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第55卷第6期2013年L2月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYVO155NO6DEC2013汽动给水泵组效率在线监测方法及应用李勇,李仁杰,曹丽华,张炳文东北电力大学能源动力工程学院,吉林132012摘要汽动给水泵组作为汽轮机的重要辅助设备,其运行经济性受到了运行部门的普遍重视。提出了汽动给水泵组效率的计算和在线监测方法。同时,考虑到给水流量的测量误差比较大,以除氧器入口凝结水流量为基准计算给水流量,以便提高计算精度。对于辅助流量高加旁路泄漏量、给水泵密封水泄漏量、除氧器水位变化当量流量也进行了适当修正计算。将汽动给水泵组效率监测模型应用于某660MW机组,结果表明,该模型可以实时采集和处理数据,泵组效率的监测精度较高,可以用来分析预测汽动给水泵组的性能变化。关键词汽动给水泵组;效率;在线监测;经济性诊断分类号TM621文献标识码A文章编号10015884201306040803ON1INEEFFICIENCYMONITORINGMETHODANDITSAPPLICATIONOFTURBINEDRIVENBOILERFEEDPUMPSETLIYONG,LIRENJIE,CA0LIHUA,ZHANGBINGWENSCHOOLOFENERGYANDPOWERENGINEERING,NORTHEASTDIANLIUNIVERSITY,JILIN132012,CHINAABSTRACTASANIMPORTANTAUXILIARYEQUIPMENTOFSTEAMTURBINE,THEOPERATINGECONOMYOFTHETURBINEDRIVENBOILERFEEDPUMPSETHASATTRACTEDWIDESPREADATTENTIONFROMTHEOPERATIONDEPARTMENTANOILLINEEFFICIENCYMONITORINGANDCALCULATIONMETHODOFTURBINEDRIVENBOILERFEEDPUMPSETISPUTFORWARDINTHISPAPERBYVERIFYINGTHEFEEDWATERFLOWWITHTHEDEAERATORENTRANCECONDENSATEFLOWASTHECRITERIONCONSIDERINGTHATTHEMEASUREMENTERROROFFEEDWATERFLOWISLARGEENOUGHWHICHCANNOTBENEGLECTEDAPPROPRIATECORRECTIONOFTHEAUXILIARYFLOW1EAKAGEOFTHEHYDRAULICBYPASSSYSTEMOFHPHEATERS,LEAKAGEOFSEALINGWATERFROMFEEDWATERPUMP,EQUIVALENTFLOWOFDEAERATORWATERLEVELCHANGESWEREALSOPROCEEDEDTOIMPROVETHECALCULATIONACCURACYTHENEWCALCULATIONMETHODHASBEENAPPLIEDINONE660MWSTEAMTURBINEUNIT,THERESULTSSHOWSTHATTHESAIDMETHODHASTHECAPABILITYOFREALTIMEACQUIRINGANDPROCESSINGDATAWITHHIGHERACCURACYWHICHCANBEUSEDTOANALYSEANDFORECASTCHANGESOFTHETURBINEDRIVENBOILERFEEDPUMPSETKEYWORDSTURBINEDRIVENBOILERFEEDPUMPSET;EFFICIENCY;ONLINEMOMTONNG;ECONOMYDIAGNOSIS0前言汽轮发电机组的运行经济性不仅依赖于主汽轮机的效率,同时还取决于热力系统中各个辅机的配置和运行性能。随着火电机组单机容量和蒸汽参数的提高,辅机的配置和运行性能对机组热经济性的影响越来越大。作为火力发电厂中重要辅助设备的汽动给水泵及其驱动汽轮机构成的汽动给水泵组已经引起了业内人士的广泛重视。采用小汽轮机驱动是给水泵驱动方式之一,其具有安全可靠性高、经济性好、使用灵活等特点,我国300MW及以上湿冷火电机组中,已大部分采用小汽轮机驱动。由于驱动给水泵的小汽轮机属于纯凝汽式汽轮机,无回热抽汽,导致小汽轮机的排汽焓无法准确确定,从而引起小汽轮机的相对内效率和给水泵效率均无法准确地实现在线监测。我国现行的测试标准GB321689、DLT8392003L2提出采用热力学方法测量给水泵效率,但热力学方法在计算给水泵效率时也存在着一定的问题。一是测量仪表精度等级不统一。一般地,即使在相同的效率精度下,对于不同的测试场合所要求的测量仪表精度也不同,有时甚至相差很大;二是即使测量仪表精度较高,但由于安装、操作以及读数等方面的人为因素,也会影响到测量结果。同时,给水泵效率计算时还需要一些经验值或者能量损失率的估计值等,在一定程度上影响到给水泵效率的计算精度和汽动给水泵组的经济性评价。针对上述问题,本文结合汽轮机及给水泵的工作原理,提出采用汽动给水泵组效率作为评价指标,并给出汽动给水泵组效率的在线监测方法。同时,基于凝结水流量确定给水流量,并计算汽动给水泵组的效率。最后,对汽动给水泵组效率的监测进行了应用检验。1汽动给水泵组性能诊断方法11汽动给水泵组能量平衡方程收稿日期20130628基金项目吉林省科技发展计划重点项目20110409。作者简介李勇1964一,男,博士,教授,现主要从事火力发电厂热经济性诊断等方面的教学和科研工作。第6期李勇等汽动给水泵组效率在线监I贝0方法及应用409汽动给水泵组的能量平衡方程可表示为鲁专。即PP叼M叩叼2式中,P。为给水泵组的有效功率,即给水泵输出功率,KW;P为小汽轮机理想内功率,KW;P为小汽轮机实际内功率,KW;P为小汽轮机轴端功率,KW;叼为小汽轮机的相对内效率;7为小汽轮机的机械效率;研为给水泵效率。将汽动给水泵、传动部件以及小汽机作为一个汽动给水泵组,则泵组效率定义为给水泵的有效输出功率与小汽轮机输入功率之比,即PKM叼P3式中,叼为泵组效率。由于目前小汽轮机相对内效率、传动效率及给水泵效率尚无成熟、准确的在线监测方法,这里,对汽动给水泵组效率进行监测。12汽动给水泵组热力系统分析这里,选择以前置泵出口为人口断面、给水泵出口为出121断面构建开口热力系统。如图1中虚线框内图示。图1660MW机组给水系统在所选开口热力系统中,进入给水泵的流量为除氧器出口水流量,包括凝结水流量、除氧器抽汽流量、高压加热器疏水流量。出口水流包括进入高压加热器的主给水、水泵出口引出的过热器减温水和从给水泵中间抽头引出的再热器减温水。小汽轮机的蒸汽汽源一般分为高压汽源和低压汽源。正常运行时,采用第四级抽汽作为汽源,为低压汽源。小汽轮机的输入功率为蒸汽在小汽轮机内的理想内功率,亦即假定小汽轮机通流部分无任何损失时的内功率,即PDAH4式中,D为小汽机进汽量,KGS;AH为小汽轮机等熵比焓降,KJKG。汽动给水泵组的有效输出功率为PPDUP。一PP,D”T,P一P5其中DDMD6D”DMDD。7UP8UN9式中,D和D”分别为以中间抽头为分界的泵高、低压段水流量,KGS;U和“”分别为泵高、低压段内水的比容,MKG;P。P。和P分别为水泵出口压力、中间抽头压力和水泵进口压力,KPA;D为给水流量,KGS;D为过热器减温水流量,KGS;D。,为再热器减温水流量,KGS;UUP和”分别为给水泵出口、中间抽头和水泵进EL处水的比容,MKG。2汽动给水泵组效率在线监测系统21汽水流量在线核算由式3一式5可知,影响泵组效率计算精度的主要因素是给水流量以及相关压力数据的准确度。而压力测量装置的精度和工作稳定性都很高,因此降低在线监测误差的重点在于提高给水流量的测量精度。汽动给水泵组效率在线监测流程如图2所示。图2泵组效率在线监测系统由电厂的分散控制系统DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM,DCS,能够很方便地获得电厂运行的实时数据,对实时数据的测量误差进行检测和校正,是机组性能监测和能损诊断急需解决的问题J。随着机组容量增大、参数提高,直接测量给水流量在技术上有很大的困难,也存在相当的误差。这是由于给水温度普遍超过150C,在一定程度上影响了给水流量测量装置的变形量,并增加了由于高雷诺数引起的流量系数的外推量。同时,考虑到凝结水流量表计的准确性较高,因此,采用由凝结水流量导出给水流量的方法。本文以除氧器人口实测主凝结水流量作为流量的基准值,通过高压加热器、除氧器的能量平衡和质量平衡确定出监测模型中相关主、辅汽水流量,包括主给水流量、四级加热器抽汽流量。22基于凝结水流量确定给水流量汽轮机性能试验时一般选择在进入除氧器的凝结水水平直管段上加装流量测量装置,并以此流量为基准计算给水流量,进而确定汽轮机组其它流量数值。本文选取除氧器凝结水进口与高压加热器出口之间的回热系统构建开口热力系统,以低压加热器出口实测的凝结水流量为基准,调用DCS中高压加热器和除氧器的温度、压力测点的在线监测数据,得到锅炉给水流量。1号高压加热器热平衡方程式DLQ1D110式中,D。为1号高压加热器内抽汽流量也即疏水流量,KGS;G为1号高压加热器内抽汽放热量,KJKG;为1号高压加热器内给水比焓升,KJKG。410汽轮机技术第55卷2号高压加热器热平衡方程式D1Y2D2Q2DMR211式中,为2号高压加热器内疏水放热量,KJKG;D为2号高压加热器内抽汽流量,KS;Q为2号高压加热器内抽汽放热量,KJKG;Z2为2号高压加热器内给水比焓升,KJKG。3号高压加热器热平衡方程式DLD23D3Q3DR312式中,为3号高压加热器内疏水放热量,KJKG;D,为3号高压加热器内抽汽流量,KGS;Q为3号高压加热器内抽汽放热量,KJKG;7,为3号高压加热器内给水比焓升,KJKG。除氧器热平衡方程式4D4D4Q4DF413暑T式中,D为除氧器内抽汽流量,KGS;为除氧器内疏水放热量,KJKG;Q为除氧器内抽汽放热量,KJKG;D出为除氧器内疏水流量也即出口水流量,KS;R为除氧器内给水比焓升,KJKG。除氧器质量平衡方程式4DDD4一DM514式中,D表示5号低压加热器出口凝结水流量,KGS。由式1O式14中5个线性非相关方程计算5个未知数,DI1,2,3,4为计算过程量;DM为待求量,方程组有唯一解。确定出给水流量,代入式5中即可计算出汽动给水泵组的有效输出功率。23小汽水流量的处理1高压加热器旁路阀的泄漏流量高压加热器系统的给水侧通常设有旁路管道,正常运行计算中考虑。首先,对给水管道与旁路管道的交叉点列出平衡式,确定给水泄漏流量占总给水流量的比例L二1SH1一N“式中,H为1号高压高压加热器出口水比焓值,KJKG;为管道交叉点给水比焓值,KJKG;H为除氧器出口水比焓值,KJKG。然后,在式10式12中用D1一X代替D,解出D即为给水流量。2给水泵密封水漏入给水的流量给水泵的密封方式,般有机械密封系统其密封水不进入系统和注入式密封系统如迷宫式密封,其密封水进入系统两种。第一种的密封水为冷却用水,与给水是不接触的,因此,漏水量为零;第二种通常有一定流量的密封水进入给水或给水漏入密封水,因此计算中必须考虑密封水漏水流量的影响。3除氧器水位变化当量流量在文中建立的回热系统中,需要考虑存水量变化的储水容器主要是除氧器的水箱,可以用实际标定的方法来确定存水量变化与水位的关系曲线;也可以结合结构尺寸通过计算来求得。3计算实例应用本文提出的效率计算模型,调用某660MW电厂汽动给水泵组相关运行数据,进行数值计算和分析,结果见表1。由表1可见,采用式3一式5计算得到的汽动给水泵组效率能很好地反映机组各工况下泵组的运行经济性,而时旁路系统隔离。如果旁路阀不严密会发生给水泄漏,应在且泵组效率整体上与机组负荷的变化趋势一致。表1某时间段内泵组效率数值下转第426页L426汽轮机技术第55卷咖I;汽轮机功率,MW二拖一咖I200图5抽凝模式汽轮机功率与供热蒸汽量的关系关系曲线是计算得到的。从图5中可以看出,在抽凝工况下加,机组群负荷是逐渐降低的;二拖一抽凝模式运行时,最大当燃机负荷率不变时,随着供热蒸汽量的增加,汽轮机负荷供热量为1769GJH;一拖一抽凝模式运行时,最大供热量为逐渐减少;在背压模式下,供热蒸汽量越多,汽轮机功率越780GJH。大。4抽凝模式下,当供热量一定时,机组群存在最大功率4结论以北京地区某F级燃气一蒸汽联合循环机组为例,通过试验确定了背压模式下联合循环机组的最大、最小供热量,并以背压模式下的试验数据为基础,建立了抽凝模式下机组群负荷、供热量的数学模型,得到了抽凝模式下联合循环机组的供热性能和调峰性能。所得结论如下1背压模式下,机组群负荷越高,供热能力越大;二拖一背压运行时,供热量的范围为1330GJH一2417GJH;一拖一背压运行时,供热量的范围为600GJH1099GJH。2当环境温度和供热量一定时,背压运行的联合循环机组不具备调峰能力。3抽凝模式下,当燃机负荷率不变时,随着供热量的增和最小功率;随着供热量的增大,机组群的最大功率与最小功率之差越来越小,联合循环机组的调峰能力变差。参考文献1王永志,陈元锁S209FA型机组“二拖一”供热方式下的运行优化研究J燃气轮机技术,2012,25454572叶东平,杨其国,张宏涛,等F级燃气一蒸汽联合循环中的热电联供汽轮机J汽轮机技术,2006,4831841863张壮,马悦供热联合循环机组性能优化分析J电力建设,2012,331063664王永志,何剑联合循环电厂汽轮机供热运行的若干问题J燃气轮机技术,2009,22361635朱宪然,张清峰,赵振宁700

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