本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)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(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著國家對火電機(jī)組節(jié)能減排工作的重視，準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測汽輪機(jī)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(jī)熱耗率的途徑是按照美國機(jī)電工程協(xié)會(huì)制定的汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程asmeptc6來進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)測試，并通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計(jì)算方法來獲得。按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試驗(yàn)前需安裝高精度的asme流量噴嘴來測量除氧器入口的凝結(jié)水流量，并以凝結(jié)水流量為基準(zhǔn)通過迭代計(jì)算主給水流量，進(jìn)而計(jì)算主蒸汽流量及再熱蒸汽流量，從而獲得汽輪機(jī)熱耗率。該計(jì)算方法復(fù)雜，且需要嚴(yán)格的系統(tǒng)隔離和其他額外的輔助試驗(yàn)，如流量平衡試驗(yàn)和變汽溫試驗(yàn)。因此利用該方法不適合汽輪機(jī)熱耗率的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。

各個(gè)電廠為了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測汽輪機(jī)熱耗率，在sis系統(tǒng)中添加了汽輪機(jī)熱耗率計(jì)算模塊，該模塊在計(jì)算汽輪機(jī)熱耗率時(shí)是以給水流量為基準(zhǔn)，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(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，給水流量孔板和減溫水流量孔板的測量誤差會(huì)逐漸增大，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)熱耗率與實(shí)際值偏差較大，不利于精確監(jiān)測汽輪機(jī)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(jī)組熱耗率在線監(jiān)測裝置，該裝置存在2個(gè)問題：第一個(gè)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(jì)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(gè)是循環(huán)水進(jìn)出凝汽器的溫差一般在10℃左右，因此進(jìn)出口溫度的測量誤差對計(jì)算結(jié)果影響較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測汽輪機(jī)熱耗率的方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種汽輪機(jī)熱耗率在線監(jiān)測系統(tǒng)，用于在線監(jiān)測火力發(fā)電機(jī)組中汽輪機(jī)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(yù)處理模塊、性能試驗(yàn)標(biāo)定模塊和數(shù)據(jù)計(jì)算分析模塊，所述在線數(shù)據(jù)收集模塊與數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊連接，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊連接與性能試驗(yàn)標(biāo)定模塊連接，性能試驗(yàn)標(biāo)定模塊與數(shù)據(jù)計(jì)算分析模塊連接，所述在線數(shù)據(jù)收集模塊包括若干個(gè)壓力溫度傳感器、機(jī)組自帶的發(fā)電機(jī)電功率計(jì)和抽汽流量傳感器，若干個(gè)所述壓力溫度傳感器分別設(shè)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(yù)處理模塊用于對在線數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，所述性能試驗(yàn)標(biāo)定模塊用于存儲通過高精度asme試驗(yàn)標(biāo)定過的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并接收預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，且根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)得到主蒸汽體積流量和再熱蒸汽質(zhì)量流量等基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)計(jì)算分析模塊用于對在線數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析得到汽輪機(jī)熱耗率。

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

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

一種采用上述汽輪機(jī)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(jī)組中各個(gè)管道內(nèi)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(jī)組dcs系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)功率和供熱抽汽量等在線數(shù)據(jù)；

步驟2、通過asme試驗(yàn)標(biāo)定計(jì)算所需的基準(zhǔn)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(zhì)計(jì)算軟件包計(jì)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(jì)算火力發(fā)電機(jī)組中的各管道中蒸汽與水的質(zhì)量流量；

步驟6、計(jì)算汽輪機(jī)熱耗率hr；

式中：hr為汽輪機(jī)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(jī)有功功率。

對上述技術(shù)方案的改進(jìn)為：所述步驟2中asme試驗(yàn)的內(nèi)容為：

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

②通過高精度熱力性能試驗(yàn)測試若干組不同綜合閥位對應(yīng)的再熱蒸汽質(zhì)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(yàn)測試高中壓缸合缸處的過橋漏汽量dg。

對上述技術(shù)方案的改進(jìn)為：所述步驟4中計(jì)算的質(zhì)量流量包括主蒸汽質(zhì)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(shù)方案的改進(jìn)為：所述主蒸汽質(zhì)量流量的計(jì)算方法為：

①采集汽輪機(jī)綜合閥位值ψi，根據(jù)步驟2的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取當(dāng)前綜合閥位值ψi對應(yīng)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(zhì)計(jì)算軟件包計(jì)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(jì)算主蒸汽質(zhì)量流量fm；

所述主給水流量的計(jì)算方法為：

fw＝fm+d0

式中：fw為最終給水流量，d0為爐側(cè)汽水工質(zhì)排出量。

對上述技術(shù)方案的改進(jìn)為：所述再熱蒸汽流量的計(jì)算方法為：

①采集汽輪機(jī)綜合閥位值，根據(jù)步驟2的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲得相對應(yīng)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(jì)算基準(zhǔn)值；

②采集汽輪機(jī)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?duì)柟接?jì)算再熱蒸汽流量fri，

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

對上述技術(shù)方案的改進(jìn)為：所述冷再蒸汽流量的計(jì)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(zhì)計(jì)算軟件包計(jì)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(jì)算冷再蒸汽流量fcr；

式中：fr為再熱蒸汽流量。

對上述技術(shù)方案的改進(jìn)為：所述再熱減溫水流量的計(jì)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(zhǔn)數(shù)據(jù)間接計(jì)算獲得，因此不受系統(tǒng)隔離的影響，適合在線計(jì)算；(2)本發(fā)明中所需參數(shù)，如綜合閥位、發(fā)電機(jī)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(jī)組每次大修前后都需要進(jìn)行熱力性能試驗(yàn)，因此有利于本發(fā)明標(biāo)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(shí)施例系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例數(shù)據(jù)采集元件布置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例：

如圖1所示，本實(shí)施例的一種汽輪機(jī)熱耗率在線監(jiān)測系統(tǒng)用于在線監(jiān)測火力發(fā)電機(jī)組中汽輪機(jī)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(yù)處理模塊、性能試驗(yàn)標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)計(jì)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(yù)處理模塊連接，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊連接與性能試驗(yàn)標(biāo)定模塊連接，性能試驗(yàn)標(biāo)定模塊與數(shù)據(jù)計(jì)算分析模塊連接，在線數(shù)據(jù)收集模塊包括若干個(gè)壓力溫度傳感器、機(jī)組自帶的發(fā)電機(jī)電功率計(jì)和抽汽流量傳感器，若干個(gè)所述壓力溫度傳感器分別設(shè)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(jī)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(jī)電功率計(jì)用于收集發(fā)電機(jī)的電功率，抽汽流量傳感器用于收集供熱抽汽的質(zhì)量流量；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用于對在線數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，性能試驗(yàn)標(biāo)定模塊用于存儲高精度asme試驗(yàn)標(biāo)定過的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并接收預(yù)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(zhì)量流量等關(guān)鍵基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)計(jì)算分析模塊用于對在線數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(jìn)行顯示。

本實(shí)施例中，性能試驗(yàn)標(biāo)定模塊通過asme性能試驗(yàn)標(biāo)定汽輪機(jī)綜合閥位與主蒸汽體積流量、再熱蒸汽質(zhì)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(yīng)關(guān)系，通過汽輪機(jī)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(jì)算基準(zhǔn)值。

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

如圖2所示，應(yīng)用本實(shí)施例的監(jiān)測系統(tǒng)的火力發(fā)電機(jī)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(jī)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(shè)置于鍋爐1內(nèi)，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(shè)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(shè)有壓力溫度傳感器，發(fā)電機(jī)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(jī)熱耗率在線測量方法，包括如下步驟：

步驟1、通過試驗(yàn)標(biāo)定計(jì)算所需的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

①通過高精度的熱力性能試驗(yàn)測試若干組不同汽輪機(jī)綜合閥位對應(yīng)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(yàn)測試若干組不同綜合閥位對應(yīng)的再熱蒸汽質(zhì)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(zhì)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(yàn)測試高中壓缸合缸處的過橋漏汽量dg，對于高中壓分缸機(jī)組，不需要測試該項(xiàng)，此時(shí)默認(rèn)該項(xiàng)數(shù)值為0；

步驟2、計(jì)算主蒸汽質(zhì)量流量；

①采集汽輪機(jī)綜合閥位值ψi，根據(jù)步驟1的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取當(dāng)前綜合閥位值ψi對應(yīng)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(zhì)計(jì)算軟件包計(jì)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(jì)算主蒸汽質(zhì)量流量fm；

步驟3、計(jì)算主給水流量；

①采集爐側(cè)汽水工質(zhì)排出量d0；

②利用主蒸汽質(zhì)量流量fm和爐側(cè)汽水工質(zhì)排出量d0計(jì)算主給水流量fw，

fw＝fm+d0公式(3)

步驟4、計(jì)算再熱蒸汽流量；

①采集汽輪機(jī)綜合閥位值，根據(jù)步驟1的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲得相對應(yīng)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(jì)算基準(zhǔn)值；

②采集汽輪機(jī)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?duì)柟接?jì)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(zhǔn)值，pr0為再熱蒸汽壓力基準(zhǔn)值，p30為三段抽汽壓力基準(zhǔn)值，tr0為再熱蒸汽溫度基準(zhǔn)值；

步驟5、計(jì)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(zhì)計(jì)算軟件包計(jì)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(jì)算冷再蒸汽流量fcr；

③計(jì)算再熱減溫水的流量；

frhs＝fr-fcr公式(6)

步驟6、計(jì)算汽輪機(jī)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(zhì)計(jì)算軟件包，分別計(jì)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(jì)算汽輪機(jī)熱耗率hr；

式中：fcq為供熱抽汽流量，wc為發(fā)電機(jī)有功功率。

上述計(jì)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(shí)依據(jù)弗留戈?duì)柟将@得再熱蒸汽質(zhì)量流量。綜合閥位與主蒸汽體積流量的對應(yīng)關(guān)系是基于asme噴嘴測量的凝結(jié)水流量為基準(zhǔn)計(jì)算得到的，再熱蒸汽流量也以性能試驗(yàn)計(jì)算的再熱蒸汽流量作為基準(zhǔn)值，從而使最終得到的熱耗率數(shù)據(jù)精確度高，實(shí)時(shí)性好，切不受系統(tǒng)隔離影響。

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