一种汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建方法及应用与流程

本发明涉及一种汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建方法及应用，属火力发电运行技术领域。

背景技术：

汽轮机组配汽端变工况运行特性，究其本质，是由于高压调节阀处于不同开度下蒸汽被节流所致。调节阀阀位是调节阀的主要状态参数，同时，既定配汽方式与阀门开启顺序下的调节阀阀位不仅具有几何意义，而且具有热力学意义。当前，无论是理论计算、制造厂设计，亦或是现场试验往往未考虑或缺失必要且完备的调节阀阀位信息，所得汽轮机组配汽端运行特性欠完整。

虽然现场试验结果较理论仿真计算结果更符合机组实际状况，但常规试验的试验样本数量少且试验结果过于简单粗糙（如图1），不适于当前日趋多元的电力生产需求。

因此，寻求一种汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建，可深入挖掘汽轮机组配汽端运行特性，并应用于指导机组高效运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对汽轮机组配汽端运行特性试验研究和现场试验存在的问题，本发明提出一种汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建方法及应用。

本发明实现的技术方案如下，一种汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建方法，所述方法通过不同典型工况调节阀重叠度投入或退出状态下汽轮机组定功率可行阀位区间全局变压试验及相关计算，将既定配汽方式与阀门开启顺序下的机组功率、进汽压力、进汽流量、总阀位指令、单个调节阀阀位、高压缸有效焓降、高压缸相对内效率以及机组热耗率参数以机组功率为索引进行横向及纵向拟合，构建出以调节阀阀位为核心，机组功率、进汽压力等为辅的多元参照系的汽轮机组配汽端广域热经济性图谱。

一种汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建方法，包括以下步骤：

步骤1：选择待测试机组的若干典型功率，分别标记为工况1、2、3……；试验前，应根据工程应用的具体需求，确定调节阀重叠度是否投入。随后进行各工况下的汽轮机组定功率可行阀位区间全局变压试验；试验过程中，维持机组功率不变，在该机组功率所对应的可行阀位区间内，通过协调控制系统连续自动小步幅改变进汽压力，调节阀阀位随动；采集总阀位指令、调节阀阀位、进汽参数、调节级参数相关试验数据，并代入汽轮机缸效率计算公式、汽轮机组进汽流量表征公式以及汽轮机组变压运行耗差定量计算模型，得到不同调节阀阀位下进汽压力、进汽流量、高压缸相对内效率以及机组热耗率的计算结果；

步骤2：结合现场工作所需，提取同一典型功率试验工况下的试验数据及计算结果，横向拟合同一机组功率下的以“总阀位指令”、“单个调节阀阀位”或“进汽压力”为横坐标的各类热经济性关系曲线图；依次完成所有试验工况的试验数据及计算结果的横向拟合，进而，汇集组成包含所有试验工况的各类热经济性关系曲线图集；

步骤3：结合现场工作所需，提取不同典型功率试验工况下的试验数据及计算结果，纵向拟合不同机组功率下的以“总阀位指令”或“机组功率”为横坐标的各类热经济性关系曲线一体化图集。

所述方法基于汽轮机组在既定配汽方式与阀门开启顺序下其调节阀阀位呈现几何与热力学双重属性的技术特征，构建以调节阀阀位为核心，机组功率、进汽压力等为辅的多元参照系的调节阀重叠度投入或退出状态下的热经济性关系曲线图集，实现汽轮机组配汽端“热经济特性”、“流量特性”试验信息的贯通与共享。

所述汽轮机组配汽端广域热经济性图谱，包括变压运行热耗率变化趋势曲线图集、阀点信息曲线图集、调节阀节流损失信息曲线图集、全局变压试验变阀位压力曲线图集、最优运行方式区域图集、变参数变阀位高压缸效率曲线图集以及全局变压试验流量特性曲线图集等图集；其中，变压运行热耗率变化趋势曲线图集、阀点信息曲线图集、喷嘴配汽机组调节阀节流损失信息曲线图集、节流配汽机组调节阀节流损失信息曲线图集以及全局变压试验变阀位压力曲线图集等图集由多幅不同工况下的横向拟合热经济性关系曲线图组成；最优运行方式区域图集、变参数变阀位高压缸效率曲线图集以及多工况全局变压试验流量特性曲线图集经纵向拟合融为一体，以单幅形式呈现。

汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的工程应用，包括进汽压力耗差分析、调节阀阀点精确定位、调节阀重叠度本底节流损失数值量化、调节阀节流调频能损评估、调峰工况运行方式深度优化、变工况热力计算以及汽轮机组流量特性矫正等多种现场技术服务及科学研究；此外，可结合现场工作所需，根据上述方法及步骤，生成其他功能曲线图集。

所述变压运行热耗率变化趋势曲线图集由多幅不同典型工况调节阀重叠度投入状态下的“以进汽压力为横坐标，机组热耗率和总阀位指令为纵坐标”的变压运行热耗率变化趋势曲线图汇集组成；运行中，通过图谱识别，可获取进汽压力实际值偏离进汽压力最优值所产生的能损耗差量，实现不同机组负荷下的进汽压力能损耗差分析；也可通过图谱识别，折算总阀位指令偏离最佳阀位所产生的能损耗差量，进而将火力发电节能小指标体系中的进汽压力偏差考核更改为阀位偏差考核；

所述阀点信息曲线图集由多幅不同典型工况调节阀重叠度投入状态下的“以总阀位指令为横坐标，机组热耗率、高压缸内效率和有效焓降为纵坐标”的阀点信息曲线图汇集组成；通过图谱识别与数值对比分析，以机组热耗率最低为原则来确定调节阀阀点的准确位置；此法优于常规的高压缸内效率局部高点法，可应用于汽轮机组最佳阀位的精确定位；

所述调节阀节流损失信息曲线图集由多幅不同典型工况调节阀重叠度退出状态下的“以单个调节阀阀位为横坐标，机组热耗率和总阀位指令为纵坐标”的喷嘴配汽机组调节阀节流损失信息曲线图或“以主调节阀阀位为横坐标，机组热耗率为纵坐标”的节流配汽机组调节阀节流损失信息曲线图汇集组成；在整定汽轮机组调节阀重叠度时，通过图谱识别与数值分析，读取拟重叠起始阀位与全开阀位各自对应的机组热耗率，即可数值量化重叠度本底节流损失；运行中，也可通过读取调节阀实际阀位与重叠起始阀位间的机组热耗率差幅，来评估为保障一次调频响应调节阀采取额外节流所造成的能损；

所述全局变压试验变阀位压力曲线图集由多幅不同典型工况的覆盖调节阀重叠区域的“以总阀位指令为横坐标，进汽压力为纵坐标”的全局变压试验变阀位压力曲线图汇集组成，可应用于间接辨析调节阀重叠区域进汽流量的线性度；若进汽压力随总阀位指令的变化整体呈线性趋势时，则调节阀重叠区域进汽流量线性度可视为合格；若进汽压力随总阀位指令的变化呈现较大波折起伏或平缓停滞特征时，则调节阀重叠区域进汽流量线性度应视为不合格；

所述最优运行方式区域图集纵向提取不同典型工况的机组功率及最优进汽压力等试验结果，“以机组功率为横坐标，最优进汽压力为纵坐标”绘制而成；调峰中，依据近期电网调度统计分析及最优运行方式区域图集，以“短时段某一负荷段稍小的经济性劣势，换取长时段另一负荷段更大的经济性优势”为原则，测算喷嘴配汽机组“两阀点→三阀点”过渡区域的负荷起始点及结束点，深度优化机组调峰运行方式，提升全负荷段的综合经济效益；

所述变参数变阀位高压缸效率曲线图集纵向提取不同典型工况的总阀位指令及高压缸内效率等试验结果，“以总阀位指令为横坐标，高压缸内效率为纵坐标”绘制而成；以此图集呈现的高压缸内效率变化规律，可应用于汽轮机组变工况热力计算；也可按相同阀位下高压缸内效率不变为基准，进行试验进汽温度的归一修正；

所述多工况全局变压试验流量特性曲线图集纵向提取不同典型工况的总阀位指令、调节级压力或进汽流量等试验结果，“以总阀位指令为横坐标，调节级压力或进汽流量为纵坐标”绘制而成；通过图谱识别及数值映射，可用于确定汽轮机组流量特性配汽参数。

本发明的有益效果是，本发明图谱全方位揭示出配汽方式和运行方式对汽轮机组变工况热力特性的影响，展现不同类型机组定功率变压运行的内在固有规律，实现汽轮机组配汽端“热经济特性”、“流量特性”等试验信息的贯通与共享，可应用于进汽压力耗差分析、调节阀阀点精确定位、调节阀重叠度本底节流损失数值量化、调节阀节流调频能损评估、调峰工况运行方式深度优化、变工况热力计算以及汽轮机组流量特性矫正等多种技术服务及科学研究领域，实践指导意义突出。

附图说明

图1为常规汽轮机组定滑压试验信息示意图；

图2为某一试验工况下的汽轮机组配汽端广域热经济性图谱之变压运行热耗率变化趋势曲线图；

图3为某一试验工况下的汽轮机组配汽端广域热经济性图谱之阀点信息曲线图；

图4为某一试验工况下的汽轮机组配汽端广域热经济性图谱之喷嘴配汽机组调节阀节流损失信息曲线图；

图5为某一试验工况下的汽轮机组配汽端广域热经济性图谱之节流配汽机组调节阀节流损失信息曲线图；

图6为某一试验工况下的汽轮机组配汽端广域热经济性图谱之全局变压试验变阀位压力曲线图；

图7为汽轮机组配汽端广域热经济性图谱之最优运行方式区域图集；

图8为汽轮机组配汽端广域热经济性图谱之变参数变阀位高压缸效率曲线图集；

图9为汽轮机组配汽端广域热经济性图谱之全局变压试验变阀位流量曲线图集；

图10为本发明汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建方法流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图2-9,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图10所示，本发明实施例汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建方法包括以下步骤：

步骤1：选择待测试机组的若干典型功率，分别标记为工况1、2、3……；试验前，应根据工程应用的具体需求，确定调节阀重叠度是否投入。随后进行各工况下的汽轮机组定功率可行阀位区间全局变压试验；试验过程中，维持机组功率不变，在该机组功率所对应的可行阀位区间内，通过协调控制系统连续自动小步幅改变进汽压力，调节阀阀位随动；采集总阀位指令、调节阀阀位、进汽参数、调节级参数相关试验数据，并代入汽轮机缸效率计算公式、汽轮机组进汽流量表征公式以及汽轮机组变压运行耗差定量计算模型，得到不同调节阀阀位下进汽压力、进汽流量、高压缸相对内效率以及机组热耗率的计算结果；

步骤2：结合现场工作所需，提取同一典型功率试验工况下的试验数据及计算结果，横向拟合同一机组功率下的以“总阀位指令”、“单个调节阀阀位”或“进汽压力”为横坐标的各类热经济性关系曲线图，譬如：“总阀位指令——热耗率”关系曲线图、“总阀位指令——进汽压力”关系曲线图、“单个调节阀阀位——热耗率”关系曲线图以及“进汽压力——热耗率”关系曲线图等；依次完成所有试验工况的试验数据及计算结果的横向拟合，进而，汇集组成包含所有试验工况的各类热经济性关系曲线图集；

步骤3：结合现场工作所需，提取不同典型功率试验工况下的试验数据及计算结果，纵向拟合不同机组功率下的以“总阀位指令”或“机组功率”为横坐标的各类热经济性关系曲线一体化图集，譬如：“总阀位指令——高压缸相对内效率”关系曲线图集、“总阀位指令——调节级压力”关系曲线图集以及“机组功率——进汽压力”关系曲线图集等。

本发明实施例汽轮机组配汽端广域热经济性图谱在进汽压力耗差分析、调节阀阀点精确定位、调节阀重叠度本底节流损失数值量化、调节阀节流调频能损评估、调峰工况运行方式深度优化、变工况热力计算以及汽轮机组流量特性矫正中应用。

（1）如图2所示，依据图谱的构建方法步骤2提取同一试验工况调节阀重叠度投入状态下的进汽压力、机组热耗率和总阀位指令等参数，横向拟合“以进汽压力为横坐标，机组热耗率和总阀位指令为纵坐标”的变压运行热耗率变化趋势曲线图；依次完成所有试验工况的试验数据及计算结果的横向拟合，进而，汇总为包含所有试验工况的变压运行热耗率变化趋势曲线图集；运行中，通过图谱识别，可获取进汽压力实际值偏离进汽压力最优值所产生的能损耗差量，实现不同机组负荷下的进汽压力能损耗差分析；此方法可替代以往不够妥当的查取制造厂进汽压力修正曲线（理想定阀位变负荷模式）来进行进汽压力耗差分析（实际定功率变阀位模式）的办法。图中，当进汽压力为18.29mpa时，其偏离最优值22.74mpa所产生的能损耗差量为二者对应机组热耗率的差值33.96kj/(kw·h)；也可通过图谱识别，折算总阀位指令偏离最佳阀位所产生的能损耗差量，进而将火力发电节能小指标体系中的进汽压力偏差考核更改为阀位偏差考核；

（2）如图3所示，依据图谱的构建方法步骤2提取同一试验工况调节阀重叠度投入状态下的高压缸有效焓降、高压缸相对内效率、机组热耗率和总阀位指令等参数，横向拟合“以总阀位指令为横坐标，机组热耗率、高压缸内效率和有效焓降为纵坐标”的阀点信息曲线图；依次完成所有试验工况的试验数据及计算结果的横向拟合，进而，汇总为包含所有试验工况的阀点信息曲线图集；通过图谱识别与数值对比分析，以机组热耗率最低为原则来确定调节阀阀点的准确位置；此法优于常规的高压缸内效率局部高点法，可应用于汽轮机组最佳阀位的精确定位。图中a、b、c三处的总阀位指令、高压缸内效率、有效焓降、机组热耗率的测试数据依次为：87.17%、81.98%、415.88kj/kg、7993.21kj/(kw·h)；87.37%、82.03%、416.03kj/kg、7995.72kj/(kw·h)；87.88%、82.13%、415.36kj/kg、7996.60kj/(kw·h)。当总阀位指令在87%～88%时，高压缸内效率出现b、c两处局部高点，而a处所在总阀位指令对应机组热耗率最低，最终确定a为阀点位置。

（3）如图4-5所示，依据图谱的构建方法步骤2提取调节阀重叠度退出状态下试验工况的单个调节阀阀位和机组热耗率，构建“以单个调节阀阀位为横坐标，机组热耗率和总阀位指令为纵坐标”调节阀节流损失信息曲线图集；由图4可知，该过载补汽节流配汽机组主调节阀起始重叠阀位为73.5%，相较理想零重叠度状态，其重叠度本底节流损失大致为12.3kj/(kw.h)。由图5可知，该喷嘴配汽机组cv3调节阀起始重叠阀位约为54%，相较理想零重叠度状态，其重叠度本底节流损失约4.8kj/(kw.h)。同理，读取运行中的调节阀阀位，即可评估调节阀节流调频能损，即为保障一定且必要的一次调频快速响应能力，机组调节阀不得已处于额外节流状态而对机组热耗率所造成的影响。通常，定功率下，汽轮机组进汽压力越高（对应总阀位指令越小），机组调频蓄能越大，节流调频能损越高。

（4）如图6所示，依据图谱的构建方法步骤2，选择性提取某一工况下的总阀位指令和进汽压力，横向拟合“以总阀位指令为横坐标，进汽压力为纵坐标”的全局变压试验变阀位压力曲线图；可应用于间接辨析调节阀重叠区域进汽流量的线性度；若进汽压力随总阀位指令的变化整体呈线性趋势时，则调节阀重叠区域进汽流量线性度可视为合格；若进汽压力随总阀位指令的变化呈现较大波折起伏或平缓停滞特征时，则调节阀重叠区域进汽流量线性度应视为不合格。

（5）如图7所示，依据图谱的构建方法步骤3提取多个不同试验工况下的机组功率和最优进汽压力，纵向拟合“以机组功率为横坐标，最优进汽压力为纵坐标”的最优运行方式区域图集；调峰中，依据近期电网调度统计分析及最优运行方式区域图集，以“短时段某一负荷段稍小的经济性劣势，换取长时段另一负荷段更大的经济性优势”为原则，测算喷嘴配汽机组“两阀点→三阀点”过渡区域的负荷起始点及结束点，深度优化机组调峰运行方式，提升全负荷段的综合经济效益。

（6）如图8所示，依据图谱的构建方法步骤3提取多个不同试验工况下的总阀位指令和高压缸相对内效率，纵向拟合“以总阀位指令为横坐标，高压缸内效率为纵坐标”变参数变阀位高压缸效率曲线集；以此图集呈现的高压缸内效率变化规律，可应用于汽轮机组变工况热力计算；也可按相同阀位下高压缸内效率不变为基准，进行试验进汽温度的归一修正。

（7）如图9所示，依据图谱的构建方法步骤3提取多个不同试验工况下的总阀位指令和汽轮机组实际进汽流量，纵向拟合“以总阀位指令为横坐标，调节级压力或进汽流量为纵坐标”的全局变压试验流量特性曲线集；通过汽轮机组实际进汽流量和实际调节阀阀位的数值映射，实现汽轮机组流量特性的整定和矫正。

以上对本发明所提供的一种汽轮机组配汽端广域热经济性图谱的构建及应用方法进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。