技术领域
[0001] 本
发明涉及一种蒸汽动
力发电技术，特别涉及一种通过工质分解在线测算 火电机组厂用蒸汽量的方法及系统。
背景技术
[0002]
管道系统是机组三大系统之一，管道效率的高低直接影响供电
煤耗率的高 低，而火电机组厂用蒸汽
热损失又是火电机组管道热损失的重要组成部分，所 以必须通过准确测量运行机组厂用蒸汽流量，以准确核查机组实时运行管道热 效率和热损失大小及分布。
[0003]
[0004] 但是，长期以来，机组运行过程中的厂用蒸汽(辅助蒸汽)量难于计量， 导致管道热损失和管道热效率计算不准确，进而造成机组正平衡供电煤耗率与 反平衡供电煤耗率难于一致，且无法准确反映机组真实运行情况，影响机组能 效指标的真实性。
[0005]
发明内容
[0006] 本发明是针对运行火电机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)量在线测量难的问题， 提出了一种通过工质分解在线测算火电机组厂用蒸汽量的方法，在机组现有一 次测点条件下，通过工质分解实现在线测算厂用蒸汽(辅助蒸汽)量的方法。 该方法能够在不新增测点的前提下，实现厂用蒸汽(辅助蒸汽)量的准确计量， 从而准确核查机组管道热力系统中厂用蒸汽热损失的大小和分布，针对性地指 导制定节能方案，使机组持续保持经济运行。
[0007] 本发明的技术方案为：一种通过工质分解在线测算火电机组厂用蒸汽量的 方法，具体包括如下步骤：
[0008] 1)数据获取：不需新增测点，从机组分散控制系统DCS和火电厂厂级监控信息 系统SIS中读取所需一次参数，所需一次参数主要包括机组功率Pe、
凝结水流 量Dnjs、机组累计补充水流量Dma、除
氧器出口给水流量D′gs、小汽机用汽量Dxj、 回热抽汽
温度和压力、各加热器进出口水温度和压力、各级疏水温度和压力、 机组补充水温度和压力、机组外部热化抽汽温度和压力、机组外部热化抽汽流 返回水温度和压力、机组内部热化抽气流温度和压力、
锅炉高温
过热器出口温 度和压力、省煤器进口水温度和压力、锅炉再热器系统进出口蒸汽温度和压力；
[0009] 2)对步骤1)中所获取的数据进行数据预处理并利用可滑动拓展窗口判稳方法 对机组运行工况进行判稳，提取机组稳定工况下的一次参数；
[0010] 3)对火电机组
热力循环工质进行工质分解，利用步骤2)中得到的机组稳定工 况参数计算回热系统各级回热抽汽量，并计算机组各级回热抽汽做功量；
[0011] 工质分解的流程为：
[0012] 在锅炉汇合后的机组热力循环工质汇流，通过第一次分解，把机组热力循环工 质流(1)分解成机组外部热化抽汽流Dwr(3)、机组厂用蒸汽Dcy(4)、机组凝 汽流(5)、机组内部热化抽汽流Dnr(6)以及机组回热抽汽流(7)，机组回热 抽汽流(7)包括D1，D2，D3，……，Dn级抽汽流、给水
泵小汽机用汽(16) 和汽动引
风机用汽(17)回热抽汽用户；
[0013] 机组外部热化抽汽流(3)、机组厂用蒸汽(4)和机组凝汽流(5)进入凝汽器 机组形成热力循环工质汇流(9)，机组热力循环工质汇流(9)通过第二次分解 (10)，把机组热力循环工质汇流(9)分解成循环补水工质流(11)、机组主凝 结水工质流(12)和机组外部热化回水工质流(13)；其中机组厂用蒸汽(4) 包括辅汽A用户(14)和辅汽B用户(15)； 机组内部热化抽汽流(6)、机组回热抽汽流(7)、循环补水工质流(11)、机组 主凝结水工质流(12)和机组外部热化回水工质流(13)分别进入回热加热器 组(8)，重新汇入机组热力循环工质汇流(1)；
[0014] 4)联解机组
能量方程组，在线计算机组厂用蒸汽量Dcy和机组工质
泄漏量Dxl： 通过第一次分解，得到机组功率平衡方程、机组热量平衡方程、高压加热器组 及除氧器热平衡方程组、低压加热器组热平衡方程组：机组内部热化抽汽流方 程、机组
质量平衡方程；
[0015] 再通过第二次分解结合第一分解所得平衡方程组，计算出机组厂用蒸汽流量Dcy和机组工质泄漏量Dxl；
[0016] 5)根据步骤4)计算所得机组厂用蒸汽量Dcy和机组工质泄漏量Dxl进一步准确 计算机组管道热力系统中厂用蒸汽热损失和工质泄漏热损失：
[0017] 厂用蒸汽热损失：
[0018] 式中：hcy表示机组厂用蒸汽
焓，kJ/kg，由机组厂用蒸汽温度和压力查得；hma为机组补充水焓，由机组补充水温度和压力查得，kJ/kg；φ为机组厂用蒸汽返 回水率，由机组厂用蒸汽返回水流量Dh和步骤4)中计算所得机组厂用蒸汽量 Dcy计算得到， h′cy为机组厂用蒸汽返回水焓，由机组厂用蒸汽返回水温 度和压力查得，kJ/kg；Qb为锅炉输出热量，kJ/h，计算公式如下：
[0019] Qb＝Db(hb-hfw)+Drh(h″rh-h′rh)，其中Db为锅炉出口
过热蒸汽流量，kg/h， 数值上等于机组给水流量；hb为锅炉出口过热蒸汽焓，kJ/kg，由锅炉出口过热 蒸汽温度和压力查得；hfw为锅炉给水焓，kJ/kg，由省煤器入口给水温度和压力 查得；Drh为锅炉出口再热蒸汽流量，kg/h，由判稳后的回热系统相关参数计算 得；h″rh为再热器出口再热蒸汽焓，kJ/kg，由再热器出口再热蒸汽温度和压力查 得；h′rh为再热器入口再热蒸汽焓，kJ/kg，由再热器入口再热蒸汽温度和压力 查得；
[0020] 工质泄漏热损失：
[0021] 式中h0表示机组主蒸汽焓，由主蒸汽温度和压力查得；
[0022] 6)计算机组管道正、反平衡热效率，并在线显示；
[0023] 管道正平衡热效率：
[0024] 式中：Q0为汽轮
发电机组工质吸热量，kJ/h，可由机组热量平衡方程得到；
[0025] 管道反平衡热效率：
[0026] 式中：ΔQp为机组管道系统热损失，kJ/h，主要由主蒸汽管道
散热损失、再热蒸 汽管道散热损失、给水管道散热损失、厂用蒸汽热损失、工质泄漏热损失组成， 所有的损失均可由步骤1)～5)中的数据计算得到；
[0027] 7)利用计算出的管道热效率进一步计算机组热经济指标：机组发电热效率，机 组供热热效率，热电比，机组供电煤耗率，机组供热煤耗率。
[0028] 本发明的有益效果在于：本发明通过工质分解在线测算火电机组厂用蒸汽 量的方法，可以在机组现有一次测点条件下，基于工质分解，通过联解机组能 量方程组，在线测算机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)量和工质泄漏量并进而准确计 算管道系统中厂用蒸汽热损失和工质泄漏热损失，以准确计算管道反平衡效率。 创造性地实现了机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)量的在线测算和显示，解决了机组 管道反平衡热损失中厂用蒸汽(辅助蒸汽)耗量及其热损失的计算难题。
附图说明
[0029] 图1为本发明通过工质分解在线测算火电机组厂用蒸汽量的方法
流程图；
[0030] 图2为本发明火电机组热力循环工质分解方法示意图；
[0031] 图3为本发明通过工质分解在线测算火电机组厂用蒸汽量系统示意
框图。
具体实施方式
[0032] 如图1所示通过工质分解在线测算火电机组厂用蒸汽量的方法流程图， 具体计算步骤如下：
[0033] 第1步、数据获取：不需新增测点，只需利用
计算机编程语言，从机组DCS (Distributed Control System，分散控制系统)、SIS系统(Supervisory information system in plant level，火电厂厂级监控信息系统)中读取所需一次参数。
[0034] 所需一次参数主要包括机组功率Pe、凝结水流量Dnjs、机组累计补充水流 量Dma、除氧器出口给水流量D′gs、小汽机用汽量Dxj、回热抽汽温度和压力、各 加热器进出口水温度和压力、各级疏水温度和压力、机组补充水温度和压力、 机组外部热化抽汽温度和压力、机组外部热化抽汽流返回水温度和压力、机组 内部热化抽气流温度和压力、锅炉高温
过热器出口温度和压力、省煤器进口水 温度和压力、锅炉再热器系统进出口蒸汽温度和压力。
[0035] 第2步、数据预处理并利用可滑动拓展窗口判稳方法对机组运行工况进行 判稳，提取机组稳定工况下的一次参数，进行数据提取。
[0036] 判稳遵循《火力
发电厂能量平衡导则第3部分：热平衡》(DL/T 606.3-2014)(以下简称“《导则》”)关于机组稳定工况判断参数及要求。
[0037] 第3步、利用机组稳定参数计算回热系统各级回热抽汽量(D1，D2，D3，……， Dn)，并计算各级回热抽汽做功量。
[0038] 第4步、联解机组能量方程组，在线计算机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)量和 工质泄漏量。
[0039] 第5步、根据计算所得机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)量和工质泄漏量进一步 准确计算机组管道热力系统中厂用蒸汽热损失和工质泄漏热损失。
[0040] 第6步、计算机组管道正、反平衡热效率，并在线显示。
[0041] 第7步、利用计算出的管道热效率进一步计算机组热经济指标。
[0042] 本发明基于的
火力发电厂(机组)由锅炉、汽轮发电机组、回热加热器组、 凝汽器、给水泵及其小
汽轮机、凝结水泵、除氧器等热力设备及其相关的热力 管道、附件组成的动力装置。按照热力发电厂原理，机组热力系统由锅炉热力 系统、管道热力系统和汽轮发电机组热力系统组成。并且该动力装置配有DCS 和SIS系统。
[0043] 本发明的发明点在于通过机组热力循环工质的分解，并根据分解后的工质 流建立相应的机组能量方程组，由此确定在线测量机组功率以及部分汽水参数 (压力、温度和流量)，最终计算得到机组辅助蒸汽流量。
[0044] 火电机组热力循环工质进行两次汇合、两次分解，有利于运用DCS和SIS 既有可测参数，有利于机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)工质流建立专
门的能量方程； 便与实现机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)工质流和循环工质泄漏量的在线测算，以 及保证在线测算的精确度。
[0045] 具体方法如图2所示。在锅炉汇合后的机组热力循环工质汇流1，通过第一 次分解2，把机组热力循环工质流1分解成机组外部热化抽汽流3(记Dwr)、机 组厂用蒸汽(辅助蒸汽流)4(记Dcy)(其中又分成辅汽A用户14；辅汽B用户 15等辅汽用户)、机组凝汽流5、机组内部热化抽汽流6(记Dnr)、以及机组回 热抽汽流7(包括D1，D2，D3，……，Dn级抽汽流及给水泵小汽机用汽(16) 和汽动引风机用汽(17)等回热抽汽用户)等部分组成。
[0046] 然后，机组外部热化抽汽流3、机组厂用蒸汽(辅助蒸汽流)4(其中又分 成辅汽A用户14；辅汽B用户15等辅汽用户)、机组凝汽流5进入凝汽器机组 形成热力循环工质汇流9，机组热力循环工质汇流9通过第二次分解10，把机 组热力循环工质汇流9分解成循环补水工质流11、机组主凝结水工质流12和机 组外部热化回水工质流13。
[0047] 最后，机组内部热化抽汽流6、机组回热抽汽流7、循环补水工质流11、机 组主凝结水工质流12和机组外部热化回水工质流13分别进入回热加热器组8， 重新汇入机组热力循环工质汇流1，如此周而复始。
[0048] 通过第一次分解，可以得到如下方程：
[0049] 机组功率平衡方程：
[0050] Pe＝f(Di，hi，Dcy，hcy，Dnr，hnr)…………(1)
[0051] 式中：Di表示机组第i级回热抽汽流，i＝1--n，kg/h；hi表示第i级抽汽焓， kJ/kg，所得第i级抽汽温度和压力查得；hcy表示机组厂用蒸汽焓，kJ/kg，由 机组厂用蒸汽温度和压力查得；hnr表示机组内部热化抽汽焓，kJ/kg，由机组内 部热化抽汽温度和压力查得；
[0052] 机组热量平衡方程：
[0053] Q0＝f(D0，h0，hfw，Drh，h″rh，h′rh)…………(2)
[0054] 式中：D0表示机组主蒸汽流量，kg/h，由联解方程得；h0表示机组主蒸汽焓， 由主蒸汽温度和压力查得；hfw为锅炉给水焓，kJ/kg，由省煤器入口给水温度和 压力查得；Drh为锅炉出口再热蒸汽流量，kg/h，由判稳后的回热系统相关参数 计算得；h″rh为再热器出口再热蒸汽焓，kJ/kg，由再热器出口再热蒸汽温度和压 力查得；h′rh为再热器入口再热蒸汽焓，kJ/kg，由再热器入口再热蒸汽温度和 压力查得。
[0055] 高压加热器组及除氧器热平衡方程组：
[0056]
[0057] Dgs表示计算方程(3)中计算出的给水流量，D′gs表示实际测量的给水流量，这 两者可以互为校核。
[0058] 低压加热器组热平衡方程组：
[0059]
[0060] 式(3)、(4)中，qj表示1kg蒸汽在第j级加热器中的放热量，kJ/kg， qj＝hj-hsj，hj为第j级抽汽焓，由第j级抽汽温度和压力查得，hsj为第j级 疏水焓，由第j级疏水温度和压力查得；γj表示1kg蒸汽在第j级加热器中的 放热量，kJ/kg，γj＝hsj-hs(j+1)，hs(j+1)为第产1级疏水焓，由第j+1级抽汽 温度和压力查得；τj表示1kg水在第j级加热器中的吸热量，kJ/kg， τj＝hwj-hw(j+1)，hwj为第j级加热器出口水焓，由第j级加热器出口水温度 压力查得；hw(j+1)为第j+1级加热器进口水焓，由第j+1级加热器进口水温度和 压力查得；
[0061] 机组内部热化抽汽流方程：
[0062] Dnr＝f(Dwr，h″wr，h′wr，hma)…………(5)
[0063] 式中：h″wr为机组外部热化抽汽焓，由机组外部热化抽汽温度和压力查得；h′wr为机组外部热化抽汽流返回水焓，由机组外部热化抽汽流返回水温度和压力查 得。
[0064] 机组质量平衡方程：
[0065] D0＝D1+D2+……+Dn+Dnr+Dcy+Dc…………(6)
[0066] Dc＝Dnjs-Dsj-Dma-Dxj…………(7)
[0067] 式(6)、(7)中，Dc为凝汽流量，kg/h，由所测凝结水流量Dnjs、机组补充水流 量Dma、小汽机用汽量Dxj及所得进入凝汽器的疏水流量Dsj计算得到。
[0068] 第二次分解可计算出机组厂用蒸汽流量Dcy和机组工质泄漏量Dxl：
[0069] Dcy＝f(Pe，Di，hi，hcy，Dnr，hnr)…………(8)
[0070] Dxl＝f(D0，Dcy)…………(9)
[0071] 厂用蒸汽热损失：
[0072] 式中：hma为机组补充水焓，由机组补充水温度和压力查得，kJ/kg；φ为机组 厂用蒸汽返回水率，由机组厂用蒸汽返回水流量Dh和步骤4中计算所得机组厂 用蒸汽量Dcy计算得到， h′cy为机组厂用蒸汽返回水焓，由机组厂用蒸汽 返回水温度和压力查得，kJ/kg；Qb为锅炉输出热量，kJ/h， Qb＝Db(hb-hfw)+Drh(h′rh-h′rh)，其中Db为锅炉出口过热蒸汽流量， kg/h，数值上等于机组给水流量Dgs；hb为锅炉出口过热蒸汽焓，kJ/kg，由锅 炉出口过热蒸汽温度和压力查得。机组给水流量是Dgs，可由方程(3)计算得 到。
[0073] 工质泄漏热损失：
[0074] 式中：Dxl为步骤4计算所得机组工质泄漏量。
[0075] 管道正平衡热效率：
[0076] 式中：Q0为汽轮发电机组工质吸热量，kJ/h。
[0077] 管道反平衡热效率：
[0078] 式中：ΔQp---机组管道系统热损失，kJ/h，主要由主蒸汽管道散热损失、再热 蒸汽管道散热损失、给水管道散热损失、厂用蒸汽热损失、工质泄漏热损失组 成，所有的损失均可由步骤1～5中的数据计算得到。
[0079] 本发明一种通过工质分解在线测算火电机组厂用蒸汽量的方法，可以在不 需新增测点的条件下，较为方便和准确地在线测算和显示机组厂用蒸汽(辅助 蒸汽)量和工质泄漏量，适用于凝汽式机组、核电机组二回路和供
热机组。
[0080] 如图2所示通过工质分解在线测算火电机组厂用蒸汽量系统示意框图。系 统共包括9个模
块，即，
数据采集模块100、
数据处理及工况判稳模块101、工 质分解模块102、回热系统计算模块103、厂用蒸汽量和工质泄漏量在线测算模 块104、厂用蒸汽热损失和工质泄漏热损失计算模块105、机组管道热效率计算 模块106、机组热经济指标计算模块107、在线显示模块108。
[0081] 图1所示步骤1-4均在图3所示前5个模块中完成，图3所示厂用蒸汽热 损失和工质泄漏热损失计算模块105、机组管道热效率计算模块106、机组热经 济指标计算模块107和在线显示模块108四个模块为本发明一种通过工质分解 在线测算火电机组厂用蒸汽量系统的拓展模块。在系统中计算得到的厂用蒸汽 (辅助蒸汽)量、工质泄漏量以及对应热损失和管道热效率，均可通过C#、Java 等计算机语言实现机组能效在线监测核查，并在该系统中在线显示。
[0082] 本发明涉及一种运行火电机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)量和工质泄漏量的在 线测算，适用于稳定运行的凝汽式机组和供热机组。通过本计算方法和系统可 创造性地解决了机组管道反平衡热损失中厂用蒸汽(辅助蒸汽)耗量及其热损 失，以及工质泄漏量及其热损失的计算难题，实现机组管道热效率的在线准确 测算，保证管道热效率的真实性。通过本计算方法和系统可进一步明确机组能 量损失分布的地点和大小，有利于开展机组能效在线监测核查和
能源审计工作、 针对性地开展节能工作，提升机组能源管理精细化水平，辅助补充和完善火电 企业能源管理体系。
[0083] 数据获取模块100，用于从机组DCS或SIS系统中采集所需一次参数；
[0084] 数据处理及工况判稳模块101，用于判断机组当前运行工况是否稳定，并对 一次数据进行预处理；
[0085] 工质分解模块102，用于将机组循环工质流分解成若干组成部分，包括机组 回热抽汽流、凝汽工质流、外部热化工质流、内部热化工质流组成等；
[0086] 回热系统计算模块103，用于计算机组回热系统各级回热抽汽量及其相关工 质流，以建立机组能量方程组；
[0087] 厂用蒸汽量和工质泄漏量在线测算模块104，用于联解机组能量方程组，在 线计算出机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)及工质外漏量；
[0088] 机组管道热效率计算模块106，利用计算出的厂用蒸汽量和工质泄漏量准确 计算机组管道热力系统中厂用蒸汽热损失和工质泄漏热损失，进一步在线计算 出当前工况下机组实时管道热效率；
[0089] 机组热经济指标计算模块107，用于进一步计算全厂热耗率、汽轮发电机组 热耗率、全厂发(供)电煤耗率等技术经济指标；
[0090] 在线显示模块108，用于将在线测算得到的机组厂用蒸汽(辅助蒸汽)量以 及管道热效率，在能耗在线监测界面实时显示，以实时监测分析机组管道系统 热损失和全厂热经济性。
