浅谈无节流装置的主蒸汽测量

1、Company LOGO浅谈无节流装置的主蒸汽测量刘业鹏 钟汕林 周新丽 李帅 张小梅Company LOGO无节流装置使用情况无节流装置使用情况目前国内外对蒸汽流量的测量普遍采用节流装置目前国内外对蒸汽流量的测量普遍采用节流装置, , 即孔板或喷嘴。这种测量方法沿用至今已有多年即孔板或喷嘴。这种测量方法沿用至今已有多年历史历史, , 由于节流元件完全按照流体力学理论进行由于节流元件完全按照流体力学理论进行设计以保证其测量精度设计以保证其测量精度, , 因而在非设计工况下将因而在非设计工况下将会使测量误差增大。此外节流元件所带来的蒸汽会使测量误差增大。此外节流元件所带来的蒸汽 压力损失压力损失

2、, , 也影响到机组的经济性也影响到机组的经济性, , 而且节流元而且节流元件的检修亦极为不便。因此件的检修亦极为不便。因此, , 近年来有些外国机近年来有些外国机组组, , 尤其日本的一些电厂采用汽轮机第一级后的尤其日本的一些电厂采用汽轮机第一级后的压力信号进行主蒸汽流量的测量压力信号进行主蒸汽流量的测量, , 取得了好的效取得了好的效果。果。Company LOGO如何测量 为了提高经济性,大型汽轮机主蒸汽流量一般不不通过流量测量通过流量测量装置获得,而是通过计算的方法获得。在对火电机组进行在线性能监测时, 需用主蒸汽流量来计算热耗率等经济指标,主蒸汽流量计算精度低会引起热耗率计算值的较大

3、偏差。目前广泛采用弗弗留格尔公式留格尔公式计算主蒸汽流量,而采用 BP 神经网络或支持向量机回归的新方法理论上也是可行的 。由于 汽轮发电机组工况变动频繁,影响主蒸汽流量的因素 众多,要保证其较高的在线计算精度较为困难。Company LOGO弗留格尔公式BP 神经网络或支持向量机回归新的主蒸汽流量计算方法Table of Contents主蒸汽流量计算主蒸汽流量计算方法比较方法比较Company LOGO弗留格尔公式 弗留格尔公式用来描述汽轮机变工况时的流量特性，有两种常见形式:式中式中: 下标下标 0 表示已知的标准工况表示已知的标准工况( 额定工况额定工况) 参数参数, 下下 标标 1

4、表示级组前参数表示级组前参数, 下标下标 2 表示级组后参数表示级组后参数; G 为新为新 工况主蒸工况主蒸汽流量汽流量, t/ h; p 为新工况调节级后压力为新工况调节级后压力, M Pa; T 表示新工况表示新工况调节级后温度调节级后温度, K。式。式( 1) 用于凝汽式汽轮机调节级后流量计用于凝汽式汽轮机调节级后流量计算算, 式式(2) 用于单个压力级级组流量计算。用于单个压力级级组流量计算。Company LOGO 式( 1) 应用条件为: 工况变化前后, 调节级后的通流部分面积不变, 抽汽流量与主蒸汽流量为线性关系 。式( 2) 应用条件为: 级组内有足够多的级数, 蒸汽流速为亚音

5、速, 且通流面积不变。二式中的流量原意是指通流部分流量, 考虑到汽封和阀杆的漏汽流量相对较少且与主蒸汽量近似成正比关系, 故一般换成主蒸汽流量来处理。 用热力试验得到 比较精确的主蒸汽流量, 确定了流量公式的修正系数, 在常见运行工况下使计算误差小于 2% 。Company LOGO式(1)是由理想气体公式推导而来, 理想气体与高压蒸汽的性质有显著差异, 故用式(1)计算高压蒸汽流量是不合理的，作为替代,可借用喷嘴临界流量变工况公式来计算凝汽式汽轮机的主蒸汽流量:考虑到某些汽轮机调节级后无温度测点考虑到某些汽轮机调节级后无温度测点, 还推导出一个还推导出一个以主蒸汽温度进行修正的喷嘴配汽计算以

6、主蒸汽温度进行修正的喷嘴配汽计算 主蒸汽流量的半主蒸汽流量的半经验公式经验公式, 但形式稍复杂但形式稍复杂, 系数的确定也较困难。系数的确定也较困难。Company LOGO汽轮机的速度级定义汽轮机的速度级又称做调节级，对多级汽轮机来说，它是指汽轮机的第一个做功级。由于从汽轮机调节级喷嘴内喷出的蒸汽是汽轮机新蒸汽经调节级喷嘴减压扩容而来，因此此时的蒸汽具有很高的流速。在很大程度上，蒸汽对调节级叶轮的做功就是靠这极大的汽流速度冲击而获得，因此，早期就把调节级称做速度级称做速度级。Company LOGOBP 神经网络或支持向量机回归 基于 BP 神经网络或支持向量机回归的方法的特点是: 可根据机

7、组的现场实时数据自学习以提高 主蒸汽流量计算精度, 计算模型通用, 通过有限的样本 数据训练后可达到 1% 误差误差的计算精度, 可通过相关 参数诊断通流部分面积是否变化并计算出相对正确的 主蒸汽流量。然而, 这类方法存在以下问题: 文献中提供的样本都是机组数据采集系统( DAS) 根据弗留格尔 公式计算出来的, 并非主蒸汽流量的真实值。只有通过热力试验才能得到较为可信的主蒸汽流量值。热力试验的工况点有限, 得到的数据样本数较少, 并不能满足训练样本数的需要。这类方法实现过程较复杂, 而且尚未经过实际未经过实际应用的验证。应用的验证。Company LOGO3 种主蒸汽流量计算公式比较 弗留格

8、尔公式形式简单, 通过长期应用的检验已 被证明可靠和有效, 故本文以弗留格尔公式作为研究 对象, 应用式( 1) ( 3) 对某台 660 M W 机组汽轮机的 多个典型工况进行主蒸汽流量的计算, 分析、比较这 3 种公式的计算精度。原始数据来源于该型汽轮机热平 衡设计资料( 表 1) 。 以额定工况作为标准工况, 采用式( 1) 和式( 2) 计 算主蒸汽流量, 修正温度取调节级后温度。由调节级 后压力和温度算出比体积, 再用式( 3) 计算主蒸汽流 量。3 种公式计算出的主蒸汽流量与标准流量的相对 误差见图 1。Company LOGO表 1 660 MW 汽轮机主蒸汽流量计算用设计数据C

9、ompany LOGO相对误差Company LOGO 从图 1 看出, 在工况 1 即额定工况, 主蒸汽流量计 算误差为零。3 种公式的误差方向都一致, 部分负荷 时误差为正, 流量计算偏大; 高于额定负荷时为负, 流 量计算偏小。在部分负荷范围, 式( 1) 和式( 2) 的误差 都较大, 最大误差接近5%, 而式( 1) 的误差稍大于式(2) 。 在部分负荷工况下, 式( 3) 的结果明显优于式( 1) 和式( 2) , 特别是滑压运行的工况 5、6、7, 误差小于 0. 5%, 验证了文献 1 的正确性。定压运行的工况 2、 3、4 误差稍大, 超出了 1% , 这是由于喷嘴配汽时调节

10、 级存在部分进汽度, 引起主蒸汽流量计算值偏大。工况 8 即高加停运工况式( 2) 的误差小于 1% , 相 对较好, 而式( 1) 和式( 3) 的误差都较大。Company LOGO新的主蒸汽流量计算公式 从图 1 显示的大多数工况的主蒸汽流量计算误差 结果来看, 只有式( 3) 的精度较高, 在高加切除工况, 式 ( 2) 误差最小, 式( 1) 相对其它两式较差。所以, 如果把 式( 2) 和式( 3) 的优点结合起来可以得到一个较优的公 式。式( 2) 的适用条件简单, 容易满足, 其排除了蒸汽 比体积动态特性和级组后所有设备工况变化的影响, 所以应优先选用。目前大型汽轮机高压缸内的第 1 压 力级组后往往是一段给水加热抽汽口, 应把对象确定 为第 1 压力级组。至于高加投停、厂用汽投停、再热器 减温水等因素对第 1 压力级组以后的通流部分变化的 影响, 可以体现到该级组前后参数的变化上。式( 3) 采 用压力和比体积的乘积 p v 来修正, 计算精度较高。因 此, 提出一个新的主蒸汽流量计算公式:Company LOGO式中式中, 下标下标 d 表示高排参数表示高排参数, 其余参数定义同