一种双背压凝汽器优化运行装置及其运行方法
【专利摘要】本发明公开了一种双背压凝汽器优化运行装置及其运行方法，该双背压凝汽器优化运行装置包括高背压凝汽器、低背压凝汽器以及循环水管路，循环水路上设置两套旁路以及控制阀门，旁路跨接在低背压凝汽器的两端，还设置有若干温度测点和流量计。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明属单独控制低背压凝汽器循环水流量，对高背压侧凝汽器循环水流量无影响；通过本发明提供的计算公式以及测点和阀门控制系统，可以使得低背压侧凝汽器真空不进入阻塞背压区，降低汽轮机热耗率；由于循环水旁路的影响，高背压侧凝汽器循环水进水温度相对降低，间接降低高背压侧排汽温度，从而进一步降低汽轮机热耗率。
【专利说明】
一种双背压凝汽器优化运行装置及其运行方法
技术领域
[0001] 本发明涉及汽轮机控制技术领域，尤其涉及的是双背压汽轮机凝汽器优化运行的 方法及控制系统。
【背景技术】
[0002] 汽轮机阻塞背压是指汽机末级叶片出口处的蒸汽流速接近该处的音速水平(马赫 数约为0.95)时的背压，在通常情况下，它与汽轮机进汽量相关，不同的进汽量有不同阻塞 背压值，汽轮机进汽量越小，汽轮机阻塞背压越低。
[0003] 当汽轮机背压低于阻塞背压后，同样汽轮机组发电量下，汽轮机热耗率升高。
[0004] 火电厂双背压汽轮机背压仅在冬天，当循环冷却水温度较低时，低背压侧汽轮机 背压才会低于阻塞背压。
[0005] 目前火电厂运行人员发现汽轮机背压低于阻塞背压后，采用两种措施提高汽轮机 背压：
[0006] (1)改变循环水栗运行台数或将循栗改为低速运行，减少循环水流量，将低背压凝 汽器背压升尚。
[0007] 该措施可以使低背压凝汽器背压高于阻塞背压，降低汽轮机热耗率，但也使原本 就不低于阻塞背压的高背压凝汽器背压升高，增加机组能耗，综合结果，该操作不一定节 能。
[0008] (2)双背压凝汽器抽真空系统水环真空栗仅运行1台，高、低背压凝汽器抽真空系 统采用串联模式。
[0009] 该措施可以使低背压凝汽器背压高于阻塞背压，降低汽轮机热耗率。但若由于外 在原因致低背压侧汽轮机真空系统严密性降低，由于抽真空系统采用串联模式，且运行的 一台真空栗，则会使得低背压侧凝汽器背压升高，汽轮机热耗率增加，且不易被运行人员发 觉。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种双背压凝汽器优化运行装置 及其运行方法。
[0011] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种双背压凝汽器优化运行装置，包括高背 压凝汽器、低背压凝汽器以及循环水管路，循环水管路分为第一循环水管路和第二循环水 管路，第一循环水管路和第二循环水管路均自低背压凝汽器流向高背压凝汽器，其特征在 于:在第一循环水路上设置有第一旁路，第一旁路跨接在低背压凝汽器的两端，在第二循环 水路上设置有第二旁路，第二旁路也跨接在低背压凝汽器的两端，第一旁路上设置有第一 控制阀门，第二旁路上设置有第二控制阀门。
[0012] 作为对上述方案的进一步改进，在第一循环水管路上设置有第一温度测点，在第 二循环水管路上设置有第二温度测点，第一温度测点设置在第一旁路的引出口上游，第二 温度测点设置在第二旁路的引出口上游。
[0013] 作为对上述方案的进一步改进，在第一循环水管路上设置有第三温度测点，在第 二循环水管路上设置有第四温度测点，第三温度测点设置在第一旁路的与第一循环水管路 汇合点的上游，第二温度测点设置在第二旁路与第二循环水管路的上游。
[0014] 作为对上述方案的进一步改进，在第一旁路上还设置有第一流量计，在第二旁路 上设置有第二流量计。
[0015] 作为对上述方案的进一步改进，在第一循环水管路上设置有第三流量计，在第二 循环水管路上设置有第四流量计，第三流量计设置在第一旁路的与第一循环水管路汇合点 的下游，第二流量计设置在第二旁路与第二循环水管路的下游。
[0016] 作为对上述方案的进一步改进，第一流量计、第二流量计、第三流量计和第四流量 计均是超声波流量计，第一旁路和第二旁路的管道外径为第一循环水管路和第二循环水管 路外径的1/3,第一循环水管路和第二循环水管路的外径相同，第一循环水管路、第二循环 水管路、第一旁路和第二旁路的管道材质和壁厚均相同，第一控制阀门和第二控制阀门均 是自动控制阀门；第一流量计、第二流量计、第三流量计、第四流量计、第一温度测点、第二 温度测点、第三温度测点和第四温度测点均与汽轮机的DCS控制系统电性连接。
[0017] 本发明还提供一种上述双背压凝汽器优化运行装置的运行方法，其特征在于包括 如下步骤：
[0018] 步骤一、计算汽轮机阻塞背压值Pz，
[0019] Pz = f(Gms)------公式(1)
[0020] 其中Gms是汽轮机主蒸汽流量，单位是kg/s，由汽轮机的DCS系统获取；
[0021] 步骤二、计算汽轮机阻塞排汽温度tz，根据步骤一计算得到的汽轮机阻塞背压值 Pz，根据IF-97水蒸汽公式计算对应饱和蒸汽温度即是汽轮机阻塞排汽温度tz;
[0022] 步骤三、计算旁路调整前低背压侧凝汽器热负荷QCcindl，
[0023] Qc〇ndi = AtiXGwiXCP-------公式（2)
[0024] 其中CP是循环冷却水比热容，取4 · 2kJ/kg°C，Λti = (t3i_ti+t4i_t2)/2，ti、t2、t3i和 t41分别是旁路调整前第一温度测点、第二温度测点、第三温度测点和第四温度测点的温度， Gwi是勞路调整肖1丨循环冷却水流量，Gwi =G3i+G4i-Gii-G?n，Gii、G?n、Gsi和G41分别是讲彳丁勞路调 整前第一流量计、第二流量计、第三流量计和第四流量计测量的数据；
[0025] 步骤四、计算旁路调整前凝汽器总传热系数心，
[0026]
[0027] Stl = tsl-(t31+t41)/2，tsl是旁路调整前低背压侧凝汽器排汽温度，由机组DCS系统 数据获取，A是凝汽器的有效传热面积；
[0028]步骤五、校正凝汽器总传热系数并计算循环冷却水流量上限，
[0029]
[0030] Gw2是循环冷却水流量上限，T代表设定的低背压侧凝汽器排汽温度高于阻塞背压 对的应饱和蒸汽温度的数值；
[0031 ] 步骤六、旁路调整，调节第一控制阀门和第二控制阀门，使G12、G22、G32和G42的符合
[0032] Gw2 = G32+G42_Gl2_G22-----公式（5)
[0033] G12、G22、G32和G42分别是进行旁路调整后第一流量计、第二流量计、第三流量计和第 四流量计测量的数据。
[0034] 作为对上述方案的进一步改进，T取值为2。
[0035] 本发明相比现有技术具有以下优点：本发明属单独控制低背压凝汽器循环水流 量，对高背压侧凝汽器循环水流量无影响;通过本发明提供的计算公式以及测点和阀门控 制系统，可以使得低背压侧凝汽器真空不进入阻塞背压区，降低汽轮机热耗率；由于循环水 旁路的影响，高背压侧凝汽器循环水进水温度相对降低，间接降低高背压侧排汽温度，从而 降低汽轮机热耗率。
【附图说明】
[0036]图1是本发明示意图。
[0037] 图2是本发明实施流程图。
【具体实施方式】
[0038] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0039] 实施例1
[0040] -种双背压凝汽器优化运行装置，包括高背压凝汽器2、低背压凝汽器1以及循环 水管路，循环水管路分为第一循环水管路11和第二循环水管路12,第一循环水管路11和第 二循环水管路12均自低背压凝汽器1流向高背压凝汽器2，其特征在于:在第一循环水路上 设置有第一旁路，第一旁路跨接在低背压凝汽器1的两端，在第二循环水路上设置有第二旁 路，第二旁路也跨接在低背压凝汽器1的两端，第一旁路上设置有第二控制阀门41，第二旁 路上设置有第二控制阀门42。当机组运行中，低背压侧凝汽器真空进入阻塞背压区后，本发 明中设置旁路系统的目的是调整低背压侧凝汽器循环水流量，从而升高低背压侧凝汽器循 环水温升和端差，最终升高低背压侧排汽温度，使低背压侧凝汽器真空不进入阻塞背压区。
[0041] 在第一循环水管路11上设置有第一温度测点21，在第二循环水管路12上设置有第 二温度测点22,第一温度测点21设置在第一旁路的引出口上游，第二温度测点22设置在第 二旁路的引出口上游。
[0042]在第一循环水管路11上设置有第三温度测点23,在第二循环水管路12上设置有第 四温度测点24,第三温度测点23设置在第一旁路的与第一循环水管路11汇合点的上游，第 二温度测点22设置在第二旁路与第二循环水管路12的上游。
[0043]在第一旁路上还设置有第一流量计31，在第二旁路上设置有第二流量计32。
[0044]在第一循环水管路11上设置有第三流量计33,在第二循环水管路12上设置有第四 流量计34,第三流量计33设置在第一旁路的与第一循环水管路11汇合点的下游，第二流量 计32设置在第二旁路与第二循环水管路12的下游。
[0045] 第一流量计31、第二流量计32、第三流量计33和第四流量计34均是超声波流量计， 第一旁路和第二旁路的管道外径为第一循环水管路11和第二循环水管路12外径的1/3,第 一循环水管路11和第二循环水管路12的外径相同，第一循环水管路11、第二循环水管路12、 第一旁路和第二旁路的管道材质和壁厚均相同，第二控制阀门41和第二控制阀门42均是自 动控制阀门；第一流量计31、第二流量计32、第三流量计33、第四流量计34、第一温度测点 21、第二温度测点22、第三温度测点23和第四温度测点24均与汽轮机的DCS控制系统电性连 接。
[0046] 实施例2
[0047] -种上述双背压凝汽器优化运行装置的运行方法，其特征在于包括如下步骤： [0048]步骤一、计算汽轮机阻塞背压值P z，
[0049] Pz = f(Gms)------公式(1)
[0050] 其中Gms是汽轮机主蒸汽流量，单位是kg/s，由汽轮机的DCS系统获取；
[0051] 步骤二、计算汽轮机阻塞排汽温度tz，根据步骤一计算得到的汽轮机阻塞背压值 Pz，根据IF-97水蒸汽公式计算对应饱和蒸汽温度即是汽轮机阻塞排汽温度tz;由机组DCS控 制系统获取的汽轮机主蒸汽流量G ms，根据公式（1)计算对应阻塞背压值，根据IF-97水蒸汽 公式计算对应饱和蒸汽温度tz，只要确保低背压侧凝汽器排汽温度高于阻塞背压对应饱和 蒸汽温度t z，低背压侧凝汽器背压则不会低于汽轮机阻塞背压。
[0052]步骤三、计算旁路调整前低背压侧凝汽器热负荷QCcindl，
[0053] Qc〇ndi = AtiXGwiXCP-------公式（2)
[0054] 其中CP是循环冷却水比热容，取4 · 2kJ/kg°C，Λti = (t3i_ti+t4i_t2)/2，ti、t2、t3i和 t41分别是旁路调整前第一温度测点21、第二温度测点22、第三温度测点23和第四温度测点 24的温度，G wl是旁路调整前循环冷却水流量，6?1 = 631+641-611-621，611、6 21、631和641分别是进 行旁路调整前第一流量计31、第二流量计32、第三流量计33和第四流量计34测量的数据；
[0055] 步骤四、计算旁路调整前凝汽器总传热系数心，
[0056]
[0057] Stl = tsl-(t3-扣4-0/2，。是旁路调整前低背压侧凝汽器排汽温度，由机组DCS系 统数据获取，A是凝汽器的有效传热面积；
[0058] 步骤五、校正凝汽器总传热系数并计算循环冷却水流量上限，
[0059] C
- ±
[0060] 将上述公式变形过后得到
[0061]
[0062] Gw2是循环冷却水流量上限，T是容忍余量，代表设定的低背压侧凝汽器排汽温度高 于阻塞背压对的应饱和蒸汽温度的数值；
[0063] 以低背压侧凝汽器排汽温度高于阻塞背压对的应饱和蒸汽温度T°C为分界点，当 低背压侧真空进入阻塞背压区域，通过调整循环水旁路，使得低背压侧凝汽器排汽温度高 于阻塞背压对应饱和蒸汽温度T°c，考虑到旁路调整前后低背压侧凝汽器循环水进水温度 不变，凝汽器传热系数仅需对循环水流量进行校正，T优选数值为2。
[0064] 步骤六、旁路调整，调节第二控制阀门41和第二控制阀门42，使612、G 22、G32和G42的 符合
[0065] Gw2 = G32+G42_Gl2_G22-----公式（5)
[0066] G12、G22、G32和G42分别是进行旁路调整后第一流量计31、第二流量计32、第三流量计 33和第四流量计34测量的数据。
[0067] DCS自动控制系统通过同时增加第二控制阀门41和第二控制阀门42开度，直至全 开，使得通过低背压侧凝汽器循环冷却水流量为Gw2，调整结束，低背压侧凝汽器真空不再处 于阻塞背压区。
[0068] 第一旁路阀门和第二阀门开启后，若由于机组负荷降低，或者循栗运行模式改变 至循环水流量增加，或者循环水温度升高，使得低背压侧凝汽器排汽温度高于阻塞背压对 应饱和蒸汽温度超过2°C，则重复步骤三至步骤六，并在步骤六减小第二控制阀门41和第二 控制阀门42，使得循环水流量满足要求，直至全关。
[0069] 以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种双背压凝汽器优化运行装置，包括高背压凝汽器、低背压凝汽器以及循环水管 路，所述循环水管路分为第一循环水管路和第二循环水管路，所述第一循环水管路和第二 循环水管路均自低背压凝汽器流向高背压凝汽器，其特征在于:在第一循环水路上设置有 第一旁路，所述第一旁路跨接在低背压凝汽器的两端，在第二循环水路上设置有第二旁路， 所述第二旁路也跨接在低背压凝汽器的两端，所述第一旁路上设置有第一控制阀门，所述 第二旁路上设置有第二控制阀门。2. 如权利要求1所述一种双背压凝汽器优化运行装置，其特征在于:在第一循环水管路 上设置有第一温度测点，在第二循环水管路上设置有第二温度测点，所述第一温度测点设 置在第一旁路的引出口上游，所述第二温度测点设置在第二旁路的引出口上游。3. 如权利要求2所述一种双背压凝汽器优化运行装置，其特征在于:在第一循环水管路 上设置有第三温度测点，在第二循环水管路上设置有第四温度测点，所述第三温度测点设 置在第一旁路的与第一循环水管路汇合点的上游，所述第二温度测点设置在第二旁路与第 二循环水管路的上游。4. 如权利要求3所述一种双背压凝汽器优化运行装置，其特征在于:在第一旁路上还设 置有第一流量计，在第二旁路上设置有第二流量计。5. 如权利要求4所述一种双背压凝汽器优化运行装置，其特征在于:在第一循环水管路 上设置有第三流量计，在第二循环水管路上设置有第四流量计，所述第三流量计设置在第 一旁路的与第一循环水管路汇合点的下游，所述第二流量计设置在第二旁路与第二循环水 管路的下游。6. 如权利要求5所述一种双背压凝汽器优化运行装置，其特征在于:所述第一流量计、 第二流量计、第三流量计和第四流量计均是超声波流量计，所述第一旁路和第二旁路的管 道外径为第一循环水管路和第二循环水管路外径的1/3,第一循环水管路和第二循环水管 路的外径相同，所述第一循环水管路、第二循环水管路、第一旁路和第二旁路的管道材质和 壁厚均相同，所述第一控制阀门和第二控制阀门均是自动控制阀门；所述第一流量计、第二 流量计、第三流量计、第四流量计、第一温度测点、第二温度测点、第三温度测点和第四温度 测点均与汽轮机的DCS控制系统电性连接。7. -种如权利要求5所述双背压凝汽器优化运行装置的运行方法，其特征在于包括如 下步骤： 步骤一、计算汽轮机阻塞背压值Pz， Pz = f(Gms)------公式（1) 其中Gms是汽轮机主蒸汽流量，单位是kg/s，由汽轮机的DCS系统获取； 步骤二、计算汽轮机阻塞排汽温度tz，根据步骤一计算得到的汽轮机阻塞背压值Pz，根 据IF-97水蒸汽公式计算对应饱和蒸汽温度即是汽轮机阻塞排汽温度tz; 步骤三、计算旁路调整前低背压侧凝汽器热负荷QCcindl， Qc〇ndl= A tlXGwlXCp-------公式(2) 其中Cp是循环冷却水比热容，取4.2kj/kg°C，Δ tl= (t31_tl+t41_t2)/2，tl、t2、t3dPt41* 别是旁路调整前第一温度测点、第二温度测点、第三温度测点和第四温度测点的温度，Gwl是 旁路调整前循环冷却水流量，6| 1 = 631+641-611-621，611、6 21、631和641分别是进行旁路调整前 第一流量计、第二流量计、第三流量计和第四流量计测量的数据； 步骤四、计算旁路调整前凝汽器总传热系数Ki，是旁路调整前低背压侧凝汽器排汽温度，由机组DCS系统数据 获取，A是凝汽器的有效传热面积； 步骤五、校正凝汽器总传热系数并计算循环冷却水流量上限，Gw2是循环冷却水流量上限，T代表设定的低背压侧凝汽器排汽温度高于阻塞背压对的 应饱和蒸汽温度的数值； 步骤六、旁路调整，调节第一控制阀门和第二控制阀门，使G12、G22、G32和G 42的符合 Gw2 = G32+G42-G12-G22-----公式(5 ) G12、G22、G32和G42分别是进行旁路调整后第一流量计、第二流量计、第三流量计和第四流 量计测量的数据。8.如权利要求7所述双背压凝汽器优化运行装置的运行方法，其特征在于:所述T取值 为2。
【文档编号】F28B11/00GK105865220SQ201610373287
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】阮圣奇, 吕松松, 胡中强, 任磊, 陈裕, 蒋怀锋, 吴仲, 邵飞, 徐钟宇, 陈悦, 庞靖, 袁昊
【申请人】中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司