本發(fā)明涉及一種汽輪機熱耗率在線監(jiān)測系統(tǒng)及測量方法，屬于火力發(fā)電技術領域。

背景技術：

隨著國家對火電機組節(jié)能減排工作的重視，準確的實時在線監(jiān)測汽輪機熱耗率對火力發(fā)電企業(yè)具有重要的意義。

目前精確獲得汽輪機熱耗率的途徑是按照美國機電工程協(xié)會制定的汽輪機性能試驗規(guī)程asmeptc6來進行嚴格的試驗測試，并通過標準規(guī)定的計算方法來獲得。按照試驗標準規(guī)定，試驗前需安裝高精度的asme流量噴嘴來測量除氧器入口的凝結水流量，并以凝結水流量為基準通過迭代計算主給水流量，進而計算主蒸汽流量及再熱蒸汽流量，從而獲得汽輪機熱耗率。該計算方法復雜，且需要嚴格的系統(tǒng)隔離和其他額外的輔助試驗，如流量平衡試驗和變汽溫試驗。因此利用該方法不適合汽輪機熱耗率的實時在線監(jiān)測。

各個電廠為了實時在線監(jiān)測汽輪機熱耗率，在sis系統(tǒng)中添加了汽輪機熱耗率計算模塊，該模塊在計算汽輪機熱耗率時是以給水流量為基準，并參照dcs系統(tǒng)中的減溫水流量，且未考慮高壓加熱器事故疏水泄漏等問題。一般情況下，隨著機組運行時間的增加，給水流量孔板和減溫水流量孔板的測量誤差會逐漸增大，從而導致汽輪機熱耗率與實際值偏差較大，不利于精確監(jiān)測汽輪機熱耗率。

專利201110278504.6公開了一種基于電廠冷端熱量損失的汽輪機組熱耗率在線監(jiān)測裝置，該裝置存在2個問題：第一個是由于循環(huán)水管道直徑大，因此無法采用孔板或者噴嘴測量循環(huán)水流量，而用超聲波流量計測量的循環(huán)水流量誤差一般在4％左右，測量誤差較大；第二個是循環(huán)水進出凝汽器的溫差一般在10℃左右，因此進出口溫度的測量誤差對計算結果影響較大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種準確的實時在線監(jiān)測汽輪機熱耗率的方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明提出的技術方案為：一種汽輪機熱耗率在線監(jiān)測系統(tǒng)，用于在線監(jiān)測火力發(fā)電機組中汽輪機的熱耗率，該系統(tǒng)包括在線數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)預處理模塊、性能試驗標定模塊和數(shù)據(jù)計算分析模塊，所述在線數(shù)據(jù)收集模塊與數(shù)據(jù)預處理模塊連接，數(shù)據(jù)預處理模塊連接與性能試驗標定模塊連接，性能試驗標定模塊與數(shù)據(jù)計算分析模塊連接，所述在線數(shù)據(jù)收集模塊包括若干個壓力溫度傳感器、機組自帶的發(fā)電機電功率計和抽汽流量傳感器，若干個所述壓力溫度傳感器分別設置于主蒸汽管路、再熱蒸汽管路、供熱抽汽管路、供熱抽汽回水管路、最終給水管路、冷再蒸汽管路、再熱減溫水管路、再熱減溫器的入口與出口和三段抽汽管路處，所述在線數(shù)據(jù)收集模塊用于收集在線數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)預處理模塊用于對在線數(shù)據(jù)進行預處理，所述性能試驗標定模塊用于存儲通過高精度asme試驗標定過的基準數(shù)據(jù)，并接收預處理后的數(shù)據(jù)，且根據(jù)預處理后的數(shù)據(jù)得到主蒸汽體積流量和再熱蒸汽質量流量等基準數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)計算分析模塊用于對在線數(shù)據(jù)與基準數(shù)據(jù)進行計算分析得到汽輪機熱耗率。

對上述技術方案的改進為：所述數(shù)據(jù)計算分析模塊包括數(shù)據(jù)轉換模塊和數(shù)據(jù)計算模塊，所述數(shù)據(jù)轉換模塊用于通過水和蒸汽性質計算軟件包將壓力和溫度數(shù)據(jù)轉換為密度和焓值等數(shù)據(jù)。

對上述技術方案的改進為：還包括終端顯示模塊，所述終端顯示模塊與數(shù)據(jù)計算分析模塊連接，用于接收汽輪機熱耗率數(shù)據(jù)并進行顯示。

一種采用上述汽輪機熱耗率在線監(jiān)測系統(tǒng)的測量方法，包括如下步驟：

步驟1、通過壓力溫度傳感器收集火力發(fā)電機組中各個管道內蒸汽與水的壓力和溫度等在線數(shù)據(jù)，并收集火力發(fā)電機組dcs系統(tǒng)中的發(fā)電機功率和供熱抽汽量等在線數(shù)據(jù)；

步驟2、通過asme試驗標定計算所需的基準數(shù)據(jù)；

步驟3、根據(jù)步驟1收集的壓力和溫度數(shù)據(jù)利用水和蒸汽性質計算軟件包計算出蒸汽與水的密度和焓值數(shù)據(jù)；

步驟4、利用步驟1、2和3中得到的數(shù)據(jù)計算火力發(fā)電機組中的各管道中蒸汽與水的質量流量；

步驟6、計算汽輪機熱耗率hr；

式中：hr為汽輪機熱耗率，fm為主蒸汽流量，hm為主蒸汽焓值，fr為再熱蒸汽流量，hr為再熱蒸汽焓值，fw為最終給水流量，hw為最終給水焓值，fcr為冷再蒸汽流量，hcr為冷再蒸汽焓值，frhs為再熱減溫水流量，hrhs為再熱減溫水焓值，fcq為供熱抽汽流量，hcq為供熱抽汽焓值，hhs為供熱抽汽回水焓值，wc為發(fā)電機有功功率。

對上述技術方案的改進為：所述步驟2中asme試驗的內容為：

①通過高精度的熱力性能試驗測試若干組不同汽輪機綜合閥位對應的主蒸汽體積流量；

②通過高精度熱力性能試驗測試若干組不同綜合閥位對應的再熱蒸汽質量流量、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度和三段抽汽壓力等參數(shù)；

③通過變汽溫試驗測試高中壓缸合缸處的過橋漏汽量dg。

對上述技術方案的改進為：所述步驟4中計算的質量流量包括主蒸汽質量流量、最終給水流量、冷再蒸汽流量、再熱減溫水量和再熱蒸汽流量。

對上述技術方案的改進為：所述主蒸汽質量流量的計算方法為：

①采集汽輪機綜合閥位值ψi，根據(jù)步驟2的基準數(shù)據(jù)獲取當前綜合閥位值ψi對應的主蒸汽體積流量qi；

②采集主蒸汽壓力值pm和主蒸汽溫度值tm，通過水和蒸汽性質計算軟件包計算出主蒸汽密度ρm；

③利用主蒸汽體積流量qi和主蒸汽密度ρm計算主蒸汽質量流量fm；

所述主給水流量的計算方法為：

fw＝fm+d0

式中：fw為最終給水流量，d0為爐側汽水工質排出量。

對上述技術方案的改進為：所述再熱蒸汽流量的計算方法為：

①采集汽輪機綜合閥位值，根據(jù)步驟2的基準數(shù)據(jù)獲得相對應的再熱蒸汽壓力pr、再熱蒸汽溫度tr和三段抽汽壓力p3作為計算基準值；

②采集汽輪機再熱蒸汽壓力pri、再熱蒸汽溫度tri和三段抽汽壓力p3i；

③利用弗留戈爾公式計算再熱蒸汽流量fri，

式中：fr0為再熱蒸汽流量基準值，pr0為再熱蒸汽壓力基準值，p30為三段抽汽壓力基準值，tr0為再熱蒸汽溫度基準值。

對上述技術方案的改進為：所述冷再蒸汽流量的計算方法為：

①采集再熱減溫器前的壓力pzq和溫度tzq、再熱減溫器后的壓力pzh和溫度tzh、再熱減溫水的壓力prhs和溫度trhs，分別通過水和蒸汽性質計算軟件包計算出再熱減溫器前的蒸汽焓值hzq、再熱減溫器后的蒸汽焓值hzh、再熱減溫水的焓值hrhs；

②計算冷再蒸汽流量fcr；

式中：fr為再熱蒸汽流量。

對上述技術方案的改進為：所述再熱減溫水流量的計算方法為：

frhs＝fr-fcr

式中：frhs為再熱減溫水流量。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)主蒸汽流量及再熱蒸汽流量是利用在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)和基準數(shù)據(jù)間接計算獲得，因此不受系統(tǒng)隔離的影響，適合在線計算；(2)本發(fā)明中所需參數(shù)，如綜合閥位、發(fā)電機功率、壓力、溫度等，這些參數(shù)均為直接測量參數(shù)，因此參數(shù)容易獲取且數(shù)據(jù)可靠；(3)由于汽輪機組每次大修前后都需要進行熱力性能試驗，因此有利于本發(fā)明標定主蒸汽及再熱蒸汽流量系數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例數(shù)據(jù)采集元件布置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例：

如圖1所示，本實施例的一種汽輪機熱耗率在線監(jiān)測系統(tǒng)用于在線監(jiān)測火力發(fā)電機組中汽輪機的熱耗率，該系統(tǒng)包括在線數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)預處理模塊、性能試驗標定模塊、數(shù)據(jù)計算分析模塊和終端顯示模塊，在線數(shù)據(jù)收集模塊與數(shù)據(jù)預處理模塊連接，數(shù)據(jù)預處理模塊連接與性能試驗標定模塊連接，性能試驗標定模塊與數(shù)據(jù)計算分析模塊連接，在線數(shù)據(jù)收集模塊包括若干個壓力溫度傳感器、機組自帶的發(fā)電機電功率計和抽汽流量傳感器，若干個所述壓力溫度傳感器分別設置于主蒸汽管路、再熱蒸汽管路、供熱抽汽管路、供熱抽汽回水管路、最終給水管路、冷再蒸汽管路、再熱減溫水管路、再熱減溫器的入口與出口和三段抽汽管路處，其中汽輪機綜合閥位值直接從電廠dcs控制系統(tǒng)獲取，壓力溫度傳感器用于收集根位置處的壓力與溫度值，發(fā)電機電功率計用于收集發(fā)電機的電功率，抽汽流量傳感器用于收集供熱抽汽的質量流量；數(shù)據(jù)預處理模塊用于對在線數(shù)據(jù)進行預處理，性能試驗標定模塊用于存儲高精度asme試驗標定過的基準數(shù)據(jù)，并接收預處理后的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)該數(shù)據(jù)得到主蒸汽體積流量和再熱蒸汽質量流量等關鍵基準數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)計算分析模塊用于對在線數(shù)據(jù)與基準數(shù)據(jù)進行計算分析得到熱耗率，終端顯示模塊用于接收熱耗率數(shù)據(jù)并進行顯示。

本實施例中，性能試驗標定模塊通過asme性能試驗標定汽輪機綜合閥位與主蒸汽體積流量、再熱蒸汽質量流量、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度和三段抽汽壓力等數(shù)據(jù)的對應關系，通過汽輪機綜合閥位可直接獲得主蒸汽體積流量等數(shù)據(jù)，并將獲得的數(shù)據(jù)作為計算基準值。

數(shù)據(jù)計算分析模塊包括數(shù)據(jù)轉換模塊和數(shù)據(jù)計算模塊，數(shù)據(jù)轉換模塊用于通過水和蒸汽性質計算軟件包將壓力和溫度數(shù)據(jù)轉換為密度和焓值等數(shù)據(jù)。

如圖2所示，應用本實施例的監(jiān)測系統(tǒng)的火力發(fā)電機組包括鍋爐1、主蒸汽管路、再熱蒸汽管路、冷再蒸汽管路、高壓缸2、中壓缸3、低壓缸4、發(fā)電機5、凝汽器6、凝泵7、低壓加熱器8、除氧器9、給水泵10、高壓加熱器11、給水管路12、過熱減溫器13、再熱減溫器14、再減水管路15、三段抽汽管路16、供熱抽汽管路17和供熱抽汽回水管路18、過熱減溫器13和再熱減溫器14設置于鍋爐1內，過熱減溫器13的出口通過主蒸汽管路與高壓缸2的入口連接，高壓缸2出口通過冷再蒸汽管路與再熱減溫器14的入口連接，再熱減溫器14的出口通過再熱蒸汽管路與中壓缸3的入口連接，中壓缸3的出口與低壓缸4入口連接，低壓缸4出口與凝汽器6連接，凝泵7、低壓加熱器8、除氧器9和給水泵10沿水流方向依次設置于凝汽器6與高壓加熱器11之間，高壓加熱器11通過給水管路12與過熱減溫器13的入口連接，供熱抽汽回水管路18連接于低壓加熱器8和除氧器9之間，供熱抽汽管路17連接于中壓缸3出口處，三段抽汽管路16連接于中壓缸3上，再減水管路15位于給水泵10和再熱減溫器14之間，并與給水泵10和再熱減溫器14連接，主蒸汽管路、再熱蒸汽管路、冷再蒸汽管路、三段抽汽管路、供熱抽汽管路、供熱抽汽回水管路和再熱減溫器的入口與出口處均設有壓力溫度傳感器，發(fā)電機5連接在高壓缸2、中壓缸3與低壓缸4的輸出軸上。

利用上述檢測系統(tǒng)的汽輪機熱耗率在線測量方法，包括如下步驟：

步驟1、通過試驗標定計算所需的基準數(shù)據(jù)；

①通過高精度的熱力性能試驗測試若干組不同汽輪機綜合閥位對應的主蒸汽體積流量，

其中：ψ為綜合閥位值，q為主蒸汽體積流量；

②通過高精度熱力性能試驗測試若干組不同綜合閥位對應的再熱蒸汽質量流量、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度和三段抽汽壓力等參數(shù)；

式中：fr為再熱蒸汽質量流量，pr為再熱蒸汽壓力單位為，tr為再熱蒸汽溫度，p3為三段抽汽壓力；

③通過變汽溫試驗測試高中壓缸合缸處的過橋漏汽量dg，對于高中壓分缸機組，不需要測試該項，此時默認該項數(shù)值為0；

步驟2、計算主蒸汽質量流量；

①采集汽輪機綜合閥位值ψi，根據(jù)步驟1的基準數(shù)據(jù)獲取當前綜合閥位值ψi對應的主蒸汽體積流量qi；

②采集主蒸汽壓力值pm和主蒸汽溫度值tm，通過水和蒸汽性質計算軟件包計算出主蒸汽密度ρm；

③利用主蒸汽體積流量qi和主蒸汽密度ρm計算主蒸汽質量流量fm；

步驟3、計算主給水流量；

①采集爐側汽水工質排出量d0；

②利用主蒸汽質量流量fm和爐側汽水工質排出量d0計算主給水流量fw，

fw＝fm+d0公式(3)

步驟4、計算再熱蒸汽流量；

①采集汽輪機綜合閥位值，根據(jù)步驟1的基準數(shù)據(jù)獲得相對應的再熱蒸汽壓力pr、再熱蒸汽溫度tr和三段抽汽壓力p3作為計算基準值；

②采集汽輪機再熱蒸汽壓力pri、再熱蒸汽溫度tri和三段抽汽壓力p3i；

③利用弗留戈爾公式計算再熱蒸汽流量fri，如公式(4)所示：

式中：fr0為再熱蒸汽流量基準值，pr0為再熱蒸汽壓力基準值，p30為三段抽汽壓力基準值，tr0為再熱蒸汽溫度基準值；

步驟5、計算再熱減溫水的流量；

①采集再熱減溫器前的壓力pzq和溫度tzq、再熱減溫器后的壓力pzh和溫度tzh、再熱減溫水的壓力prhs和溫度trhs，分別通過水和蒸汽性質計算軟件包計算出再熱減溫器前的蒸汽焓值hzq、再熱減溫器后的蒸汽焓值hzh、再熱減溫水的焓值hrhs；

②計算冷再蒸汽流量fcr；

③計算再熱減溫水的流量；

frhs＝fr-fcr公式(6)

步驟6、計算汽輪機熱耗率；

①采集主蒸汽壓力pm、主蒸汽溫度tm、再熱蒸汽壓力pr、再熱蒸汽溫度tr、最終給水壓力pw、最終給水溫度tw、冷再蒸汽壓力pcr、冷再蒸汽溫度tcr、再熱減溫水壓力prhs、再熱減溫水溫度trhs、供熱抽汽壓力pcq、供熱抽汽溫度tcq、供熱抽汽回水壓力phs、供熱抽汽回水溫ths度等參數(shù)輸入到水和水蒸汽性質計算軟件包，分別計算出主蒸汽焓值hm、再熱蒸汽焓值hr、最終給水焓值hfw、冷再蒸汽焓值hcr、再熱減溫水焓值hrhs、供熱抽汽焓值hcq和供熱抽汽回水焓值hhs；

②計算汽輪機熱耗率hr；

式中：fcq為供熱抽汽流量，wc為發(fā)電機有功功率。

上述計算方法依據(jù)閥位相同，體積流量基本相同的原理來獲取主蒸汽體積流量，同時依據(jù)弗留戈爾公式獲得再熱蒸汽質量流量。綜合閥位與主蒸汽體積流量的對應關系是基于asme噴嘴測量的凝結水流量為基準計算得到的，再熱蒸汽流量也以性能試驗計算的再熱蒸汽流量作為基準值，從而使最終得到的熱耗率數(shù)據(jù)精確度高，實時性好，切不受系統(tǒng)隔離影響。

本發(fā)明的一種汽輪機熱耗率在線檢測系統(tǒng)及測量方法不局限于上述各實施例，凡采用等同替換方式得到的技術方案均落在本發(fā)明要求保護的范圍內。