得试验数据。
所述试验前试验工况设计是达成试验目的的关键。每个抽汽流量对应电负荷最大与最小两个工况,电负荷最大工况对应机组最大进汽量,此时高压进汽调门全开,汽机监视段参数、锅炉汽包压力,成为影响机组安全的限制因素;电负荷最小工况对应机组低压缸最小排汽量,此时汽轮机末级在小容积流量下运行,容易出现:叶片振动应力升高、转子和静子被加热、末级动叶出口边受到水珠冲蚀、级的有效功率可能是负值等现象,影响机组的安全性与经济性;期间需要监视中压缸排汽温度不超过规定值,温度过高,容易出现动静部分碰磨;监视中压缸末级前后压差大不超过规定值,对于转轮结构,容易使隔板变形。最小二乘法拟合公式需要至少五个工况点,本实施例中参考设计抽汽工况图,选取5个抽汽流量,每个抽汽量有最大与最小两个电功率工况,共计10个,作为试验工况。
所述试验工况申请,是指发电企业根据试验工况设计,协调好热负荷后,确定每个工况的时间段,向调度提出电负荷申请,以便于调度按照计划安排试验工况。
所述现场试验,是指负荷申请通过后,试验单位与发电企业联合完成试验,试验单位作为专业部门,需要全程监督发电企业按照制定的试验措施进行,保证试验过程符合规程要求。发电企业需要调整热网,保证进行每个试验工况时所需的对外用户蒸汽流量。
所述获得试验数据,是指现场试验完成后,按照试验工况有效时间段从工程师站调取数,共有10个工况,共有10组数据。
所述试验数据整理,是指试验负责人对获得的每一组数据进行统计,检查有没有缺少、是否满足下一步计算要求,需不需要补充;如需要补充,列出清单再取数,保证原始数据齐全。
分别以机组的再热回热系统和汽轮机本体作为对象,根据机组供热状态带负荷能力试验得到的试验数据,得到机组的动力特性模型和汽耗特性模型。
具体的,所述机组的动力特性模型计算包括:
试验数据整理、再热回热系统净吸热量计算、机组的对外用户净供热量计算、转化功净热量计算、凝汽器循环水净吸热量计算;再热回热系统净吸热量与主蒸汽流量线性关系拟合公式计算,对外用户净供热量与对外用户蒸汽流量(即抽汽流量)线性关系拟合公式计算,凝汽器循环水净吸热量与循环水发生热交换流量线性关系拟合公式计算。
再热回热系统净吸热量计算,是指计算从锅炉中的吸热量,包括两部分,一是给水在锅炉中的吸热量,过热减温水(过热减温水流量测量装置在给水流量测量装置前)在过热器中的吸热量,二是再热蒸汽、再热减温水在锅炉再热器的吸热量。
机组供热用户净热量计算,是指计算从机组抽出的热量,减去被热用户利用后以疏水或补水形式回到机组热量,热用户包括工业热用户和采暖热用户。
转化功净热量计算,是指蒸汽在汽轮机通流部分膨胀所转化为机械能的净热量。
凝汽器循环水净吸热量计算,是指汽轮机低压缸排汽、给水泵小汽机排汽等进入凝汽器,被循环水带走的热量,根据热平衡,它等于再热回热系统净吸热量减去机组供热用户净热量,再减去转化功净热量。
以上均可通过试验数据计算得到,经过上述计算,得到关于进出机组的再回热系统净热量共10组数据。
再热回热系统净吸热量与主蒸汽流量线性关系拟合公式计算,是指以试验采集的10组原始数据中的主蒸汽流量作为自变量,以计算的10组再热回热系统净吸热量作为因变量,根据最小二乘法拟合公式,得到再热回热系统净吸热量与主蒸汽流量的关系模型。
机组供热用户净热量与抽汽流量线性关系拟合公式计算,是指以试验采集的10组原始数据中的对外用户蒸汽流量作为自变量,以计算的10组抽汽对外用户净供热量作为因变量,根据最小二乘法拟合公式,得到对外用户蒸汽流量和对外用户净供热量的关系模型。
凝汽器循环水净吸热量与汽侧热交换流量线性关系拟合公式计算,是指以试验采集的10组原始数据中的轴加出水流量减去直接进入热井的流量,得出与凝汽器循环水发生热交换流量作为自变量,循环水净吸热量(即循环水带走的热量)为因变量,根据最小二乘法拟合公式,以得到凝汽器循环水发生热交换流量和循环水净吸热量关系模型。
所述直接进入热井的流量,是指凝汽器补水流量、低压加热器疏水流量、热网首站加热器疏水流量(如果直接回到热井的话)等没有与凝汽器循环水发生热交换而直接回到热井的流量。
通过以上计算,确定了:已知的主蒸汽流量与再热回热系统净吸热量的对应公式,已知的对外供热蒸汽流量与机组供热用户净热量的对应公式,已知的与循环水发生热交换流量与循环水净吸热量的对应公式。转化功净热量(即通流热量)等于再热回热系统净吸热量减去机组供热用户净热量,减去凝汽器循环水净吸热量。
又,转化功净热量等于,有功功率的当量热量除以机组的机电效率。
故,有功功率等于转化功净热量除以当量系数与机电效率的比值,即机组的电负荷等于通流热量乘以机电效率再除以当量系数,得到了机组的动力特性模型。
汽轮机本体的汽耗特性模型计算方法为:
试验数据整理、主汽流量与高压缸做功量计算、再热蒸汽热段进中压缸流量与中压缸做功量计算、低压缸进汽量与低压缸做功量计算;主蒸汽流量与高压缸做功量线性关系拟合公式计算,再热蒸汽热段进中压缸流量与中压缸做功量计算线性关系拟合公式计算,低压缸进汽量与低压缸做功量线性关系拟合公式计算。
具体的,
主蒸汽流量与高压缸做功量计算。主蒸汽流量计算是指:如果试验取数的主蒸汽流量是主蒸汽管道上的测量装置实际测量的,那么就以取得的数据作为基准;否则就以给水系统计算的主蒸汽流量为准,如果给水流量测量装置在过热减温水流量测量装置之前,那么主蒸汽流量等于给水量,否则主蒸汽流量等给水流量加上过热减温水流量。高压缸做功量等于抽汽流过高压缸通流部分所做的功加上其余全部流过高压缸通流部分所做的功之和。其中抽汽流过高压缸通流部分所做的功等于抽汽流量乘以主蒸汽焓值与抽汽点焓值之差,抽汽流量根据高加给水系统热平衡计算求得。其余全部流过高压缸通流部分所做的功等于其余全部流过高压缸通流部分蒸汽量乘以主蒸汽焓值与高压缸排汽焓值之差,其余全部流过高压缸通流部分蒸汽量等于主蒸汽流量减去高压门杆漏汽量、高压前汽封漏汽量、抽汽流量。
再热蒸汽流量与中压缸做功量计算。再热蒸汽流量计算是指:其余全部流过高压缸通流部分蒸汽量减去高压缸后轴封漏汽量、高压缸排汽管道抽汽量,加上再热减温水流量。中压缸做功量等于抽汽流过中压缸通流部分所做的功加上其余全部流过中压缸通流部分所做的功之和。抽汽流过中压缸通流部分所做的功等于中压缸抽汽流量乘以再热蒸汽焓值与对应中排抽汽点焓值之差,其中,中压缸抽汽流量根据高加给水或低加凝结水系统的热平衡计算。其余全部流过中压缸通流部分所做的功等于其余全部流过中压缸通流部分流量乘以再热蒸汽焓值与对应中压缸排汽焓值之差,其中其余全部流过中压缸通流部分流量等于再热蒸汽流量减去中压缸进汽门杆漏汽量、中压缸前汽封漏汽量、中压缸抽汽流量。
低压缸进汽量与低压缸做功量计算。低压缸进汽量等于其余全部流过中压缸通流部分流量减去中压后轴封漏汽量、中压缸排汽管道抽汽量、采暖抽汽流量。低压缸做功量等于整机做功量减去高中压缸做功量,其中整机做功量等于试验实际测量的发电机有功功率除以机电效率除以热功转换系数。
以上对每个试验工况计算,得到1组数据,10个试验工况,共有10组数据。根据计算的10组数据,作为下一步线性关系公式拟合使用。
主蒸汽流量与高压缸做功量线性关系公式拟合,就是以主蒸汽流量作为自变量,高压缸做功量作为因变量,利用最小二乘法,根据10组数据拟合线性关系公式,得到得到主蒸汽流量与高压缸做功量关系模型。
再热蒸汽流量与中压缸做功量线性关系公式拟合,就是以再热蒸汽流量作为自变量,中压缸做功量作为因变量,利用最小二乘法,根据10组数据拟合线性关系公式,得到再热蒸汽流量与中压缸做功量关系模型。
低压缸进汽量与低压缸做功量线性关系公式拟合,就是以低压缸进汽量作为自变量,低压缸做功量作为因变量,利用最小二乘法,根据10组数据拟合线性关系公式,得到低压缸进汽量和中压缸做功量关系模型。
机组纯凝工况下的汽耗特性模型是指机组纯凝工况下主蒸汽流量与发电机功率的纯凝汽耗特性模型,是指根据制造厂提供的设计计算书或试验单位提供的试验报告,以主蒸汽流量为自变量,以发电机功率为因变量拟合的特性方程。
抽凝机组汽耗特性方程,等于相同主蒸汽流量下纯凝热耗方程减去抽汽导致的机组本体做功减少量,进而得到机组的汽耗特性方程。
本实施例中,根据高、中、低压缸进汽量和做功量关系模型,带入测量得到的抽汽流量,得到由于抽汽造成高、中、低压缸进汽量减少导致的汽轮机本体做功减少量计算模型,根据机组纯凝工况下的汽耗特性模型和汽轮机本体做功减少量计算模型得到机组抽凝状态的汽耗特性模型。
机组主蒸汽流量最大时,根据获得的动力特性模型和汽耗特性模型得到不同抽汽量与负荷上限的对应关系,机组进汽量和低压缸排汽量最小时,根据获得的动力特性模型和汽耗特性模型得到不同抽汽量与负荷下限的对应关系。
本实施方式的一个应用实施例1,
某厂汽轮机是由上海汽轮机有限公司引进美国西屋公司技术生产制造的超临界、单轴、三缸、四排汽、一次中间再热、凝汽式汽轮机。为满足供暖需求,机组中低压连通管打孔抽汽供热(以下简称采暖抽汽)改造,新建一座供热首站。并保留原有冷段工业供汽方式。试验的准备阶段向调度申请试验电负荷,以便于调度安排试验工况。供热状态下带负荷能力试验,模拟冬季动力系统的危险点工况,在满足热网供热需求的情况下,验证机组设计有功功率最大值与最小值的试验。每个采暖抽汽流量对应电负荷最大与最小两个工况,最大电负荷对应机组最大进汽量,此时高压进汽调门全开,汽机监视段参数、锅炉汽包压力,成为影响机组安全的限制因素;最小电负荷对应机组低压缸最小排汽量不小于200t/h;期间需要监视中压缸排汽温度不超过规定值,中压缸末级前后压差大不超过规定值。最小二乘法拟合公式需要五个工况点,参考设计抽汽工况,如图2所示,选取5个采暖抽汽流量,每个抽汽量有最大与最小两个电功率工况,共计10个试验工况,作为试验负荷申请的安排。
表1设计试验工况安排列表:
受现场实际限制,实际试验工况见下表2。对于计划采暖抽汽400t/h、冷段工业供汽168 t/h工况,实际进行了采暖抽汽407.6t/h、冷段工业供汽100 t/h最低电负荷工况;对于计划采暖抽汽400t/h、冷段工业供汽80t/h工况,实际进行了采暖抽汽366.83t/h、冷段工业供汽82.9t/h最高电负荷工况;对于采暖抽汽300t/h、冷段工业供汽80 t/h工况,实际进行了采暖抽汽302.843t/h、冷段工业供汽74.695 t/h最高电负荷工况。
表2实际试验工况列表:
机组动力特性模型求解:
如图3所示,以机组供热再热回热循环系统(以下简称系统)为研究对象,进入系统的净热量等于离开系统的净热量。进入系统的净热量为给水与再热汽在锅炉中的吸热量,离开系统的转化功净热量等于通流部分转化电负荷的热量(以下简称通流热量)、工业用户工艺用热量、采暖用热量、凝汽器吸收的热量。机组电负荷等于通流部分热量乘以机电效率再除以当量系数,当量系数采用3.6,通流热量等于系统净吸热量减去工业热用户净热量、再减去采暖热用户净热量、再减去凝汽器循环水净吸热量,其中工业热用户净热量与采暖用户净热量之和为对外用户净供热量。
设机组电负荷为p,主蒸汽流量为x1,工业用户用汽量x2,采暖用汽量为x3,大机排汽量、给水泵小汽机排汽量、低压轴封密封汽量这些流量之和等于凝汽器循环水发生热交换流量,设为x4。
根据试验结果,主蒸汽流量最大值为2105.38t/h,最小值为11370.11t/h。设进入系统的净热量y1,则根据试验数据拟合的主蒸汽流量与进入系统的净热量的公式为:
y1=2e-06x3 1-0.01x2 1+18.69x1-8021(GJ/h) (1)
根据试验结果,工业用户用汽来自高压缸排汽,其最大值为100t/h,最小值为74.7t/h。设离开系统的净热量y2,则根据试验数据拟合的工业用户用汽量与离开系统的净热量的公式为:
y2=3.156x2-16.09(GJ/h) (2)
根据试验结果,采暖抽汽来自中压缸排汽,其最大值为407.62t/h,最小值为105.14t/h。设离开系统的净热量y3,则根据试验数据拟合的采暖抽汽量与离开系统的净热量的公式为:
y3=2.885x3+7.805(GJ/h) (3)
其中,工业用户用汽量和采暖抽汽量之和即为对外用户蒸汽流量。
根据试验结果,凝升泵出口流量减去工业及采暖抽汽流量作为凝汽器循环水发生热交换流量,其最大值为1325.81t/h,最小值为457.64t/h。设凝汽器循环水吸收的离开系统的净热量y4,则根据试验数据拟合的凝汽器循环水发生热交换流量与离开系统的净热量的公式为:
y4=1.899x4+210(GJ/h) (4)
通流热量为y0:
y0=y1-y2-y3-y4(GJ/h) (5)
机电效率为0.98,则机组电负荷为:
p=0.98y0/3.6(MW) (6)
公式(6)即为机组的动力特性模型。
表3根据特性方程计算的预测负荷与实际偏差对照表
机组的汽耗特性模型计算方法为:
如图4所示,以汽轮机本体(以下简称系统)为研究对象,计算每一个工况进入汽轮机高压缸的蒸汽与高压缸做功量。本实施例中,由于高压缸没有对外供汽,所以无需进行计算。
计算每一个工况进入汽轮机中压缸的蒸汽量与中压缸做功量;由于高压缸排汽(即冷段)对外工业供热流量较中压缸进汽流量小很多,拟合的公式退化为一个比例系数,计算七个工况中压缸做功量与进汽量比值的平均值为0.12MW/(t/h),作为比例系数,以此计算冷段抽汽流量为80t/h时,在中压缸减少做功量平均值为9.6MW。
计算每一个工况进入低压缸的蒸汽量与低压缸做功量,根据实测的功率减去高中压缸做功量得出低压缸做功量。根据7个试验工况数据,拟合低压缸进汽流量与低压缸做功量的计算公式为:
Y1=(8e-5)X1 2+0.072X1+26.15 (7)
Y1---------低压缸做功量MW;
X1---------低压缸进汽量t/h。
根据制造厂提供的热力特性计算书确定纯凝工况主蒸汽流量与功率的汽耗特性方程为:
Y2=(-0.00004)X2 2+0.452X2-39.37 (8)
Y2---------发电机功率MW;
X2---------主蒸汽流量t/h。
根据公式(8)计算试验状态主蒸汽流量对应的发电机功率,再除以机电效率0.98得机组通流部分所做的功,减去冷段供汽流量为80t/h时,在中压缸少做功量9.6MW,再减去根据采暖抽汽流量带入公式(7)后计算的低压缸做功量。即,在机组进汽量相同时,纯凝运行所得功减去抽汽时少做的功等于机组抽凝状态所做的功。把根据公式(8)计算的功减去试验状态实测的汽轮机本体的功所得差值,然后求多个工况下的差值的平均值,对公式(8)进行修正后,得公式:
Y2=((-0.00004)X2 2+0.452X2-39.37)/0.98-67.5 (9)
公式(9)为试验状态主汽流量与功率的特性方程。试验状态单阀运行,由于节流,相同主蒸汽流量下比设计顺序阀运行电负荷要低。
以此预测抽汽工况电负荷为:
Y=(Y2-Y1-9.6)*0.98
即得到机组的汽耗特性模型。
对机组在主蒸汽流量最大和进汽量最小、低压缸排汽量最小的情况下,不同抽汽量的工况下进行机组采暖抽汽工况数据计算,得到下表:
表4主汽流量最大为2086t/h,冷段抽汽量80t/h,抽汽量为0,200,400,600,750时数据
表5进汽量最小、低压缸排汽量最小,冷段抽汽量80t/h,抽汽量为0,200,400,600,750时数据
试验抽汽工况图如图5所示,根据表4和表5,结合计算得到的动力特性模型和汽耗特性模型得到机组抽汽量对应的负荷上下限工况图,如图6所示。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。