一种水环真空泵监测控制系统及优化运行方法
【专利摘要】本发明公开了一种水环真空泵监测控制系统及优化运行方法，该水环真空泵监测控制系统包括高背压凝汽器、低背压凝汽器以及循环水管路，其特征在于：还包括DCS控制终端、循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统，循环水流量测量系统、循环水温度测量系统和循环水制冷系统均与DCS控制终端电性连接。本发明相比现有技术具有以下优点：使用清洁系数反推水环泵抽吸能力恢复后凝汽器压力，预测出开启循环水制冷系统后凝汽器压力变化大小；通过本发明，可以为是否需要开启循环水制冷系统提供数据指导，节能效果更好；在抽真空管道上，配置气体超声波流量计，用以时时监控水环真空泵抽吸能力状态，为运行操作提供意义。
【专利说明】
-种水环真空累监测控制系统及优化运行方法
技术领域
[0001] 本发明设及汽轮机节能技术领域，尤其设及的是一种水环真空累监测控制系统及 优化运行方法。
【背景技术】
[0002] 由于水环真空累结构紧凑，累的转速较高，一般可与电动机直联，无须减速装置， 用小的结构尺寸，可W获得大的排气量，占地面积也小等优点，大型火电机组真空均配置水 环真空累。
[0003] 但水环真空累抽气能力易受工作液溫度影响，火电机组在夏季高溫条件下，工作 液溫度升高后，吸气量明显降低，将影响机组真空，降低机组效率，导致机组煤耗增加。
[0004] 为避免水环真空累受工作液溫度影响而降低抽气能力，部分机组选择安装循环水 制冷系统，将工作液溫度降低，恢复水环真空累抽气能力。但火电机组运行人员无法准确判 断何时需要投入循环水制冷系统，导致盲目提前开启循环水制冷系统，将导致厂用电耗费 量的增加。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种水环真空累监测控制系统及 优化运行方法。
[0006] 本发明是通过W下技术方案实现的：一种水环真空累监测控制系统，包括高背压 凝汽器、低背压凝汽器W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，低背压凝汽 器通过第一抽真空管道与第一水环真空累连接，高背压凝汽器通过第二抽真空管道与第二 水环真空累连接，其特征在于:水环真空累监测控制系统还包括DCS控制终端、循环水流量 测量系统、循环水溫度测量系统和循环水制冷系统，循环水流量测量系统、循环水溫度测量 系统和循环水制冷系统均与DCS控制终端电性连接；
[0007] 循环水流量测量系统包括第一循环水流量计、第二循环水流量计、第Ξ循环水流 量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计；第一循环水流量计、第 二循环水流量计和第Ξ循环水流量计设置于第一循环水管路上，第一循环水流量计位于的 背压凝汽器的上游，第二流量计位于低背压凝汽器和高背压凝汽器之间，第Ξ流量计位于 高背压凝汽器的下游;第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计设置于 第二循环水管路上，第四循环水流量计位于的背压凝汽器的上游，第五流量计位于低背压 凝汽器和高背压凝汽器之间，第六流量计位于高背压凝汽器的下游；
[000引循环水溫度测量系统包括六个溫度测点，第一溫度测点设置在第一循环水管路 上，位于低背压凝汽器的上游，第二溫度测点设置在第二循环水管路上，位于低背压凝汽器 的上游，第Ξ溫度测点和第四溫度测点设置于高背压凝汽器下游的第一循环水管路上，第 五溫度测点和第六溫度测点设置于高背压凝汽器下游的第二循环水管路上。
[0009] 作为对上述方案的进一步改进，第一循环水流量计、第二循环水流量计、第Ξ循环 水流量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计均选用超声波流量 计。
[0010] 作为对上述方案的进一步改进，还包括气体流量测量系统，气体流量测量系统包 括设置于第一抽真空管道上的第一气体流量计和设置于第二抽真空管道上的额第二气体 流量计。
[0011] 作为对上述方案的进一步改进，第一气体流量计和第二气体流量计均选用气体超 声波流量计。
[0012] 本发明还提供一种水环真空累监测控制系统的优化运行方法，其特征在于步骤如 下：
[0013] 步骤一、DCS控制终端采集流量信息并计算凝汽器循环水流量Wt
[0014]
[0015] 其中听、胖2、胖3、胖4、^^和胖6分别是第一循环水流量计、第二循环水流量计、第立循环 水流量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计采集的流量数据；
[0016] 步骤二、DCS控制终端采集溫度信息并计算凝汽器循环水进水溫度twi和凝汽器循 环水出水溫度,
[0019]其中，心*2山山、*5、*6分别是第一溫度测点、第二溫度测点、第；溫度测点、第四 溫度测点、第五溫度测点和第六溫度测点采集的溫度数据；
[0020] 步骤Ξ、计算肥I基本传热系数Khei 、肌W K….,=C,,x木父β,χβ", 式（4)
[0022] 式中各符号意义如下：
[0023] Κηει:肥I基本传热系数，W/m~2°C
[0024] Cd:冷却管外径系数
[0025] V:冷却管内流速，m/s
[00%] 0t:冷却管水溫修正系数
[0027] β?:冷却管材质和壁厚修正系数
[0028] 冷却管内流速V的计算如下：
[0029]
[0030] 式中各符号意义如下：
[0031 ] V:冷却管内平均流速，m/s
[0032] N:冷却管数量
[0033] Z:流程，双背压凝汽器取1
[0034] Do:冷却管外径，mm
[0035] δ:冷却管壁厚，mm
[0036] 0:冷却水密度，1^/111~3;
[0037] 步骤四、令凝汽器的总传热系数为0.85Khei，据此计算理论凝汽器饱和溫度ts [00；3 引
[0039] 式中各符号意义如下：
[0040] ts:理论凝汽器饱和溫度，°C
[0041] A:凝汽器有效传热面积，
[0042] 化。nd :凝汽器热负荷，kj/s
[0043] 其中凝汽器热负荷化。nd通过式(7)和式(8)计算。
[0044] 化。nd = CpXWTXAT 式（7)
[0045] AT = tw2-twi 式（8)
[0046] 式中各符号意义如下：
[0047] Cp:循环水比热容，取4.18k J/kg °C
[004引 ΔΤ:循环水溫升，°C;
[0049] 步骤五、计算凝Ps和Pso
[0050] 根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出理论凝汽器饱和溫度ts对应的理论凝汽器饱 和压力Ps，同样根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出初始凝汽器饱和溫度tso对应的初始凝汽 器饱和压力PsO,其中初始凝汽器饱和溫度tsO是未开启循环水制冷系统前的凝汽器饱和溫 度，其数值由汽轮机机组DCS数据中读取；
[0051] 步骤六、根据汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线计算ruo和ris，
[0052] 汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线为
[0053] n = f(P) 式（9)
[0054] ns〇 = f(Ps〇)
[0055] ns = f (Ps)
[0056] 其中，ris日是初始凝汽器压力对热耗率修正系数，ris是理论凝汽器压力对热耗率修 正系数，
[0057] 步骤六、判定循环水循环水制冷系统是否开启 [0化引
[0059] 式中各符号意义如下：
[0060] X:判定系数
[0061 ]化at:汽轮机设计热耗率，°C
[0062] Wqj :汽轮机组功率，kW
[0063] A:标煤价格，元/g
[0064] Wzij:循环水制冷系统运行功率，kW [00化]B:发电厂上网电价，元/kWh
[0066] 右判定系数1.2，DCS巧制终端向循环水制冷系统发送开启指令，DCS巧制终端 控制循环水制冷系统处于关闭状态。
[0067] 本发明相比现有技术具有W下优点:本发明用清洁系数反推水环累抽吸能力恢复 后凝汽器压力，预测出开启循环水制冷系统后凝汽器压力变化大小;通过本发明，可W为是 否需要开启循环水制冷系统提供数据指导，节能效果更好;在抽真空管道上，配置气体超声 波流量计，用W时时监控水环真空累抽吸能力状态，为运行操作提供意义。
【附图说明】
[0068] 图1是本发明结构示意图。
[0069] 图2是本方案优化运行的流程示意图。
[0070] 图3是冷却管水溫修正系数曲线。
【具体实施方式】
[0071] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在W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。
[0072] 实施例1
[0073] -种水环真空累监测控制系统，包括高背压凝汽器2、低背压凝汽器及循环水 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,低背压凝汽器1通过第一抽真空管 道21与第一水环真空累3连接，高背压凝汽器2通过第二抽真空管道22与第二水环真空累4 连接，其特征在于:水环真空累监测控制系统还包括DCS控制终端8、循环水流量测量系统、 循环水溫度测量系统和循环水制冷系统9,循环水流量测量系统、循环水溫度测量系统和循 环水制冷系统9均与DCS控制终端8电性连接；
[0074] 循环水流量测量系统包括第一循环水流量计61、第二循环水流量计62、第Ξ循环 水流量计63、第四循环水流量计64、第五循环水流量计65和第六循环水流量计66;第一循环 水流量计61、第二循环水流量计62和第Ξ循环水流量计63设置于第一循环水管路11上，第 一循环水流量计61位于的背压凝汽器的上游，第二流量计位于低背压凝汽器1和高背压凝 汽器2之间，第Ξ流量计位于高背压凝汽器2的下游;第四循环水流量计64、第五循环水流量 计65和第六循环水流量计66设置于第二循环水管路12上，第四循环水流量计64位于的背压 凝汽器的上游，第五流量计位于低背压凝汽器1和高背压凝汽器2之间，第六流量计位于高 背压凝汽器2的下游；
[0075] 循环水溫度测量系统包括六个溫度测点，第一溫度测点51设置在第一循环水管路 11上，位于低背压凝汽器1的上游，第二溫度测点52设置在第二循环水管路12上，位于低背 压凝汽器1的上游，第Ξ溫度测点53和第四溫度测点54设置于高背压凝汽器2下游的第一循 环水管路11上，第五溫度测点55和第六溫度测点56设置于高背压凝汽器2下游的第二循环 水管路12上。由于循环水回水管存在溫度分层现象，为提高计算准确性，在第一循环水管路 11上安装两个溫度测点第Ξ溫度测点53和第四溫度测点54,在第二循环水管路12上安装两 个溫度测点第五溫度测点55和第六溫度测点56。
[0076] 第一循环水流量计61、第二循环水流量计62、第Ξ循环水流量计63、第四循环水流 量计64、第五循环水流量计65和第六循环水流量计66均选用超声波流量计。
[0077] 还包括气体流量测量系统，气体流量测量系统包括设置于第一抽真空管道21上的 第一气体流量计71和设置于第二抽真空管道22上的额第二气体流量计72。第一气体流量计 71和第二气体流量计72的流量信号W7、Ws主要用于监视水环真空累抽吸能力变化情况，当流 量信号胖7、恥数值显著降低时，表明水环真空累抽吸能力明显降低。同时，循环水制冷系统9 开启前、后，水环真空累抽吸能力变化，对应真空累气体流量变化，也即开启循环水制冷系 统9后，水环真空累恢复抽吸能力，抽真空管道气体流量上升，因而可W通过安装在抽真空 管道上的第一气体流量计71和第二气体流量计72的流量信号W7、Ws，监控水环真空累抽吸能 力状态，为运行操作提供意义。
[0078] 第一气体流量计71和第二气体流量计72均选用气体超声波流量计。
[0079] 实施例2
[0080] -种水环真空累监测控制系统的优化运行方法，其步骤如下：
[0081] 步骤一、DCS控制终端8采集流量信息并计算凝汽器循环水流量Wt
[0082]
[0083] 其中Wi、W2、化、胖4、^^和胖6分别是第一循环水流量计61、第二循环水流量计62、第Ξ 循环水流量计63、第四循环水流量计64、第五循环水流量计65和第六循环水流量计66采集 的流量数据；
[0084] 步骤二、DCS控制终端8采集溫度信息并计算凝汽器循环水进水溫度twi和凝汽器循 环水出水溫度,
[0087] 其中，心*2山山、心*6分别是第一溫度测点51、第二溫度测点52、第立溫度测点 53、第四溫度测点54、第五溫度测点55和第六溫度测点56采集的溫度数据；
[0088] 步骤Ξ、计算肥I基本传热系数Khei
[0089] 式（4)
[0090] 式中各符号意义如下：
[0091] Κηει:肥I基本传热系数，W/m~2°C
[0092] Cd:冷却管外径系数
[0093] V:冷却管内流速，m/s
[0094] 0t:冷却管水溫修正系数
[00M] β?:冷却管材质和壁厚修正系数
[0096] 式(4)中，冷却管外径系数Cd，其可根据表1取值
[0097] 表 1
[009引
[0099] 式(4)中，冷却管材质和壁厚修正系数其可根据表2取值
[0100] 表2
[0101]
[0102] 式(4)中，冷却管水溫修正系数根据附图3冷却管水溫修正系数曲线图来确定
[0103] 冷却管内流速V的计算如下：
[0104]
[0105] 式中各符号意义如下：
[0106] V:冷却管内平均流速，m/s
[0107] N:冷却管数量
[0108] Z:流程，双背压凝汽器取1
[0109] D。:冷却管外径，mm
[0110] δ:冷却管壁厚，mm
[0111] P:冷却水密度，kg/m~3;
[0112] 步骤四、令凝汽器的总传热系数为0.85KHEI，据此计算理论凝汽器饱和溫度ts
[0113]
[0114]式中各符号意义如下：
[011引 ts :理论凝汽器饱和溫度，°C
[0116] A:凝汽器有效传热面积，
[0117] Qcond :凝汽器热负荷，kj/s
[0118] 其中凝汽器热负荷化。nd通过式(7)和式(8)计算。
[0119] 化。nd = CpXWTXAT 式（7)
[0120] AT = tw2-twi 式（8)
[0121] 式中各符号意义如下：
[0122] Cp:循环水比热容，取4.18k J/kg °C
[0123] ΔΤ:循环水溫升，°C;
[0124] 步骤五、计算凝Ps和Pso
[0125] 根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出理论凝汽器饱和溫度ts对应的理论凝汽器饱 和压力Ps，同样根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出初始凝汽器饱和溫度tso对应的初始凝汽 器饱和压力PsO,其中初始凝汽器饱和溫度tsO是未开启循环水制冷系统9前的凝汽器饱和溫 度，其数值由汽轮机机组DCS数据中读取；
[0126] 步骤六、根据汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线计算ruo和屯，
[0127] 汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线为ri = f(P)，
[012 引 qs0 = f(Ps0)
[0129] ns = f(Ps)
[0130] 其中，ris日是初始凝汽器压力对热耗率修正系数，ris是理论凝汽器压力对热耗率修 正系数，
[0131] 步骤六、判定循环水循环水制冷系统9是否开启
[0132]
[0133] 式中各符号意义如下：
[0134] X:判定系数
[01巧]化at:汽轮机设计热耗率/C
[0136] Wqj:汽轮机组功率，kW
[0137] A:标煤价格，元/g
[013引 Wzij:循环水制冷系统9运行功率，kW
[0139] B:发电厂上网电价，元/kWh
[0140] 若判定系数X>1.2，DCS控制终端8向循环水制冷系统9发送开启指令，DCS控制终 端8控制循环水制冷系统9处于关闭状态。
[0141] W上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W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. 一种水环真空累监测控制系统，包括高背压凝汽器、低背压凝汽器W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，低背压凝汽器通过第一抽真空管道与第一水环真空累 连接，高背压凝汽器通过第二抽真空管道与第二水环真空累连接，其特征在于:所述水环真 空累监测控制系统还包括DCS控制终端、循环水流量测量系统、循环水溫度测量系统和循环 水制冷系统，所述循环水流量测量系统、循环水溫度测量系统和循环水制冷系统均与DCS控 制终端电性连接； 所述循环水流量测量系统包括第一循环水流量计、第二循环水流量计、第Ξ循环水流 量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计；所述第一循环水流量 计、第二循环水流量计和第Ξ循环水流量计设置于第一循环水管路上，第一循环水流量计 位于的背压凝汽器的上游，第二流量计位于低背压凝汽器和高背压凝汽器之间，第Ξ流量 计位于高背压凝汽器的下游;所述第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流 量计设置于第二循环水管路上，第四循环水流量计位于的背压凝汽器的上游，第五流量计 位于低背压凝汽器和高背压凝汽器之间，第六流量计位于高背压凝汽器的下游； 所述循环水溫度测量系统包括六个溫度测点，第一溫度测点设置在第一循环水管路 上，位于低背压凝汽器的上游，第二溫度测点设置在第二循环水管路上，位于低背压凝汽器 的上游，第Ξ溫度测点和第四溫度测点设置于高背压凝汽器下游的第一循环水管路上，第 五溫度测点和第六溫度测点设置于高背压凝汽器下游的第二循环水管路上。2. 如权利要求1所述一种水环真空累监测控制系统，其特征在于:所述第一循环水流量 计、第二循环水流量计、第Ξ循环水流量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六 循环水流量计均选用超声波流量计。3. 如权利要求1所述一种水环真空累监测控制系统，其特征在于:还包括气体流量测量 系统，所述气体流量测量系统包括设置于第一抽真空管道上的第一气体流量计和设置于第 二抽真空管道上的额第二气体流量计。4. 如权利要求3所述一种水环真空累监测控制系统，其特征在于:所述第一气体流量计 和第二气体流量计均选用气体超声波流量计。5. -种如权利要求1所述水环真空累监测控制系统的优化运行方法，其特征在于步骤 如下： 步骤一、DCS控制终端采集流量信息并计算凝汽器循环水流量Wt其中Wl、W2、化、胖4、^^和胖6分别是第一循环水流量计、第二循环水流量计、第Ξ循环水流 量计、第四循环水流量计、第五循环水流量计和第六循环水流量计采集的流量数据； 步骤二、DCS控制终端采集溫度信息并计算凝汽器循环水进水溫度twi和凝汽器循环水 出水溫度tw2 ,其中，tl、t2、t3、t4、t5、t6分别是第一溫度测点、第二溫度测点、第Ξ溫度测点、第四溫度 测点、第五溫度测点和第六溫度测点采集的溫度数据； 步骤Ξ、计算肥I基本传热系数Κηει式（4) 式中各符号意义如下： Κηει :肥I基本传热系数，W/nT 2 °C Cd:冷却管外径系数 V:冷却管内流速，m/s 私:冷却管水溫修正系数 0m:冷却管材质和壁厚修正系数 冷却管内流速V的计算如下：式（5) 式中各符号意义如下： V:冷却管内平均流速，m/s N:冷却管数量 Z:流程，双背压凝汽器取1 D。:冷却管外径，mm δ:冷却管壁厚，mm P:冷却水密度，kg/nT3; 步骤四、令凝汽器的总传热系数为0.85KHEI，据此计算理论凝汽器饱和溫度ts'或（6) 式中各符号意义如下： ts:理论凝汽器饱和溫度，°C A:凝汽器有效传热面积，πΓ 2 化。nd:凝汽器热负荷，kj/s 其中凝汽器热负荷化Dnd通过式(7 )和式(8 )计算。 Qc〇nd = CpXWxXAT 式(7) AT = tw2-twl 式（8) 式中各符号意义如下： Cp:循环水比热容，取4.18k J/kg °C ΔΤ:循环水溫升，°C; 步骤五、计算凝Ps和PsO 根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出理论凝汽器饱和溫度ts对应的理论凝汽器饱和压力 Ps，同样根据IF-97国际水蒸汽公式，计算出初始凝汽器饱和溫度tso对应的初始凝汽器饱和 压力PsO,其中初始凝汽器饱和溫度tsO是未开启循环水制冷系统前的凝汽器饱和溫度，其数 值由汽轮机机组DCS数据中读取； 步骤六、根据汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线计算riso和ru， 汽轮机厂家提供的凝汽器压力对热耗率修正曲线为 n=f(P) 式(9) rUo = f (PsO) Hs 二 f (Ps) 其中，ris日是初始凝汽器压力对热耗率修正系数，ris是理论凝汽器压力对热耗率修正系 数， 步骤六、判定循环水循环水制冷系统是否开启式（10) 式中各符号意义如下： X:判定系数 Heat:汽轮机设计热耗率，°C Wqj:汽轮机组功率，kW A:标煤价格，元/g Wzij:循环水制冷系统运行功率，kW B:发电厂上网电价，元/kWh 若判定系数X>1.2，DCS控制终端向循环水制冷系统发送开启指令，DCS控制终端控制 循环水制冷系统处于关闭状态。
【文档编号】F04C28/28GK105971885SQ201610511202
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】吕松松, 阮圣奇, 胡中强, 陈裕, 吴仲, 任磊, 邵飞, 徐钟宇, 蒋怀锋, 陈开峰
【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