專利名稱：對(duì)電站汽輪機(jī)組節(jié)能及優(yōu)化的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電站汽輪機(jī)組節(jié)能診斷及優(yōu)化的方法一汽輪機(jī)排熱流鏈分析法。
背景技術(shù)：
電站汽輪機(jī)排汽真空度是影響其經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)之一，機(jī)組真空惡化嚴(yán)重時(shí)對(duì)其安全也構(gòu)成較大威脅，因而，汽輪機(jī)組真空系統(tǒng)故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化是電站汽輪機(jī)節(jié)能降耗的主攻方向之一。
在線運(yùn)行條件下，汽輪機(jī)組真空的影響因素較多，既與汽輪機(jī)島內(nèi)設(shè)備相關(guān)，又與電站外圍設(shè)備相關(guān)，并受氣象、天氣等環(huán)境條件的制約，跨越汽輪機(jī)、水工等專業(yè)，存在著技術(shù)上的隔閡，常規(guī)節(jié)能技術(shù)對(duì)此鞭長(zhǎng)莫及，使得技術(shù)中不確定性較大，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化變?yōu)榛ハ鄶_動(dòng)的局部作業(yè)，如凝汽器優(yōu)化的邊界條件是循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)不變，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)則需凝汽器相關(guān)參數(shù)不變，而在實(shí)際運(yùn)行中這些參數(shù)隨主機(jī)負(fù)荷及運(yùn)行時(shí)限是在不斷變化的，目前尚未有能一種能夠避免了上述缺陷，對(duì)其進(jìn)行整體優(yōu)化調(diào)度的對(duì)電站汽輪機(jī)真空系統(tǒng)進(jìn)行診斷的方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供一種對(duì)電站汽輪機(jī)組節(jié)能及優(yōu)化的分析方法——汽輪機(jī)排熱流鏈分析法，采用本發(fā)明方法，能夠準(zhǔn)確地診斷汽輪機(jī)組真空系統(tǒng)故障的部位和程度，并從整體上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)其節(jié)能及優(yōu)化等調(diào)度。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明對(duì)電站汽輪機(jī)組節(jié)能及優(yōu)化的分析方法——汽輪機(jī)排熱流鏈分析法，其步驟為首先，將汽輪機(jī)乏熱排放可視為由關(guān)鍵溫度節(jié)點(diǎn)所控制和銜接的熱量傳導(dǎo)流鏈，建立汽輪機(jī)組發(fā)電乏熱排放流動(dòng)通道模型；測(cè)取各鏈點(diǎn)也即各溫度節(jié)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)，所述各溫度節(jié)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)包括汽輪機(jī)真空即排汽溫度溫度，循環(huán)水的入口、出口溫度，冷卻塔進(jìn)塔空氣干球溫度、濕球溫度及大氣壓力；其次，根據(jù)分析目的將同類機(jī)組或本機(jī)歷史同期同類的相關(guān)溫度節(jié)點(diǎn)的正常情況下的相關(guān)參數(shù)確定為比對(duì)標(biāo)尺；然后，將實(shí)際所測(cè)量出的各鏈點(diǎn)相關(guān)溫度參數(shù)和對(duì)比標(biāo)尺進(jìn)行比較，以確定故障部位， 從而制定改造方案并加以實(shí)施；所述比較包括某一溫度、某對(duì)溫度或某幾個(gè)溫度的溫度值比較以及相關(guān)溫度節(jié)點(diǎn)間的溫差值比較。
本發(fā)明的原理為1.汽輪機(jī)排熱流鏈分析法的概念在廣泛分析現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本方法構(gòu)建了汽輪機(jī)組排熱流鏈模型汽輪機(jī)組的運(yùn)行真空主要與排汽缸、冷凝器、循環(huán)水、冷卻塔(或其它冷卻方式)等系統(tǒng)和設(shè)備相關(guān)，不論它們的原理和結(jié)構(gòu)如何，其任務(wù)是相同的，即完成汽輪機(jī)發(fā)電乏熱的對(duì)外排放，典型的具體過程包括A.排汽凝結(jié)過程，汽輪機(jī)排汽由飽和蒸汽凝結(jié)為飽和水，釋放汽化潛熱即汽輪機(jī)發(fā)電乏熱。排汽壓力由排汽溫度單值決定，P=f(ts)，即汽輪機(jī)真空由排汽溫度決定；B.凝汽器傳熱過程，乏熱進(jìn)入凝汽傳熱管內(nèi)部。在此過程中存在一傳熱端差St，與凝汽器設(shè)備狀況和運(yùn)行狀況相關(guān)；C.循環(huán)水在凝汽器內(nèi)的吸熱過程，乏熱使循環(huán)水由入口溫度t2升至出口溫度tl，產(chǎn)生溫升At，At=tl_t2，它由循環(huán)水量和汽輪機(jī)組排熱量決定；D.冷卻塔內(nèi)循環(huán)水通過對(duì)流及傳質(zhì)放出熱量，溫度由入塔水溫tl降至出塔水溫t2，產(chǎn)生溫降A(chǔ)t，與在凝汽器內(nèi)的溫升相等，At=tl_t2;Ε.空氣在冷卻塔吸熱，最終發(fā)電乏熱排入大氣。在實(shí)際發(fā)電工程中，出塔循環(huán)水溫與入塔空氣溫度t0有差值dt，dt=t2_t0，可以稱之為冷卻塔端差，dt宏觀地反映了冷卻塔在汽輪機(jī)乏熱排放過程中發(fā)揮的作用，定量地衡量了冷卻塔應(yīng)用中的性能表現(xiàn)，與季節(jié)和冷卻塔本體配置相關(guān)。
忽略管路微弱放熱，每個(gè)具體過程的換熱量是相同的，A-E組成完整的串聯(lián)換熱環(huán)節(jié)，則有ts=tO+dt+At+ δ t β]/ .ts-tO=dt+At+ δ t令 AT=ts_tO，那么AT=ts-tO=dt+At+ δ t溫差是熱傳導(dǎo)的動(dòng)力，基于熱量轉(zhuǎn)移與電量轉(zhuǎn)移的類同之處，傳熱學(xué)中溫差也稱溫壓， Δ T就是汽輪機(jī)排熱的總溫壓。這樣，汽輪機(jī)組發(fā)電乏熱排放即可視為由ts、tl、t2、t0等溫度節(jié)點(diǎn)所控制和銜接的熱量傳導(dǎo)流鏈，構(gòu)成了完整的汽輪機(jī)乏熱流動(dòng)通道模型。
需要特別說明的是，由于空氣濕度對(duì)實(shí)際空氣的熱力學(xué)性質(zhì)有較強(qiáng)的影響，所以， 不能直接用空氣干球溫度做為to標(biāo)定dt。為了較為客觀全面地反映空氣的熱力學(xué)特性，流鏈模型方法綜合含有水蒸汽的濕空氣性質(zhì)，經(jīng)技術(shù)處理，以等效折算溫度做為to代表環(huán)境空氣熱力參數(shù)，經(jīng)過反復(fù)試用和調(diào)整，完善和確定了技術(shù)方案，在針對(duì)實(shí)際投運(yùn)冷卻塔進(jìn)行測(cè)試分析工作中，應(yīng)用效果良好，既方便了定性分析，又可用于定量評(píng)價(jià)，為擴(kuò)展流鏈分析法實(shí)際應(yīng)用范圍奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2.汽輪機(jī)排熱流鏈分析法的核心這一模型囊括了火電廠熱能從發(fā)電流程出口到可用溫度低限界面的全過程，是一個(gè)骨架式的簡(jiǎn)化模型，填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白，流鏈構(gòu)成了完整的汽輪機(jī)乏熱流動(dòng)通道，將真空控制溫度ts和t0聯(lián)系起來，并以乏熱流鏈為主線，將各設(shè)備抽象為熱阻特性，以各分段溫壓為控制元，成為汽輪機(jī)真空狀態(tài)技術(shù)診斷和優(yōu)化調(diào)度的利刃。
全溫壓概念Δ T的建立，意味著to是冷端系統(tǒng)工作的依據(jù)，Δ T包括了冷卻塔端差、循環(huán)水溫升、凝汽器端差三部分內(nèi)容，明確了改善汽輪機(jī)組真空度的三個(gè)主攻方向，有利于統(tǒng)籌兼顧整體和局部關(guān)系，獲得最為理想的效果。相對(duì)于高參數(shù)的汽輪機(jī)進(jìn)汽而言， ΔT幅值較小，各關(guān)鍵溫度即使變化不到rc，對(duì)汽輪機(jī)組真空度的影響也是非常明顯的，因而對(duì)熱力系統(tǒng)也有直接的影響，據(jù)估計(jì)，真空每下降1%，汽輪機(jī)組熱耗則上升1%，可以看出對(duì)汽輪機(jī)乏熱流鏈深入研究并對(duì)癥改造，經(jīng)濟(jì)效益是很顯著的，隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷擴(kuò)大，排熱流鏈的作用也越來越重要。
從排熱的角度看乏熱流鏈，ts是溫壓的源頭，從提高機(jī)組真空度的目的出發(fā)to是改善真空的引擎，進(jìn)一步聯(lián)動(dòng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度相應(yīng)降低，還應(yīng)降低整個(gè)系統(tǒng)的熱阻，以暢通流鏈助力節(jié)能降耗。
3.汽輪機(jī)排熱流鏈分析法的應(yīng)用近年來，我們對(duì)河北南部網(wǎng)內(nèi)電站應(yīng)用汽輪機(jī)排熱流鏈分析法，對(duì)汽輪機(jī)組節(jié)能降耗、 電網(wǎng)和電站迎峰度夏、優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行指標(biāo)等方面發(fā)揮了應(yīng)有的作用，產(chǎn)生了顯著的后續(xù)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。尤其是電站需多專業(yè)協(xié)同技改時(shí)，該方法解現(xiàn)場(chǎng)燃眉之急，收效突出。
本發(fā)明的有益效果總結(jié)為汽輪機(jī)排熱流鏈分析法的使用非常方便，可以進(jìn)行不同層次的應(yīng)用，既然可用于電算化系統(tǒng)優(yōu)化，又可進(jìn)行簡(jiǎn)化的人工分析，這時(shí)，無需進(jìn)行復(fù)雜的排熱量、熱阻等參數(shù)的測(cè)試和計(jì)算，針對(duì)關(guān)鍵溫度節(jié)點(diǎn)分析，某一溫度、某對(duì)溫度或某幾個(gè)溫度異常都有不同的含義，并可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能降耗提出進(jìn)一步的對(duì)癥指導(dǎo)性方案，使用簡(jiǎn)單作用明顯。分析比對(duì)既可應(yīng)用同型機(jī)組間的橫向數(shù)據(jù)，診斷其薄弱環(huán)節(jié)；又可采用同一機(jī)組歷史數(shù)據(jù)的縱向比對(duì)，觀察其變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)局部或全部設(shè)備的老化或惡化故障。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.某廠冷卻塔改造某廠循環(huán)水系統(tǒng)為擴(kuò)大的單元制，循環(huán)水采用城市中水，冷卻塔投產(chǎn)于2007年，為逆流式自然通風(fēng)冷卻塔，其淋水面積為6000平方米，冷卻塔的總高度為120米，配水層高度 10. 95 米。
近年來其# 2機(jī)組真空不斷惡化，我們對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試分析，并選取其# 1機(jī)組做為比對(duì)樣本，經(jīng)測(cè)試出兩塔在主機(jī)負(fù)荷相同(300MW)的工況下，大氣壓力為101. 7kPa，干球溫度為29. 50C，濕球溫度為25. 40C，循環(huán)水溫# 1塔入口 41. 1°C，出口 31. 4°C，# 2塔 41.9°C，出口 31. 5°C，其機(jī)組真空和排汽溫度分別為# 1機(jī)-93. OkPa (43. 13°C)，# 2 機(jī)-92. 6kPa(43.99°C )，經(jīng)計(jì)算，其凝汽器端差分別為# 1機(jī)2.03°C# 2機(jī)2.09°C， 其冷卻塔端差分別為# 1機(jī)11.25°C，# 2機(jī)11. 15°C，均無較大差別，而其循環(huán)水溫差分別為9. 7°C和10. 4°C，相差近0. 7°C，結(jié)合其它參數(shù)，可以基本確認(rèn)# 2機(jī)循環(huán)水流量偏低，因而，制定了對(duì)其進(jìn)行配水系統(tǒng)改造方案。經(jīng)改造，其冷卻特性由Ω=1.38λ°__提高為 Ω=1. 61 λ 642，其機(jī)組真空提高了 0. 7kPa，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益946萬元。
本案中，通過本方法，迅速、準(zhǔn)確地查明了故障原因，避免了該廠對(duì)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的盲目投資，獲得了顯著成效。
實(shí)施例2.某廠循環(huán)水深度處理某廠循環(huán)水系統(tǒng)為單元制，循環(huán)水采用地表水，機(jī)組陸續(xù)投產(chǎn)于1980至1994年。隨著地表水質(zhì)污染程度加重，其全廠機(jī)組真空不斷惡化，嚴(yán)重影響了機(jī)組迎峰度夏，嚴(yán)重時(shí)甚至需限負(fù)荷運(yùn)行，不僅使該廠蒙受損失，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定也構(gòu)成威脅。
該廠對(duì)此進(jìn)行了初步的分析和處理，通過對(duì)歷史趨勢(shì)的分析，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水溫上升、 凝汽器端差增大，因而對(duì)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了大量工作，如冷卻塔清淤、凝汽器清洗等，耗費(fèi)大量人力物力，收效甚微。
后采用本方法進(jìn)行分析，具體做法與該廠有較大的不同，首先在大量的歷史數(shù)據(jù)中尋找到了入塔空氣條件相近的兩組抽樣數(shù)據(jù)，其中某一機(jī)組數(shù)據(jù)如下表
權(quán)利要求
1. 一種對(duì)電站汽輪機(jī)組節(jié)能診斷及優(yōu)化的分析方法，其特征在于其方法步驟如下 首先，將汽輪機(jī)乏熱排放可視為由關(guān)鍵溫度節(jié)點(diǎn)所控制和銜接的熱量傳導(dǎo)流鏈，建立汽輪機(jī)組發(fā)電乏熱排放流動(dòng)通道模型；測(cè)取各鏈點(diǎn)也即各溫度節(jié)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)包括汽輪機(jī)真空即排汽溫度溫度，循環(huán)水的入口、出口溫度，冷卻塔進(jìn)塔空氣干球溫度、濕球溫度及大氣壓力；其次，根據(jù)分析目的將同類機(jī)組或本機(jī)歷史同期同類的相關(guān)溫度節(jié)點(diǎn)的正常情況下的相關(guān)參數(shù)確定為比對(duì)標(biāo)尺；然后，將實(shí)際所測(cè)量出的各鏈點(diǎn)相關(guān)溫度參數(shù)和對(duì)比標(biāo)尺進(jìn)行比較，以確定故障部位， 從而制定改造方案并加以實(shí)施；所述比較包括某一溫度、某對(duì)溫度或某幾個(gè)溫度的溫度值比較以及相關(guān)溫度節(jié)點(diǎn)間的溫差值比較。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)電站汽輪機(jī)組節(jié)能診斷及優(yōu)化的分析方法。首先，將汽輪機(jī)乏熱排放可視為由關(guān)鍵溫度節(jié)點(diǎn)所控制和銜接的熱量傳導(dǎo)流鏈，建立汽輪機(jī)組發(fā)電乏熱排放流動(dòng)通道模型；測(cè)取各鏈點(diǎn)也即各溫度節(jié)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)；其次，根據(jù)分析目的將同類機(jī)組或本機(jī)歷史同期同類的相關(guān)溫度節(jié)點(diǎn)的正常情況下的相關(guān)參數(shù)確定為比對(duì)標(biāo)尺；然后，將實(shí)際所測(cè)量出的各鏈點(diǎn)相關(guān)溫度參數(shù)和對(duì)比標(biāo)尺進(jìn)行比較，以確定故障部位，從而制定改造方案并加以實(shí)施。本發(fā)明既可用于電算化系統(tǒng)優(yōu)化，又可進(jìn)行簡(jiǎn)化的人工分析，可以系統(tǒng)地、準(zhǔn)確地診斷汽輪機(jī)組真空系統(tǒng)故障的部位和程度，并從整體上進(jìn)行其優(yōu)化調(diào)度。有顯著的后續(xù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)G01M15/00GK102494895SQ20111038715
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者侯雙林, 常澎平, 郗孟杰, 郭江龍 申請(qǐng)人:河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所