淺談無(wú)節(jié)流裝置的主蒸汽測(cè)量

1、Company LOGO淺談無(wú)節(jié)流裝置的主蒸汽測(cè)量劉業(yè)鵬 鐘汕林 周新麗 李帥 張小梅Company LOGO無(wú)節(jié)流裝置使用情況無(wú)節(jié)流裝置使用情況目前國(guó)內(nèi)外對(duì)蒸汽流量的測(cè)量普遍采用節(jié)流裝置目前國(guó)內(nèi)外對(duì)蒸汽流量的測(cè)量普遍采用節(jié)流裝置, , 即孔板或噴嘴。這種測(cè)量方法沿用至今已有多年即孔板或噴嘴。這種測(cè)量方法沿用至今已有多年歷史歷史, , 由于節(jié)流元件完全按照流體力學(xué)理論進(jìn)行由于節(jié)流元件完全按照流體力學(xué)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)以保證其測(cè)量精度設(shè)計(jì)以保證其測(cè)量精度, , 因而在非設(shè)計(jì)工況下將因而在非設(shè)計(jì)工況下將會(huì)使測(cè)量誤差增大會(huì)使測(cè)量誤差增大。此外節(jié)流元件所帶來(lái)的蒸汽此外節(jié)流元件所帶來(lái)的蒸汽 壓力損失壓力損失,

2、 , 也影響到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性也影響到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性, , 而且節(jié)流元而且節(jié)流元件的檢修亦極為不便。因此件的檢修亦極為不便。因此, , 近年來(lái)有些外國(guó)機(jī)近年來(lái)有些外國(guó)機(jī)組組, , 尤其日本的一些電廠采用汽輪機(jī)第一級(jí)后的尤其日本的一些電廠采用汽輪機(jī)第一級(jí)后的壓力信號(hào)進(jìn)行主蒸汽壓力信號(hào)進(jìn)行主蒸汽流流量的測(cè)量量的測(cè)量, , 取得了好的效取得了好的效果。果。Company LOGO如何測(cè)量 為了提高經(jīng)濟(jì)性,大型汽輪機(jī)主蒸汽流量一般不不通過(guò)流量測(cè)量通過(guò)流量測(cè)量裝置獲得,而是通過(guò)計(jì)算的方法獲得。在對(duì)火電機(jī)組進(jìn)行在線性能監(jiān)測(cè)時(shí), 需用主蒸汽流量來(lái)計(jì)算熱耗率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo),主蒸汽流量計(jì)算精度低會(huì)引起熱耗率計(jì)算值的較大偏

3、差。目前廣泛采用弗弗留格爾公式留格爾公式計(jì)算主蒸汽流量,而采用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)回歸的新方法理論上也是可行的 。由于 汽輪發(fā)電機(jī)組工況變動(dòng)頻繁,影響主蒸汽流量的因素 眾多,要保證其較高的在線計(jì)算精度較為困難。Company LOGOTable of Contents主蒸汽流量計(jì)算主蒸汽流量計(jì)算方法比較方法比較Company LOGO弗留格爾公式 弗留格爾公式用來(lái)描述汽輪機(jī)變工況時(shí)的流量特性，有兩種常見(jiàn)形式:式中式中: 下標(biāo)下標(biāo) 0 表示已知的標(biāo)準(zhǔn)工況表示已知的標(biāo)準(zhǔn)工況( 額定工況額定工況) 參數(shù)參數(shù), 下下 標(biāo)標(biāo) 1 表示級(jí)組前參數(shù)表示級(jí)組前參數(shù), 下標(biāo)下標(biāo) 2 表示級(jí)組后參數(shù)表示級(jí)

4、組后參數(shù); G 為新為新 工況主蒸工況主蒸汽流量汽流量, t/ h; p 為新工況調(diào)節(jié)級(jí)后壓力為新工況調(diào)節(jié)級(jí)后壓力, M Pa; T 表示新工況表示新工況調(diào)節(jié)級(jí)后溫度調(diào)節(jié)級(jí)后溫度, K。式。式( 1) 用于凝汽式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后流量計(jì)用于凝汽式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后流量計(jì)算算, 式式(2) 用于單個(gè)壓力級(jí)級(jí)組流量計(jì)算。用于單個(gè)壓力級(jí)級(jí)組流量計(jì)算。Company LOGO 式( 1) 應(yīng)用條件為: 工況變化前后, 調(diào)節(jié)級(jí)后的通流部分面積不變, 抽汽流量與主蒸汽流量為線性關(guān)系 。式( 2) 應(yīng)用條件為: 級(jí)組內(nèi)有足夠多的級(jí)數(shù), 蒸汽流速為亞音速, 且通流面積不變。二式中的流量原意是指通流部分流量, 考慮到汽

5、封和閥桿的漏汽流量相對(duì)較少且與主蒸汽量近似成正比關(guān)系, 故一般換成主蒸汽流量來(lái)處理。 用熱力試驗(yàn)得到 比較精確的主蒸汽流量, 確定了流量公式的修正系數(shù), 在常見(jiàn)運(yùn)行工況下使計(jì)算誤差小于 2% 。Company LOGO式(1)是由理想氣體公式推導(dǎo)而來(lái), 理想氣體與高壓蒸汽的性質(zhì)有顯著差異, 故用式(1)計(jì)算高壓蒸汽流量是不合理的，作為替代,可借用噴嘴臨界流量變工況公式來(lái)計(jì)算凝汽式汽輪機(jī)的主蒸汽流量:考慮到某些汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后無(wú)溫度測(cè)點(diǎn)考慮到某些汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后無(wú)溫度測(cè)點(diǎn), 還推導(dǎo)出一個(gè)還推導(dǎo)出一個(gè)以主蒸汽溫度進(jìn)行修正的噴嘴配汽計(jì)算以主蒸汽溫度進(jìn)行修正的噴嘴配汽計(jì)算 主蒸汽流量的半主蒸汽流量的半經(jīng)驗(yàn)

6、公式經(jīng)驗(yàn)公式, 但形式稍復(fù)雜但形式稍復(fù)雜, 系數(shù)的確定也較困難。系數(shù)的確定也較困難。Company LOGO汽輪機(jī)的速度級(jí)定義汽輪機(jī)的速度級(jí)又稱做調(diào)節(jié)級(jí)，對(duì)多級(jí)汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，它是指汽輪機(jī)的第一個(gè)做功級(jí)。由于從汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴內(nèi)噴出的蒸汽是汽輪機(jī)新蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴減壓擴(kuò)容而來(lái)，因此此時(shí)的蒸汽具有很高的流速。在很大程度上，蒸汽對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)葉輪的做功就是靠這極大的汽流速度沖擊而獲得，因此，早期就把調(diào)節(jié)級(jí)稱做速度級(jí)稱做速度級(jí)。Company LOGOBP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)回歸 基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)回歸的方法的特點(diǎn)是: 可根據(jù)機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)以提高 主蒸汽流量計(jì)算精度, 計(jì)算模型通用,

7、 通過(guò)有限的樣本 數(shù)據(jù)訓(xùn)練后可達(dá)到 1% 誤差誤差的計(jì)算精度, 可通過(guò)相關(guān) 參數(shù)診斷通流部分面積是否變化并計(jì)算出相對(duì)正確的 主蒸汽流量。然而, 這類(lèi)方法存在以下問(wèn)題: 文獻(xiàn)中提供的樣本都是機(jī)組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( DAS) 根據(jù)弗留格爾 公式計(jì)算出來(lái)的, 并非主蒸汽流量的真實(shí)值。只有通過(guò)熱力試驗(yàn)才能得到較為可信的主蒸汽流量值。熱力試驗(yàn)的工況點(diǎn)有限, 得到的數(shù)據(jù)樣本數(shù)較少, 并不能滿足訓(xùn)練樣本數(shù)的需要。這類(lèi)方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程較復(fù)雜, 而且尚未經(jīng)過(guò)實(shí)際未經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證。應(yīng)用的驗(yàn)證。Company LOGO3 種主蒸汽流量計(jì)算公式比較 弗留格爾公式形式簡(jiǎn)單, 通過(guò)長(zhǎng)期應(yīng)用的檢驗(yàn)已 被證明可靠和有效, 故本文

8、以弗留格爾公式作為研究 對(duì)象, 應(yīng)用式( 1) ( 3) 對(duì)某臺(tái) 660 M W 機(jī)組汽輪機(jī)的 多個(gè)典型工況進(jìn)行主蒸汽流量的計(jì)算, 分析、比較這 3 種公式的計(jì)算精度。原始數(shù)據(jù)來(lái)源于該型汽輪機(jī)熱平 衡設(shè)計(jì)資料( 表 1) 。 以額定工況作為標(biāo)準(zhǔn)工況, 采用式( 1) 和式( 2) 計(jì) 算主蒸汽流量, 修正溫度取調(diào)節(jié)級(jí)后溫度。由調(diào)節(jié)級(jí) 后壓力和溫度算出比體積, 再用式( 3) 計(jì)算主蒸汽流 量。3 種公式計(jì)算出的主蒸汽流量與標(biāo)準(zhǔn)流量的相對(duì) 誤差見(jiàn)圖 1。Company LOGO表 1 660 MW 汽輪機(jī)主蒸汽流量計(jì)算用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)Company LOGO相對(duì)誤差Company LOGO 從圖 1

9、看出, 在工況 1 即額定工況, 主蒸汽流量計(jì) 算誤差為零。3 種公式的誤差方向都一致, 部分負(fù)荷 時(shí)誤差為正, 流量計(jì)算偏大; 高于額定負(fù)荷時(shí)為負(fù), 流 量計(jì)算偏小。在部分負(fù)荷范圍, 式( 1) 和式( 2) 的誤差 都較大, 最大誤差接近5%, 而式( 1) 的誤差稍大于式(2) 。 在部分負(fù)荷工況下, 式( 3) 的結(jié)果明顯優(yōu)于式( 1) 和式( 2) , 特別是滑壓運(yùn)行的工況 5、6、7, 誤差小于 0. 5%, 驗(yàn)證了文獻(xiàn) 1 的正確性。定壓運(yùn)行的工況 2、 3、4 誤差稍大, 超出了 1% , 這是由于噴嘴配汽時(shí)調(diào)節(jié) 級(jí)存在部分進(jìn)汽度, 引起主蒸汽流量計(jì)算值偏大。工況 8 即高加停

10、運(yùn)工況式( 2) 的誤差小于 1% , 相 對(duì)較好, 而式( 1) 和式( 3) 的誤差都較大。Company LOGO新的主蒸汽流量計(jì)算公式 從圖 1 顯示的大多數(shù)工況的主蒸汽流量計(jì)算誤差 結(jié)果來(lái)看, 只有式( 3) 的精度較高, 在高加切除工況, 式 ( 2) 誤差最小, 式( 1) 相對(duì)其它兩式較差。所以, 如果把 式( 2) 和式( 3) 的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)可以得到一個(gè)較優(yōu)的公 式。式( 2) 的適用條件簡(jiǎn)單, 容易滿足, 其排除了蒸汽 比體積動(dòng)態(tài)特性和級(jí)組后所有設(shè)備工況變化的影響, 所以應(yīng)優(yōu)先選用。目前大型汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)的第 1 壓 力級(jí)組后往往是一段給水加熱抽汽口, 應(yīng)把對(duì)象確定 為第 1 壓力級(jí)組。至于高加投停、廠用汽投停、再熱器 減溫水等因素對(duì)第 1 壓力級(jí)組以后的通流部分變化的 影響, 可以體現(xiàn)到該級(jí)組前后參數(shù)的變化上。式( 3) 采 用壓力和比體積的乘積 p v 來(lái)修正, 計(jì)算精度較高。因 此, 提出一個(gè)新的主蒸汽流量計(jì)算公式:Company LOGO式中式中, 下標(biāo)下標(biāo) d 表示高排參數(shù)表示高排參數(shù), 其余參數(shù)定義同前