《燃煤电厂水罐蓄热灵活性改造性能试验方法》

ICS27.100

K51

备案号：53939-2016

准

T/CEC***—201*

燃煤电厂水罐蓄热灵活性改造性能试验方

法

Performancetestingmethodofflexibilitytransformationbywaterheatstorage

forcoal-firedpowerplants

2018-**-**发布2018-**-**实施

中国电力企业联合会发布

目次

前言.........................................................................................错误！未定义书签。

1范围...........................................................................................................................2

2规范性引用文件.......................................................................................................2

3术语和定义...............................................................................................................2

4测量技术与测量仪表...............................................................................................3

5试验要求...................................................................................................................5

6试验步骤...................................................................................................................7

7数据处理...................................................................................................................8

8试验报告...................................................................................................................9

1

燃煤电厂水罐蓄热灵活性改造性能试验方法

1范围

本标准规定了燃煤电厂增设水罐蓄热系统后，其性能考核试验的技术条件、试验要求、试验方法、数

据处理等内容。

本标准适用于设有单水罐蓄热系统的供热（抽汽）汽轮机组，用于机组最低供电负荷（保证供暖负荷

的前提下）以及水罐蓄放热能力的测试和评价，其他工作条件下的水罐蓄热性能试验可参考此标准。对于

可能出现的双水罐蓄热系统，本标准中涉及斜温层的条款和术语将不再适用，其他条款或者术语可参考使

用。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本

文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T8117汽轮机热力性能验收试验规程（GB/T8117.1~GB/T8117.4）

GB/T2624用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量（GB/T2624.1~GB/T2624.4）

GB/T18660封闭管道中导电液体流量的测量电磁流量计的使用方法

GB/T4272-2008设备及管道绝热技术通则

GB/T8174-2008设备及管道绝热效果的测试与评价

GB50185工业设备及管道绝热工程施工质量验收规范

3术语和定义

GB/T8117界定的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1水罐蓄热系统heatstoragesystemusingwatertank

用蓄热水罐为主设备实现蓄热过程和放热过程的各相关装置的总称，该系统包括换热设备、蓄热水罐、

蓄热介质、升压泵以及其他辅助设备。

3.2蓄热水罐waterstoragetank

包括同时储存高温热水（假设温度为TA）和低温热水（假设温度为TB）的容器以及容器内的其他辅

助装置，容器外形一般为圆柱体形状（分层效果较好），其中高温热水位于罐体的上部，低温热水位于罐

体的下部。在机组供热能力富裕时，将一定量的高温热水送入水罐储存，在机组供热能力不足时，将储存

的高温热水送出供热。

3.3蓄热介质heatstoragemedium

水罐蓄热系统中用于储存热量的物质，本标准中特指水。

3.4蓄热循环heatstoragecycle

水罐蓄热系统完成一个蓄热过程和放热过程的交替过程。

2

3.5斜温层thermocline

蓄热水罐内的水由于密度差而形成自然分层，上层高温水和下层低温水之间的水层称为斜温层。

3.6斜温层厚度thicknessofthermocline

蓄热水罐内的水温是连续变化的，将温度介于（TA－T，TB+T）的水层的厚度定义为斜温层厚度，

T应在试验前由参与试验的各单位协商确定，本标准推荐值为5℃。

3.7蓄热效率heatstorageefficiency

在蓄热过程中，将质量为M1、温度为TA的热水送入水罐储存；在放热过程中，送出的热水温度会从

TA开始逐渐降低，当热水温度降低至TA－T时，认为放热过程结束，送出的热水质量记为M2。将M1与

M2的比值定义为蓄热效率，用于衡量蓄热循环的可靠性。

3.8蓄（放）热功率heatcharge(discharge)rate

蓄热装置在单位时间内输入（出）能量与输出（入）能量的差值（MW），与斜温层厚度呈现负相关

的关系。

3.9完全蓄（放）热状态fullycharged(discharged)condition

依照设计要求，蓄热系统处于不能继续储存（释放）热量的状态。

3.10热电比ratioofheat-to-power

对于汽轮机组和水罐蓄热系统组成的整体，其供热负荷与供电负荷的比值定义为热电比，用于评价机

组的运行灵活性。

3.11连续运行时间continuousoperatingtime

在一定的初始条件下，水罐蓄热系统从开始蓄（放）热直至蓄（放）热过程结束所经过的时间。

3.12蓄（放）热量heatstorage(release)capacity

在连续运行时间内蓄（放）热功率随时间的累积量（MWh）。

4测量技术与测量仪表

4.1通则

GB/T8117.2-2008的部分条款通过引用成为本部分的条款。

4.1.1测量仪表

符合下列任何一类或几类的仪表均允许在试验中使用：

a）经法定主管机构校验过的测量仪表；

b）以法定主管机构校验过的测量仪表为基准，做了对比校验的测量仪表；

c）准确度已知的标准测量仪表；

d）准确度已知，合同双方同意使用的其他仪表。

如果使用变送器，则变送器应具有合适的量程，并证明具有与常规仪表同等的准确度。

可使用自动修正和记录测量值的数据采集装置，该装置也可用于随后的数据处理，但事先要对装置运

转的可靠性和正确性进行检查或验证。

3

4.1.2测量的不确定度

试验结果的不确定度取决于所有测量误差的综合影响。

单个测量的不确定度的大小应根据其读数对试验结果的影响而合理选择。试验结果的不确定度可参照

相关计算规则，由各个测量值的不确定度来计算。

4.1.3仪表的检验

需要校验的仪表应在试验前校验，各方在试验前都应得到校验证书，试验后重校的仪表应由各方商定。

4.1.4替代仪表

如果试验有关各方同意且能证明使用这些仪表系统能够达到本标准所要求的准确度，则一些先进的仪

表系统，如采用电子装置或质量流量技术，可替代本标准中强制性的仪表。

4.2液体流量测量

GB/T26194的部分条款通过引用成为本部分的条款。

4.2.1依据标准

液体流量测量依据下述标准：

1）差压法流量测量应满足GB/T2624.1-GB/T2624.4的要求；

2）电磁法流量测量应满足GB/T18860的要求；

3）对于没有现行标准适用的仪器，例如：通过测速来测流量的插入式流量计（涡轮流量计、转子流

量计和靶式流量计），应按实际情况采用生产商的建议。

4.2.2校准及不确定度

液体流量计应由生产厂或第三方机构，在测试进行前不超过一年的时间内进行过实验校准标定。校准

至少应选择预计流量的三个代表值，即最小、典型及最大流量与相关检定合格标准进行比较。建议采用5

个点来进行适当的曲线拟合。测量仪器及其附带的读数装置的不确定度为0.75~1.5%。

4.2.3双向流

对于流动方向随着运行模式变化而变化的流量测量点（本标准中蓄热水罐的进出流量），流量计应采

用双向流量计或使用两个单向流量计。

4.2.4测点

流量计除按生产厂家的技术文件要求安装外，还应满足下述条件：

1）流量计应安装在直流管段上，至少在距其上游20倍管径与下游10倍管径的管长内，不存在任何

干扰因素，空间截面变化应小于或等于5%；

2）流量计不应安装在流体向下流动的垂直管路上；

3）流量计不应安装在泵的吸入端；

4）对插入式流量计，测量杆应垂直于流体运动方向安装；

5）如果没有要求的直流管道，或在动态流动状态，如剧烈的涡流，或空间变化较大，超过5%，应采

用准确度不依赖均匀流型的流量计，或使用流量整流装置。

4

4.3温度测量

4.3.1基本原则

温度测点应尽可能靠近确定焓值所相应的压力测点。凡是对试验结果有影响的温度测点，应采用紧挨

一起的两个不同测点处进行测量，并应取两者读数的平均值作为流体的温度值。

如果怀疑某一管内或设备内流束的温度分布不均匀，而其加权平均值对试验结果有影响，则应用测温

器沿管径查明温度分布，同时各方应就取得平均值的办法达成一致意见。

4.3.2仪表

使用校验过的热电偶，其不确定度应满足±1℃；使用校验过的热电阻，其不确定度应满足±0.2℃。

对于蓄热水罐的温度测量，考虑到其体积较大、竖直高度很高，如果罐体本身设有温度测点且其位置、

精度满足试验要求，可使用原有仪表进行测量；如果已有温度测点位置合理但是仪表精度不满足试验要求，

可使用满足要求的仪表替代原有仪表。

4.4压力测量

4.4.1基本原则

取压孔应尽可能布置在远离任何扰动的直管段上，每个取压点处都宜装一合适的截止阀。对于高压测

点，在传压管的压力表侧还宜安装二次阀。

取压孔宜与管道内壁垂直。内孔口边缘应是尖锐直角且无毛刺，在至少2倍孔径长度内，孔应笔直且

孔径不变。取压孔的内径宜从较高压力（>250kPa）下的6mm至较低压力（<250kPa）下的12mm之间选

用。

为防止取压和压力测量装置之间的传压管中水柱不明而引入误差，管线布置宜使传压管中全部充满水

或者全部无水。

4.4.2仪表

试验用测压装置的校验准确度宜在被测压力的±0.2%以内，对于不重要的压力测点，校验准确度应在

±0.5%以内。

4.4.3发电机上网功率测量

汽轮发电机上网功率是指除去各种辅机消耗功率及损失后，可直接向电网传输的功率，其不确定度应

满足0.1~0.2%。

对于中线直接接地（地面）或四线制的三相发电机，机组功率应采用三功率表法测量。

对于中线通过电阻、电抗或者变压器加电阻接地（地面）的三相发电机，机组功率可采用两功率表法，

但最好是用三功率表法测量。任何情况下均可用电度表取代功率表。

电功率尽可能用双重表测量，包括双重的电压和电流互感器，这有利于提高测量准确度。

5试验要求

5.1试验准备

采用本标准对汽轮机组和水罐蓄热系统组成的整体进行试验前，应使系统中所有安装的设备及装置处

于正常工作状态，包括所有的控制元件、控制程序。

采用本标准进行测试试验之前，水罐蓄热系统应完成2~3次完整的蓄热循环，达到完全蓄（放）热状

态，同时不少于水罐蓄热系统安装厂家推荐的循环次数，用以保证水罐蓄热系统的初始测试状态能够代表

5

其正常的运行状态。

测量仪器应满足第4章的要求。

5.2测点配置

5.2.1基本测点

采用本标准测试的水罐蓄热系统应提供测量下述参数的测点位置及仪器。除发电机上网功率外，其他

温度、压力和流量测点如图1所示。

发电机上网功率可根据实际情况使用合格的仪表直接测量，或试验各方经过协商后通过厂内原有的功

率测量仪表读取数值。

图1水罐蓄热系统测点示意图

注：

T1——热网加热器抽汽温度，℃；

T2——热网加热器疏水温度，℃；

T3——热网加热器循环水出口温度，℃；

T4——热网加热器循环水入口温度，℃；

T5——蓄热水罐出口温度，℃；

T6——蓄热水罐入口温度，℃；

T7——蓄热水罐内部不同高度处的温度，℃，代表多个测点；

P1——热网加热器抽汽压力，MPa；

P2——热网加热器疏水压力，MPa；

P3——热网加热器循环水出口压力，MPa；

P4——热网加热器循环水入口压力，MPa；

P5——蓄热罐高温热水工作压力，MPa；

P6——蓄热罐低温热水工作压力，MPa；

F2——热网加热器疏水流量，m³/h；

6

F4——热网加热器循环水流量，m³/h；

F5——蓄热罐高温热水流量，m³/h；

F6——蓄热罐低温热水流量，m³/h。

5.2.2其他

试验过程中，汽轮机组的工况参数（主蒸汽流量、温度、压力等）作为辅助参数使用，对实验结果无

直接影响，在对原有仪表进行一定检查后，可以直接读取原有仪表的数值作为参考。

蓄热水罐的温度测点配置须由试验各方协商确定。为准确测定罐体内部斜温层厚度，理论上必须沿罐

体竖直方向布置连续测点，相邻测点的在竖直方向上的高度差不宜超过0.05m，进而得到罐体内部流体沿

高度方向的温度分布图。但是，蓄热水罐垂直高度很高，造成需要布置的温度测点数量迅速增加，实际测

量过程中难度很大。试验各方可根据实际情况，在蓄热水罐高、中、低位置各选择某一范围布置连续测点，

计算从斜温层开始通过直至通过结束时蓄热水罐流出的累计体积流量，进而根据蓄热水罐的横截面积推算

斜温层厚度。

5.3所需资料

在按本标准进行测试前，相关主管部门应确定以下资料：

a）整个水罐蓄热系统的流程图，包括：所有主要部件以及连接管线，流体流量、温度和压力测点的

位置及数量，系统控制方式，系统边界等。

b）蓄热水罐的尺寸参数、设计工作温度、布水器高度及型式、有效容积、有效截面积、设计体积流

量、进出口位置等；

c）在设计工况下，厂家对斜温层厚度的保证值；

d）在设计工况下，厂家对最大蓄热流量和放热流量的保证值；

e）供暖季内为有效保证供热负荷，汽轮机组的最低供电负荷。

6试验步骤

6.1测试准备

在测试前，水罐蓄热系统应该按照5.1的规定进行试验准备。

进行测试前需要向相关部门提供试验申请和试验方案，并需要汽轮机组运行人员的配合才能进行试验。

采用本标准进行试验的测量点的数量、测量点的标识见图1。

6.2设计工况测试

1、根据蓄热水罐的设计体积流量及工作温度，假设高温热水温度为TA，低温热水温度为TB，设计体

积流量为Q0。

2、本项测试过程中，对汽轮机组的运行工况没有严格要求，但是运行工况应尽量稳定，以有利于一

次热网加热器循环水温度的控制和调节。

3、本项测试过程中，图1中标示的测量位置1~4处的数据用作调节热网加热器工况的依据。

4、测试过程开始，先使蓄热水罐充满温度为TB的低温热水，随后调整一次热网加热器的工作状态，

使其供水温度达到TA（位置3），蓄热过程开始，通过对循环泵的变频控制使得蓄热过程的体积流量为Q0，

蓄热过程在蓄热水罐达到完全蓄热状态时结束，记录T5、P5、F5、T6、P6、F6以及蓄热水罐上温度测点T7

随时间的变化。

5、调整热网加热器回水温度至TB（位置4），放热过程开始，将放热过程中的体积流量调整至Q0，

放热过程在蓄热水罐达到完全放热状态时结束，记录T5、P5、F5、T6、P6、F6以及蓄热水罐上温度测点T7

7

随时间的变化。

6、重复步骤4和步骤5两次至三次，对试验数据进行对比分析，若无重大偏差，可认为该试验过程

结束。

7、蓄热过程供水温度和放热过程回水温度的波动应保证在±1℃的范围内。试验过程中流量波动应保

证在±3%以内，应尽量保证蓄热水罐的出水流量和入水流量相同或相近。

6.3非设计工况测试

将蓄热过程和放热过程的体积流量依次调整为设计流量Q0的30%、60%、90%、110%、120%、130%，

重复6.2节的步骤4~6，记录相关数据。

6.4最低供电负荷测试

1、先将蓄热水罐充满温度为TA的高温热水，随后将蓄热系统孤立，不参与蓄热过程或者放热过程。

2、调整锅炉燃烧负荷，在保证汽轮机组安全运行的前提下使抽汽供热阀门始终处于最大可能开度，

为保证供热能力锅炉燃烧负荷存在一个最小值，在该燃烧负荷下、抽汽量最大时，汽轮机组恰好可以满足

供热需求。

3、在锅炉最低燃烧负荷对应的汽轮机组工况下，蓄热系统开始放热过程，放热体积流量为设计值Q0，

此时在满足供热需求的前提下可以进一步降低锅炉燃烧负荷，当锅炉燃烧负荷降至最低时系统的供电负荷

即最低供电负荷。

6.5保温性能测试

使蓄热水罐达到完全蓄热状态，切断蓄热罐进出口阀门，静置24h，观察蓄热罐内部水的温度变化情

况。

7数据处理

7.1斜温层厚度

在6.2节和6.3节的测试中，斜温层厚度（m）的计算公式为：

F

Q5

Lt

AA

注：Q为针对布置在蓄热水罐上的多个温度测点，斜温层通过温度测点时累积的蓄热或放热体积流量，

m³；A