一种火电机组循环冷却水流量测量方法及系统与流程

1.本发明属于火力发电技术领域，涉及一种火电机组循环冷却水流量测量方法及系统。


背景技术：

2.火电厂循环冷却水系统是火电厂中重要的组成部分，它为发电机组提供冷却介质，保证机组稳定运行。采用循环冷却水进行冷却的火电机组所需循环冷却水流量较大，少则20000t/h，多则超100000t/h。
3.目前循环冷却水流量测量的方法主要是采用便携式超声波流量计进行测量，受循环冷却水的基础流量过大及测量稳定性的影响，便携式超声波流量计测量的数据波动范围较大，无法准确测量循环冷却水的流量，导致凝汽器及冷却塔运行性能计算不准确，无法为机组运维检修提供准确的指导。
4.现有技术中，申请公布号为cn109408978a、申请公布日期为2019年3月1日的中国发明专利申请《一种循环冷却水流量在线软测量方法》通过采集机组dcs系统的实时运行数据，然后结合热耗率曲线获取当前机组运行热耗率，再计算当前凝汽器热负荷，最后根据凝汽器热负荷计算循环冷却水流量，实现循环冷却水流量在线监测。
5.但是上述专利申请文献中的方法操作性不强，其计算的凝汽器热负荷是根据采集的数据和获取的热耗率计算的理论值，不是实际的热耗率，上述的计算的理论值与实际值存在较大的偏差，也会导致循环冷却水流量的计算不准确。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于如何设计一种火电机组循环冷却水流量测量方法及系统，以解决现有技术循环冷却水流量的计算不准确的问题。
7.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
8.一种火电机组循环冷却水流量测量方法，包括以下步骤：
9.s1、开展多个工况下汽轮机热力性能试验，得到各工况下试验热耗率hri，然后进行二类修正计算，得到二类修正后的热耗率hre；
10.s2、将所述二类修正后的热耗率hre与机组功率g采用最小二乘法拟合得到机组热耗率随机组负荷变化曲线，根据机组热耗率随机组负荷变化曲线得到运行工况下机组功率为g时的理论热耗率hre(g)，并采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hrs(g)；
11.s3、根据机组功率g和机组热耗率hrs(g)以及与发电机相关的固定参数，计算得到凝汽器热负荷q
cond
；
12.s4、根据凝汽器热负荷q
cond
和循环冷却水温升
△
t计算得到循环冷却水流量w
t
。
13.进一步地，步骤s1中所述二类修正后的热耗率hre的计算公式为：hre＝hri/[f(ts)*f(tr)*f(
△
ps)*f(pb)]，其中，f(ts)、f(tr)、f(
△
ps)、f(pb)分别为主汽温度ts、再热蒸
汽温度tr、再热器压损
△
ps、低压缸排汽压力pb对应的修正函数。
[0014]
进一步地，步骤s2中所述采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hrs(g)；的计算公式为：hrs(g)＝hre(g)*f(ts)*f(tr)*f(
△
ps)*f(pb)，其中，hrs(g)为实际热耗率，g为机组功率。
[0015]
进一步地，步骤s3中所述凝汽器热负荷q
cond
的计算公式如下：
[0016]qcond
＝hrs(g)*g/3600*(1-η)-g-g
loss-q
aux
[0017]
其中，q
aux
为进出系统的辅汽能量，g
loss
为发电机损失，从发电机说明书查得，η为散热损失，从发电机说明书查得。
[0018]
进一步地，步骤s4中所述循环冷却水流量w
t
的计算公式为：
[0019]wt
＝q
cond
/
△
t/c
p
[0020]
△
t＝((t5+t6)/2+(t7+t8)/2)/2-((t1+t2)/2+(t3+t4)/2)/2
[0021]
其中，w
t
为循环冷却水流量，c
p
为循环冷却水定压比热容，
△
t为循环冷却水温升，t1、t2、t3、t4、t5、t6均为温度传感器的测量值。
[0022]
一种火电机组循环冷却水流量测量系统，包括：热耗率修正计算模块、实际热耗率计算模块、凝汽器热负荷计算模块、循环冷却水流量计算模块；
[0023]
所述热耗率修正计算模块的作用为：开展多个工况下汽轮机热力性能试验，得到各工况下试验热耗率hri，然后进行二类修正计算，得到二类修正后的热耗率hre；
[0024]
所述实际热耗率计算模块的作用为：将所述二类修正后的热耗率hre与机组功率g采用最小二乘法拟合得到机组热耗率随机组负荷变化曲线，根据机组热耗率随机组负荷变化曲线得到运行工况下机组功率为g时的理论热耗率hre(g)，并采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hrs(g)；
[0025]
所述凝汽器热负荷计算模块的作用为：根据机组功率g和机组热耗率hrs(g)以及与发电机相关的固定参数，计算得到凝汽器热负荷q
cond
；
[0026]
所述循环冷却水流量计算模块的作用为：根据凝汽器热负荷q
cond
和循环冷却水温升
△
t计算得到循环冷却水流量w
t
。
[0027]
进一步地，所述二类修正后的热耗率hre的计算公式为：hre＝hri/[f(ts)*f(tr)*f(
△
ps)*f(pb)]，其中，f(ts)、f(tr)、f(
△
ps)、f(pb)分别为主汽温度ts、再热蒸汽温度tr、再热器压损
△
ps、低压缸排汽压力pb对应的修正函数。
[0028]
进一步地，所述采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hrs(g)；的计算公式为：hrs(g)＝hre(g)*f(ts)*f(tr)*f(
△
ps)*f(pb)，其中，hrs(g)为实际热耗率，g为机组功率。
[0029]
进一步地，所述凝汽器热负荷q
cond
的计算公式如下：
[0030]qcond
＝hrs(g)*g/3600*(1-η)-g-g
loss-q
aux
[0031]
其中，q
aux
为进出系统的辅汽能量，g
loss
为发电机损失，从发电机说明书查得，η为散热损失，从发电机说明书查得。
[0032]
进一步地，所述循环冷却水流量w
t
的计算公式为：
[0033]wt
＝q
cond
/
△
t/c
p
[0034]
△
t＝((t5+t6)/2+(t7+t8)/2)/2-((t1+t2)/2+(t3+t4)/2)/2
[0035]
其中，w
t
为循环冷却水流量，c
p
为循环冷却水定压比热容，
△
t为循环冷却水温升，
t1、t2、t3、t4、t5、t6均为温度传感器的测量值。
[0036]
本发明的优点在于：
[0037]
本发明的技术方案通过二类修正计算得到二类修正后的热耗率hre，再将二类修正后的热耗率hre与机组功率g采用最小二乘法拟合得到机组热耗率随机组负荷变化曲线，然后采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hrs(g)，用于计算得到凝汽器热负荷q
cond
，最后根据凝汽器热负荷q
cond
和循环冷却水温升
△
t计算得到循环冷却水流量w
t
；相较于现有技术采用理论的热耗率，本发明采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hrs(g)，提高了计算的准确性，解决了现有技术循环冷却水流量的计算不准确的问题。
附图说明
[0038]
图1是本发明实施例的温度传感器和压力变送器在汽轮机低压缸及凝汽器循环冷却水进出口的双重冗余布置示意图；
[0039]
图2是本发明实施例的某1000mw机组热耗率随机组功率变化曲线图。
具体实施方式
[0040]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
[0042]
实施例一
[0043]
如图1所示，a1和a2为凝汽器循环冷却水进口，b1和b2为凝汽器循环冷却水出口。汽轮机低压缸排汽为湿蒸汽，凝汽器为管壳式换热器，低压缸排汽进入凝汽器壳侧进行冷却，循环冷却水作为冷源由a1和a2口进入凝汽器对低压缸排汽进行冷却，而后从b1和b2口排出；由于系统对测量元件精确度和稳定性要求较高，温度传感器和压力变送器均采用双重冗余布置，t1、t2为设置在a1口的进水温度传感器，t3、t4为设置在a2口的进水温度传感器，t5、t6为设置在b1口的出水温度传感器，t7、t8为设置在b2口的出水温度传感器，p1、p2、p3、p4为设置在汽轮机低压缸排汽侧的压力变送器。
[0044]
本实施例的火电机组循环冷却水流量测量方法适用于采用循环冷却水进行冷却的火电机组，包括燃煤机组和联合循环机组，具体步骤如下：
[0045]
(1)开展三个或三个以上工况下汽轮机热力性能试验，应至少包括tha工况、75％tha工况和50％tha工况。按照机组实际运行情况开展试验，试验时不对系统进行隔离，得到各工况下试验热耗率hri，然后进行二类修正计算。
[0046]
(2)二类修正计算主要包括主汽压力、主汽温度、再热蒸汽温度、再热器压损、低压缸排汽压力五项修正，由于正常运行时机组为滑压运行，故不对主汽压力进行修正，那么实际运行中修正其余四项。二类修正计算主要是根据汽轮机制造厂家提供的修正曲线进行。根据修正曲线，采用最小二乘法拟合得到相应公式。主汽温度ts、再热蒸汽温度tr、再热器压损
△
ps、低压缸排汽压力pb对应的修正函数分别为f(ts)、f(tr)、f(
△
ps)、f(pb)，通过计算得
到二类修正后热耗率hre，计算公式为hre＝hri/[f(ts)*f(tr)*f(
△
ps)*f(pb)]。其中主汽温度ts、再热蒸汽温度tr、再热器压损
△
ps均取自机组dcs数据，低压缸排汽压力pb则取自高精度压力变送器测量得到的p1、p2、p3、p4的平均值。
[0047]
(3)将得到的二类修正后热耗率hre与机组功率g采用最小二乘法拟合得到一条机组热耗率随机组功率变化曲线公式hre(g)，如图2所示，为某1000mw机组热耗率随机组功率变化曲线图。
[0048]
(4)根据得来的热耗率随机组负荷变化曲线公式hre(g)，可以得到任一功率下对应的热耗率，注意的是，该热耗率为经过二类修正后的热耗率，为了得到实际运行时的热耗率还需进行反向二类修正计算。
[0049]
(5)反向二类修正计算为将二类修正后的热耗率反向修正计算得到运行工况下机组功率为g时的实际热耗率。计算公式为：hrs(g)＝hre(g)*f(ts)*f(tr)*f(
△
ps)*f(pb)，其中，hrs(g)为机组实际热耗率，g为机组功率，单位为kw。
[0050]
(6)根据机组功率g和机组热耗率hrs(g)以及与发电机相关的固定参数，可以计算得到凝汽器热负荷q
cond
，计算公式如下：
[0051]qcond
＝hrs(g)*g/3600*(1-η)-g-g
loss-q
aux
[0052]
其中，q
aux
为进出系统的辅汽能量，g
loss
为发电机损失，从发电机说明书查得，η为散热损失，从发电机说明书查得。
[0053]
(7)根据凝汽器热负荷q
cond
和循环冷却水温升
△
t可计算得到循环冷却水流量w
t
，计算公式为：
[0054]wt
＝q
cond
/
△
t/c
p
[0055]
循环冷却水温升计算，测点取值原则为同一根管道上数值先取平均，而后同一侧(a1和a2为同一侧，b1和b2为同一侧)再取平均，计算公式如下：
[0056]
△
t＝((t5+t6)/2+(t7+t8)/2)/2-((t1+t2)/2+(t3+t4)/2)/2
[0057]
其中，w
t
为循环冷却水流量，单位为t/h；c
p
为循环冷却水定压比热容，取定值，单位为kj/kg℃；
△
t为循环冷却水温升，单位为℃。
[0058]
本发明的技术方案可以准确实时得到循环冷却水流量，为后续凝汽器性能和冷却塔性能计算提供准确数据支持，更好为运维检修提供准确指导。
[0059]
实施例二
[0060]
一种火电机组循环冷却水流量测量系统，包括：热耗率修正计算模块、实际热耗率计算模块、凝汽器热负荷计算模块、循环冷却水流量计算模块；
[0061]
所述热耗率修正计算模块的作用为：开展多个工况下汽轮机热力性能试验，得到各工况下试验热耗率hri，然后进行二类修正计算，得到二类修正后的热耗率hre，计算公式为：hre＝hri/[f(ts)*f(tr)*f(
△
ps)*f(pb)]，其中，f(ts)、f(tr)、f(
△
ps)、f(pb)分别为主汽温度ts、再热蒸汽温度tr、再热器压损
△
ps、低压缸排汽压力pb对应的修正函数。
[0062]
所述实际热耗率计算模块的作用为：将所述二类修正后的热耗率hre与机组功率g采用最小二乘法拟合得到机组热耗率随机组负荷变化曲线，根据机组热耗率随机组负荷变化曲线得到运行工况下机组功率为g时的理论热耗率hre(g)，并采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hrs(g)，计算公式为：hrs(g)＝hre(g)*f(ts)*f(tr)*f(
△
ps)*f(pb)，其中，hrs(g)为实际热耗率，g为机组功率。
[0063]
所述凝汽器热负荷计算模块的作用为：根据机组功率g和机组热耗率hrs(g)以及与发电机相关的固定参数，计算得到凝汽器热负荷q
cond
，计算公式如下：
[0064]qcond
＝hrs(g)*g/3600*(1-η)-g-g
loss-q
aux
[0065]
其中，q
aux
为进出系统的辅汽能量，g
loss
为发电机损失，从发电机说明书查得，η为散热损失，从发电机说明书查得。
[0066]
所述循环冷却水流量计算模块的作用为：根据凝汽器热负荷q
cond
和循环冷却水温升
△
t计算得到循环冷却水流量w
t
，计算公式为：
[0067]wt
＝q
cond
/
△
t/c
p
[0068]
△
t＝((t5+t6)/2+(t7+t8)/2)/2-((t1+t2)/2+(t3+t4)/2)/2
[0069]
其中，w
t
为循环冷却水流量，c
p
为循环冷却水定压比热容，
△
t为循环冷却水温升，t1、t2、t3、t4、t5、t6均为温度传感器的测量值。
[0070]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种火电机组循环冷却水流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、开展多个工况下汽轮机热力性能试验，得到各工况下试验热耗率hr
i
，然后进行二类修正计算，得到二类修正后的热耗率hr
e
；s2、将所述二类修正后的热耗率hr
e
与机组功率g采用最小二乘法拟合得到机组热耗率随机组负荷变化曲线，根据机组热耗率随机组负荷变化曲线得到运行工况下机组功率为g时的理论热耗率hr
e
(g)，并采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hr
s
(g)；s3、根据机组功率g和机组热耗率hr
s
(g)以及与发电机相关的固定参数，计算得到凝汽器热负荷q
cond
；s4、根据凝汽器热负荷q
cond
和循环冷却水温升
△
t计算得到循环冷却水流量w
t
。2.根据权利要求1所述的一种火电机组循环冷却水流量测量方法，其特征在于，步骤s1中所述二类修正后的热耗率hr
e
的计算公式为：hr
e
＝hr
i
/[f(t
s
)*f(t
r
)*f(
△
p
s
)*f(p
b
)]，其中，f(t
s
)、f(t
r
)、f(
△
p
s
)、f(p
b
)分别为主汽温度t
s
、再热蒸汽温度t
r
、再热器压损
△
p
s
、低压缸排汽压力p
b
对应的修正函数。3.根据权利要求2所述的一种火电机组循环冷却水流量测量方法，其特征在于，步骤s2中所述采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hr
s
(g)；的计算公式为：hr
s
(g)＝hr
e
(g)*f(t
s
)*f(t
r
)*f(
△
p
s
)*f(p
b
)，其中，hr
s
(g)为实际热耗率，g为机组功率。4.根据权利要求3所述的一种火电机组循环冷却水流量测量方法，其特征在于，步骤s3中所述凝汽器热负荷q
cond
的计算公式如下：q
cond
＝hr
s
(g)*g/3600*(1-η)-g-g
loss-q
aux
其中，q
aux
为进出系统的辅汽能量，g
loss
为发电机损失，从发电机说明书查得，η为散热损失，从发电机说明书查得。5.根据权利要求4所述的一种火电机组循环冷却水流量测量方法，其特征在于，步骤s4中所述循环冷却水流量w
t
的计算公式为：w
t
＝q
cond
/
△
t/c
p
△
t＝((t5+t6)/2+(t7+t8)/2)/2-((t1+t2)/2+(t3+t4)/2)/2其中，w
t
为循环冷却水流量，c
p
为循环冷却水定压比热容，
△
t为循环冷却水温升，t1、t2、t3、t4、t5、t6均为温度传感器的测量值。6.一种火电机组循环冷却水流量测量系统，其特征在于，包括：热耗率修正计算模块、实际热耗率计算模块、凝汽器热负荷计算模块、循环冷却水流量计算模块；所述热耗率修正计算模块的作用为：开展多个工况下汽轮机热力性能试验，得到各工况下试验热耗率hr
i
，然后进行二类修正计算，得到二类修正后的热耗率hr
e
；所述实际热耗率计算模块的作用为：将所述二类修正后的热耗率hr
e
与机组功率g采用最小二乘法拟合得到机组热耗率随机组负荷变化曲线，根据机组热耗率随机组负荷变化曲线得到运行工况下机组功率为g时的理论热耗率hr
e
(g)，并采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hr
s
(g)；所述凝汽器热负荷计算模块的作用为：根据机组功率g和机组热耗率hr
s
(g)以及与发电机相关的固定参数，计算得到凝汽器热负荷q
cond
；
所述循环冷却水流量计算模块的作用为：根据凝汽器热负荷q
cond
和循环冷却水温升
△
t计算得到循环冷却水流量w
t
。7.根据权利要求6所述的一种火电机组循环冷却水流量测量系统，其特征在于，所述二类修正后的热耗率hr
e
的计算公式为：hr
e
＝hr
i
/[f(t
s
)*f(t
r
)*f(
△
p
s
)*f(p
b
)]，其中，f(t
s
)、f(t
r
)、f(
△
p
s
)、f(p
b
)分别为主汽温度t
s
、再热蒸汽温度t
r
、再热器压损
△
p
s
、低压缸排汽压力p
b
对应的修正函数。8.根据权利要求7所述的一种火电机组循环冷却水流量测量系统，其特征在于，所述采用反向二类修正计算运行工况下机组功率为g时的实际热耗率hr
s
(g)；的计算公式为：hr
s
(g)＝hr
e
(g)*f(t
s
)*f(t
r
)*f(
△
p
s
)*f(p
b
)，其中，hr
s
(g)为实际热耗率，g为机组功率。9.根据权利要求8所述的一种火电机组循环冷却水流量测量系统，其特征在于，所述凝汽器热负荷q
cond
的计算公式如下：q
cond
＝hr
s
(g)*g/3600*(1-η)-g-g
loss-q
aux
其中，q
aux
为进出系统的辅汽能量，g
loss
为发电机损失，从发电机说明书查得，η为散热损失，从发电机说明书查得。10.根据权利要求9所述的一种火电机组循环冷却水流量测量系统，其特征在于，所述循环冷却水流量w
t
的计算公式为：w
t
＝q
cond
/
△
t/c
p
△
t＝((t5+t6)/2+(t7+t8)/2)/2-((t1+t2)/2+(t3+t4)/2)/2其中，w
t
为循环冷却水流量，c
p
为循环冷却水定压比热容，
△
t为循环冷却水温升，t1、t2、t3、t4、t5、t6均为温度传感器的测量值。

技术总结
一种火电机组循环冷却水流量测量方法及系统，属于火力发电技术领域，解决现有技术循环冷却水流量的计算不准确的问题；本发明通过二类修正计算得到二类修正后的热耗率HR


技术研发人员：邵飞 刘冠军 张宁 蒋寻寒 吴仲 陈开峰 阮圣奇 朱涛 宋勇
受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司 大唐锅炉压力容器检验中心有限公司
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/9/20