CN115165422A - 一种火电机组凝汽器性能监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电机组凝汽器性能监测方法和系统，该方法通过制定凝汽器内部压力Psc与清洁度βc、冷却水入口温度t_1D的关系曲线，使得在应用过程中能够直接从关系曲线中获得凝汽器的清洁系数，运行人员能够根据清洁系数判断凝汽器的工作性能。该关系曲线能够针对不同的冷却水入口温度以及循环水流量，在实际应用时，能够绘制根据火电机组的实际情况获得多个曲线进行应用。便于运行人员工程监测凝汽器实际运行性能的变化，正确的指导运行实践。

Description

一种火电机组凝汽器性能监测方法和系统

技术领域

本发明属于燃煤机组节能降耗技术领域，具体涉及一种火电机组凝汽器性能监测方法和系统。

背景技术

凝汽器是凝汽式汽轮机的主要辅助设备，是汽轮机组(汽轮机装置)的重要组成部分。在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。循环冷却水是凝汽器内的冷源介质，凝汽器在长期投运中，循环冷却水会在凝汽器冷却管壁内侧代入或形成污垢，导致循环水系统管道阻力增加、凝汽器传热性能下降等一系列问题。

凝汽器中热交换管道表面的清洁度，是影响凝汽器在运行条件下有效工作的主要因素之一。因此，对凝汽器的表面状态进行经常性监督具有重大意义。目前工程上，尚没有可供运行人员方便使用的监测手段，因此，不利于凝汽器相关的检修维护工作。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种火电机组凝汽器性能监测方法和系统，以解决现有技术中凝汽器冷却管壁内侧易于形成污垢，影响凝汽器热交换表面的清洁度，进而影响凝汽器运行效率的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种火电机组凝汽器性能监测方法，包括以下步骤：

步骤1，采集实际的凝汽器压力；

步骤2，将实际的凝汽器压力代入至凝汽器压力与清洁系数的相关曲线，获得清洁系数的实际值；

所述凝汽器压力与清洁系数的相关曲线获取过程为：

步骤2.1，确定循环冷却水升温值和修正后总体传热系数；

步骤2.2，通过修正后总体传热系数计算凝汽器端差；所述修正后的总体传热系数和清洁系数设定值相关；

步骤2.3，通过凝汽器端差、循环冷却水升温值和循环冷却水进口温度获得饱和温度，通过饱和温度获得凝汽器压力；

步骤3，通过清洁系数的实际值判断凝汽器性能。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤2.1中，所述循环冷却水升温值的计算公式为：

Δt_c＝Q/(G×C_p) (1)

式中：Q为凝汽器热负荷，W；G为循环冷却水流量，kg/s；C_P为冷却水平均温度下的比热容，J/(kg·K)。

优选的，步骤2.2中，所述凝汽器端差的计算公式为：

式中：K_c为修正后总体传热系数，W/(m²·K)；A为凝汽器冷却面积，m²；Δt_c为循环冷却水升温值；C_P为冷却水平均温度下的比热容，J/(kg·K)；G为循环冷却水流量，kg/s。

优选的，所述修正后总体传热系数的计算公式为：

K_c＝K×F_v×F_t (4)

式中：F_v为循环冷却水流量修正系数；F_t为循环冷却水温度修正系数，K为凝汽器总体传热系数，W/(m²·K)。

优选的，所述循环冷却水流量修正系数的计算公式为：

式中：v_D为变工况条件下冷却管管内平均流速，m/s；v_T为试验条件下冷却管管内平均流速，m/s。

优选的，所述循环冷却水温度修正系数的计算公式为：

F_t＝β_tD/β_tT (6)

式中：β_tD为变工况条件下循环冷却水进口温度修正系数；β_tT为试验条件下循环冷却水进口温度修正系数。

优选的，所述凝汽器总体传热系数的计算公式为：

K＝K₀×β_t×β_m×β_c (2)

其中，K₀为凝汽器基本传热系数，W/(m²·K)；β_t为循环冷却水进口温度修正系数；β_m为冷却管管材和壁厚修正系数；β_c为凝汽器运行清洁系数。

优选的，凝汽器基本传热系数的计算公式为：

式中：c₁为与冷却管外径有关的系数；v为冷却管管内平均流速，m/s。

优选的，所述循环冷却水进口温度修正系数、冷却管管材和壁厚修正系数，以及冷却管外径有关的系数均为文献的推荐值。

一种火电机组凝汽器性能监测系统，包括：

采集模块，用于采集实际的凝汽器压力；

清洁系数确定模块，用于将实际的凝汽器压力代入至凝汽器压力与清洁系数的相关曲线，获得清洁系数的实际值；

所述凝汽器压力与清洁系数的相关曲线获取过程为：

步骤2.1，确定循环冷却水升温值和修正后总体传热系数；

步骤2.2，通过修正后总体传热系数计算凝汽器端差；所述修正后的总体传热系数和清洁系数设定值相关；

步骤2.3，通过凝汽器端差、循环冷却水升温值和循环冷却水进口温度获得饱和温度，通过饱和温度获得凝汽器压力；

判断模块，用于通过清洁系数的实际值判断凝汽器性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种火电机组凝汽器性能监测方法，该方法通过制定凝汽器内部压力Psc与清洁度βc、冷却水入口温度t_1D的关系曲线，使得在应用过程中能够直接从关系曲线中获得凝汽器的清洁系数，运行人员能够根据清洁系数判断凝汽器的工作性能。该关系曲线能够针对不同的冷却水入口温度以及循环水流量，在实际应用时，能够绘制根据火电机组的实际情况获得多个曲线进行应用。便于运行人员工程监测凝汽器实际运行性能的变化，正确的指导运行实践。

本发明还公开了一种火电机组凝汽器性能监测系统，该系统由采集模块、清洁系数确定模块以及判断模块构成，通过这三个模块，能够直接获取凝汽器的清洁系数，进一步对凝汽器的运行性能进行判断。

附图说明

图1为本发明的火电机组循环系统图；

图2为本发明的凝汽器结构示意图；

图3为具体实施例中的相关曲线图。

其中：1-凝汽器；2-自然通风冷却塔；3-循环水泵；4-蒸汽进口；5-凝结水出口；6-循环冷却水进口；7-循环冷却水出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的目的在于提出一种火电机组凝汽器工程监测方法，包括凝汽器内部压力Psc与清洁度βc、冷却水入口温度t_1D的关系曲线的制定，正确的指导运行实践。

附图1为本发明的系统结构，结合图1进一步详细说明。

参见图1，本发明中涉及的火电机组主体设备包括凝汽器1、自然通风冷却塔2和循环水泵3，自然通风冷却塔2中被冷却的循环冷却水在循环水泵3的作用下进入凝汽器1中，冷却凝汽器1中的蒸汽后，排回至自然通风冷却塔2。

参见图2，凝汽器1中设置循环冷却水管道，循环冷却水从循环冷却水进口6进入至循环冷却水管道，和蒸汽进行换热后，从循环冷却水出口排出；蒸汽进口4在凝汽器1的上端，蒸汽从蒸汽进口进入凝汽器1中后，在凝汽器1中被冷却为凝结水。结合凝汽器1的结构可知，如果循环冷却水管道中污垢多，将直接影响整个凝汽器对蒸汽的冷却效果。

凝汽器变工况计算，是在一定的凝汽器热负荷(即汽轮机排汽热负荷)情况下，对应不同循环冷却水流量和循环冷却水温度时，计算凝汽器压力的变化值。监测过程中通过凝汽器压力的实际测量值，获得对应的清洁系数，监测前需要获得对应机组不同的循环水温度以及循环水流量下的凝汽器压力和清洁系数之间关系曲线，则根据凝汽器压力可直接获得凝汽器的清洁系数，进一步的判断凝汽器的运行状态。

不同清洁度βc和冷却水入口温度t_1D下的凝汽器内部压力Psc按下列方法建立数学模型，包括以下步骤：

步骤1，确定循环冷却水升温值

对应一定的凝汽器热负荷(即汽轮机排汽热负荷)，循环冷却水温升的计算公式见式(1)。其中，循环冷却水流量与循环水泵运行方式有关，对于开式循环水系统，前池水位的变化也对其有较大的影响。

Δt_c＝Q/(G×C_P) (1)

式中：Q为凝汽器热负荷，W；G为循环冷却水流量，kg/s；C_P为冷却水平均温度下的比热容，J/(kg·K)。

该步骤中的凝汽器热负荷以及循环冷却水流量均为测量值，可直接采集。

步骤2，确定总体传热系数

凝汽器总体传热系数是凝汽器整体传热性能的反应，计算公式见式(2)、式(3)。其中，循环冷却水进口温度修正系数、冷却管管材和壁厚修正系数、与冷却管外径有关的系数采用文献《凝汽器与真空系统运行维护导则》(DL/T 932—2019)中的推荐值，凝汽器运行清洁系数是与凝汽器清洁程度和机组负荷相关的系数，可通过凝汽器性能试验的方法获取。在本发明过程中，通过设定不同的清洁系数能够获得对应的凝汽器总体传热系数。

K＝K₀×β_t×β_m×β_c (2)

式中：K为凝汽器总体传热系数，W/(m²·K)；K₀为凝汽器基本传热系数，W/(m²·K)；β_t为循环冷却水进口温度修正系数；β_m为冷却管管材和壁厚修正系数；β_c为凝汽器运行清洁系数。

式中：c₁为与冷却管外径有关的系数；v为冷却管管内平均流速，m/s，通过循环水流量除以凝汽器通流面积获得。

步骤3，变工况条件下总体传热系数的修正计算

凝汽器变工况条件下总体传热系数的修正计算公式见式(4)：

K_c＝K×F_v×F_t (4)

式中：F_v为循环冷却水流量修正系数；F_t为循环冷却水温度修正系数。

3.1不同循环冷却水流量下的修正计算

式中：v_D为变工况条件下冷却管管内平均流速，m/s；v_T为试验条件下冷却管管内平均流速，m/s。

3.2不同循环冷却水温度下的修正计算

F_t＝β_tD/β_tT (6)

式中：β_tD为变工况条件下循环冷却水进口温度修正系数；β_tT为试验条件下循环冷却水进口温度修正系数。

步骤4，确定凝汽器端差

凝汽器端差与凝汽器的设计规范和运行条件相关，是凝汽器传热性能的重要表征参数。凝汽器端差的计算公式见式(7)：

式中：K_c为修正后总体传热系数，W/(m²·K)；A为凝汽器冷却面积，m²。

步骤5，确定凝汽器压力

凝汽器压力通过凝汽器压力对应的饱和温度来计算，计算公式见式(8)：

t_sc＝t_1D+Δt_c+δt_c (8)

式中：t_sc为凝汽器压力对应的饱和温度，℃；t_1D为循环冷却水进口温度，℃，通过测量获得；Δt_c为循环冷却水温升，℃；δt_c为凝汽器端差，℃。

通过上述过程，即可获得在不同的β_c下的凝汽器压力对应的饱和温度值，即获得凝汽器压力。

通过以下方法实现上述过程：

采集模块，用于采集凝汽器压力；

清洁系数确定模块，用于通过凝汽器压力与清洁系数的相关曲线，获得清洁系数的实际值；

判断模块，用于通过清洁系数的实际值判断凝汽器性能。

实施例

在机组满负荷运行工况，通过上述变工况计算方法建立凝汽器内部压力Psc与清洁度βc、冷却水入口温度t_1D的关系曲线，由于循环水泵存在多种运行方式，可以对应不同循环水泵运行方式，即对应不同的循环水流量，建立多张关系曲线图。运行人员定期按机组运行在满负荷工况下的凝汽器压力Psc和冷却水入口温度t_1D，查阅当前凝汽器清洁度βc，观察凝汽器在运行过程中清洁度βc的变化，当凝汽器清洁度βc低于0.6或电厂有特殊规定值时，建议对凝汽器进行清洗。

投运效果

以某300WM等级机组为例，表1为凝汽器设计参数：

在满负荷工况下，建立循环水流量为37700t/h时，制定凝汽器内部压力Psc与清洁度βc、冷却水入口温度t_1D的关系曲线，如图3所示：

查询图3可知，机组满负荷运行时，当循环水流量为37700t/h、清洁系数为0.8、循环冷却水温度为25℃时，凝汽器压力应达值为6.0kPa，若机组长时间运行，当前凝汽器压力的测量接近6.5kPa时，可知凝汽器此时的清洁系数已经达到0.6左右，因此运行人员应该研判凝汽器清洁度较低，传热性能已经恶化。同时，电厂可根据实际循环水泵运行方式，建立多张循环水流量对应的凝汽器内部压力Psc与清洁度βc、冷却水入口温度t_1D的关系曲线，便于工程监测。该发明可有效的监测凝汽器传热性能，正确的指导运行实践。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火电机组凝汽器性能监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集实际的凝汽器压力；

步骤2，将实际的凝汽器压力代入至凝汽器压力与清洁系数的相关曲线，获得清洁系数的实际值；

所述凝汽器压力与清洁系数的相关曲线获取过程为：

步骤2.1，确定循环冷却水升温值和修正后总体传热系数；

步骤2.2，通过修正后总体传热系数计算凝汽器端差；所述修正后的总体传热系数和清洁系数设定值相关；

步骤2.3，通过凝汽器端差、循环冷却水升温值和循环冷却水进口温度获得饱和温度，通过饱和温度获得凝汽器压力；

步骤3，通过清洁系数的实际值判断凝汽器性能。

2.根据权利要求1所述的一种火电机组凝汽器性能监测方法，其特征在于，步骤2.1中，所述循环冷却水升温值的计算公式为：

Δt_c＝Q/(G×C_P) (1)

式中：Q为凝汽器热负荷，W；G为循环冷却水流量，kg/s；C_P为冷却水平均温度下的比热容，J/(kg·K)。

3.根据权利要求1所述的一种火电机组凝汽器性能监测方法，其特征在于，步骤2.2中，所述凝汽器端差的计算公式为：

式中：K_c为修正后总体传热系数，W/(m²·K)；A为凝汽器冷却面积，m²；Δt_c为循环冷却水升温值；C_P为冷却水平均温度下的比热容，J/(kg·K)；G为循环冷却水流量，kg/s。

4.根据权利要求1所述的一种火电机组凝汽器性能监测方法，其特征在于，所述修正后总体传热系数的计算公式为：

K_c＝K×F_v×F_t (4)

式中：F_v为循环冷却水流量修正系数；F_t为循环冷却水温度修正系数，K为凝汽器总体传热系数，W/(m²·K)。

5.根据权利要求4所述的一种火电机组凝汽器性能监测方法，其特征在于，所述循环冷却水流量修正系数的计算公式为：

式中：v_D为变工况条件下冷却管管内平均流速，m/s；v_T为试验条件下冷却管管内平均流速，m/s。

6.根据权利要求4所述的一种火电机组凝汽器性能监测方法，其特征在于，所述循环冷却水温度修正系数的计算公式为：

F_t＝β_tD/β_tT (6)

式中：β_tD为变工况条件下循环冷却水进口温度修正系数；β_tT为试验条件下循环冷却水进口温度修正系数。

7.根据权利要求4所述的一种火电机组凝汽器性能监测方法，其特征在于，所述凝汽器总体传热系数的计算公式为：

K＝K₀×β_t×β_m×β_c (2)

其中，K₀为凝汽器基本传热系数，W/(m²·K)；β_t为循环冷却水进口温度修正系数；β_m为冷却管管材和壁厚修正系数；β_c为凝汽器运行清洁系数。

8.根据权利要求7所述的一种火电机组凝汽器性能监测方法，其特征在于，凝汽器基本传热系数的计算公式为：

式中：c₁为与冷却管外径有关的系数；v为冷却管管内平均流速，m/s。

9.根据权利要求8所述的一种火电机组凝汽器性能监测方法，其特征在于，所述循环冷却水进口温度修正系数、冷却管管材和壁厚修正系数，以及冷却管外径有关的系数均为文献的推荐值。

10.一种火电机组凝汽器性能监测系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集实际的凝汽器压力；

清洁系数确定模块，用于将实际的凝汽器压力代入至凝汽器压力与清洁系数的相关曲线，获得清洁系数的实际值；

所述凝汽器压力与清洁系数的相关曲线获取过程为：

步骤2.1，确定循环冷却水升温值和修正后总体传热系数；

步骤2.2，通过修正后总体传热系数计算凝汽器端差；所述修正后的总体传热系数和清洁系数设定值相关；

步骤2.3，通过凝汽器端差、循环冷却水升温值和循环冷却水进口温度获得饱和温度，通过饱和温度获得凝汽器压力；

判断模块，用于通过清洁系数的实际值判断凝汽器性能。

Images