本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)裝置及其方法,尤其是涉及一種重型燃?xì)廨啓C(jī)透平效率在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置及其方法,它屬于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù):
重型燃?xì)廨啓C(jī)是一種高效潔凈的大功率發(fā)電設(shè)備,燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)廣泛應(yīng)用于天然氣發(fā)電或者熱電聯(lián)供。燃?xì)廨啓C(jī)主要由壓氣機(jī)、燃燒室、透平三大部件構(gòu)成,壓氣機(jī)從環(huán)境中吸入空氣,對(duì)空氣加壓以后形成高壓空氣,高壓空氣送入燃燒室,與燃料燃燒反應(yīng)生成高溫高壓燃?xì)猓邷馗邏喝細(xì)庠谕钙街信蛎涀龉?,燃?xì)鉁囟群蛪毫档秃笈懦觥?/p>
現(xiàn)代重型燃?xì)廨啓C(jī)由于進(jìn)入透平前燃?xì)鉁囟雀撸壳耙堰_(dá)1600℃以上),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過透平葉片材料能承受的溫度,所以必須從壓氣機(jī)抽取大量的空氣對(duì)透平葉片進(jìn)行冷卻。從燃?xì)廨啓C(jī)排出的煙氣還具有較高的溫度,在聯(lián)合循環(huán)中,通過余熱鍋爐進(jìn)一步回收煙氣的熱量并產(chǎn)生蒸汽,蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功。聯(lián)合循環(huán)的輸出功率由燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)共同產(chǎn)生。
在燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組運(yùn)行過程中,可能會(huì)出現(xiàn)各種故障導(dǎo)致性能下降,其中包括燃?xì)廨啓C(jī)透平動(dòng)葉葉身缺口,葉冠變形、缺口等,這些問題的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致透平效率的下降,進(jìn)而降低燃?xì)廨啓C(jī)的性能。
重型燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行控制中,為了維持燃?xì)廨啓C(jī)的高效率,既要盡量保證燃燒室的出口溫度不降低,為了機(jī)組的安全運(yùn)行,又不能使燃燒室出口溫度超過設(shè)計(jì)值,否則會(huì)大大降低熱端部件的壽命。但在燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中,由于燃燒室的出口溫度無法在線測量,通常的策略只能根據(jù)透平的排氣溫度和燃?xì)廨啓C(jī)的壓比,經(jīng)過特定的模型計(jì)算燃燒室的出口溫度,即通過透平的排氣溫度和燃?xì)廨啓C(jī)的壓比監(jiān)測,間接的控制燃燒室出口溫度。燃?xì)廨啓C(jī)的透平效率的變化,還會(huì)導(dǎo)致燃燒室出口溫度與透平排氣溫度、壓比的關(guān)系發(fā)生變化,導(dǎo)致按原內(nèi)置控制策略難以保證燃燒室出口溫度。及時(shí)的發(fā)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片的問題,對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)組的安全運(yùn)行,優(yōu)化檢修具有重要意義。
燃?xì)廨啓C(jī)的透平效率是燃?xì)廨啓C(jī)透平運(yùn)行狀態(tài)反映的宏觀指標(biāo),透平的性能下降最終會(huì)體現(xiàn)在透平效率的下降,所以如何在線監(jiān)測透平性能的變化,對(duì)于掌握燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)具有重要作用。
現(xiàn)代重型燃?xì)廨啓C(jī)由于透平前溫很高,需要采用大量的空氣對(duì)透平葉片進(jìn)行冷卻,冷卻空氣量和冷卻空氣的參數(shù)無法在線測量。此外,現(xiàn)代重型燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室出口溫度也無法直接在線測量。因此,無法直接獲得透平的效率。不僅如此,由于透平冷卻的存在,使得現(xiàn)代大型燃?xì)廨啓C(jī)中,工質(zhì)在透平中經(jīng)歷的過程已經(jīng)不是簡單的絕熱膨脹過程,而是膨脹、換熱、摻混的綜合復(fù)雜過程,傳統(tǒng)意義上的以透平實(shí)際膨脹過程與等熵膨脹過程的焓降之比來定義透平效率也由于冷卻空氣的加入而難以直接應(yīng)用。
公開日為2014年12月10日,公開號(hào)為102840882b的中國專利中,公開了一種名稱為“燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)及其使用方法”的發(fā)明專利。該專利包括機(jī)組自身的控制系統(tǒng)的振動(dòng)監(jiān)測模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊、信號(hào)采集模塊和安裝有l(wèi)abview平臺(tái)的計(jì)算機(jī);實(shí)時(shí)分析模塊對(duì)狀態(tài)性能信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行在線監(jiān)測和分析,離線分析模塊對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析,故障診斷模塊對(duì)機(jī)組進(jìn)行故障診斷。雖然該專利操作簡單、診斷精度和效率高,能應(yīng)用于各透平發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測和診斷,但是該專利不能在線監(jiān)測透平性能的變化,且透平前溫很高,無法在線測量,故其還是存在上述缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足,而提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,監(jiān)測安全可靠,根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的物質(zhì)能量平衡,間接在線獲得燃?xì)廨啓C(jī)透平當(dāng)量效率的重型燃?xì)廨啓C(jī)透平效率在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置及其方法。
本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:該重型燃?xì)廨啓C(jī)透平效率在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置,包括發(fā)電機(jī)、低壓缸、中壓缸和高壓缸、壓氣機(jī)、燃燒室、透平和余熱鍋爐,所述發(fā)電機(jī)、低壓缸、中壓缸、高壓缸、壓氣機(jī)、燃燒室、透平和余熱鍋爐依次相連,余熱鍋爐分別與低壓缸、中壓缸和高壓缸相連,其特征在于:還包括空氣參數(shù)測量裝置、壓氣機(jī)出口參數(shù)測量裝置、燃料氣參數(shù)測量裝置、透平排氣參數(shù)測量裝置、鍋爐排氣參數(shù)測量裝置和透平效率計(jì)算模塊,所述空氣參數(shù)測量裝置設(shè)置在壓氣機(jī)的進(jìn)口,壓氣機(jī)出口參數(shù)測量裝置設(shè)置在壓氣機(jī)的出口,燃料氣參數(shù)測量裝置設(shè)置在燃燒室的燃料氣總管路上,透平排氣參數(shù)測量裝置設(shè)置在透平的排氣口,鍋爐排氣參數(shù)測量裝置設(shè)置在余熱鍋爐的排氣位置,空氣參數(shù)測量裝置、壓氣機(jī)出口參數(shù)測量裝置、燃料氣參數(shù)測量裝置、透平排氣參數(shù)測量裝置、鍋爐排氣參數(shù)測量裝置均通過信號(hào)傳入透平效率計(jì)算模塊;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,監(jiān)測安全可靠,在線獲得燃?xì)廨啓C(jī)透平當(dāng)量效率,滿足使用需求。
作為優(yōu)選,本發(fā)明所述空氣參數(shù)測量裝置采用在線氣體分析儀。
作為優(yōu)選,本發(fā)明所述壓氣機(jī)出口參數(shù)測量裝置采用熱電偶和壓力表。
作為優(yōu)選,本發(fā)明所述燃料氣參數(shù)測量裝置包括燃料氣組分測量裝置、燃料氣溫度測量裝置、燃料氣熱值測量裝置和燃料氣壓力測量裝置,該燃料氣組分測量裝置采用在線氣體成分分析儀,燃料氣溫度測量裝置采用熱電偶,燃料氣熱值測量裝置采用熱量計(jì),燃料氣壓力測量采用壓力表。
作為優(yōu)選,本發(fā)明所述透平排氣參數(shù)測量裝置包括溫度測量和壓力測量,該溫度測量采用熱電偶,壓力測量采用壓力表。
作為優(yōu)選,本發(fā)明所述鍋爐排氣參數(shù)測量裝置包括排煙干基氧濃度測量裝置,該排煙干基氧濃度測量裝置采用煙氣分析儀。
本發(fā)明還提供一種重型燃?xì)廨啓C(jī)透平效率在線監(jiān)測系統(tǒng)的方法,采用重型燃?xì)廨啓C(jī)透平效率在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置,其特征在于:步驟如下:
(1)根據(jù)燃料的組分和空氣的組分,計(jì)算燃料以當(dāng)量比完全燃燒時(shí)所需的理論空氣量;
(2)根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)排氣的氧濃度確定燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的實(shí)際空氣量與當(dāng)量燃燒的理論空氣量之比,進(jìn)而獲得燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的空氣與燃料量之比;
(3)根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)出口溫度和壓力、空氣與燃料的流量之比、燃料的熱值和燃料的組分、溫度、壓力,執(zhí)行物質(zhì)能量平衡計(jì)算獲得燃燒室當(dāng)量出口溫度,即透平的當(dāng)量進(jìn)口溫度;
(4)根據(jù)壓氣機(jī)出口壓力、透平的排氣壓力計(jì)算透平的當(dāng)量膨脹壓比;
(5)根據(jù)透平的當(dāng)量進(jìn)口溫度、透平排氣溫度、透平的當(dāng)量膨脹壓比計(jì)算透平的當(dāng)量等熵效率。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,監(jiān)測安全可靠,通過燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的運(yùn)行參數(shù)測量系統(tǒng)裝置,間接獲得燃?xì)廨啓C(jī)當(dāng)量透平效率,以此掌握燃?xì)廨啓C(jī)透平的性能變化情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)透平的故障;2、通過測量排氣氧濃度和燃料參數(shù)獲得透平排氣流量,避免了直接測量透平排氣流量準(zhǔn)確度低的問題;3、實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)透平效率的在線監(jiān)測,及時(shí)掌握透平的運(yùn)行狀態(tài)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中:空氣參數(shù)測量裝置1,壓氣機(jī)出口參數(shù)測量裝置2,燃料氣參數(shù)測量裝置3,透平排氣參數(shù)測量裝置4,鍋爐排氣參數(shù)測量裝置5,透平效率計(jì)算模塊6,壓氣機(jī)7,燃燒室8,透平9,余熱鍋爐10,發(fā)電機(jī)11,低壓缸12,中壓缸13,高壓缸14,冷凝器15,凝結(jié)水泵16,除氧器17,低壓給水泵18,中壓給水泵19,高壓給水泵20,高壓過熱蒸汽a,中壓過熱蒸汽b,低壓過熱蒸汽c,排煙d,空氣e,燃料氣f,補(bǔ)水g。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明,以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例。
參見圖1,本實(shí)施例重型燃?xì)廨啓C(jī)透平效率在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置主要包括發(fā)電機(jī)11、低壓缸12、中壓缸13和高壓缸14、壓氣機(jī)7、燃燒室8、透平9、余熱鍋爐10、空氣參數(shù)測量裝置1、壓氣機(jī)7出口參數(shù)測量裝置2、燃料氣參數(shù)測量裝置3、透平排氣參數(shù)測量裝置4、鍋爐排氣參數(shù)測量裝置5和透平效率計(jì)算模塊6,發(fā)電機(jī)11、低壓缸12、中壓缸13、高壓缸14、壓氣機(jī)7、燃燒室8、透平9和余熱鍋爐10依次相連,余熱鍋爐10分別與低壓缸12、中壓缸13和高壓缸14相連,空氣參數(shù)測量裝置1設(shè)置在壓氣機(jī)7的進(jìn)口,壓氣機(jī)7出口參數(shù)測量裝置2設(shè)置在壓氣機(jī)7的出口,燃料氣參數(shù)測量裝置3設(shè)置在燃燒室8的燃料氣總管路上,透平排氣參數(shù)測量裝置4設(shè)置在透平9的排氣口,鍋爐排氣參數(shù)測量裝置5設(shè)置在余熱鍋爐10的排氣位置,空氣參數(shù)測量裝置1、壓氣機(jī)7出口參數(shù)測量裝置2、燃料氣參數(shù)測量裝置3、透平排氣參數(shù)測量裝置4、鍋爐排氣參數(shù)測量裝置5均與通過信號(hào)傳入透平效率計(jì)算模塊6。
本實(shí)施例中的空氣參數(shù)測量裝置1采用在線氣體分析儀??諝鈪?shù)測量裝置1測量壓氣機(jī)7進(jìn)口空氣的組分、濕度和干基氧濃度。
本實(shí)施例中的壓氣機(jī)7出口參數(shù)測量裝置2采用熱電偶和壓力表;一般重型燃?xì)廨啓C(jī)自帶壓氣機(jī)7出口溫度、壓力測量裝置。
本實(shí)施例中的燃料氣參數(shù)測量裝置3包括燃料氣組分測量裝置、燃料氣溫度測量裝置、燃料氣熱值測量裝置和燃料氣壓力測量裝置,該燃料氣組分測量裝置采用在線氣體成分分析儀,燃料氣溫度測量裝置采用熱電偶,燃料氣熱值測量裝置采用熱量計(jì),燃料氣壓力測量采用壓力表。
本實(shí)施例中的透平排氣參數(shù)測量裝置4包括溫度測量和壓力測量,該溫度測量采用熱電偶,壓力測量采用壓力表。
本實(shí)施例中的鍋爐排氣參數(shù)測量裝置5包括排煙干基氧濃度測量裝置,該排煙干基氧濃度測量裝置采用煙氣分析儀。
本實(shí)施例的所有測量的參數(shù)傳送到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)11組的控制系統(tǒng),在控制系統(tǒng)中,透平效率計(jì)算模塊6根據(jù)所測參數(shù)計(jì)算輸出當(dāng)量透平效率。
本實(shí)施例中低壓缸12的出口依次串接冷凝器15和凝結(jié)水泵16后與余熱鍋爐10相連,余熱鍋爐10的輸出端與除氧器17相連,該除氧器17的出口端分別通過低壓給水泵18、中壓給水泵19、高壓給水泵20與余熱鍋爐10的輸入端相連,余熱鍋爐10輸出高壓過熱蒸汽a進(jìn)入高壓缸14,余熱鍋爐10輸出中壓過熱蒸汽b進(jìn)入中壓缸13,余熱鍋爐10輸出低壓過熱蒸汽c進(jìn)入低壓缸12,余熱鍋爐10的后端用于排煙d,空氣e進(jìn)入壓氣機(jī)7,燃料氣f進(jìn)入燃燒室8,補(bǔ)水g根據(jù)需求補(bǔ)入預(yù)熱鍋爐和凝結(jié)水泵16。
本發(fā)明還提供一種重型燃?xì)廨啓C(jī)透平效率在線監(jiān)測系統(tǒng)的方法,采用重型燃?xì)廨啓C(jī)透平效率在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置,其特征在于:步驟如下:
(1)根據(jù)燃料的組分和空氣的組分,計(jì)算燃料以當(dāng)量比完全燃燒時(shí)所需的理論空氣量;
(2)根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)排氣的氧濃度確定燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)7的實(shí)際空氣量與當(dāng)量燃燒的理論空氣量之比,進(jìn)而獲得燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)7的空氣與燃料量之比;
(3)根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)7出口溫度和壓力、空氣與燃料的流量之比、燃料的熱值和燃料的組分、溫度、壓力,執(zhí)行物質(zhì)能量平衡計(jì)算獲得燃燒室8當(dāng)量出口溫度,即透平9的當(dāng)量進(jìn)口溫度;
(4)根據(jù)壓氣機(jī)7出口壓力、透平9的排氣壓力計(jì)算透平9的當(dāng)量膨脹壓比;
(5)根據(jù)透平9的當(dāng)量進(jìn)口溫度、透平9排氣溫度、透平9的當(dāng)量膨脹壓比計(jì)算透平9的當(dāng)量等熵效率。
本實(shí)施例的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:燃?xì)廨啓C(jī)的透平9排氣溫度和排氣壓力是可以直接測量的,燃?xì)廨啓C(jī)的壓比也可以通過測量壓氣機(jī)7出口壓力獲得,但是透平9的冷卻空氣量,冷卻空氣參數(shù)和透平9進(jìn)口溫度無法在線直接測量。本發(fā)明采用當(dāng)量透平前溫來獲得透平效率,當(dāng)量透平前溫定義為假設(shè)透平冷卻空氣都從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)7出口抽取,并且所有的冷卻空氣都在透平9進(jìn)口與燃燒室8出口的燃?xì)饣旌?,混合以后的溫度即?dāng)量透平進(jìn)口溫度。采用當(dāng)量透平進(jìn)口溫度定義避免了詳細(xì)測量透平各級(jí)的冷卻空氣量及溫度壓力。當(dāng)量透平進(jìn)口溫度是通過如下方法獲得的,根據(jù)壓氣機(jī)7出口溫度、壓力以及壓氣機(jī)7的空氣流量,燃燒室8的燃料溫度、壓力、熱值和流量,通過物質(zhì)能量平衡可以計(jì)算上述空氣和燃料燃燒以后產(chǎn)生的燃?xì)獾臏囟?,即?dāng)量透平進(jìn)口溫度。由于壓氣機(jī)7的流量難以準(zhǔn)確的在線測量,本發(fā)明通過測量鍋爐排氣的煙氣氧濃度,計(jì)算空氣與燃料的流量之比,進(jìn)而根據(jù)燃料量計(jì)算空氣量。
通過上述闡述,本領(lǐng)域的技術(shù)人員已能實(shí)施。
此外,需要說明的是,本說明書中所描述的具體實(shí)施例,其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同,本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例說明。凡依據(jù)本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或者簡單變化,均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代,只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍,均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。