CN112613164B - 一种火电厂汽轮机热耗率快速计算方法 - Google Patents

一种火电厂汽轮机热耗率快速计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种火电厂汽轮机热耗率快速计算方法，针对汽轮机设置给水流量测量系统，是在给水管道的外周缠绕热交换管，用于将给水管道的热量传递至热交换管；针对热交换管设置封闭的水循环回路，在水循环回路中设置循环水泵和冷却器，由循环水泵维持水循环回路中的循环水的循环，由冷却器对循环水进行冷却；设置各检测器件用于获得给水流量测量系统的系统参数，利用汽轮机运行参数和给水流量测量系统的系统参数计算获得给水流量，进而快速获得火电厂汽轮机热耗率。

Description

一种火电厂汽轮机热耗率快速计算方法
技术领域
本发明涉及火电厂汽轮机热耗率计算方法，属于火力发电技术领域。
背景技术
现有技术中，针对汽轮机热耗率的计算有两种基准，一种是凝结水流量基准，因凝结水管道为低温低压管道，可以通过ASME喷嘴流量计准确测量流量，然后通过多级加热器传热迭代计算出给水流量，最终计算获得热耗率；但是，这种方法调用参数过多，加热器泄露在所难免，因此准确率低；另一种是给水流量基准，其应用于一些小型汽轮机，是通过安装流量孔板测量获得给水流量，但流量孔板的安装要求较高，同时水流对于流量孔板的磨损大，致使对于流量孔板的维护和更换工作量大。
针对主力发电机组容量为660MW的大型火电机组来说，其配备的锅炉给水管道直径达到508mm，壁厚达到50mm，其给水温度高、压力大；因其为高温高压设备，在给水管路上无法安装传统的孔板式流量计和长颈喷嘴流量计；高温状态下，常规非接触安装的超声波流量计也已失效；因此，目前大型火电厂汽轮机热耗率的计算仍沿用测量低压低温的凝结水流量，通过热量平衡法来推导出给水流量，用于计算汽轮机热耗率。但其不仅计算过程繁琐复杂，而且对于给水泵组的密封形式和大量的参数测点的精确度都有很高的要求，尤其是针对存在系统内漏的机组难以进行准确测量。
此外，改造给水管路等对给水流量进行有损测量会对机组安全运行带来隐患，违反电力安全工作规程。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种火电厂汽轮机热耗率快速计算方法，在对管道没有任何损伤的情况下快速准确获得给水流量，从而提高机组热耗率的实时运算能力。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明火电厂汽轮机热耗率快速计算方法的特点是：针对汽轮机设置给水流量测量系统，是在给水管道的外周缠绕热交换管，所述热交换管与给水管道构成热交换装置，用于将给水管道的热量传递至热交换管；针对所述热交换管设置封闭的水循环回路，在所述水循环回路中设置循环水泵和冷却器，由所述循环水泵维持所述水循环回路中的循环水的循环，由所述冷却器对所述循环水进行冷却；设置各检测器件用于获得所述给水流量测量系统的系统参数，所述系统参数包括：
给水管道的给水温度Tw；热交换管的入口温度T0；
热交换管的出口温度T1；热交换管的入口压力P0；
水循环回路中的循环水流量v1；
利用汽轮机运行参数和所述给水流量测量系统的系统参数计算给水流量，进而获得火电厂汽轮机热耗率。
本发明火电厂汽轮机热耗率快速计算方法的特点也在于：在由所述热交换管和给水管道构成的热交换装置的外部设置保温层。
本发明火电厂汽轮机热耗率快速计算方法的特点也在于：所述热交换管为低热阻的鳍片铜管。
本发明火电厂汽轮机热耗率快速计算方法的特点也在于：设置数据采集器用于实时采集所述系统参数和汽轮机运行参数，所述数据采集器通过USB3.0接口与计算机进行通讯，在所述计算机中完成热耗率的实时计算和显示。
本发明火电厂汽轮机热耗率快速计算方法的特点也在于：按如下方式获得汽轮机组热耗率：
由式(1)计算获得给水管道(1)中的给水流速v：
Figure BDA0002821702690000021
式(1)中：
c0为冷却器出口处的循环水比容，cw为给水管道中的给水比容；
k为测量整定系数；
由式(2)计算获得给水管道中的给水流量Gw：
Gw＝πR2·cw·v (2)
式(2)中：R为给水管道的半径；
由式(3)计算获得汽轮机热耗率HR：
HR＝(Gw·(hms-hw)+Ggjs·(hms-hgjs)+Gcrh·(hhrh-hcrh)+Gzjs(hhrh-hzjs))/P (3)
式(3)中，P为机组发电功率，各汽轮机运行参数包括各焓值和各流量值，其分别是：
各焓值为：主蒸汽焓hms，给水焓hw，过热器减温水焓hgjs，热再热蒸汽焓hhrh，冷再热蒸汽焓hcrh和再热器减温水焓hzjs；各流量值为：过热器减温水流量Ggjs，冷再热蒸汽流量Gcrh和再热器减温水流量Gzjs。
本发明火电厂汽轮机热耗率快速计算方法的特点也在于：所述k为测量整定系数按如下方式确定：
在锅炉启动之前的冷态下，针对给水管道(1)安装超声波流量计，用于测量给水管道(1)的冷态流量Qc；在冷却水箱(5)中放置冰水混合物，使冷却水箱(5)中是温度为0℃的冰水混合温度；
利用所述给水流量测量系统获得各冷态参数，包括：
给水管道的给水冷态温度Twc；热交换管的入口冷态温度T0c；
热交换管的出口冷态温度T1c；热交换管的入口冷态压力P0c；
热交换管的入口冷态比容c0c；由式(4)计算获得测量整定系数k：
Figure BDA0002821702690000031
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明方法是在对管道没有损伤的情况下快速准确获得给水流量，从而有效提高机组热耗率的实时运算能力。
2、本发明中给水流量测量系统不破坏锅炉给水管道，实现无损安装；
3、本发明在机组冷态时通过高精度超声波流量计进行校验，保证了数据准确；
4、本发明无需安装凝结水的ASME喷嘴，避免形成管道阻力；
5、本发明设置数据采集器与计算机进行实时通讯，为电厂智慧化运行提供了基础。
附图说明
图1为本发明方法中给水流量测量系统现场安装示意图；
图2为本发明方法中数据采集和通讯系统示意图；
图中标号：1给水管道，2保温层，3热交换管，4循环水泵，5冷却器，6入口温度计，7出口温度计，8给水温度计，9流量计，10压力计，11汽轮机运行参数；12数据采集器；13计算机。
具体实施方式
参见图1和图2，本实施例中针对汽轮机设置给水流量测量系统，是在给水管道1的外周缠绕热交换管3，热交换管3与给水管道1构成热交换装置，用于将给水管道1的热量传递至热交换管3；针对热交换管3设置封闭的水循环回路，在水循环回路中设置循环水泵4和冷却器5，由循环水泵4维持水循环回路中的循环水的循环，由冷却器5对循环水进行冷却；设置各检测器件用于获得给水流量测量系统的系统参数，系统参数包括：给水管道1的给水温度Tw、热交换管3的入口温度T0、热交换管3的出口温度T1、热交换管3的入口压力P0和水循环回路中的循环水流量v1；利用汽轮机运行参数11和给水流量测量系统的系统参数计算获得给水流量，进而计算获得火电厂汽轮机热耗率。
具体实施中，在由热交换管3和给水管道1构成的热交换装置的外部设置保温层2，防止热交换管3和给水管道1热量损失；热交换管3可以采用导热系数达到401w/mK的铜材质制成鳍片铜管，导热系数越大，导热性能越好，导热系数中的w为热功率单位瓦特，m为长度单位米，K为绝对温度单位。
具体实施中，设置数据采集器12用于实时采集系统参数和汽轮机运行参数，数据采集器12通过USB3.0接口与计算机13进行通讯，在计算机13中完成热耗率的实时计算和显示。
本实施例中按如下方式获得汽轮机组热耗率：
首先由式(1)计算获得给水管道1中的给水流速v：
Figure BDA0002821702690000041
式(1)中：
c0为冷却器5出口处的循环水比容，cw为给水管道(1)中的给水比容；循环水比容和给水比容是根据相应管道内水的温度和压力按照水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97计算获得；k为测量整定系数。
由式(2)计算获得给水管道1中的给水流量Gw：
Gw＝πR2·cw·v (2)
式(2)中：R为给水管道1的半径；T0和T1的差值越大，则给水管道1中的给水流速越大。
由式(3)计算获得汽轮机热耗率HR：
HR＝(Gw·(hms-hw)+Ggjs·(hms-hgjs)+Gcrh·(hhrh-hcrh)+Gzjs(hhrh-hzjs))/P (3)
式(3)中，P为机组发电功率，各汽轮机运行参数包括各焓值和各流量值，其分别是：
各焓值为：主蒸汽焓hms，给水焓hw，过热器减温水焓hgjs，热再热蒸汽焓hhrh，冷再热蒸汽焓hcrh和再热器减温水焓hzjs；各焓值是根据机组本身运行数据采集系统采集获得的相应位置处水或蒸汽的温度和压力，再按水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97计算获得；各流量值为：过热器减温水流量Ggjs，冷再热蒸汽流量Gcrh和再热器减温水流量Gzjs；各流量值是由相应管道中的孔板流量计检测获得。
具体实施中，按如下方式获得测量整定系数k：在锅炉启动之前的冷态下，针对给水管道1安装超声波流量计，用于测量给水管道1的冷态流量Qc；在冷却水箱5中放置冰水混合物，使冷却水箱5中是温度为0℃的冰水混合温度；
利用给水流量测量系统获得各冷态参数，包括：
给水管道1的给水冷态温度Twc；热交换管3的入口冷态温度T0c；
热交换管3的出口冷态温度T1c；热交换管3的入口冷态压力P0c；
热交换管3的入口冷态比容c0c；由式(4)计算获得测量整定系数k：
Figure BDA0002821702690000051
具体实施中，在水循环回路中逆给水管道1中的给水方向进行水循环，当鳍片铜管中介质以恒定流速循环时，给水管道1中的给水在恒温状态下流速越快，则T0和T1的差值越大，以此快速计算获得给水管道中的给水流速。

Claims (5)

1.一种火电厂汽轮机热耗率快速计算方法，其特征是：
针对汽轮机设置给水流量测量系统，是在给水管道(1)的外周缠绕热交换管(3)，所述热交换管(3)与给水管道(1)构成热交换装置，用于将给水管道(1)的热量传递至热交换管(3)；针对所述热交换管(3)设置封闭的水循环回路，在所述水循环回路中设置循环水泵(4)和冷却器(5)，由所述循环水泵(4)维持所述水循环回路中的循环水的循环，由所述冷却器(5)对所述循环水进行冷却；设置各检测器件用于获得所述给水流量测量系统的系统参数，所述系统参数包括：
给水管道(1)的给水温度Tw；热交换管(3)的入口温度T0；热交换管(3)的出口温度T1；
热交换管(3)的入口压力P0；水循环回路中的循环水流量v1；
利用汽轮机运行参数和所述给水流量测量系统的系统参数计算给水流量，按如下方式获得火电厂汽轮机热耗率：
由式(1)计算获得给水管道(1)中的给水流速v：
Figure FDA0003706196800000011
式(1)中：
c0为冷却器(5)出口处的循环水比容，cw为给水管道(1)中的给水比容；
k为测量整定系数；
由式(2)计算获得给水管道(1)中的给水流量Gw：
Gw＝πR2·cw·v (2)
式(2)中：R为给水管道(1)的半径；
由式(3)计算获得汽轮机热耗率HR：
HR＝(Gw·(hms-hw)+Ggjs·(hms-hgjs)+Gcrh·(hhrh-hcrh)+Gzjs(hhrh-hzjs))/P (3)
式(3)中，P为机组发电功率，各汽轮机运行参数包括各焓值和各流量值，其分别是：
各焓值为：主蒸汽焓hms，给水焓hw，过热器减温水焓hgjs，热再热蒸汽焓hhrh，冷再热蒸汽焓hcrh和再热器减温水焓hzjs；各流量值为：过热器减温水流量Ggjs，冷再热蒸汽流量Gcrh和再热器减温水流量Gzjs。
2.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机热耗率快速计算方法，其特征是：在由所述热交换管(3)和给水管道(1)构成的热交换装置的外部设置保温层(2)。
3.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机热耗率快速计算方法，其特征是：所述热交换管(3)为低热阻的鳍片铜管。
4.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机热耗率快速计算方法，其特征是：设置数据采集器(12)用于实时采集所述系统参数和汽轮机运行参数，所述数据采集器(12)通过USB3.0接口与计算机(13)进行通讯，在所述计算机(13)中完成热耗率的实时计算和显示。
5.根据权利要求1所述的火电厂汽轮机热耗率快速计算方法，其特征是：
所述k为测量整定系数按如下方式确定：在锅炉启动之前的冷态下，针对给水管道(1)安装超声波流量计，用于测量给水管道(1)的冷态流量Qc；在冷却器(5)的冷却水箱中放置冰水混合物，使冷却水箱中是温度为0℃的冰水混合温度；
利用所述给水流量测量系统获得各冷态参数，包括：
给水管道(1)的给水冷态温度Twc；热交换管(3)的入口冷态温度T0c；
热交换管(3)的出口冷态温度T1c；热交换管(3)的入口冷态压力P0c；
热交换管(3)的入口冷态比容c0c；由式(4)计算获得测量整定系数k：
Figure FDA0003706196800000021
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