一种获取火电机组低压缸在湿蒸汽环境中的效率的方法

摘要

本发明提出一种获取火电机组低压缸在湿蒸汽环境中的效率的方法，包括步骤：进行质量能量平衡计算，得到第一排气总热量；获取低压缸饱和参数和低压缸第一参数；进行内部迭代过程，得到低压缸第二参数；进行质量能量平衡计算，得到第二排气总热量；重复内部迭代过程；若满足收敛条件，且当前背压小于临界背压，则获取低压缸在湿蒸汽条件下的效率；若不满足收敛条件，则返回内部迭代过程；若当前背压大于临界背压，则以临界背压代替当前背压，返回获取在当前背压下的低压缸饱和参数的步骤；当低压缸在湿蒸汽条件下的效率低于预设的效率值时，发出报警。可以快速、准确地获取到火电机组低压缸在湿蒸汽环境下的效率，提高系统安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及火力发电能效获取领域，特别是涉及一种获取火电机组低压缸在湿蒸汽环境中的效率的方法。

背景技术

在大型火电机组在线性能计算中，低压缸抽汽、排汽参数的计算一直是比较棘手段问题，原因是目前尚不具备在线测量湿蒸汽湿度的计算。当最末几级抽汽处于湿蒸汽区时，其压力和温度不再是独立参数，因此在实时热平衡计算中，其焓值也不能由蒸汽图实时查得。相应地，低压缸效率的计算也不能采用常规算法。为了避免这一问题，常在低压缸的性能计算中采用一种近似算法，计算到最后一个过热抽汽点为止。这样并不能正确反映低压缸的运行状况，且在工况变动较大、汽轮机低压缸湿蒸汽区扩大时，计算精度就更难保证，这对大型火电厂的自身管理和考核都是相当不利的。

另外，电站机组在线性能计算都要求具有很高的实时性，这就要求整个计算周期要小于数据采集周期，以避免出现计算的滞后。而低压缸抽汽排汽参数在线计算一般需要多次迭代，这就需要在不延长数据采集周期的前提下尽量减少迭代次数。目前，理论上计算汽轮机排汽焓主要有以下几种方法：

【能量平衡法】

将汽轮机及回热系统看作一个封闭的热力单元，利用热平衡方程、物质平衡方程和汽轮机功率方程，根据单元能量守恒原则计算排汽焓。其优点是：理论上可以精确计算汽轮机排汽焓；缺点是：很难全面考虑单元的能量进出。因此，目前很少使用。

【曲线外推法】

根据汽轮机在过热蒸汽区入口蒸汽状态点和抽汽状态点做热力过程线，并平滑外推到湿蒸汽区，由此确定排汽焓。其优点是：简单，易于计算机在线计算；缺点是：精度不够。尤其是在汽轮机低负荷时，湿蒸汽区扩大，抽汽状态不可测点增加，拟合点数较少，精度难以保证。

【曲线迭代法】

方法类似于曲线外推法，只是增加收敛条件，迭代计算。精度较高，但受收敛条件的限制，迭代次数会影响热经济性在线计算的时间周期。

综上，由于目前不能快速、准确计算火电机组低压缸在湿蒸汽环境下的排汽焓，因此，不能快速准确获取到火电机组低压缸在湿蒸汽环境下的的效率，不能保证系统的安全性。

发明内容

本发明目的在于提出一种获取火电机组低压缸在湿蒸汽环境中的效率的方法，可以快速、准确地获取到火电机组低压缸在湿蒸汽环境下的效率，提高系统安全性。

为达到上述目的，采用的技术方案是：

一种获取火电机组低压缸在湿蒸汽环境中的效率的方法，包括步骤：

根据预设的低压缸第一抽气流量和预设的低压缸第一抽气焓，进行质量能量平衡计算，得到第一排气总热量；

获取在当前背压下的低压缸饱和参数以及获取低压缸第一参数；

根据所述低压缸第一参数、所述低压缸饱和参数、预设的低压缸第二抽气焓以及所述第一排气总热量，进行内部迭代过程，得到低压缸第二参数；

根据所述低压缸第二参数进行质量能量平衡计算，得到第二排气总热量；

根据所述低压缸第一参数、所述低压缸饱和参数、所述预设的低压缸第二抽气焓以及所述第二排气总热量，重复所述内部迭代过程；

若当前内部迭代过程得到的低压缸第二参数满足收敛条件，且所述当前背压小于临界背压，则根据当前的低压缸第二参数获取低压缸在湿蒸汽条件下的效率；若当前内部迭代过程得到的低压缸第二参数不满足收敛条件，则返回所述根据所述低压缸第二参数、所述低压缸饱和参数、所述预设的低压缸第二抽气焓以及所述第二排气总热量，重复所述内部迭代过程的步骤；若所述当前背压大于所述临界背压，则以所述临界背压代替所述当前背压，返回所述获取在当前背压下的低压缸饱和参数的步骤；

当所述低压缸在湿蒸汽条件下的效率低于预设的效率值时，发出报警。

本发明通过一组假设的低压缸抽气流量和低压缸抽气焓，进行初次的质量能量平衡计算，得到一个初始的低压缸排气总量；依据该初始的低压缸排汽总量进行内部迭代计算获取低压缸在湿蒸汽环境下的低压缸第二参数；利用低压缸第二参数再进行质量能量平衡计算，得到另一个低压缸排气总量；然后再进行内部迭代过程，以此重复；每次内部迭代之后，比较相邻2次内部迭代时对应低压缸第二参数的差值，当该差值满足收敛条件，并且满足低压缸背压条件，则利用最近一次内部迭代得到低压缸第二参数，获取低压缸在湿蒸汽环境下的效率，可以快速、准确地获取到火电机组低压缸在湿蒸汽环境下的效率，并在该效率值低于预设的效率值时，发出报警；使得系统出现问题时，可以第一时间做出反应，提高系统安全性。

附图说明

图1为本发明方法的一个实施例流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提出一种获取火电机组低压缸在湿蒸汽环境中的效率的方法，请参见图1，包括步骤：

S101、根据预设的低压缸第一抽气流量和预设的低压缸第一抽气焓，进行质量能量平衡计算，得到第一排气总热量；

S102、获取在当前背压下的低压缸饱和参数以及获取低压缸第一参数；

S103、根据低压缸第一参数、低压缸饱和参数、预设的低压缸第二抽气焓以及第一排气总热量，进行内部迭代过程，得到低压缸第二参数；

S104、根据低压缸第二参数进行质量能量平衡计算，得到第二排气总热量；

S105、根据低压缸第一参数、低压缸饱和参数、预设的低压缸第二抽气焓以及第二排气总热量，重复内部迭代过程；

S106、若当前内部迭代过程得到的低压缸第二参数不满足收敛条件，则返回步骤S105；

S107、若当前背压大于临界背压，则以临界背压代替当前背压，返回步骤S102；

S108、若当前内部迭代过程得到的低压缸第二参数满足收敛条件，且当前背压小于临界背压，则根据当前的低压缸第二参数获取低压缸在湿蒸汽条件下的效率；

S109、当低压缸在湿蒸汽条件下的效率低于预设的效率值时，发出报警。

更为具体的，将从以下几个部分对本发明进行说明：

一、根据预设的低压缸第一抽气流量和预设的低压缸第一抽气焓，进行质量能量平衡计算，得到第一排气总热量；

质量能量平衡计算的大致过程如下：

包括如下公式：

Wetflag＝if(T_htrx<SATPG(1,P_htrx),"wet","dry")         （1-1）

式中，P_htrx、T_htrx分别表示抽汽压力和温度；SATPG函数求出该压力下饱和蒸汽的温度；Wetflag就动态地标识了抽汽的状态。

Q_htrx=if(Wetflag＝"wet",D_htr·ΔH_htr,0)               （1-2）

式中：低压缸湿蒸汽在加热器中的放热量Q_htrx；D_htr为加热器给水流量；ΔH_htr为加热器给水进出口焓差。

式子（1-1）、（1-2）是编程中的某一部分；

D_mlpout=D_lpin-D_dry-∑f_i                                （1-3）

式中：低压缸湿抽汽与排汽流量之和D_mlpout；D_lpin为低压缸入口流量；D_dry为过热抽汽流量；F_i为漏汽量。

Q_lpout=Q_lpin-∑Q_htrx-W_lp                                    （1-4）

式中：低压缸排汽热量Q_lpout；Q_lpin为低压缸进汽总热量；∑Q_htrx为低压缸抽汽总热量；W_pl为低压缸轴功；

其中，W_lp＝N_g+ΔN_m+ΔN_e-W_HP-W_IP                            （1-5）

式中：低压缸轴功W_lp；N_g为汽轮机发电机出力；ΔN_m、ΔN_e分别为机械损失和电气损失；W_HP、W_IP分别为高压缸和中压缸的轴功且计算公式类似，可统一表示为：

W=Q_in-∑Q_htrx-∑Q_F-Q_out                   （1-6）

式中：Q_in为入口总热量；Q_out为出口热量；∑Q_htrx为高压缸和中压缸抽汽热量；∑Q_F为漏汽总热量。

其中，低压缸排汽总能量的计算要用到湿抽汽的焓和流量，这两个数据不能在线测量，而其余数据均为已知参数、设计参数或在线测量值。低压缸抽汽参数（流量、焓），即是，预设的低压缸第一抽气流量和预设的低压缸第一抽气焓。

由式（1-1）Wetflag＝if(T_htrx<SATPG(1,P_htrx),"wet","dry")判断抽汽的状态；

由式（1-2）Q_htrx=if(Wetflag＝"wet",D_htr·ΔH_htr,0)可得低压缸湿蒸汽在加热器中放热量；

由式（1-3）D_mlpout＝D_lpin-D_dry-∑F_i得低压缸湿抽汽与排汽流量之和；

由式（1-6）W＝Q_in-∑Q_htrx-∑Q_F-Q_out得高、中压缸轴功；

由式（1-5）W_lp＝N_g+ΔN_m+ΔN_e-W_HP-W_IP得低压缸抽气焓；

由式（1-4）Q_lpout＝Q_lpin-∑Q_htrx-W_lp得低压缸排汽总热量。

一般技术人员可以理解本发明中提及的质量能量平衡计算过程，此处不再赘述。

二、获取在当前背压下的低压缸饱和参数以及获取低压缸第一参数；

通过饱和水及干饱和水蒸气的热物理性质表查得对应背压下的饱和参数：饱和水焓h′、干饱和水蒸气焓h″、干饱和水蒸气比容v"；

低压缸第一参数包括：抽气在加热器中的放热、加热器疏水焓以及低压缸抽气流量与排气流量之和；一般技术人员知道低压缸第一参数的获取来源。

三、根据低压缸第一参数、低压缸饱和参数、预设的低压缸第二抽气焓以及第一排气总热量，进行内部迭代过程，得到低压缸第二参数；

低压缸第二参数包括：低压缸抽气流量、低压缸排气流量、低压缸排气焓以及低压缸抽气焓；

进行内部迭代过程，得到低压缸第二参数的步骤包括：

A、根据抽气在加热器中的放热、加热器疏水焓和预设的低压缸第二抽气焓获得低压缸抽气流量；具体的，先求出加热器疏水焓和预设的低压缸第二抽气焓的差值，那么抽气在加热器中的放热除以该差值即得到低压缸抽气流量；

B、根据低压缸抽气流量与排气流量之和、低压缸抽气流量获得低压缸排气流量；具体的，低压缸抽气流量与排气流量之和减去低压缸抽气流量，即得到低压缸排气流量；

C、根据第一排气总热量和低压缸排气流量获得低压缸排汽有效能；具体的，第一排气总热量除以低压缸排气流量的值，即为低压缸排汽有效能；

D、根据低压缸排汽有效能获得低压缸排气焓；具体的，包括步骤：

（1）根据公式计算低压缸排汽干度x；其中，为第一排气焓，第一次计算x时H_UEEP为低压缸排汽有效能；h'为饱和水焓、h″为干饱和水蒸气焓；

（2）根据公式V_vol＝D_lp·v"·x /n获取每个排汽端的体积流速；其中，V_vol为每个排汽端的体积流速，D_lp为低压缸排气端尺寸，n为低压缸的排汽端数，v"为干饱和水蒸气比容；

（3）根据V_VOL查排汽损失图得排气损失H_EL；

（4）根据公式获取第二排气焓

（5）当第二排气焓与第一排气焓的差值超出第一预定范围时，以第二排气焓的值替代第一排汽焓的值，重复上述步骤（1）至（4）；当第二排气焓与第一排气焓的差值在第一预定范围内时，此时的第二排气焓即为低压缸排气焓。

E、获取汽轮机排汽膨胀线入口和出口的焓熵；

查汽轮机排汽焓熵图可得到。

F、根据汽轮机排汽膨胀线入口和出口的焓熵获取低压缸抽气焓。

步骤具体为：

根据公式获取系数r₀；其中，H为汽轮机排汽膨胀线入口的焓、S为汽轮机排汽膨胀线入口的熵、H₁为汽轮机排汽膨胀线出口的焓，S₁为汽轮机排汽膨胀线出口的熵；k₀＝0.0177，t=0.9938；

根据公式获取预设的第三低压缸抽汽焓在膨胀线上的熵S_e；其中，H₀为预设的第三低压缸抽汽焓，H_ELEP为低压缸排气焓，S_ELEP为低压缸排气熵；低压缸排气熵由低压缸排气焓转换得到，一般技术人员可以理解这一过程；

根据预设的第三低压缸抽汽焓获取在等压线上的熵S_p；根据此时的低压缸抽汽压力、预设的第三低压缸抽汽焓可得到该预设的第三低压缸抽汽焓对应在等压线上的熵S_p；一般技术人员可以理解这一过程，此处不再赘述。

不断调整预设的第三低压缸抽汽焓的大小，当S_e与S_p的差值等于零时，以此时的预设的第三低压缸抽汽焓的值为最终的低压缸抽汽焓。具体的，若S_e<S_p，则表明H₀高于抽汽焓真实值，减小H₀；反之，若S_e>S_p，则表明H₀低于抽汽焓真实值，增大H₀。

四、根据低压缸第二参数进行质量能量平衡计算，得到第二排气总热量；

五、根据低压缸第一参数、低压缸饱和参数、预设的低压缸第二抽气焓以及第二排气总热量，重复内部迭代过程；

由于在步骤三进行了一次内部迭代，得到一组低压缸第二参数，但是由于是根据预设的参数得到的，因此不可靠，需要不断重复地进行内部迭代过程，以使得到的低压缸第二参数逼近于真实值。

六、若当前内部迭代过程得到的低压缸第二参数不满足收敛条件，则返回步骤S105；

具体的，收敛条件为：当前内部迭代过程得到的低压缸第二参数与最近一次内部迭代过程得到的低压缸第二参数的差值，在预定的第二范围内。即是，

（1）计算当前内部迭代得到的低压缸抽气流量，与最近一次内部迭代得到的低压缸抽气流量的差值，判断该差值是否在预定的第二范围内；

（2）计算当前内部迭代得到的低压缸排气流量，与最近一次内部迭代得到的低压缸排气流量的差值，判断该差值是否在预定的第二范围内；

（3）计算当前内部迭代得到的低压缸排气焓，与最近一次内部迭代得到的低压缸排气焓的差值，判断该差值是否在预定的第二范围内；

（4）计算当前内部迭代得到的低压缸抽气焓，与最近一次内部迭代得到的低压缸抽气焓的差值，判断该差值是否在预定的第二范围内；

其中，（1）至（4）提及的预定的第二范围，可根据具体情况设置不同区间范围。

七、若当前背压大于临界背压，则以临界背压代替当前背压，返回步骤S102；

对于收缩喷管来说，当背压降至临界压力的时候，流量达到极大值即临界流量，当背压继续降低时，流量不再减小。因此，在内部迭代计算中，需要校核背压是否大于临界压力，若背压小于临界压力，则以临界压力代替背压，重新进行计算。

八、若当前内部迭代过程得到的低压缸第二参数满足收敛条件，且当前背压小于临界背压，则根据当前的低压缸第二参数获取低压缸在湿蒸汽条件下的效率；

九、当低压缸在湿蒸汽条件下的效率低于预设的效率值时，发出报警。

实时监控低压缸在湿蒸汽条件下的效率，当其值低于预设的效率值时，发出报警，报警的形式多样，可以是声音报警、指示灯亮或者其组合。可以在出现问题时，可以第一时间作出反应，提高安全性。

本发明通过一组假设的低压缸抽气流量和低压缸抽气焓，进行初次的质量能量平衡计算，得到一个初始的低压缸排气总量；依据该初始的低压缸排汽总量进行内部迭代计算获取低压缸在湿蒸汽环境下的低压缸第二参数；利用低压缸第二参数再进行质量能量平衡计算，得到另一个低压缸排气总量；然后再进行内部迭代过程，以此重复；每次内部迭代之后，比较相邻2次内部迭代时对应低压缸第二参数的差值，当该差值满足收敛条件，并且满足低压缸背压条件，则利用最近一次内部迭代得到低压缸第二参数，获取低压缸在湿蒸汽环境下的效率，可以快速、准确地获取到火电机组低压缸在湿蒸汽环境下的效率，并在该效率值低于预设的效率值时，发出报警。实现了对汽轮机组低压缸性能的实时准确监测和计算分析，并为优化机组运行打下坚实的数据基础。

值得注意的是，本发明思想不仅仅使用于低压缸，也同样适用于高压缸和中压缸。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。