CN202471131U - 对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统 - Google Patents

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杨海生
张小利
贾文菊
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Abstract

本实用新型公开了一种对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统,其包括数据测量终端、数据采集处理设备以及显示设备;数据测量终端包括设置在凝汽器循环冷却水进水管道上的第一温度传感器和第一压力传感器、设置在凝汽器循环冷却水回水管道上的第二温度传感器和第二压力传感器、设置在所述回水管道上的流量传感器以及设置在凝汽器蒸汽进口的第三压力传感器;第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、流量传感器以及第三压力传感器的输出端分别接数据采集处理设备;数据采集处理设备的通过数据线或无线网络接显示设备。本测量终端所采集的数据易测量,结构简单,可将现场采集的数据经无线网络远程传输给计算机。

Description

对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统
技术领域
本实用新型涉及一种对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统。
背景技术
电厂凝汽器作为电厂汽水热力循环中冷端的换热设备,其作用是,一方面通过将汽轮机排汽冷凝后形成汽水介质的循环;另一方面通过凝结放热维持凝汽器内部高真空状态,为汽轮机膨胀作功提供良好工作环境。随着电力机组向大容量高参数发展,电厂中凝汽器良好的工作性能对电厂的经济性影响越来越大。以某一亚临界600MW机组凝汽器为例,如由于凝汽器工作性能恶化,导致凝汽器压力上升1kPa,则将影响电厂煤耗约3.3g/kW·h,每年将多消耗标煤约8910t。但目前电厂凝汽器性能没有专用的监测装置,或一般只能在DCS控制系统中作简单的性能计算,因此无法对凝汽器性能进行全面的监测。这主要是部分影响凝汽器的参数测量难度较大,且凝汽器性能计算的模型复杂。
因此迫切需要一种测量数据比较准确,结构比较简单的监测系统来解决目前的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、数据准确的对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统。
为解决上述技术问题,本实用新型所采取的技术方案是:一种对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统,其关键技术在于:其包括数据测量终端、数据采集处理设备以及显示设备;所述数据测量终端包括设置在凝汽器循环冷却水进水管道上的第一温度传感器和第一压力传感器、设置在凝汽器循环冷却水回水管道上的第二温度传感器和第二压力传感器、设置在所述回水管道上的流量传感器以及设置在凝汽器蒸汽进口的第三压力传感器;所述第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、流量传感器以及第三压力传感器的输出端分别接所述数据采集处理设备的相应输入端;所述数据采集处理设备的输出端通过数据线接所述显示设备的相应输入端,或通过无线网络与显示设备连接。
上述数据采集处理设备的型号为OM-DAQPRO-6300。
或者,上述数据采集处理设备可选用单片机、嵌入式计算机系统、工控机或计算机的其中一种。
上述显示设备为计算机。
上述无线网络的通信模块为zigbee无线通信模块。
在凝汽器性能参数中,凝汽器的压力最直观地反映了凝汽器的工作状态。在相同的运行边界条件下,凝汽器压力越低,表示凝汽器工作性能越好。但是电厂汽轮机组实际运行中,凝汽器运行的边界条件也在随时发生变化,如汽轮机组发电负荷变化时会引起凝汽器热负荷的变化;外界环境温度变化时会引起循环冷却水进水温度的变化等。这对准确判断凝汽器的性能造成了较大困难。
本实用新型采用修正后的凝汽器压力作为判断凝汽器性能变化的主要指标。计算过程中,首先通过正常运行中的凝汽器运行参数得到反映凝汽器清洁状态的清洁系数,再计算得到修正至设计运行条件下的凝汽器压力                                                
Figure 536493DEST_PATH_IMAGE001
。由于
Figure 865843DEST_PATH_IMAGE001
为修正后的凝汽器压力,因此正常运行中此项指标的变化即可反映出凝汽器性能的变化。
对某一确定的凝汽器,其基本设计参数见表1,这些基本参数均可以从制造厂家提供的相关设备资料中获得。
表1 凝汽器的设计参数
 
Figure 64744DEST_PATH_IMAGE002
 本实用新型进行测量和计算的原理如下:
1、凝汽器正常运行时对数平均温差θ mT 的计算公式
Figure 468043DEST_PATH_IMAGE003
    (1)
式中:
θ mT——对数平均温差,℃;
θ 1T——初始温差,θ 1T= t sT -t 1T  ,℃;
θ 2T——终端温差,θ 2T= t sT -t 2T ,℃;
t sT——凝汽器压力对应的饱和温度,℃;其通过函数
Figure 258144DEST_PATH_IMAGE004
计算求得,所述函数
Figure 12474DEST_PATH_IMAGE005
从国际水和水蒸汽特性协会(IAPWS)的相关计算公式中查得,所述
Figure 749486DEST_PATH_IMAGE006
由第三压力传感器测得,单位kPa;
t 2T——凝汽器循环冷却水的出口温度,℃,由第二温度传感器测得;
t 1T——凝汽器循环冷却水的进口温度,℃,由第一温度传感器测得。
2、凝汽器正常运行热负荷QT的计算公式
Figure 804029DEST_PATH_IMAGE007
                           (2)
式中:
Q ——凝汽器正常运行热负荷,kW;
G wT——正常运行循环冷却水单位时间的流量,kg/s;
C PT  —正常运行循环冷却水的平均温度下的比热容,kJ/(kg.℃),其采用下式计算:
Figure 233874DEST_PATH_IMAGE008
                            (3) 
式(3)是根据循环冷却水的平均压力与平均温度求取对应的比热容,所述函数f 1 根据国际水和水蒸汽特性协会(IAPWS)的相关计算公式获得。
3、凝汽器正常运行总体传热系数
Figure 741078DEST_PATH_IMAGE009
的计算公式
根据公式
Figure 281781DEST_PATH_IMAGE010
                                     (4)
将式(1)和式(2)联立得:
Figure 925252DEST_PATH_IMAGE011
                           (5)
式(4)和式(5)中:
K T——正常运行时凝汽器总体传热系数,W/(m2.℃);
A ——凝汽器面积,m2,从表1中查得。
4、美国传热学会(HEI)标准中的总体传热系数
Figure 791577DEST_PATH_IMAGE012
的计算公式
Figure 520499DEST_PATH_IMAGE013
                                  (6)
Figure 130471DEST_PATH_IMAGE014
                                      (7)
式(6)和式(7)中:K HEI——根据HEI标准计算的总体传热系数,W/(m2.℃);
K 0——基本传热系数,W/(m2.℃),根据HEI标准要求计算;
β c—— 清洁系数;
β t—— 循环冷却水进口温度对传热系数的修正系数,根据HEI标准要求选取;
β m——根据标准确定的管材和壁厚对传热系数的修正系数,根据HEI标准要求选取;
c 1——根据标准确定的系数,根据HEI标准要求选取;
υ—冷却管管内平均流速,m/s。
5、凝汽器正常运行清洁系数的计算公式
根据K T = K HEI  ,可推得清洁系数β c :
β c  = K T  /(K 0 ×β t ×β m )                                  (8)
式中,K 0 β t β m 的计算,均根据实际正常运行参数,采用HEI标准中提供的方法进行计算。
K 0 按照式(7)进行计算,其中凝汽器正常运行时冷却水管道内的平均流速
Figure 628449DEST_PATH_IMAGE015
按式(9)计算:
Figure 134517DEST_PATH_IMAGE016
                           (9)
式中,
Figure 881893DEST_PATH_IMAGE017
Figure 764398DEST_PATH_IMAGE018
Figure 116882DEST_PATH_IMAGE019
分别指凝汽器的设计流程数、凝汽器管子的内径、及凝汽器管子数量,可在凝汽器的参数表(表1)中进行查询。
计算修正系数β t 时,按实际正常运行循环冷却水进口温度,根据HEI标准要求选取;
计算修正系数β m 时,根据确定的凝汽器管子的管材和壁厚,根据HEI标准要求选取;
6、修正后的凝汽器压力计算公式
Figure 590589DEST_PATH_IMAGE020
                                      (10)
Figure 28523DEST_PATH_IMAGE021
                     (11)
Figure 980299DEST_PATH_IMAGE022
                           (12)
Figure 452868DEST_PATH_IMAGE023
                    (13)
式(10)~(13)中:
—修正后的凝汽器压力,kPa;
Figure 757128DEST_PATH_IMAGE025
—修正至设计条件下的凝汽器饱和温度值,℃;
Figure 981436DEST_PATH_IMAGE026
—设计的循环冷却水进口温度,℃;
Figure 308512DEST_PATH_IMAGE027
—设计的凝汽器热负荷,kW;
Figure 124021DEST_PATH_IMAGE028
—设计循环冷却水流量,kg/s;
Figure 536548DEST_PATH_IMAGE029
—设计循环冷却水平均温度下的比热容,kJ/(kg.℃);
X—修正总体传热系数后的对数平均温差系数;
—设计条件下修正后的总体传热系数。在根据式(12)计算时,
Figure 11709DEST_PATH_IMAGE031
Figure 998119DEST_PATH_IMAGE032
Figure 897942DEST_PATH_IMAGE033
均根据设计条件下的循环冷却水流速、循环冷却水进口温度、及设计凝汽器管子材料,按照HEI标准中的方法求得。
式(10)为根据蒸汽的饱和温度求取对应的饱和压力,具体计算函数
Figure 464053DEST_PATH_IMAGE034
根据IAPWS的相关计算公式获得。
即通过对清洁系数的计算求得修正后的凝汽器压力
Figure 31300DEST_PATH_IMAGE035
,用修正后的
Figure 657454DEST_PATH_IMAGE035
来判断凝汽器的性能。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
(1)本实用新型采用外部测量及计算的方式,主要是通过测量凝汽器压力、凝汽器循环冷却水进出口的参数,获取热力数据后通过数据采集处理设备处理,最终在显示设备中实现计算及显示,通过简单的测量即可解决正常运行中电厂凝汽器性能的在线监测问题,为电厂运行及检修提供了凝汽器运行状态的定量数据;通过对电厂凝汽器的工作性能进行连续监测,可对凝汽器的工作性能及异常状态实时进行监控,满足了电厂经济性分析的需要;
(2)本实用新型数据测量终端所采集的数据比较容易测量,并且可将现场采集的数据通过无线网络远程传输给显示设备如计算机,便于实施和推广应用。
附图说明
图1是本实用新型的功能框图;
图2是本实用新型测试点分布的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
参看图1和图2,本实用新型由数据测量终端、数据采集处理设备和显示设备组成;所述数据测量终端包括设置在凝汽器循环冷却水进水管道上的第一温度传感器 和第一压力传感器
Figure 679953DEST_PATH_IMAGE037
、设置在凝汽器循环冷却水回水管道上的第二温度传感器
Figure 836128DEST_PATH_IMAGE038
和第二压力传感器、设置在所述回水管道上的流量传感器
Figure 773177DEST_PATH_IMAGE040
以及设置在凝汽器蒸汽进口的第三压力传感器
Figure 946670DEST_PATH_IMAGE041
;所述第一温度传感器
Figure 957351DEST_PATH_IMAGE036
、第一压力传感器
Figure 925307DEST_PATH_IMAGE037
、第二温度传感器
Figure 552597DEST_PATH_IMAGE038
、第二压力传感器、流量传感器
Figure 129389DEST_PATH_IMAGE040
以及第三压力传感器
Figure 799405DEST_PATH_IMAGE041
的输出端分别接所述数据采集处理设备的相应输入端;所述数据采集处理设备的输出端通过数据线接所述显示设备的相应输入端,或者与显示设备通过无线网络通信,无线网络通信可采用多种方式,比如可采用zigbee无线通信模块来完成,或者GPRS无线网络、CDMA无线网络。
上述数据采集处理设备的型号为OM-DAQPRO-6300,该数据采集处理设备还可采用单片机、嵌入式计算机系统、工控机或计算机来完成相关测量数据的采集和处理。所述显示设备可采用笔记本电脑或台式计算机等来处理和显示。
采用本实用新型进行测量计算的步骤如下:
(一)数据输入:将第一温度传感器
Figure 382833DEST_PATH_IMAGE042
、第一压力传感器
Figure 163707DEST_PATH_IMAGE043
、第二温度传感器
Figure 148981DEST_PATH_IMAGE044
、第二压力传感器
Figure 458739DEST_PATH_IMAGE045
、流量传感器
Figure 60622DEST_PATH_IMAGE046
以及第三压力传感器
Figure 114029DEST_PATH_IMAGE047
采集的数据输入至计算机中。
(二)利用步骤(一)中采集的数据按照下述公式计算修正后的凝汽器压力
Figure 953809DEST_PATH_IMAGE024
1)计算凝汽器压力对应的饱和温度t sT
Figure 965627DEST_PATH_IMAGE004
                                         (14)
2)计算凝汽器正常运行总体传热系数
Figure 258068DEST_PATH_IMAGE009
Figure 115166DEST_PATH_IMAGE048
                           (5)
3)计算凝汽器基本传热系数K 0
                                      (7)
Figure 992172DEST_PATH_IMAGE016
                               (9)
4)计算凝汽器正常运行中的清洁系数
β c  = K T  /(K 0 ×β t ×β m )                                  (8)
5)计算修正后的凝汽器压力
Figure 568647DEST_PATH_IMAGE024
Figure 963856DEST_PATH_IMAGE022
                           (12)
Figure 512649DEST_PATH_IMAGE023
                    (13)
Figure 131849DEST_PATH_IMAGE021
                     (11)
                                      (10)
其中
Figure 532241DEST_PATH_IMAGE050
                                 (15)
所述
Figure 791184DEST_PATH_IMAGE051
按照式(9)根据设计条件的参数进行计算。
用计算所得的
Figure 822811DEST_PATH_IMAGE024
用于评价凝汽器的性能。 

Claims (5)

1.一种对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统,其特征在于:包括数据测量终端、数据采集处理设备以及显示设备;
所述数据测量终端包括设置在凝汽器循环冷却水进水管道上的第一温度传感器(
Figure 2012200732580100001DEST_PATH_IMAGE001
)和第一压力传感器(
Figure 2012200732580100001DEST_PATH_IMAGE002
)、设置在凝汽器循环冷却水回水管道上的第二温度传感器()和第二压力传感器(
Figure 2012200732580100001DEST_PATH_IMAGE004
)、设置在所述回水管道上的流量传感器(
Figure DEST_PATH_IMAGE005
)以及设置在凝汽器蒸汽进口的第三压力传感器(
Figure 2012200732580100001DEST_PATH_IMAGE006
);
所述第一温度传感器(
Figure 815334DEST_PATH_IMAGE001
)、第一压力传感器(
Figure 670158DEST_PATH_IMAGE002
)、第二温度传感器(
Figure 387578DEST_PATH_IMAGE003
)、第二压力传感器(
Figure 782788DEST_PATH_IMAGE004
)、流量传感器(
Figure 534843DEST_PATH_IMAGE005
)以及第三压力传感器(
Figure 357305DEST_PATH_IMAGE006
)的输出端分别接所述数据采集处理设备的相应输入端;
所述数据采集处理设备的输出端通过数据线接所述显示设备的相应输入端,或通过无线网络与显示设备相连。
2.根据权利要求1所述的对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统,其特征在于:所述数据采集处理设备的型号为OM-DAQPRO-6300。
3.根据权利要求1所述的对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统,其特征在于:所述数据采集处理设备为单片机、嵌入式计算机系统、工控机或计算机的其中一种。
4.根据权利要求1所述的对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统,其特征在于:所述显示设备为计算机。
5.根据权利要求1所述的对电厂凝汽器性能进行实时监测的系统,其特征在于:所述无线网络的通信模块为zigbee无线通信模块。
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