CN116644550A - 一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法 - Google Patents
一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，所述能耗评估系统包括数据采集模块、数据处理模块、数据输出模块，所述数据采集模块从分布式控制系统服务器采集所需的实时数据发给数据处理模块，所述分布式控制系统服务器为空分项目现场配置的数据处理系统。所述数据处理模块采用自行设计的能耗评估方法，对稳定运行时采集的数据进行判断、选择和计算，所述能耗评估方法包括压缩机组功率计算单元、汽轮机功率计算单元、蒸汽能耗折算单元、能耗评估单元。所述数据输出模块将计算出的结果发送至能耗评估系统主显示屏。本发明采集的数据稳定可靠精确度高，计算方法准确，实现对机组能耗的实时准确评估并为节能优化明确方向。
Description
技术领域
本发明涉及空分工业自动化检测技术领域，尤其涉及一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法。
背景技术
空分工业能为石油、化工行业提供大量低温分离的氧、氮等产品。随着中国经济的快速发展，大型冶炼、大型石化、大型火电等重要行业开始大规模发展，我国已经成为世界上空分技术发展最活跃、空分设备项目建设最多的国家。随着空分规模的大型化发展，用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机也得到了广泛的应用同时也消耗了大量的能源。随着国家“碳中和、碳达峰”目标的提出，人们开始对空分的能耗提出了更高的要求，空分朝着高可靠性、超大型化及低能耗的方向发展。
专利202010745665.0“一种汽轮机发电机组空载能耗测试方法”提供了一种用于火力发电厂的汽轮机空载能耗测试方法，但是他未涉及空分领域并且未对用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机稳定运行时的能耗提供一种能耗评估方法。专利200810055357.4“汽轮机组热力系统能耗定量分析软件平台”提供了一种针对火电机组热力系统定量分析的软件，能够局部定量分析汽轮机组的热力参数，但是他不涉及空分领域用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机组能耗分析。由于用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机组成复杂，主要包括：油循环系统、工艺气系统、蒸汽系统、冷凝系统及控制系统，在对其进行数据采集的过程中，需要采集的数据种类较多、数据量较大。目前没有一个简易及准确的用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法。
综上，设计一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，对运行设备进行实时多方位的全面数据采集处理，并对其进行能耗评估具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，该系统及方法对拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机进行全方位的数据采集，采集数据准确度更高，检测效果更加具有说服力，同时通过数据处理模块对用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机进行能耗评估，明确能耗优化方向并且可以以曲线的形式实时展示修正后汽轮机蒸汽消耗量随时间变化的曲线，给现场运行人员更直观的展示。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现：一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，该系统包括数据采集模块、数据处理模块、数据输出模块，该方法包括步骤如下：
(1)数据采集模块从分布式控制系统服务器采集所需的实时数据发给数据处理模块；
(2)数据处理模块对从数据采集模块采集到的数据进行处理。数据处理模块采用自行设计的能耗评估方法，对原始数据范围进行判断、选择和计算，通过数据处理模块的判断、选择可以过滤波动过大或者运行数据明显与设计要求不符的数据，提高计算结果的准确性。
(3)数据处理模块的压缩机组功率计算单元、汽轮机功率计算单元、蒸汽能耗折算单元、能耗评估单元分别计算当前运行工况的压缩机组功率、汽轮机功率、折算后蒸汽耗量并评估目前机组实际运行蒸汽能耗状况。数据处理模块完成后将数据处理结果传输给数据输出模块。
(4)数据输出模块接受数据处理模块得出的结果，完成数据的分类和存储并将数据发送至用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统主显示屏。
(5)用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统主显示屏以表格和曲线的形式同时呈现实时数据和机组运行能耗状态。
作为优选：所述步骤(1)中数据采集模块从分布式控制系统服务器采集所需的实时数据包括压缩机组入口温度T1、压缩机组出口温度T2、压缩机组入口压力P1、压缩机组出口压力P2、压缩机组入口湿度H1、压缩机组入口流量V1、汽轮机入口蒸汽流量V2、汽轮机入口蒸汽温度T3、汽轮机入口蒸汽压力P3、汽轮机转速n、汽轮机排气压力P4。
作为优选：所述步骤(2)所述对原始数据范围进行判断、选择和计算具体步骤是：
①实时数据处理模块中设定每种数据信号的高低限量程范围；
②将实时数据采集模块的每种数据信号分别与高低限量程进行比较，若是在量程范围内则判断数据合理可用，如不在量程范围内，则判断该数据不合理。对于不合理的数据不计入后续计算。
③对于每种数据取设定时间间隔内的平均值。
作为优选：所述步骤(3)中计算步骤如下：
①所述压缩机组功率计算单元用于计算当前运行工况的压缩机组功率：
Ni：压缩机组功率,kW；
qm：压缩机组入口空气质量流量，kg/s；
R：空气气体常数，287J/(kg·K)；
T1：压缩机组入口温度，K；
P1：压缩机组入口压力，MPa(A)；
P2：压缩机组出口压力，MPa(A)；
ηt：压缩机组等温效率；
ct1:压缩机组入口环境温度修正系数；
ch1:压缩机组入口湿度修正系数。
②所述汽轮机功率计算单元用于计算当前运行工况的汽轮机功率：
H1＝f(P3，T3)
H2＝f(P4，T4)
Q＝(H1-H2)×V2
H1：汽轮机入口蒸汽焓值，kJ/kg；
H2：汽轮机排汽口蒸汽焓值，kJ/kg；
V2：汽轮机入口蒸汽流量，kg/s；Q：汽轮机内功率,Kw。
③所述蒸汽能耗折算单元用于计算修正后汽轮机蒸汽消耗量：
Vcorr＝V2×(1+cp3+ct3+cp4+cn)
Vcorr:修正后汽轮机蒸汽消耗量，t/h；
V2:实测汽轮机入口蒸汽流量，t/h；
cp3:汽轮机入口蒸汽实测压力与汽轮机入口蒸汽设计压力差值产生的影响系数；
ct3:汽轮机入口蒸汽实测温度与汽轮机入口蒸汽设计温度差值产生的影响系数；
cp4:汽轮机出口蒸汽实测压力与汽轮机出口蒸汽设计压力差值产生的影响系数；
cn:汽轮机实测转速与汽轮机设计转速差值产生的影响系数。
④所述能耗评估单元用于计算目前机组实际运行蒸汽能耗状况：
ΔV＝(Vd-Vcorr)
ΔV：汽轮机节省的能耗，t/h，若为负值则其绝对值为能耗超标值；
Vd：汽轮机设计工况蒸汽耗量，t/h；
对于蒸汽能耗超出的情况，通过比较所述汽轮机内功率Q、压缩机组功率Ni与各自的设计值，明确后续需要进行能耗优化的方向。
作为优选：所述步骤(4)所述完成数据的分类和储存指将压缩机组相关参数、汽轮机相关参数分别保存至不同的存储文件中。
作为优选：所述步骤(5)表格具体包括的内容有：压缩机组入口温度T1、压缩机组出口温度T2、压缩机组入口压力P1、压缩机组出口压力P2、压缩机组入口湿度H1、压缩机组入口流量V1、汽轮机入口蒸汽流量V2、汽轮机入口蒸汽温度T3、汽轮机入口蒸汽压力T3、汽轮机转速n、汽轮机排气压力P4、压缩机组轴功率Ni、汽轮机内功率Q、汽轮机节省的能耗ΔV。重复上述过程算出不同时间点下上述参数的值。所述曲线具体包括：用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机修正后汽轮机蒸汽消耗量随时间变化的曲线。
本发明的优点和积极效果如下：
本发明结合用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机运行稳定的特点，采用自行设计的能耗评估系统及方法对采集的数据进行处理使能耗评估结果更准备，同时能为能耗优化指明方向。通过数据输出模块还可实现对于已处理的数据进行更直观的呈现，帮助运行人员掌握运行机组的能耗水平，为用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机的经济运行提供参考。
附图说明
图1是本发明一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统的结构框图；
图2是本发明一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例子中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例子仅仅是本发明一部分实施例子，而不是全部的实施例子。基于本发明的实施例子，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例子，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统，如图1所示，该系统的硬件系统包括：
(1)数据采集模块，所述数据采集模块从分布式控制系统服务器采集所需的实时数据发给数据处理模块。所述分布式控制系统服务器为空分项目现场配置的数据处理系统。数据采集模块可以从海量的分布式控制系统服务器采集和评估系统相关的实时数据。在实际处理过程中，可以先将所需各类数据同一传输至后台数据库，再由后台数据库分别录入至不同的数据处理模块中，同时，可以通过该后台数据库，随时查看全新数据，该传输安全有效，且不容易发生堵塞。
(2)数据处理模块，所述数据处理模块对从数据采集模块采集到的数据进行处理。数据处理模块采用自行设计的能耗评估方法，对原始数据范围进行判断、选择和计算。通过数据处理模块的判断、选择可以过滤波动过大或者运行数据明显与设计要求不符的数据，提高计算结果的准确性。
(3)数据处理模块的压缩机组功率计算单元、汽轮机功率计算单元、蒸汽能耗折算单元、能耗评估单元分别计算当前运行工况的压缩机组功率、汽轮机功率、折算后蒸汽耗量并评估目前机组实际运行蒸汽能耗状况。数据处理模块完成后将数据处理结果传输给数据输出模块。
(4)数据输出模块，所述数据输出模块接受数据处理模块得出的结果，完成数据的分类和存储并将数据发送至用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统主显示屏。
(5)用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统主显示屏以表格和曲线的形式同时呈现实时数据和机组运行能耗状态。
所述数据处理模块和所述数据输出模块具体为易携带式计算机，例如笔记本电脑、掌上电脑、平板电脑，携带方便。
实施例2
用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估方法，如图2所示，该方法的硬件系统包括：用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗数据采集模块、数据处理模块、数据输出模块、能耗评估系统主显示屏和数据存储服务器。该方法的具体步骤如下：
(1)数据采集模块从分布式控制系统服务器采集所需的实时数据发给数据处理模块，所述分布式控制系统服务器为空分项目现场配置的数据处理系统。
其中，数据采集模块从分布式控制系统服务器采集所需的实时数据包括压缩机组入口温度T1、压缩机组出口温度T2、压缩机组入口压力P1、压缩机组出口压力P2、压缩机组入口湿度H1、压缩机组入口流量V1、汽轮机入口蒸汽流量V2、汽轮机入口蒸汽温度T3、汽轮机入口蒸汽压力P3、汽轮机转速n、汽轮机排气压力P4。
(2)数据处理模块对从数据采集模块采集到的数据进行处理。数据处理模块采用自行设计的能耗评估方法，对原始数据范围进行判断、选择和计算，通过数据处理模块的判断、选择可以过滤波动过大或者运行数据明显与设计要求不符的数据，提高计算结果的准确性。
其中，对原始数据范围进行判断、选择和计算具体步骤是：
①实时数据处理模块中设定每种数据信号的高低限量程范围；
②将实时数据采集模块的每种数据信号分别与高低限量程进行比较，若是在量程范围内则判断数据合理可用，如不在量程范围内，则判断该数据不合理。对于不合理的数据不计入后续计算。
③对于每种数据取设定时间间隔内的平均值。
(3)数据处理模块的压缩机组功率计算单元、汽轮机功率计算单元、蒸汽能耗折算单元、能耗评估单元分别计算当前运行工况的压缩机组功率、汽轮机功率、折算后蒸汽耗量并评估目前机组实际运行蒸汽能耗状况。数据处理模块完成后将数据处理结果传输给数据输出模块。
其中，数据处理模块采用自行设计的处理分析方法，具体步骤如下：
①所述压缩机组功率计算单元用于计算当前运行工况的压缩机组功率：
Ni：压缩机组功率,kW；
qm：压缩机组入口空气质量流量，kg/s；
R：空气气体常数，287J/(kg·K)；
T1：压缩机组入口温度，K；
P1：压缩机组入口压力，MPa(A)；
P2：压缩机组出口压力，MPa(A)；
ηt：压缩机组等温效率；
ct1:压缩机组入口环境温度修正系数；
ch1:压缩机组入口湿度修正系数。
②所述汽轮机功率计算单元用于计算当前运行工况的汽轮机功率：
H1＝f(P3，T3)
H2＝f(P4，T4)
Q＝(H1-H2)×V2
H1：汽轮机入口蒸汽焓值，kJ/kg；
H2：汽轮机排汽口蒸汽焓值，kJ/kg；
V2：汽轮机入口蒸汽流量，kg/s；
Q：汽轮机内功率,kW。
③所述蒸汽能耗折算单元用于计算修正后汽轮机蒸汽消耗量：
Vcorr＝V2×(1+cp3+ct3+cp4+cn)
Vcorr:修正后汽轮机蒸汽消耗量，t/h；
V2:实测汽轮机入口蒸汽流量，t/h；
cp3:汽轮机入口蒸汽实测压力与汽轮机入口蒸汽设计压力差值产生的影响系数；
cp3:汽轮机入口蒸汽实测温度与汽轮机入口蒸汽设计温度差值产生的影响系数；
cp4:汽轮机出口蒸汽实测压力与汽轮机出口蒸汽设计压力差值产生的影响系数；
cn:汽轮机实测转速与汽轮机设计转速差值产生的影响系数。
④所述能耗评估单元用于计算目前机组实际运行蒸汽能耗状况：
ΔV＝(Vd-Vcorr)
ΔV：汽轮机节省的能耗，t/h，若为负值则其绝对值为能耗超标值；
Vd：汽轮机设计工况蒸汽耗量，t/h；
对于蒸汽能耗超出的情况，通过比较所述汽轮机内功率Q、压缩机组功率Ni与各自的设计值，明确后续需要进行能耗优化的方向。
(4)数据输出模块接受数据处理模块得出的结果，完成数据的分类和存储并将数据发送至用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统主显示屏。
其中，完成数据的分类和储存指将压缩机组相关参数、汽轮机相关参数分别保存至不同的存储文件中。
(5)用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统主显示屏以表格和曲线的形式同时呈现实时数据和机组运行能耗状态。
其中，所述表格具体包括的内容有：压缩机组入口温度T1、压缩机组出口温度T2、压缩机组入口压力P1、压缩机组出口压力P2、压缩机组入口湿度H1、压缩机组入口流量V1、汽轮机入口蒸汽流量V2、汽轮机入口蒸汽温度T3、汽轮机入口蒸汽压力T3、汽轮机转速n、汽轮机排气压力P4、压缩机组轴功率Ni、汽轮机内功率Q、汽轮机节省的能耗ΔV。重复上述过程算出不同时间点下上述参数的值。其中，所述曲线具体包括：用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机修正后汽轮机蒸汽消耗量随时间变化的曲线。
Claims (6)
1.一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，其特征在于：所述系统包括数据采集模块、数据处理模块、数据输出模块，该方法包括步骤如下：
(1)数据采集模块从分布式控制系统服务器采集所需的实时数据发给数据处理模块；
(2)数据处理模块对从数据采集模块采集到的数据进行处理，数据处理模块采用自行设计的能耗评估方法，对原始数据范围进行判断、选择和计算，通过数据处理模块的判断、选择可以过滤波动过大或者运行数据明显与设计要求不符的数据，提高计算结果的准确性；
(3)数据处理模块的压缩机组功率计算单元、汽轮机功率计算单元、蒸汽能耗折算单元、能耗评估单元分别计算当前运行工况的压缩机组功率、汽轮机功率、折算后蒸汽耗量并评估目前机组实际运行蒸汽能耗状况，数据处理模块完成后将数据处理结果传输给数据输出模块；
(4)数据输出模块接受数据处理模块得出的结果，完成数据的分类和存储并将数据发送至用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统主显示屏；
(5)用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统主显示屏以表格和曲线的形式同时呈现实时数据和机组运行能耗状态。
2.根据权利要求1所述的用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述数据采集模块从分布式控制系统服务器采集所需的实时数据包括压缩机组入口温度T1、压缩机组出口温度T2、压缩机组入口压力P1、压缩机组出口压力P2、压缩机组入口湿度H1、压缩机组入口流量V1、汽轮机入口蒸汽流量V2、汽轮机入口蒸汽温度T3、汽轮机入口蒸汽压力P3、汽轮机转速n、汽轮机排气压力P4。
3.根据权利要求1所述的用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，其特征在于：步骤(2)所述对原始数据范围进行判断、选择和计算具体步骤是：
①实时数据处理模块中设定每种数据信号的高低限量程范围；
②将实时数据采集模块的每种数据信号分别与高低限量程进行比较，若是在量程范围内则判断数据合理可用，如不在量程范围内，则判断该数据不合理，对于不合理的数据不计入后续计算；
③对于每种数据取设定时间间隔内的平均值。
4.根据权利要求1所述的用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，其特征在于：所述步骤(3)计算步骤如下：
①所述压缩机组功率计算单元用于计算当前运行工况的压缩机组功率：
Ni：压缩机组功率，kW；
qm：压缩机组入口空气质量流量，kg/s；
R：空气气体常数，287J/(kg·K)；
T1：压缩机组入口温度，K；
P1：压缩机组入口压力，MPa(A)；
P2：压缩机组出口压力，MPa(A)；
ηt：压缩机组等温效率；
ct1：压缩机组入口环境温度修正系数；
ch1：压缩机组入口湿度修正系数；
②所述汽轮机功率计算单元用于计算当前运行工况的汽轮机功率：
H1＝f(P3，T3)
H2＝f(P4，T4)
Q＝(H1-H2)×V2
H1：汽轮机入口蒸汽焓值，kJ/kg；
H2：汽轮机排汽口蒸汽焓值，kJ/kg；
V2：汽轮机入口蒸汽流量，kg/s；
Q：汽轮机内功率，kW；
③所述蒸汽能耗折算单元用于计算修正后汽轮机蒸汽消耗量：
Vcorr＝V2×(1+cp3+ct3+cp4+cn)
Vcorr：修正后汽轮机蒸汽消耗量，t/h；
V2：实测汽轮机入口蒸汽流量，t/h；
cp3：汽轮机入口蒸汽实测压力与汽轮机入口蒸汽设计压力差值产生的影响系数；
ct3：汽轮机入口蒸汽实测温度与汽轮机入口蒸汽设计温度差值产生的影响系数；
cp4：汽轮机出口蒸汽实测压力与汽轮机出口蒸汽设计压力差值产生的影响系数；
cn：汽轮机实测转速与汽轮机设计转速差值产生的影响系数；
④所述能耗评估单元用于计算目前机组实际运行蒸汽能耗状况：
ΔV＝(Vd-Vcorr)
ΔV：汽轮机节省的能耗，t/h，若为负值则其绝对值为能耗超标值；
Vd：汽轮机设计工况蒸汽耗量，t/h；
对于蒸汽能耗超出的情况，通过比较所述汽轮机内功率Q、压缩机组功率Ni与各自的设计值，明确后续需要进行能耗优化的方向。
5.根据权利要求1所述的用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，其特征在于：所述步骤(4)所述完成数据的分类和储存指将压缩机组相关参数、汽轮机相关参数分别保存至不同的存储文件中。
6.根据权利要求1所述的用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法，其特征在于：所述步骤(5)表格具体包括的内容有：压缩机组入口温度T1、压缩机组出口温度T2、压缩机组入口压力P1、压缩机组出口压力P2、压缩机组入口湿度H1、压缩机组入口流量V1、汽轮机入口蒸汽流量V2、汽轮机入口蒸汽温度T3、汽轮机入口蒸汽压力T3、汽轮机转速n、汽轮机排气压力P4、压缩机组轴功率Ni、汽轮机内功率Q、汽轮机节省的能耗ΔV，重复上述过程算出不同时间点下上述参数的值，所述曲线具体包括：用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机修正后汽轮机蒸汽消耗量随时间变化的曲线。
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| CN202310321840.7A CN116644550A (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | 一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法 |
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|---|---|---|---|
| CN202310321840.7A CN116644550A (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | 一种用于拖动空分压缩机组的全凝式汽轮机能耗评估系统及方法 |
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| CN116644550A true CN116644550A (zh) | 2023-08-25 |
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2023
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