一种确定电厂汽轮机排汽压力对机组发电功率影响的现场测算方法

摘要

本发明涉及一种确定电厂汽轮机排汽压力对机组发电功率影响的现场测算方法，其基于DCS的实时计算功能，排除机组运行时汽轮机主汽进汽压力、主汽进汽温度、热再热进汽压力、热再热进汽温度变化的影响，仅计算汽轮机排汽压力对机组发电功率影响值。本发明解决了电厂节能优化运行或技术改进中采用的汽轮机排汽压力变化对机组发电功率影响系数的准确性问题，并且方法简单，现场使用方便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定电厂汽轮机排汽压力对机组发电功率影响的现场测算方法。 

背景技术

随着国家节能及减排的压力加大，提高现有运行机组，尤其是大型汽轮发电机组的运行经济性，得到了电厂越来越多的重视。而影响发电机组运行经济性的参数中，汽轮机排汽压力的变化对机组发电功率的影响最为明显。对于一般大型机组，排汽压力变化1kPa，将直接影响机组发电功率近0.5%至1%。但此项数据对于不同类型的机组也存在较大的差异，如空冷机组与湿冷机组、低压缸配置型式不同的机组等。确定电厂汽轮机排汽压力对机组发电功率影响的特性系数，对于电厂进行节能优化运行或技术改进具有特别重要的意义。 

目前，电厂汽轮机排汽压力对机组发电功率影响的特性系数，电厂一般都直接采用汽轮机制造商提供的修正曲线来获得，现场缺少一种简便直接的验证手段。 

发明内容

本发明提供了一种方法简单，现场使用方便，能够准确确定电厂汽轮机排汽压力变化对机组发电功率影响系数的现场测算方法。 

本发明所采用的技术方案如下： 

本发明基于DCS的实时计算功能，排除机组运行时汽轮机主汽进汽压力、主汽进汽温度、热再热进汽压力、热再热进汽温度变化的影响，仅计算汽轮机排汽压力对机组发电功率影响值；其包括下述具体步骤：

步骤一：机组在基本运行方式下，解除机组一次调频及AGC功能，并保持机组汽轮机进汽阀位一定，机组运行稳定后采集机组在这一稳定状态下的汽轮机排汽压力p_x1、机组发电功率P_g1、汽轮机主汽进汽压力p_ms1、进汽温度T_ms1及再热蒸汽进汽温度T_rh1；

步骤二：在运行条件允许的条件下，维持与步骤一相同的汽轮机进汽阀位，大幅度调整汽轮机排汽压力，采集机组在汽轮机排汽压力变化后运行至稳定运行状态后的汽轮机排汽压力p_x2、机组发电功率P_g2、汽轮机主汽进汽压力p_ms2、进汽温度T_ms2及再热蒸汽进汽温度T_rh2；

步骤三：依据步骤一和步骤二所获得的数据，根据公式（1~3）分别计算在汽轮机主汽进汽压力p_ms、主汽进汽温度T_ms、再热蒸汽进汽温度T_rh变化下机组发电功率P_g的变化值；

 △P_gpms = k_pms×△p_ms×P_g1 = k_pms×（p_ms2－p_ms1）×P_g1         （1）

△P_gTms= k_Tms×△T_ms×P_g1 =k_Tms×（T_ms2－T_ms1）×P_g1         （2）

△P_gTrh= k_Trh×△T_rh×P_g1 = k_Trh×（T_rh2－T_rh1）×P_g1             （3）

其中△P_gpms为汽轮机主汽进汽压力改变下的机组发电功率变化值，单位为KW；

△P_gTms为主汽进汽温度改变下的机组发电功率变化值，单位为KW；

△P_gTrh为再热蒸汽进汽温度改变下的机组发电功率变化值，单位为KW；

k_pms为厂家提供的汽轮机主汽进汽压力修正系数，单位为%/bar； 

k_Tms为厂家提供的主汽进汽温度修正系数，单位为%/℃； 

k_Trh为厂家提供的再热蒸汽进汽温度修正系数，单位为%/℃；

△p_ms为步骤二与步骤一汽轮机主汽进汽压力的差值，单位为bar；

△T_ms为步骤二与步骤一主汽进汽温度的差值，单位为℃；

△T_rh为步骤二与步骤一再热蒸汽进汽温度的差值，单位为℃；

p_ms1为步骤一的汽轮机主汽进汽压力，单位为 bar；

p_ms2为步骤二的汽轮机主汽进汽压力，单位为 bar；

T_ms1为步骤一的主汽进汽温度，单位为℃；

T_ms2为步骤二的主汽进汽温度，单位为℃；

T_rh1为步骤一的再热蒸汽进汽温度，单位为℃；

T_rh2为步骤二的再热蒸汽进汽温度，单位为℃；

P_g1为步骤一的机组发电功率，单位为KW；

步骤四：依据步骤三和步骤四所得的数值，根据公式（4），以与步骤一相同的主汽进汽压力P_ms、主汽进汽温度T_ms、再热蒸汽进汽温度T_rh，计算修正后的步骤二的机组发电功率P_g2c；

P_g2c = P_g2 －△P_gpms －△P_gTms－△P_gTrh   （4）

其中P_g2c为经修正后的步骤二的机组发电功率，单位为KW；

P_g2为步骤二获得的机组发电功率，单位为KW；

△P_gpms为汽轮机主汽进汽压力改变下的机组发电功率变化值，单位为KW；

△P_gTms为主汽进汽温度改变下的机组发电功率变化值，单位为KW；

△P_gTrh为再热蒸汽进汽温度改变下的机组发电功率变化值，单位为KW；

步骤五：依据步骤一、步骤二和步骤四所得的数值，根据公式（5），计算汽轮机排汽压力p_x变化对机组发电功率P_g影响系数k；

k = △P_g／△p_x= （P_g2c －P_g1 ）／（ p_x2－p_x1 ）   （5）

其中k为汽轮机排汽压力对机组发电功率的影响系数，单位为kW/kPa；

△P_g为经修正后的步骤二的机组发电功率与步骤一的机组发电功率的差值，单位为KW；

△p_x为步骤二与步骤一的汽轮机排汽压力的差值，单位为 kPa；

P_g2c为经修正后的步骤二的机组发电功率，单位为KW；

P_g1为步骤一的机组发电功率，单位为KW；

p_x1为步骤一的汽轮机排汽压力，单位为kPa；

p_x2为步骤二的汽轮机排汽压力，单位为kPa。

本发明采用的技术原理及计算如下： 

汽轮机组的发电功率与汽轮机排汽压力参数的变化密切相关，在汽轮机进汽阀位一定、及进汽参数一定的条件下，与汽轮机排汽压力变化之间的关系可表示为： 

△P_g= f（△p_x）

△P_g——机组发电功率变化值，KW；

△p_x——汽轮机排汽压力的差值， kPa；

f——汽轮机排汽压力对机组发电功率的函数系数。

当p_x大于机组运行阻塞背压时，上述函数关系一般为近似线性关系，可表示为：  

△P_g = f（△p_x）= k×△p_x

△P_g——机组发电功率变化值，KW；

△p_x——汽轮机排汽压力的差值， kPa；

k——汽轮机排汽压力对机组发电功率的影响系数，kW/kPa，在本发明中主要通过现场试验及修正的方法获得。

考虑两个稳定的试验条件即步骤一及步骤二。两个步骤中机组的运行方式是相同的，均为基本运行方式，且两个步骤中的汽轮机进汽阀位不变。由此，可确定两个步骤的工况下汽轮机设备性能如缸效率等未发生变化。则影响机组发电功率的因素仅包括运行参数，如汽轮机主汽进汽压力p_ms、进汽温度T_ms、再热蒸汽进汽温度T_rh、汽轮机排汽压力p_x。以下公式中，角标为“1”的均代表步骤一的数据，角标为“2”的均代表步骤二的数据。 

首先将两个步骤的工况下获得的机组发电功率修正至同一汽轮机运行边界条件，如相同的主汽进汽压力、主汽进汽温度及再热蒸汽进汽温度。 

两个步骤的工况下汽轮机主汽进汽压力p_ms、进汽温度T_ms、再热蒸汽进汽温度T_rh的变化，导致的机组发电功率变化可以表示为： 

△P_gpms = k_pms×△p_ms×P_g1 = k_pms×（p_ms2－p_ms1）×P_g1       

△P_gTms= k_Tms×△T_ms×P_g1 =k_Tms×（T_ms2－T_ms1）×P_g1     

△P_gTrh= k_Trh×△T_rh×P_g1 = k_Trh×（T_rh2－T_rh1）×P_g1       

△P_gpms——汽轮机主汽进汽压力改变下的机组发电功率变化值， KW；

△P_gTms——主汽进汽温度改变下的机组发电功率变化值， KW；

△P_gTrh——再热蒸汽进汽温度改变下的机组发电功率变化值， KW；

k_pms——厂家提供的汽轮机主汽进汽压力修正系数， %/bar； 

k_Tms——厂家提供的主汽进汽温度修正系数， %/℃； 

k_Trh——厂家提供的再热蒸汽进汽温度修正系数， %/℃；

△p_ms——步骤二与步骤一汽轮机主汽进汽压力的差值， bar；

△T_ms——步骤二与步骤一主汽进汽温度的差值，℃；

△T_rh——步骤二与步骤一再热蒸汽进汽温度的差值，℃；

p_ms1——步骤一的汽轮机主汽进汽压力， bar；

p_ms2——步骤二的汽轮机主汽进汽压力， bar；

T_ms1——步骤一的主汽进汽温度，℃；

T_ms2——步骤二的主汽进汽温度，℃；

T_rh1——步骤一的再热蒸汽进汽温度，℃；

T_rh2——步骤二的再热蒸汽进汽温度，℃；

P_g1——步骤一的机组发电功率， KW。

则步骤二修正至与步骤一相同汽轮机主汽进汽压力、主汽进汽温度、再热蒸汽进汽温度后的机组发电功率为： 

P_g2c = P_g2 －△P_gpms －△P_gTms－△P_gTrh    

P_g2c——经修正后的步骤二的机组发电功率， KW，修正后的机组发电功率具有与步骤一试验时相同的主汽进汽压力、主汽进汽温度及再热蒸汽进汽温度条件；

P_g2——步骤二获得的机组发电功率， KW；

△P_gpms——汽轮机主汽进汽压力改变下的机组发电功率变化值， KW；

△P_gTms——主汽进汽温度改变下的机组发电功率变化值， KW；

△P_gTrh——再热蒸汽进汽温度改变下的机组发电功率变化值， KW。

则汽轮机排汽压力变化对机组发电功率影响系数k可采用下式计算： 

  k = △P_g／△p_x= （P_g2c －P_g1 ）／（ p_x2－p_x1 ）

k——汽轮机排汽压力对机组发电功率的影响系数， kW/kPa；

△P_g——经修正后的步骤二的机组发电功率与步骤一的机组发电功率的差值， KW；

△p_x——步骤二与步骤一的汽轮机排汽压力的差值， kPa；

P_g2c——经修正后的步骤二的机组发电功率， KW；

P_g1——步骤一的机组发电功率， KW；

p_x1——步骤一的汽轮机排汽压力， kPa；

p_x2——步骤二的汽轮机排汽压力， kPa。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于： 

本发明主要是现场试验，通过控制机组的运行方式及参数变化获取试验数据，进行计算后最终可以获得汽轮机排汽压力变化对机组发电功率影响系数，其解决了电厂节能优化运行或技术改进中采用的汽轮机排汽压力变化对机组发电功率影响系数的准确性问题，不仅方法简单，现场使用方便，可以为准确获得汽轮机排汽压力变化对机组发电功率影响系数提供准确的数据。

本发明的方法在计算电厂汽轮机排汽压力变化对机组发电功率的影响时，排除了主要运行参数（如汽轮机主汽进汽压力、主汽进汽温度、热再热进汽压力、热再热进汽温度）的影响。因此，最终确定的结果只反映了汽轮机排汽压力对机组发电功率影响。 

具体实施方式

 实施例1： 

某660MW直接空冷机组，机组在基本运行方式下，解除机组一次调频及AGC功能，并保持机组汽轮机进汽阀位一定，机组运行稳定后采集机组在这一稳定状态下的汽轮机排汽压力p_x1、机组发电功率P_g1、汽轮机主汽进汽压力p_ms1、进汽温度T_ms1、再热蒸汽进汽温度T_rh1，此为步骤一所获得的数据；在运行条件允许的条件下，维持与步骤一相同的汽轮机进汽阀位，大幅度调整汽轮机排汽压力，采集机组在汽轮机排汽压力变化后运行至稳定运行状态后的汽轮机排汽压力p_x2、机组发电功率P_g2、汽轮机主汽进汽压力p_ms2、进汽温度T_ms2、再热蒸汽进汽温度T_rh2，此为步骤二所获得的数据；所采集的数据如表1所示。

表1 现场采集的步骤一及步骤二的试验数据 

根据汽轮机厂家提供的运行参数修正曲线，可以获得如下的修正系数：

k_pms为厂家提供的汽轮机主汽进汽压力修正系数，为4%/MPa； 

k_Tms为厂家提供的主汽进汽温度修正系数，为-0.0142%/℃； 

k_Trh为厂家提供的再热蒸汽进汽温度修正系数，为0.09%/℃。

根据公式（1）至（3），计算步骤二相对于步骤一，由于运行参数变化引起的发电功率变化量： 

△P_gpms = k_pms×△p_ms×P_g1 = k_pms×(p_ms2－p_ms1)×P_g1 =-0.055×4%×660580= -1453.28 kW

△P_gTms = k_Tms×△T_ms×P_g1 =k_Tms×(T_ms2－T_ms1)×P_g1 =-2.61×-0.0142%×660580= 244.82 kW

△P_gTrh = k_Trh×△T_rh×P_g1 = k_Trh×(T_rh2－T_rh1)×P_g1 =2.54×0.09%×660580= 1510.1 kW。      

 根据公式（4），计算得到步骤二修正后的机组发电功率：

P_g2c = P_g2－△P_gpms－△P_gTms－△P_gTrh  = 647549-（-1453.28+244.82+1510.1）= 647247.37 kW。

根据公式（5），计算汽轮机排汽压力变化对机组发电功率影响系数k： 

k =  △P_g／△p_x = ( 647247.37 －660580 )／（ 16.78－9.35 ）= -1794.4 kW/kPa。

 据此，得到该机组计算汽轮机排汽压力变化对机组发电功率的影响值为-1794.4 kW/kPa，试验数据准确可靠，并排除了机组主要运行参数：汽轮机主汽进汽压力、主汽进汽温度、热再热进汽压力、热再热进汽温度的影响。本发明解决了电厂节能优化运行或技术改进中采用的汽轮机排汽压力变化对机组发电功率影响系数的准确性问题，并且方法简单，现场使用方便。