本实用新型涉及一种凝汽器热负荷在线监测系统，属于火力发电技术领域。
背景技术：
随着国家对火电机组节能减排工作的重视，实时在线监测汽轮机凝汽器热负荷对火力发电企业的节能减排工作具有重要的意义。
目前获得凝汽器热负荷一般有两种方法：一种是通过正平衡方法计算进入凝汽器的蒸汽流量及蒸汽焓值、凝结水流量及凝结水焓值、进入凝汽器的疏水流量及疏水焓值，从而直接求解凝汽器热负荷；另一种方法是通过测量流过凝汽器的循环冷却水流量及进出凝汽器的循环冷却水温度来计算凝汽器热负荷。
上述第一种方法因为要通过整机的能量平衡计算低压缸排汽焓，涉及到的测试参数及测试仪表较多，因此精度难以得到保证。
上述第二种方法需要精确的测量循环冷却水流量及进出凝汽器的循环水温度。然而 300MW等级及以上的机组循环冷却水管道直径达2m-3m，无法用精度较高的流量喷嘴或孔板测量，而超声波流量计的测量精度又较差；其次，循环冷却水温升一般不超过10℃，即使较小的温度测量误差也会对凝汽器热负荷的计算带来较大误差。
专利201510007306.4所述的凝汽器热负荷计算方法利用热耗率和负荷的关系曲线，对运行参数进行反向修正，得到汽轮机热耗率，进而求得对应的凝汽器热负荷。该方法所依据的热耗率和负荷关系曲线仅能反映机组试验隔离状态下的汽轮机热耗，而实际运行中机组并非处于隔离状态，且大多数机组存在对外抽汽，锅炉吹灰排污等影响，因此该方法的计算精度受制于系统状态的影响较大。
技术实现要素：
本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供一种准确的实时在线监测凝汽器热负荷的系统。
为了达到上述目的，本实用新型提出的技术方案为：一种凝汽器热负荷在线监测系统，用于在线监测火力发电机组中凝汽器的热负荷，该系统包括在线数据收集模块、数据预处理模块、性能试验标定模块和数据计算分析模块，所述在线数据收集模块与数据预处理模块连接，数据预处理模块连接与性能试验标定模块连接，性能试验标定模块与数据计算分析模块连接，所述在线数据收集模块包括若干个压力温度传感器、机组自带的发电机出口处的电功率计和抽汽管道上的流量传感器，若干个压力温度传感器分别设置于主蒸汽管路、再热蒸汽管路、供热抽汽管路、供热抽汽回水管路、最终给水管路、冷再蒸汽管路、再热减温水管路、再热减温器的入口与出口以及高压加热器的进水口、出水口、进汽口与疏水口处；所述火力发电机组中高压加热器设有三个，分别为第一高压加热器、第二高压加热器和第三高压加热器，所述在线数据收集模块用于收集在线数据，所述数据预处理模块用于对在线数据进行预处理，所述性能试验标定模块用于存储通过高精度ASME试验标定过的基准数据，并接收预处理后的数据，且根据预处理后的数据得到主蒸汽体积流量等基准数据，所述数据计算分析模块用于对在线数据与基准数据进行计算分析得到汽轮机凝汽器热负荷。
对上述技术方案的改进为：所述数据计算分析模块包括数据转换模块和数据计算模块，所述数据转换模块用于通过水和蒸汽性质计算软件包将压力温度传感器收集的压力和温度数据转换为密度和焓值等数据。
对上述技术方案的改进为：还包括终端显示模块，所述终端显示模块与数据计算分析模块连接，用于接收凝汽器热负荷数据并进行显示。
本实用新型的有益效果为：
(1)主蒸汽流量及再热蒸汽流量是利用在线监测的数据和基准数据间接计算获得，因此不受系统隔离的影响，适合在线计算；(2)主蒸汽体积流量由高精度的ASME试验获取，并作为基准值，因此精确度高；(3)本实用新型中所需参数，如综合阀位、发电机功率、压力、温度等，这些参数均为直接测量参数，因此参数容易获取且数据可靠；(4)由于汽轮机组每次大修前后都需要进行热力性能试验，因此有利于本实用新型标定主蒸汽流量系数。
附图说明
图1为本实用新型实施例系统的结构示意图。
图2为本实用新型实施例数据采集元件布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例：
如图1所示，本实施例的一种凝汽器热负荷在线监测系统，用于在线监测火力发电机组中凝汽器的热耗率，该系统包括在线数据收集模块、数据预处理模块、性能试验标定模块、数据计算分析模块和终端显示模块，在线数据收集模块与数据预处理模块连接，数据预处理模块连接与性能试验标定模块连接，性能试验标定模块与数据计算分析模块连接。
在线数据收集模块包括若干个压力温度传感器、机组自带的发电机出口处的电功率计和抽汽管道上的流量传感器，在线数据收集模块用于收集压力和温度等在线数据，数据预处理模块用于对在线数据进行预处理，性能试验标定模块用于存储通过高精度ASME试验标定过的基准数据，并接收预处理后的数据，且根据预处理后的数据得到主蒸汽体积流量和再热蒸汽质量流量等基准数据，数据计算分析模块包括数据转换模块和数据计算模块，数据转换模块用于通过水和蒸汽性质计算软件包将压力温度传感器收集的压力和温度数据转换为密度和焓值等数据，数据计算模块用于对在线数据与基准数据进行计算分析得到汽轮机热耗率。终端显示模块与数据计算分析模块连接，用于接收热耗率数据并进行显示。
如图2所示，应用本实施例的监测系统的火力发电机组包括锅炉1、主蒸汽管路、再热蒸汽管路、冷再蒸汽管路、高压缸2、中压缸3、低压缸4、发电机5、凝汽器6、凝泵7、低压加热器8、除氧器9、给水泵10、第一高压加热器11、第二高压加热器12、第三高压加热器13、最终给水管路14、过热减温器15、再热减温器16、再减水管路17、一段抽汽管路18、供热抽汽管路19和供热抽汽回水管路24、过热减温器15和再热减温器16设置于锅炉1内，过热减温器15的出口通过主蒸汽管路与高压缸2的入口连接，高压缸2出口通过冷再蒸汽管路与再热减温器16的入口连接，再热减温器16的出口通过再热蒸汽管路与中压缸3的入口连接，中压缸3的出口与低压缸4入口连接，低压缸4出口与凝汽器6连接，凝泵7、低压加热器8、除氧器9和给水泵10沿水流方向依次设置于凝汽器6与高压加热器之间，高压加热器通过最终给水管路14与过热减温器15的入口连接，供热抽汽回水管路24连接于低压加热器8和除氧器9之间，供热抽汽管路19连接于中压缸3出口处，一段抽汽管路18一端连接于高压缸2上，另一端与第一高压加热器13进汽口连接，再减水管路17位于给水泵10和再热减温器16之间，并与给水泵10和再热减温器16连接，第二高压加热器12进汽口与冷再蒸汽管路连接，在主蒸汽管路、再热蒸汽管路、供热抽汽管路、供热抽汽回水管路、最终给水管路、冷再蒸汽管路、再热减温水管路、再热减温器的入口与出口以及高压加热器的进水口、出水口、进汽口和疏水口处均设有压力温度传感器。
利用上述检测系统的汽轮机热耗率在线计算方法，是基于热力性能试验数据和系统能量守恒定律提出的，包括如下步骤：
(1)通过高精度热力性能试验标定监测系统中计算所需基准数据
①通过高精度的热力性能试验测试若干组不同综合阀位对应的主蒸汽体积流量，如公式 (1)所示：
式中：ψ为综合阀位值，单位为％；Q为主蒸汽体积流量，单位为m3/h。
②通过变汽温试验测试高中压缸合缸处的过桥漏汽量Dg；对于高中压分缸机组，不需要测试该项，此时默认该项数值为0。
(2)采集汽轮机综合阀位值，通过对公式(1)所述的两列数据进行线性插值获取当前综合阀位值ψi对应的主蒸汽体积流量Qi。
同时将采集到的主蒸汽压力值Pm和主蒸汽温度值tm，通过水和蒸汽性质计算软件包计算出主蒸汽密度ρm，将主蒸汽的体积流量转换成主蒸汽质量流量Fm。
(3)通过公式(3)计算主给水流量。
Fw＝Fm-D0 公式(3)
式中：Fw为主给水流量，单位为t/h；Fm为主蒸汽流量，单位为t/h；D0为炉侧汽水工质排出量，为一常数，单位为t/h；
(4)采集第一高加进水压力P1j、进水温度t1j、出水压力P1c、出水温度t1c、进汽压力P1、进汽温度t1、疏水压力Ps1、疏水温度ts1等参数，并通过水和蒸汽性质计算软件包计算出#1高加进水焓值h1j、出水焓值h1c、进汽焓值h1、疏水焓值hs1，将其代入公式(4)计算1段抽汽流量F1。
式中：Fw为主给水流量，单位为t/h；h1c为第一高加出水焓值，单位为kJ/kg；h1j为第一高加进水焓值，单位为kJ/kg；h1为第一高加进汽焓值，单位为kJ/kg；hs1为第一高加疏水焓值，单位为kJ/kg。
(5)采集第二高加进水压力P2j、进水温度t2j、出水压力P2c、出水温度t2c、进汽压力P2、进汽温度t2、疏水压力Ps2、疏水温度ts2等参数，并通过水和蒸汽性质计算软件包计算出第二高加进水焓值h2j、出水焓值h2c、进汽焓值h2、疏水焓值hs2，将其代入公式(5)计算2段抽汽流量F2，其中第二高加的出水压力P2c、出水温度t2c与第一高加的进水压力P1j、进水温度t1j取同样的数值。
式中：Fw为主给水流量，单位为t/h；h2j为第二高加进水焓值，单位为kJ/kg；h2c为第二高加出水焓值，单位为kJ/kg；hs1为第一高加疏水焓值，单位为kJ/kg；hs2为第二高加疏水焓值，单位为kJ/kg。
(6)将上面计算所得的主蒸汽流量Fm、1段抽汽流量F1、2段抽汽流量F2，以及门杆漏汽量Dm、过桥漏汽量Dg、高压缸后轴封漏汽量Dz等参数代入公式(6)计算冷再热蒸汽流量 Fcr。
Fcr＝Fm-F1-F2-Dm-Dg-Dz 公式(6)
其中，门杆漏汽量Dm和高压缸后轴封漏汽量Dz按照设计值处理。
(6)通过采集再热减温器前的压力Pzq和温度tzq、再热减温器后的压力Pzh和温度tzh、再热减温水的压力Prhs和温度trhs，分别通过水和蒸汽性质计算软件包计算出再热减温器前的蒸汽焓值hzq、再热减温器后的蒸汽焓值hzh、再热减温水的焓值hrhs，并代入公式(7)计算再热减温水量Frhs。
式中：Fcr为冷再热蒸汽流量，单位为t/h；hzh为再热减温器后的蒸汽焓值，单位为kJ/kg； hzq为再热减温器前的蒸汽焓值，单位为kJ/kg；hrhs为再热减温水焓值，单位为kJ/kg。
将公式(6)计算出的冷再蒸汽流量Fcr、公式(7)计算的再热减温水量Frhs，代入公式 (8)计算再热蒸汽流量Fr。
Fr＝Fcr+Frhs 公式(8)
(7)将采集系统采集到的主蒸汽压力Pm、主蒸汽温度tm、再热蒸汽压力Pr、再热蒸汽温度tr、最终给水压力Pw、最终给水温度tw、冷再蒸汽压力Pcr、冷再蒸汽温度tcr、再热减温水压力Prhs、再热减温水温度trhs、供热抽汽压力Pcq、供热抽汽温度tcq、供热抽汽回水压力Phs、供热抽汽回水温ths度等参数输入到水和水蒸汽性质计算软件包分别计算出主蒸汽焓值hm、再热蒸汽焓值hr、最终给水焓值hfw、冷再蒸汽焓值hcr、再热减温水焓值hrhs、供热抽汽焓值hcq、供热抽汽回水焓值hhs；然后将给水泵电机功率Wf、凝泵电机功率Wn、供热抽汽流量Fcq、计算所得主蒸汽流量Fm、公式(3)计算所得主给水流量Fw、公式(8)计算所得再热蒸汽流量 Fr、公式(6)计算所得冷再蒸汽流量Fcr、公式(7)计算所得再热减温水流量Frhs、以及对应的焓值等参数代入公式(9)计算机组目前运行工况下的汽轮机系统获得的热量Q0。
Q0＝Fmhm+Frhr-Fwhw-Fcrhcr-Frhshrhs-Fcq(hcq-hhs)+3600(Wf+Wn)ηT 公式(9)
式中：Q0为汽轮机系统获得的热量，单位为kJ/h，Wf为给水泵电机功率，单位为kW； Wn为凝泵电机功率，单位为kW；ηT为功热转换效率，取常数，单位为％。
(9)依据系统能量守恒的原理依据公式(10)计算凝汽器热负荷。
式中：Qn为汽轮机系统获得的热量，单位为kJ/h；Wc为发电机功率，单位为t/h；ηg为发电机效率，单位为％；ηm为机械效率，是经验值，当做常数处理，单位为％。
上述计算方法通过以凝结水流量为基准的ASME性能试验标定不同阀位对应的主蒸汽体积流量，以此试验数据为基础，借助其他压力和温度等辅助测量数据计算热力系统的主蒸汽流量、主给水流量、再热蒸汽流量等参数，进而获得进入汽轮机系统的总能量；依据系统能量守恒定律，从进入汽轮机系统的总能量中扣除发电机功率及各项损失后即获得凝汽器热负荷，从而使最终得到的热负荷数据精确度高，实时性好，且不受系统隔离影响。
本实用新型的一种凝汽器热负荷在线检测系统不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本实用新型要求保护的范围内。