1、Company LOGO淺談無節(jié)流裝置的主蒸汽測量劉業(yè)鵬 鐘汕林 周新麗 李帥 張小梅Company LOGO無節(jié)流裝置使用情況無節(jié)流裝置使用情況目前國內(nèi)外對蒸汽流量的測量普遍采用節(jié)流裝置目前國內(nèi)外對蒸汽流量的測量普遍采用節(jié)流裝置, , 即孔板或噴嘴。這種測量方法沿用至今已有多年即孔板或噴嘴。這種測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)計以保證其測量精度設(shè)計以保證其測量精度, , 因而在非設(shè)計工況下將因而在非設(shè)計工況下將會使測量誤差增大會使測量誤差增大。此外節(jié)流元件所帶來的蒸汽此外節(jié)流元件所帶來的蒸汽 壓力損失壓力損失,

2、 , 也影響到機組的經(jīng)濟(jì)性也影響到機組的經(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, , 近年來有些外國機近年來有些外國機組組, , 尤其日本的一些電廠采用汽輪機第一級后的尤其日本的一些電廠采用汽輪機第一級后的壓力信號進(jìn)行主蒸汽壓力信號進(jìn)行主蒸汽流流量的測量量的測量, , 取得了好的效取得了好的效果。果。Company LOGO如何測量 為了提高經(jīng)濟(jì)性,大型汽輪機主蒸汽流量一般不不通過流量測量通過流量測量裝置獲得,而是通過計算的方法獲得。在對火電機組進(jìn)行在線性能監(jiān)測時, 需用主蒸汽流量來計算熱耗率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo),主蒸汽流量計算精度低會引起熱耗率計算值的較大偏

3、差。目前廣泛采用弗弗留格爾公式留格爾公式計算主蒸汽流量,而采用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機回歸的新方法理論上也是可行的 。由于 汽輪發(fā)電機組工況變動頻繁,影響主蒸汽流量的因素 眾多,要保證其較高的在線計算精度較為困難。Company LOGOTable of Contents主蒸汽流量計算主蒸汽流量計算方法比較方法比較Company LOGO弗留格爾公式 弗留格爾公式用來描述汽輪機變工況時的流量特性，有兩種常見形式: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 表示級組前參數(shù)表示級組前參數(shù), 下標(biāo)下標(biāo) 2 表示級組后參數(shù)表示級

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)級后壓力為新工況調(diào)節(jié)級后壓力, M Pa; T 表示新工況表示新工況調(diào)節(jié)級后溫度調(diào)節(jié)級后溫度, K。式。式( 1) 用于凝汽式汽輪機調(diào)節(jié)級后流量計用于凝汽式汽輪機調(diào)節(jié)級后流量計算算, 式式(2) 用于單個壓力級級組流量計算。用于單個壓力級級組流量計算。Company LOGO 式( 1) 應(yīng)用條件為: 工況變化前后, 調(diào)節(jié)級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: 級組內(nèi)有足夠多的級數(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處理。 用熱力試驗得到 比較精確的主蒸汽流量, 確定了流量公式的修正系數(shù), 在常見運行工況下使計算誤差小于 2% 。Company LOGO式(1)是由理想氣體公式推導(dǎo)而來, 理想氣體與高壓蒸汽的性質(zhì)有顯著差異, 故用式(1)計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計算凝汽式汽輪機的主蒸汽流量:考慮到某些汽輪機調(diào)節(jié)級后無溫度測點考慮到某些汽輪機調(diào)節(jié)級后無溫度測點, 還推導(dǎo)出一個還推導(dǎo)出一個以主蒸汽溫度進(jìn)行修正的噴嘴配汽計算以主蒸汽溫度進(jìn)行修正的噴嘴配汽計算 主蒸汽流量的半主蒸汽流量的半經(jīng)驗

6、公式經(jīng)驗公式, 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汽輪機的速度級定義汽輪機的速度級又稱做調(diào)節(jié)級，對多級汽輪機來說，它是指汽輪機的第一個做功級。由于從汽輪機調(diào)節(jié)級噴嘴內(nèi)噴出的蒸汽是汽輪機新蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)級噴嘴減壓擴(kuò)容而來，因此此時的蒸汽具有很高的流速。在很大程度上，蒸汽對調(diào)節(jié)級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)級稱做速度級稱做速度級。Company LOGOBP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機回歸 基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機回歸的方法的特點是: 可根據(jù)機組的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)以提高 主蒸汽流量計算精度, 計算模型通用,

7、 通過有限的樣本 數(shù)據(jù)訓(xùn)練后可達(dá)到 1% 誤差誤差的計算精度, 可通過相關(guān) 參數(shù)診斷通流部分面積是否變化并計算出相對正確的 主蒸汽流量。然而, 這類方法存在以下問題: 文獻(xiàn)中提供的樣本都是機組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( DAS) 根據(jù)弗留格爾 公式計算出來的, 并非主蒸汽流量的真實值。只有通過熱力試驗才能得到較為可信的主蒸汽流量值。熱力試驗的工況點有限, 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。這類方法實現(xiàn)過程較復(fù)雜, 而且尚未經(jīng)過實際未經(jīng)過實際應(yīng)用的驗證。應(yīng)用的驗證。Company LOGO3 種主蒸汽流量計算公式比較 弗留格爾公式形式簡單, 通過長期應(yīng)用的檢驗已 被證明可靠和有效, 故本文

8、以弗留格爾公式作為研究 對象, 應(yīng)用式( 1) ( 3) 對某臺 660 M W 機組汽輪機的 多個典型工況進(jìn)行主蒸汽流量的計算, 分析、比較這 3 種公式的計算精度。原始數(shù)據(jù)來源于該型汽輪機熱平 衡設(shè)計資料( 表 1) 。 以額定工況作為標(biāo)準(zhǔn)工況, 采用式( 1) 和式( 2) 計 算主蒸汽流量, 修正溫度取調(diào)節(jié)級后溫度。由調(diào)節(jié)級 后壓力和溫度算出比體積, 再用式( 3) 計算主蒸汽流 量。3 種公式計算出的主蒸汽流量與標(biāo)準(zhǔn)流量的相對 誤差見圖 1。Company LOGO表 1 660 MW 汽輪機主蒸汽流量計算用設(shè)計數(shù)據(jù)Company LOGO相對誤差Company LOGO 從圖 1

9、看出, 在工況 1 即額定工況, 主蒸汽流量計 算誤差為零。3 種公式的誤差方向都一致, 部分負(fù)荷 時誤差為正, 流量計算偏大; 高于額定負(fù)荷時為負(fù), 流 量計算偏小。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) , 特別是滑壓運行的工況 5、6、7, 誤差小于 0. 5%, 驗證了文獻(xiàn) 1 的正確性。定壓運行的工況 2、 3、4 誤差稍大, 超出了 1% , 這是由于噴嘴配汽時調(diào)節(jié) 級存在部分進(jìn)汽度, 引起主蒸汽流量計算值偏大。工況 8 即高加停

10、運工況式( 2) 的誤差小于 1% , 相 對較好, 而式( 1) 和式( 3) 的誤差都較大。Company LOGO新的主蒸汽流量計算公式 從圖 1 顯示的大多數(shù)工況的主蒸汽流量計算誤差 結(jié)果來看, 只有式( 3) 的精度較高, 在高加切除工況, 式 ( 2) 誤差最小, 式( 1) 相對其它兩式較差。所以, 如果把 式( 2) 和式( 3) 的優(yōu)點結(jié)合起來可以得到一個較優(yōu)的公 式。式( 2) 的適用條件簡單, 容易滿足, 其排除了蒸汽 比體積動態(tài)特性和級組后所有設(shè)備工況變化的影響, 所以應(yīng)優(yōu)先選用。目前大型汽輪機高壓缸內(nèi)的第 1 壓 力級組后往往是一段給水加熱抽汽口, 應(yīng)把對象確定 為第 1 壓力級組。至于高加投停、廠用汽投停、再熱器 減溫水等因素對第 1 壓力級組以后的通流部分變化的 影響, 可以體現(xiàn)到該級組前后參數(shù)的變化上。式( 3) 采 用壓力和比體積的乘積 p v 來修正, 計算精度較高。因 此, 提出一個新的主蒸汽流量計算公式: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