CN113569497A - 一种凝汽器冷却水流量的软测量方法 - Google Patents

一种凝汽器冷却水流量的软测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种凝汽器冷却水流量的软测量方法,测量方法包括以下步骤:步骤S1:采集汽轮发电机组DCS***的实时运行数据,为软流量测量提供实际运行参数,通过参数来分析影响凝汽器冷却水流量因素;步骤S2:对采集的数据进行统计、分析等,确保参数准确、无坏点;步骤S3:根据凝汽器冷热端传热量平衡原理,建立凝汽器内部换热模型;步骤S4:基于机组实际运行中凝汽器冷却水参数,以流体力学流量方程式为基础,计算出凝汽器冷却水流量。本发明的凝汽器冷却水流量的软测量方法实现了对凝汽器冷却水流量的软测量,根据软测量结果,可及时调节冷却水流量大小,避免造成运行异常事故;既提高了工作效率,又避免了事故的发生。

Description

一种凝汽器冷却水流量的软测量方法
技术领域
本发明涉及凝汽器技术领域,具体涉及一种凝汽器冷却水流量的软测量方法。
背景技术
电厂是生产电力的主要企业,也是能耗很高的企业,但是,电厂也有节能的巨大潜力。对电厂的汽轮机运行进行节能降耗是有效提升电厂效益的关键环节,对其进行节能降耗可以提高转换能源的效率,进而在激烈的市场中占据有利的地位。汽轮机的凝汽器是确保机组正常运转的基础,确保汽轮机凝汽器处在最佳的真空条件可以降低消耗的燃料,使整个机组使用年限获得延长,进而实现经济效益的提高。凝汽器冷却水流量作为凝汽器经济运行的重要参数指标和调节方式,对于机组运行在最佳真空、节能降耗具有重要意义。
目前,凝汽器冷却水流量无法在线准确测量,主要原因为:凝汽器冷却水管径粗(一般在2米以上)、流量大(每小时达4万吨以上)、位置差(深埋地下4~5米)、工质特性复杂(气水两相、海水腐蚀)等因素,因此缺少适合的流量计来准确测量凝汽器冷却水流量。假如凝汽器冷却水流量能实时、准确反馈给集控操作员,就能保证凝汽器始终有合适的冷却水流量,使凝汽器在最佳真空下经济运行,同时可以设置冷却水流量高、低限值报警,避免冷却水流量过低造成运行异常事故。
基于上述情况,本发明提出了一种凝汽器冷却水流量的软测量方法,可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凝汽器冷却水流量的软测量方法。本发明的凝汽器冷却水流量的软测量方法使用方便,实现了对凝汽器冷却水流量的软测量,根据软测量结果,可及时调节冷却水流量大小,避免造成运行异常事故;既提高了工作效率,又避免了事故的发生。
本发明通过下述技术方案实现:
一种凝汽器冷却水流量的软测量方法,所述测量方法包括以下步骤:
步骤S1:采集汽轮发电机组DCS***的实时运行数据,实时运行数据包括汽轮发电机组的运行参数和主要数据,为软流量测量提供实际运行参数,通过参数来分析影响凝汽器冷却水流量因素;
步骤S2:对采集的数据进行统计、分析等,确保参数准确、无坏点,防止数据失真导致计算结果出错;
步骤S3:根据凝汽器冷热端传热量平衡原理,建立凝汽器内部换热模型;
步骤S4:基于机组实际运行中凝汽器冷却水参数,以流体力学流量方程式为基础,计算出凝汽器冷却水流量。
本发明的目的在于提供一种凝汽器冷却水流量的软测量方法。本发明的凝汽器冷却水流量的软测量方法使用方便,实现了对凝汽器冷却水流量的软测量,根据软测量结果,可及时调节冷却水流量大小,避免造成运行异常事故;既提高了工作效率,又避免了事故的发生。
优选的,步骤S1中所述采集分析的数据包括机组负荷、主变输出功率、凝汽器背压、凝结水流量、凝汽器冷却水进出口温度、凝汽器冷却水进出口压力和凝汽器冷却水出水阀开度。
优选的,所述步骤S3具体步骤为,通过性能试验获取在不同负荷工况下机组的实际基准热耗率,再通过主蒸汽温度压力、再热蒸汽温度压力、凝汽器运行背压和过冷度因素影响,准确计算低压缸排汽在凝汽器中放热量,公式为:
Figure BDA0003151771350000021
②Q=DZP*(hs-hc);
①和②结合后,推导出③,
Figure BDA0003151771350000031
由此可计算出冷却水流量GW
其中,GW为冷却水流量,CP为冷却水比热容,t1为凝汽器冷却水进口温度,t2为凝汽器冷却水出口温度,Q为凝汽器热负荷,DZP为低压缸排汽流量,hs为低压缸排汽焓值,hc为热井凝结水焓值。
优选的,所述步骤S4具体步骤为,因凝汽器冷却水管路较长且存在一定的流通阻力,冷却介质特性单一、稳定,可将其看做一只孔板流量计,根据流体力学原理中理想流体伯努利方程,推导出孔板流量公式为:
Figure BDA0003151771350000032
其中,GW为冷却水流量,α为孔板的流量系数,A0为流通截面积,ρ为冷却水密度,p1为进水压力,p2为出水压力;
通过④可计算出孔板的流量系数α的值,往后就可直接通过测量流通截面积A0、冷却水密度ρ、进水压力p1、出水压力p2的值,计算出冷却水流量GW,实现对冷却水流量的实时监测。
优选的,所述冷却水参数包括流通截面积、冷却水密度、进水压力和出水压力。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
本发明的凝汽器冷却水流量的软测量方法使用方便,实现了对凝汽器冷却水流量的软测量,根据软测量结果,可及时调节冷却水流量大小,避免造成运行异常事故;既提高了工作效率,又避免了事故的发生。
1、便于运行中凝汽器冷却水流量精准调节,凝汽器冷却水不管是母管制还是单元制机组,均能合理准确地调节;
2、凝汽器冷却水流量的精准测量,为汽轮机冷端优化和凝汽器性能在线诊断提供重要数据;
3、实时在线显示凝汽器冷却水流量,通过设置相应低流量报警,可及时提醒集控操作员处理异常,提高了运行可靠性。
附图说明
图1为汽轮发电机组凝汽器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述,但是应当理解,附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制。
实施例1:
本发明提供了一种凝汽器冷却水流量的软测量方法,所述测量方法包括以下步骤:
步骤S1:采集汽轮发电机组DCS***的实时运行数据,实时运行数据包括汽轮发电机组的运行参数和主要数据,为软流量测量提供实际运行参数,通过参数来分析影响凝汽器冷却水流量因素;
步骤S2:对采集的数据进行统计、分析等,确保参数准确、无坏点,防止数据失真导致计算结果出错;
步骤S3:根据凝汽器冷热端传热量平衡原理,建立凝汽器内部换热模型;
步骤S4:基于机组实际运行中凝汽器冷却水参数,以流体力学流量方程式为基础,计算出凝汽器冷却水流量。
实施例2:
本发明提供了一种凝汽器冷却水流量的软测量方法,所述测量方法包括以下步骤:
步骤S1:采集汽轮发电机组DCS***的实时运行数据,实时运行数据包括汽轮发电机组的运行参数和主要数据,为软流量测量提供实际运行参数,通过参数来分析影响凝汽器冷却水流量因素;
采集的数据如表1所示:
序号 参数名称 单位 符号
1. 负荷 MW P
2. 凝汽器进口冷却水温度 t<sub>1</sub>
3. 凝汽器出口冷却水温度 t<sub>2</sub>
4. 海水潮位 m h
5. 凝汽器进口冷却水压力 kPa p<sub>1</sub>
6. 凝汽器出口冷却水压力 kPa p<sub>2</sub>
7. 凝结水流量 t/h G<sub>n</sub>
8. 凝结水过冷度 n
9. 低压缸排汽焓值 kJ/kg h<sub>s</sub>
10. 热井凝结水焓值 kJ/kg h<sub>c</sub>
表1
步骤S2:对采集的数据进行统计、分析等,确保参数准确、无坏点,防止数据失真导致计算结果出错;
步骤S3:根据凝汽器冷热端传热量平衡原理,建立凝汽器内部换热模型;
步骤S4:基于机组实际运行中凝汽器冷却水参数,以流体力学流量方程式为基础,计算出凝汽器冷却水流量。
进一步地,在另一个实施例中,步骤S1中所述采集分析的数据包括机组负荷、主变输出功率、凝汽器背压、凝结水流量、凝汽器冷却水进出口温度、凝汽器冷却水进出口压力和凝汽器冷却水出水阀开度。
进一步地,在另一个实施例中,所述步骤S3具体步骤为,通过性能试验获取在不同负荷工况下机组的实际基准热耗率,再通过主蒸汽温度压力、再热蒸汽温度压力、凝汽器运行背压和过冷度因素影响,准确计算低压缸排汽在凝汽器中放热量,公式为:
Figure BDA0003151771350000051
②Q=DZP*(hs-hc);
①和②结合后,推导出③,
Figure BDA0003151771350000061
由此可计算出冷却水流量GW
其中,GW为冷却水流量,CP为冷却水比热容,t1为凝汽器冷却水进口温度,t2为凝汽器冷却水出口温度,Q为凝汽器热负荷,DZP为凝汽器蒸汽负荷,即汽轮机低压缸排汽流量,hs为低压缸排汽焓值,hc为热井凝结水焓值。
大型火电机组凝汽器内部布置上万根冷却水管,壳侧汽轮机低压缸排汽遇冷却水管冷凝成液态水,体积缩小上万倍,形成真空,而凝汽器作为表面式换热器,受冷却水管材质、壁厚、数量、管径等因素影响,换热系数较为恒定,而低压缸排汽凝结放热量与冷却水吸热量相等,因此根据热量平衡原理可按照步骤S4进行推导。
进一步地,在另一个实施例中,所述步骤S4具体步骤为,因凝汽器冷却水管路较长且存在一定的流通阻力,冷却介质特性单一、稳定,可将其看做一只孔板流量计,根据流体力学原理中理想流体伯努利方程,推导出孔板流量公式为:
Figure BDA0003151771350000062
其中,GW为冷却水流量,α为孔板的流量系数,A0为流通截面积,ρ为冷却水密度,单位是kg/m3,p1为凝汽器进口冷却水压力,单位是kPa,微正压,可以通过在线压力变送器测得,p2为凝汽器出口冷却水压力,单位是kPa,微负压,可以通过在线压力变送器测得;流量系数α是个常量,除了流量系数α外,其余均可用测量仪表和设备参数来获得。
通过④可计算出孔板的流量系数α的值,往后就可直接通过测量流通截面积A0、冷却水密度ρ、进水压力p1、出水压力p2的值,计算出冷却水流量GW,实现对冷却水流量的实时监测。
进一步地,在另一个实施例中,所述冷却水参数包括流通截面积、冷却水密度、凝汽器进口冷却水压力和凝汽器出口冷却水压力。
如图1所示汽轮发电机组凝汽器作为一个热交换器,(1)为汽轮机低压缸排汽;(2)为凝汽器冷却水进水室;(3)为凝汽器冷却水出水室;(4)为凝汽器冷却水后水室;(5)为凝汽器热井(凝结水汇集箱);(6)为凝汽器冷却管束。
主要原理是利用冷却水冷却汽轮机低压缸排汽(1),大量饱和蒸汽凝结成水,体积缩小上万倍,在凝汽器内部形成真空,一般设计背压为4.9kPa。由于凝汽器冷却水流量测量难度大,冷却水管径大、压头小,无法安装孔板流量计,而凝汽器作为一个表面式换热器,冷却水侧运行流体相对稳定,内部安装上万根冷却水管,可视为一只大型孔板流量计,可利用理想流体伯努利流量方程式来计算冷却水流量,为运行调整、故障处理、性能诊断等提供准确数据。
依据本发明的描述及附图,本领域技术人员很容易制造或使用本发明的凝汽器冷却水流量的软测量方法,并且能够产生本发明所记载的积极效果。
如无特殊说明,本发明中,若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以结合附图,并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定,本发明中,若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种凝汽器冷却水流量的软测量方法,其特征在于:所述测量方法包括以下步骤:
步骤S1:采集汽轮发电机组DCS***的实时运行数据,实时运行数据包括汽轮发电机组的运行参数和主要数据,为软流量测量提供实际运行参数,通过参数来分析影响凝汽器冷却水流量因素;
步骤S2:对采集的数据进行统计、分析等,确保参数准确、无坏点,防止数据失真导致计算结果出错;
步骤S3:根据凝汽器冷热端传热量平衡原理,建立凝汽器内部换热模型;
步骤S4:基于机组实际运行中凝汽器冷却水参数,以流体力学流量方程式为基础,计算出凝汽器冷却水流量。
2.根据权利要求1所述的凝汽器冷却水流量的软测量方法,其特征在于:步骤S1中所述采集分析的数据包括机组负荷、主变输出功率、凝汽器背压、凝结水流量、凝汽器冷却水进出口温度、凝汽器冷却水进出口压力和凝汽器冷却水出水阀开度。
3.根据权利要求1所述的凝汽器冷却水流量的软测量方法,其特征在于:所述步骤S3具体步骤为,通过性能试验获取在不同负荷工况下机组的实际基准热耗率,再通过主蒸汽温度压力、再热蒸汽温度压力、凝汽器运行背压和过冷度因素影响,准确计算低压缸排汽在凝汽器中放热量,公式为:
Figure FDA0003151771340000011
②Q=DZP*(hs-hc);
①和②结合后,推导出③,
Figure FDA0003151771340000012
由此可计算出冷却水流量GW
其中,GW为冷却水流量,CP为冷却水比热容,t1为凝汽器冷却水进口温度,t2为凝汽器冷却水出口温度,Q为凝汽器热负荷,DZP为低压缸排汽流量,hs为低压缸排汽焓值,hc为热井凝结水焓值。
4.根据权利要求3所述的凝汽器冷却水流量的软测量方法,其特征在于:所述步骤S4具体步骤为,因凝汽器冷却水管路较长且存在一定的流通阻力,冷却介质特性单一、稳定,可将其看做一只孔板流量计,根据流体力学原理中理想流体伯努利方程,推导出孔板流量公式为:
Figure FDA0003151771340000021
其中,GW为冷却水流量,α为孔板的流量系数,A0为流通截面积,ρ为冷却水密度,p1为进水压力,p2为出水压力;
通过④可计算出孔板的流量系数α的值,往后就可直接通过测量流通截面积A0、冷却水密度ρ、进水压力p1、出水压力p2的值,计算出冷却水流量GW,实现对冷却水流量的实时监测。
5.根据权利要求1所述的凝汽器冷却水流量的软测量方法,其特征在于:所述冷却水参数包括流通截面积、冷却水密度、凝汽器进口冷却水压力和凝汽器出口冷却水压力。
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