300MW凝汽式汽轮机主蒸汽流量软测量方法

摘要

本发明公开了一种基于回热多耗系数的300MW凝汽式汽轮机主蒸汽流量软测量方法，主要用于凝汽式汽轮机主蒸汽流量的预测。本发明主要内容包括建立300MW凝汽式汽轮机回热多耗系数的概念，将对主蒸汽流量预测时众多参量、交叉耦合的复杂影响集中化，通过离线建模(建立理想的回热多耗系数及其随负荷变化规律；回热多耗系数的修正方程)和在线应用(主蒸汽流量预测)，实现主蒸汽流量的快速预测。本发明的算例结果表明300MW凝汽式汽轮机主蒸汽流量实际值与本发明方法的预测值十分接近，实现了提高主蒸汽流量预测精度和降低测算复杂度的目标。

说明书

技术领域

本发明提出一种基于回热多耗系数的300MW凝汽式汽轮机主蒸汽流量软测量方法，主要用于凝汽式汽轮机主蒸汽流量的预测，属于软测量领域。

背景技术

凝汽式汽轮机主蒸汽流量预测是火电机组负荷优化调度的基础，但受到回热系统结构形式、运行参数以及回热系统性能变化等多种因素的影响，基于传统的回热系统热平衡方法，难以快速、准确地预测凝汽式汽轮机的主蒸汽流量。

凝汽式机组中回热汽流的压力分布及其做功不足是回热引起主汽流量多耗的根本原因，传统的方法是基于回热系统的热平衡方法，在测算回热系统图流量分布的基础上，预测凝汽式汽轮机主蒸汽流量。但通过回热加热器的热平衡算法测算其流量分布及其作功不足，计算工作量大、涉及参量多且精度要求高，目前火电机组的实时信息系统一般无法支持。

本发明提出300MW凝汽式汽轮机回热多耗系数的概念及基于回热多耗系数的主蒸汽流量预测方法。针对给定机组回热系统的结构形式和典型设计工况参数，预先计算理想的回热多耗系数及其随负荷的变化规律，进而，利用该机组典型工况的运行数据，确定回热多耗系数的修正方程，并基于回热多耗系数实现主汽流量的预测。

发明内容

回热多耗系数是指回热相比于无回热的流量相对增长率，为无量纲量。

对于回热循环，其无量纲回热多耗系数A

式中，α

根据功率平衡方程，理想主蒸汽流量软测量模型为：

对于再热冷段(高压缸抽汽)

H′

对于再热热段抽汽(中、低压缸抽汽)

H′

H

主汽流量修正系数是指主蒸汽实际流量与测算的主蒸汽流量的比值，为无量纲量。典型工况下主汽流量修正系数K

这样，实际主蒸汽流量的预测模型为：

式中，A

K

H

式中，D

提出回热多耗系数的概念，结合主汽流量修正系数，可以利用(8)测算主蒸汽流量。

本发明的优点在于：一是通过离线(建立理想的回热多耗系数及其随负荷变化规律；回热多耗系数的修正方程)建模和在线(主蒸汽流量预测)应用，实现主蒸汽流量的快速预测；二是使用回热多耗系数的概念，将对主蒸汽流量预测时众多参量、交叉耦合的复杂影响集中化，实现提高主蒸汽流量预测精度和降低测算复杂度的目标。

附图说明

图1为本专利的实施步骤图。

图2为本专利使用的回热汽轮机结构图

具体实施方式

测算步骤如下，

步骤1：热平衡计算

步骤1.1：获取机组设计图纸中不同负荷下的发电功率(MW)主实际流量D

步骤1.2：根据汽水参数和加热器类型及其构造，计算各个加热器的放热量(抽气放热量q

汽轮机主热力系统回热加热器主要分为两类：

表面式加热器(F型)：表面式加热器中冷热工质经受热面传递热量，管内流动着冷工质，管外是抽气及其凝水(排出后名为疏水)；

混合式加热器(C型)：混合式加热器中冷热工质混合传热，无受热面，冷热工质以相同参数离开。

需要计算的加热器内工质吸放热量包括抽气放热量、疏水放热量和给水吸热量，它们的定义分别为：

抽气放热量：来自汽轮机的抽气在加热器中的放热量

疏水放热量：来自上一级加热器的疏水焓(也是本级加热器疏水进焓)在本级加热器中的放热量

给水吸热量：流经加热器的工质在加热器中的吸热量

根据加热器类型的不同，它们的计算表达式也不同

根据加热器的热平衡关系，抽汽放热量、疏水放热量与给(凝)水吸热量的定义分别为：

抽汽放热量：q

疏水放热量：γ

给(凝)水吸热量：τ

式中：h

h

h

步骤1.3：根据各个加热器热量计算抽气份额α

步骤1.4：根据汽水份额计算主蒸汽理想焓降w

步骤2：计算回热循环的无量纲回热增益系数

由步骤1获得的α

则根据定义，得回热循环的无量纲回热增益系数：

步骤3：测算典型工况下主汽流量修正系数：

其中η

步骤4：建立主汽流量修正系数函数：

基于典型样本的Pel

K

H

A

步骤5：主汽流量需求测算：

以一个抽汽回热再热机组为例，该汽轮机部分由高压缸、中压缸和低压缸组成；高压缸抽汽依次编号为第1级和第2级抽汽，与各级抽汽对应的并分别与是第1级和第2级加热器相连；中压缸抽汽依次编号为第3级、第4级和第5级抽汽，并分别与第3级、第4级加热器和第5级相连；低压缸抽汽依次编号为第6级、第7级抽汽和第8级抽汽，并分别与第6级、第7级和第8级加热器相连。高压缸主蒸汽除用作第一二级抽气外，其余经再热器进入中压缸，中压缸排汽除用作抽汽外，其余部分进入低压缸。该机组额定负荷工况下发电功率为300MW,主汽温度537℃，主汽压力16.7MPa，再热温度537℃，压力3.36MPa。

详细计算步骤如下：

(1)热平衡计算

步骤1.1：获取机组设计图纸中满负荷下的主热力系统的汽水参数如下：

发电功率P

实际流量D

主蒸汽出口焓h

主蒸汽进口焓为1209.7kJ/kg；

主蒸汽吸热量h

再热汽出口焓h

再热汽进口焓为3035.2kJ/kg；

再热汽吸热量为503.1kJ/kg；

排汽出口焓h

排汽进口焓h

排汽放热量为2217.5kJ/kg；

#1加热器抽汽焓h

#1加热器出水焓h

#1加热器进水焓h

#1加热器疏水出口焓h

#2加热器抽汽焓h

#2加热器出水焓h

#2加热器进水焓h

#2加热器疏水出口焓h

#2加热器疏水进焓h

#3加热器抽汽焓h

#3加热器出水焓h

#3加热器进水焓h

#3加热器疏水出口焓h

#3加热器疏水进焓h

#4加热器抽汽焓h

#4加热器出水焓h

#4加热器进水焓h

#4加热器疏水进焓h

#5加热器抽汽焓h

#5加热器出水焓h

#5加热器进水焓h

#5加热器疏水出口焓h

#6加热器抽汽焓h

#6加热器出水焓h

#6加热器进水焓h

#6加热器疏水出口焓h

#6加热器疏水进焓h

#7加热器抽汽焓h

#7加热器出水焓h

#7加热器进水焓h

#7加热器疏水出口焓h

#8加热器抽汽焓h

#8加热器出水焓h

#8加热器进水焓h

#8加热器疏水出口焓h

#8加热器疏水进焓h

典型负荷下热力系统参数如下表

步骤1.2：根据汽水参数和加热器类型及其构造，计算各个加热器的放热量(抽气放热量q

在该系统中，#4号加热器为混合式加热器,#8号加热器由于疏水排入凝汽器水泵，也等效为混合式加热器；其余加热器为表面式加热器。

对一号加热器抽汽放热q

疏水放热γ

给水吸热τ

对二号加热器抽汽放热q

疏水放热γ

给水吸热τ

对三号加热器抽汽放热q

疏水放热γ

给水吸热τ

对四号加热器抽汽放热q

疏水放热γ

给水吸热τ

对五号加热器抽汽放热q

疏水放热γ

给水吸热τ

对六号加热器抽汽放热q

疏水放热γ

给水吸热τ

对七号加热器抽汽放热q

疏水放热γ

给水吸热τ

对八号加热器抽汽放热q

疏水放热γ

给水吸热τ

其余工况计算方法相同，汇总结果在下表

步骤1.3：根据各个加热器热量计算抽气份额α

根据加热器的流量平衡与热量平衡关系，加热器抽汽份额的计算通式为：

式中，A

B

对一号加热器，#1号加热器的出水份额与锅炉进水份额相同，不考虑工质损失，则锅炉进水含量份额为1，则有A

对二号加热器，#2号加热器的出水份额A

对三号加热器，#3号加热器的出水份额A

对四号加热器，#4号加热器的出水份额A

对五号加热器，#5号加热器的出水份额A

对六号加热器#6号加热器的出水份额A

对七号加热器，#7号加热器的出水份额A

对八号加热器，#8号加热器的出水份额A

其余工况计算方法相同，汇总结果在下表

步骤1.4：根据汽水份额计算主蒸汽理想焓降w

(1)单位进汽循环吸热量

q

＝3397.2-1209.7+(1-0.07376422-0.07999566)·(3538.3-3035.2)

＝2613.24kJ/kg

(2)单位进汽循环作功量

计算抽气做功不足

#1抽气做功不足：y

#2抽气做功不足：y

#3抽气做功不足：y

#4抽气做功不足：y

#5抽气做功不足：y

#6抽气做功不足：y

#7抽气做功不足：y

#8抽气做功不足：y

其中：σ为再热吸热量：σ＝h

α

w

汽轮机做功w

(3)冷源损失即循环放热：

q

(4)热平衡检验：

q

其余工况计算方法相同，汇总结果在下表。

步骤2：计算回热循环的无量纲回热增益系数

由步骤1获得的α

则根据上述计算结果，得满负荷时的回热循环的无量纲回热增益系数：

步骤3：测算典型工况下主汽流量修正系数：

K

＝914/[3600·300/(0.987217·1335.9·0.97)]

＝1.2336485

其余工况计算方法相同，汇总结果在下表。

步骤4：建立主汽流量修正系数函数：

基于典型样本的P

A

K

H

根据他们的变化趋势，对A

A

K

H

步骤5：主汽流量需求测算：

满负荷时P

其余工况计算方法相同，各个典型点与需求预测模型的误差如下表：

最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。