CN108518250A - 一种汽轮机低压缸效率的监测***和方法 - Google Patents

一种汽轮机低压缸效率的监测***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机低压缸效率的监测***及方法，所述监测***包括通过分支管道与汽轮机低压缸侧排汽管道相连通的尖峰凝汽器、用于为尖峰凝汽器提供循环冷却水的冷却子***、用于对尖峰凝汽器进出口排汽参数进行采集的数据采集子***以及用于根据数据采集子***采集的数据对汽轮机低压缸效率进行实时计算与显示的计算机，所述数据采集子***包括设置在尖峰凝汽器进出口侧的用于测量排汽和循环冷却水参数的传感器组以及用与于传感器组输出端连接进行数据转换的数据采集仪，数据采集仪的输出端连接计算机的输入端。本发明方法简单、易于实施，用于对汽轮机低压缸效率的变化情况进行监测，为机组的调节运行提供指导，经济实用性强。

Description

一种汽轮机低压缸效率的监测***和方法
技术领域
本发明涉及发电厂设备监测技术领域，特别是一种监测汽轮机缸效率的***和方法。
背景技术
发电厂中汽轮机各缸效率是评价汽轮机热力性能的一项重要参数，而缸效率的变化则是汽轮机运行和维护过程中的重要参考指标之一。对于汽轮机的高压缸和中压缸，由于其蒸汽具有较高的过热度，蒸汽焓值可以通过测量的温度、压力参数来确定；而对于低压缸，由于低压缸排出的蒸汽状态处于湿蒸汽区，其焓值无法通过温度和压力来确定，这就增加了确定汽轮机低压缸效率的困难程度。然而，电厂通常更加关注的是汽轮机低压缸效率的变化，从而为运行工程中参数的调整和检修提供依据。
根据缸效率的定义可以知道，确定低压缸效率的关键在于排汽焓值的确定，对于处于湿蒸汽区的蒸汽来说，焓值的关键在于蒸汽干度的确定。目前尚未有成型的技术和装置可以直接测量蒸汽的干度，对于低压缸效率的确定，大多是根据汽轮机能量平衡，对假设的排汽焓值进行迭代计算，核心计算公式为：排入凝汽器的热量/进入凝汽器的蒸汽量，其中，排入凝汽器的热量和排入凝汽器的蒸汽量都要经过迭代计算，计算量比较大，需要测量的参数也比较多，使用这种方法虽然能够比较准确地计算出低压缸效率来监测低压缸效率的变化情况，但是往往需要进行热力性能试验，过程相对复杂，耗费的时间较长，投入成本高、工作量较大。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种简单、方便、快捷并能够准确进行汽轮机低压缸效率监测的***和方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种汽轮机低压缸效率的监测***，包括通过分支管道与汽轮机低压缸侧排汽管道相连通的尖峰凝汽器、用于为尖峰凝汽器提供循环冷却水的冷却子***、用于对尖峰凝汽器进出口排汽参数进行采集的数据采集子***以及用于根据数据采集子***采集的数据对汽轮机低压缸效率进行实时计算与显示的计算机，所述数据采集子***包括设置在尖峰凝汽器进出口侧的用于测量排汽和循环冷却水参数的传感器组以及用与于传感器组输出端连接进行数据转换的数据采集仪，数据采集仪的输出端连接计算机的输入端。
上述一种汽轮机低压缸效率的监测***，所述传感器组包括用于测量尖峰凝汽器进口排汽压力的排汽压力传感器、测量尖峰凝汽器进口排气温度的排汽温度传感器、测量尖峰凝汽器出口循环冷却水温度的循环冷却水出口温度传感器、测量尖峰凝汽器进口循环冷却水流量的超声波流量计、测量尖峰凝汽器进口循环冷却水温度的循环冷却水进口温度传感器、测量尖峰凝汽器出口凝结水温度的凝结水温度传感器以及测量峰凝汽器出口凝结水流量的孔板流量计，所述排汽压力传感器、排汽温度传感器、循环冷却水出口温度传感器、超声波流量计、循环冷却水进口温度传感器、凝结水温度传感器以及孔板流量计的输出端分别与数据采集仪的输入端连接。
上述一种汽轮机低压缸效率的监测***，所述分支管道上设置有调节进入尖峰凝汽器排汽量的阀门。
上述一种汽轮机低压缸效率的监测***，所述冷却子***包括包括通过循环水管道连通尖峰凝汽器的冷却塔，所述循环水管道中设置有为循环冷却水提供动力的循环泵。
一种汽轮机低压缸效率的监测方法，具体包括以下步骤：
A.在汽轮机低压缸侧排汽管道上设置带阀门的分支管道，并在分支管道末端连接尖峰凝汽器，尖峰凝汽器的凝结水出口端通过凝结水管道连接电厂热力***；在尖峰凝汽器旁侧设置冷却塔，并通过循环水管道连通尖峰凝汽器和冷却塔；
B.在分支管道上设置监测进入尖峰凝汽器排汽压力的排汽压力传感器和监测进入尖峰凝汽器排汽温度的排汽温度传感器；在尖峰凝汽器循环冷却水进口处的循环水管道上设置用于监测循环冷却水温度的进循环冷却水进口温度传感器、监测循环冷却水流量的超声波流量计；在尖峰凝汽器循环冷却水出口处的循环管道上设置用于监测循环冷却水出口温度的循环冷却水出口传感器；在凝结水管道上设置用于监测凝结水温度的凝结水温度传感器和用于监测凝结水流量的孔板流量计；
C.在监控室内设置计算机和数据采集仪，将步骤B中各传感器通过数据线连接数据采集仪的输入端，再采用数据线连接计算机的数据采集仪；
D.根据步骤B各传感器监测的数值，利用冷端热量守恒推算汽轮机低压缸排汽焓；即利用汽轮机低压缸排汽在尖峰凝汽器中放出的热量等于循环冷却水在尖峰凝汽器中带走的热量计算汽轮机低压缸的排汽焓；
E.根据步骤D计算的排汽焓来计算低压缸效率，实现在线监测。
上述一种汽轮机低压缸效率的监测方法，步骤D的具体计算方法为：
D1.汽轮机排汽在尖峰凝汽器中放出的热量为：Q1＝D1(h1-h′) 式一
式中，Q1表示汽轮机排汽在尖峰凝汽器中放出的热量；D1表示进入尖峰凝汽器中的排汽流量；h1表示排汽焓值；h′表示尖峰凝汽器出口饱和水焓值；
D2.循环冷却水在尖峰凝汽器中带走的热量为：Q2＝D2Cp(t2-t1) 式二
式中，Q2表示循环冷却水从尖峰凝汽器带走的热量；D2表示循环冷却水的流量；Cp表示循环冷却水的定压比热容；t1表示尖峰凝汽器进口循环冷却水温度；t2表示尖峰凝汽器出口循环冷却水温度；
D3.忽略尖峰凝汽器向外界环境中放出的热量，则尖峰凝汽器中的热平衡为
Q1＝Q2，即：D1(h1-h′)＝D2Cp(t2-t1) 式三
D4.由式三计算得出汽轮机低压缸的排汽焓为：
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明方法简单、易于实施，通过设置尖峰凝汽器来分流汽轮机的排汽，并通过来自冷却塔的循环冷却水与流入尖峰凝汽器中的排汽进行热量交换，进一步采用冷端热量守恒的方式计算出排汽焓，避免了迭代计算，简化了计算过程，用于对汽轮机低压缸效率的变化情况进行监测，为机组的调节运行提供指导，减少了不必要的投入，经济实用性强。
附图说明
图1为本发明所述监测***的工艺流程图。
其中，1.汽轮机排汽管道，2.阀门，3.排汽压力传感器，4.排汽温度传感器，5.尖峰凝汽器，6.循环冷却水出口温度传感器，7.冷却塔，8.循环泵，9.超声波流量计，10.循环冷却水进口温度传感器，11.凝结水温度传感器，12.孔板流量计，13.数据采集仪，14.计算机。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种汽轮机低压缸效率的监测***，其结构如图1所示，包括尖峰凝汽器5、冷却子***、数据采集子***以及计算机14，尖峰凝汽器5通过分支管道与汽轮机低压缸侧排汽管道1相连通，分支管道上设置有阀门2，用于调节进入尖峰凝汽器的排汽量；尖峰凝汽器5的凝结水出口端通过凝结水管道连接电厂热力***，冷却子***用于为尖峰凝汽器提供循环冷却水，数据采集子***用于对尖峰凝汽器进出口排汽参数进行采集，计算机根据数据采集子***采集的数据对汽轮机低压缸效率进行实时计算与显示。
数据采集子***包括传感器组和数据采集仪13，数据采集仪13的输入端与传感器组的输出端连接，数据采集仪的输出端连接计算机的输入端。传感器组设置在尖峰凝汽器进出口侧，用于测量排汽和循环冷却水参数，数据采集仪13用于对传感器组输出的信号进行数据转换，并传输给计算机。
传感器组包括安装在分支管道上的排汽压力传感器3和排汽温度传感器4，安装在尖峰凝汽器循环冷却水进口处循环水管道上的循环冷却水进口温度传感器10和超声波流量计9，安装在尖峰凝汽器循环冷却水出口处循环水管道上的循环冷却水出口温度传感器6，安装在尖峰凝汽器凝结水管道上的凝结水温度传感器11和孔板流量计12；上述排汽压力传感器3、排汽温度传感器4、循环冷却水出口温度传感器6、超声波流量计9、循环冷却水进口温度传感器10、凝结水温度传感器11以及孔板流量计12的输出端分别与数据采集仪的输入端连接。
排汽压力传感器3用于测量尖峰凝汽器进口的排汽压力，排汽温度传感器4用于测量尖峰凝汽器进口的排气温度；循环冷却水进口温度传感器10用于监测尖峰凝汽器循环冷却水进口的循环冷却水温度，超声波流量计9用于监测进入尖峰凝汽器的循环冷却水流量；循环冷却水出口温度传感器6用于监测循环冷却水出口的循环冷却水温度；凝结水温度传感器11用于监测凝结水温度，孔板流量计12用于监测凝结水流量。
数据采集仪是一种能将物理量信号经过调理放大、滤波、AD转换为数字信号并将其记录下来的仪器，可采用市售的具有压力、温度以及流量信号进行转换的数据采集仪即可。例如，广东深圳金鸽科技有限公司生产的S240远程数据采集控制器，具有10模拟量输入+6数字量输入+4继电器输出+2温度输入,可直接与计算机通过RS485接口进行通信。
冷却子***包括包括通过循环水管道连通尖峰凝汽器5的冷却塔7，循环水管道中设置有为循环冷却水提供动力的循环泵8。
一种汽轮机低压缸效率的监测方法，具体包括以下步骤。
A.在汽轮机低压缸侧排汽管道上设置带阀门的分支管道，并在分支管道末端连接尖峰凝汽器，尖峰凝汽器的凝结水出口端通过凝结水管道连接电厂热力***；在尖峰凝汽器旁侧设置冷却塔，并通过循环水管道连通尖峰凝汽器和冷却塔。
B.在分支管道上设置监测进入尖峰凝汽器排汽压力的排汽压力传感器和监测进入尖峰凝汽器排汽温度的排汽温度传感器；在尖峰凝汽器循环冷却水进口处的循环水管道上设置用于监测循环冷却水温度的进循环冷却水进口温度传感器、监测循环冷却水流量的超声波流量计；在尖峰凝汽器循环冷却水出口处的循环管道上设置用于监测循环冷却水出口温度的循环冷却水出口传感器；在凝结水管道上设置用于监测凝结水温度的凝结水温度传感器和用于监测凝结水流量的孔板流量计。
C.在监控室内设置计算机和数据采集仪，将步骤B中各传感器通过数据线连接数据采集仪的输入端，再采用数据线连接计算机的数据采集仪。
在进行数据采集前，首先在机组某一特定的负荷下，调节低压缸排汽分流到尖峰凝汽器的排汽量，数据采集仪分别采集测点尖峰凝汽器入口排汽压力、排汽温度，尖峰凝汽器出口凝结水温度，流量，尖峰凝汽器入口循环冷却水温度、流量，尖峰凝汽器出口循环冷却水温度，以上测点由数据采集仪采集完成后传输到计算机中。
D.根据步骤B各传感器监测的数值，利用冷端热量守恒推算汽轮机低压缸排汽焓；即利用汽轮机低压缸排汽在尖峰凝汽器中放出的热量等于循环冷却水在尖峰凝汽器中带走的热量计算汽轮机低压缸的排汽焓。
排汽焓的具体计算方法为：
D1.汽轮机排汽在尖峰凝汽器中放出的热量为：
Q1＝D1(h1-h′) 式一
式中，Q1表示汽轮机排汽在尖峰凝汽器中放出的热量；D1表示进入尖峰凝汽器中的排汽流量；h1表示排汽焓值；h′表示尖峰凝汽器出口饱和水焓值；
D2.循环冷却水在尖峰凝汽器中带走的热量为：
Q2＝D2Cp(t2-t1) 式二
式中，Q2表示循环冷却水从尖峰凝汽器带走的热量；D2表示循环冷却水的流量；Cp表示水的定压比热容；t1表示尖峰凝汽器进口循环冷却水温度；t2表示尖峰凝汽器出口循环冷却水温度；
D3.忽略尖峰凝汽器向外界环境中放出的热量，则尖峰凝汽器中的热平衡为
Q1＝Q2，即：
D1(h1-h′)＝D2Cp(t2-t1) 式三
D4.由式三计算得出汽轮机低压缸的排汽焓为：
上述过程为某一时刻根据各个数据测点反馈的数据信息计算得出的低压缸排汽焓h1，而低压缸理想焓降Δh可根据电厂测量参数(如温度、压力等)在焓熵图上确定。
E.根据缸效率的计算公式以及步骤D计算的排汽焓来计算低压缸效率η，实现在线监测。
缸效率的计算公式为，
ht为第i时刻汽轮机低压缸的效率。
同理，可得出可得第i+1，i+2，……，i+n时刻的低压缸效率，以第i时刻为初始点绘图，可以得到随着时间变化低压缸效率的变化趋势，只要是对缸效率有影响的参数均可进行监测分析。

Claims (6)

1.一种汽轮机低压缸效率的监测***，其特征在于：包括通过分支管道与汽轮机低压缸侧排汽管道(1)相连通的尖峰凝汽器(5)、用于为尖峰凝汽器提供循环冷却水的冷却子***、用于对尖峰凝汽器进出口排汽参数进行采集的数据采集子***以及用于根据数据采集子***采集的数据对汽轮机低压缸效率进行实时计算与显示的计算机(14)，所述数据采集子***包括设置在尖峰凝汽器进出口侧的用于测量排汽和循环冷却水参数的传感器组以及用与于传感器组输出端连接进行数据转换的数据采集仪(13)，数据采集仪(13)的输出端连接计算机的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机低压缸效率的监测***，其特征在于：所述传感器组包括用于测量尖峰凝汽器进口排汽压力的排汽压力传感器(3)、测量尖峰凝汽器进口排气温度的排汽温度传感器(4)、测量尖峰凝汽器出口循环冷却水温度的循环冷却水出口温度传感器(6)、测量尖峰凝汽器进口循环冷却水流量的超声波流量计(9)、测量尖峰凝汽器进口循环冷却水温度的循环冷却水进口温度传感器(10)、测量尖峰凝汽器出口凝结水温度的凝结水温度传感器(11)以及测量峰凝汽器出口凝结水流量的孔板流量计(12)，所述排汽压力传感器(3)、排汽温度传感器(4)、循环冷却水出口温度传感器(6)、超声波流量计(9)、循环冷却水进口温度传感器(10)、凝结水温度传感器(11)以及孔板流量计(12)的输出端分别与数据采集仪的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机低压缸效率的监测***，其特征在于：所述分支管道上设置有调节进入尖峰凝汽器排汽量的阀门(2)。
4.根据权利要求1所述的一种汽轮机低压缸效率的监测***，其特征在于：所述冷却子***包括包括通过循环水管道连通尖峰凝汽器(5)的冷却塔(7)，所述循环水管道中设置有为循环冷却水提供动力的循环泵(8)。
5.一种汽轮机低压缸效率的监测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A.在汽轮机低压缸侧排汽管道上设置带阀门的分支管道，并在分支管道末端连接尖峰凝汽器，尖峰凝汽器的凝结水出口端通过凝结水管道连接电厂热力***；在尖峰凝汽器旁侧设置冷却塔，并通过循环水管道连通尖峰凝汽器和冷却塔；
B.在分支管道上设置监测进入尖峰凝汽器排汽压力的排汽压力传感器和监测进入尖峰凝汽器排汽温度的排汽温度传感器；在尖峰凝汽器循环冷却水进口处的循环水管道上设置用于监测循环冷却水温度的进循环冷却水进口温度传感器、监测循环冷却水流量的超声波流量计；在尖峰凝汽器循环冷却水出口处的循环管道上设置用于监测循环冷却水出口温度的循环冷却水出口传感器；在凝结水管道上设置用于监测凝结水温度的凝结水温度传感器和用于监测凝结水流量的孔板流量计；
C.在监控室内设置计算机和数据采集仪，将步骤B中各传感器通过数据线连接数据采集仪的输入端，再采用数据线连接计算机的数据采集仪；
D.根据步骤B各传感器监测的数值，利用冷端热量守恒推算汽轮机低压缸排汽焓；即利用汽轮机低压缸排汽在尖峰凝汽器中放出的热量等于循环冷却水在尖峰凝汽器中带走的热量计算汽轮机低压缸的排汽焓；
E.根据步骤D计算的排汽焓来计算低压缸效率，实现在线监测。
6.根据权利要求5所述的一种汽轮机低压缸效率的监测方法，其特征在于，步骤D的具体计算方法为：
D1.汽轮机排汽在尖峰凝汽器中放出的热量为：
Q1＝D1(h1-h′) 式一
式中，Q1表示汽轮机排汽在尖峰凝汽器中放出的热量；D1表示进入尖峰凝汽器中的排汽流量；h1表示排汽焓值；h′表示尖峰凝汽器出口饱和水焓值；
D2.循环冷却水在尖峰凝汽器中带走的热量为：
Q2＝D2Cp(t2-t1) 式二
式中，Q2表示循环冷却水从尖峰凝汽器带走的热量；D2表示循环冷却水的流量；Cp表示循环冷却水的定压比热容；t1表示尖峰凝汽器进口循环冷却水温度；t2表示尖峰凝汽器出口循环冷却水温度；
D3.忽略尖峰凝汽器向外界环境中放出的热量，则尖峰凝汽器中的热平衡为Q1＝Q2，即：
D1(h1-h′)＝D2Cp(t2-t1) 式三
D4.由式三计算得出汽轮机低压缸的排汽焓为：
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