基于DCS参数的电站锅炉风机效率实时在线计算方法与流程

基于dcs参数的电站锅炉风机效率实时在线计算方法
技术领域
1.本发明属于火力发电厂风机节能计算及评估领域，尤其涉及一种基于dcs参数的电站锅炉风机效率实时在线计算方法。


背景技术：

2.风机是燃煤电站锅炉重要的辅机设备，锅炉一般均配置有送风机、引风机和一次风机，分为轴流式和离心式，随着机组向大容量发展，电站锅炉以配置轴流式风机居多。风机运行的经济性关系到整个机组运行的经济性，当前电厂缺乏了解风机运行经济性的手段，要了解风机的运行性能，需委托有资质的试验单位按照dl/t 469
‑
2004《电站锅炉风机现场性能试验》进行现场测试，不仅费时费力，且因流场分布的不均匀性和不稳定性，测量准确性也不易保证，更不具备风机性能监测的实时性，电厂运行人员无风机运行调整参考。
3.随着技术的发展，机组配置dcs功能强大，布置的测点完善，对于电站锅炉风机，dcs一般均布置有风机进出口介质温度、压力、进出口差压、风机电机功率等测点，利用这些测点，对风机效率进行实时在线计算，为运行人员提供操作指导和参考，具有重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于dcs参数的电站锅炉风机效率实时在线计算方法。
5.这种基于dcs参数的电站锅炉风机效率实时在线计算方法，包括以下步骤：
6.步骤1、风机系统中的风机轴从配套的电动机获得轴的机械功率w
s
，从大气环境中吸入空气，空气经一小段风机入口风道后进入风机本体，经过风机叶轮的推动，忽略漏风等的影响，将空气以速度v2输送至风机出口风道；记录大气环境的实时大气压力p
a
，记录此时的风机电机输入功率w
m
、风机入口静压p1、风机进口空气绝对温度t1、风机出口静压p2、风机出口空气绝对温度t2；测量得到的风机入口截面积为a1；测量得到的风机出口截面积为a2；风机吸入空气的过程中，记录从风机壳外表面散热的损失为q；
7.步骤2、计算风机输送空气的质量流量m；
8.步骤2.1、由能量平衡列出方程式：
[0009][0010]
上式中，m为风机输送空气的质量流量，单位为kg/s；c
p0
为环境大气定压比热容，单位为kj/(kg
·
k)；t0为环境大气绝对温度，单位为k；v0为风机进口气流速度，单位为m/s；g为重力加速度，单位为m/s2；z0为风机进口标高，单位为m；w
s
为风机轴获得的机械功率，单位为kw；c
p2
为风机出口空气定压比热容，单位为kj/(kg
·
k)；t2为风机出口空气绝对温度，单位为k；v2为风机出口气流速度，单位为m/s；z2为风机出口标高，单位为m；q为从风机壳外表面散热的损失，单位为kw；
[0011]
步骤2.2、整理上式(1)得到：
[0012][0013]
步骤2.3、化简上式(2)得到：
[0014][0015]
上式中，t1为风机进口空气绝对温度，单位为k；其中代入公式(3)得：
[0016][0017]
上式中，ρ2为风机出口空气密度，单位为kg/m3；a2为测量得到的风机出口截面积，单位为m2；
[0018]
步骤2.4、计算得到风机出口静压为：
[0019][0020]
上式中，p
a
为大气环境的实时大气压力，单位为pa；p2为风机出口静压(表压)，单位为pa；
[0021]
步骤2.5、dcs的ecs系统实时监测风机电机的输入电功率，由电机的效率，即可得出风机轴的机械功率；采用简化处理风机轴从配套的电动机获得轴的机械功率w
s
：
[0022]
w
s
＝η
m
η
t
w
m
ꢀꢀ
(6)
[0023]
上式中，w
m
为风机电机输入功率，单位为kw；η
m
为风机电机效率；η
t
为风机轴与电机轴联轴器传动效率；
[0024]
步骤2.6、将上式(5)、上式(6)带入上式(4)，得到风机输送空气的质量流量m的一元三次方程，将风机输送空气的质量流量m的一元三次方程化简后得到：
[0025]
x3+px+q＝0，其中p、q为常数；并且x3+px+q＝0有唯一实根；
[0026]
步骤2.7、根据方程x3+px+q＝0的求根公式求出风机输送空气的质量流量m的值；
[0027]
步骤3、计算风机的空气功率w
u
；
[0028]
步骤4、计算风机效率η。
[0029]
作为优选，步骤2中风机从大气环境吸入空气，可认为v0＝0；因风机进风口、出口标高相差不大，可认为z2‑
z0近似为0；空气从进风口至风机出口经历时间很短，又风机本体及进出风道均有保温，故忽略风机系统向外界的散热，q＝0；在电站锅炉风机工作温度范围内，空气定压比热容随温度变化很小，可以认为空气定压比热容为定值，即c
p0
＝c
p2
＝c
p
＝1.004kj/(kg
·
k)；风机进口气流在无加热等情况下，风机进口空气温度t1近似与t0相等。
[0030]
作为优选，步骤3具体包括如下步骤：
[0031]
步骤3.1、计算风机的空气功率：
[0032]
w
u
＝m
·
y
f
ꢀꢀ
(7)
[0033]
上式中，w
u
为风机的空气功率，单位为kw；m为风机输送空气的质量流量，单位为kg/s；y
f
为风机的单位质量功，单位为kj/kg；
[0034]
步骤3.2、计算风机的单位质量功y
f
：
[0035][0036]
上式中，y
f
为风机的单位质量功，单位为kj/kg；p2为风机出口静压，单位为pa；p1为风机入口静压，单位为pa；ρ
m
为风机进出口平均密度，单位为kg/m3，v2为风机出口气流速度，单位为m/s；v1为风机进口气流速度，单位为m/s；δp为风机出入口压差，单位为pa；ρ2为风机出口空气密度，单位为kg/m3；a2为测量得到的风机出口截面积，单位为m2；ρ1为风机进口空气密度，单位为kg/m3；a1为测量得到的风机入口截面积，单位为m2；
[0037]
其中，风机进口空气密度ρ1为：
[0038][0039]
风机入口静压p1满足：
[0040]
p1＝p2‑
δp
ꢀꢀ
(10)。
[0041]
作为优选，步骤4具体为：
[0042][0043]
上式中，w
u
为风机的空气功率，单位为kw；w
s
为风机轴获得的机械功率，单位为kw；w
m
为风机电机输入功率，单位为kw；η
m
为风机电机效率；η
t
为风机轴与电机轴联轴器传动效率。
[0044]
作为优选，电机效率随负荷变化较小，风机电机效率近似取η
m
＝0.96；风机轴与电机轴联轴器传动效率取η
t
＝0.98。
[0045]
本发明的有益效果是：随着技术的发展，机组配置dcs功能强大，布置的测点完善，对于电站锅炉风机，dcs一般均布置有风机进出口介质温度、压力、进出口差压、风机电机功率等测点，本发明利用这些测点，对风机效率进行实时在线计算，为运行人员提供操作指导和参考。
附图说明
[0046]
图1为本发明实时计算风机效率的流程图；
[0047]
图2为风机系统示意图。
[0048]
附图标记说明：风机入口截面1、风机出口截面2。
具体实施方式
[0049]
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，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。
[0050]
实施例1：
[0051]
将风机系统视为一开口系统，风机系统示意图如图2所示。如图1所示，基于dcs参
数的电站锅炉风机效率实时在线计算方法，包括步骤：
[0052]
步骤1、风机系统中的风机轴从配套的电动机获得轴的机械功率w
s
，从大气环境中吸入空气，空气经一小段风机入口风道后进入风机本体，经过风机叶轮的推动，忽略漏风等的影响，将空气以速度v2输送至风机出口风道；记录大气环境的实时大气压力p
a
，记录此时的风机电机输入功率w
m
、风机入口静压p1、风机进口空气绝对温度t1、风机出口静压p2、风机出口空气绝对温度t2；测量得到的风机入口截面积为a1；测量得到的风机出口截面积为a2；风机吸入空气的过程中，记录从风机壳外表面散热的损失为q；
[0053]
步骤2、计算风机输送空气的质量流量m；
[0054]
步骤2.1、由能量平衡列出方程式：
[0055][0056]
上式中，m为风机输送空气的质量流量，单位为kg/s；c
p0
为环境大气定压比热容，单位为kj/(kg
·
k)；t0为环境大气绝对温度，单位为k；v0为风机进口气流速度，单位为m/s；g为重力加速度，单位为m/s2；z0为风机进口标高，单位为m；w
s
为风机轴获得的机械功率，单位为kw；c
p2
为风机出口空气定压比热容，单位为kj/(kg
·
k)；t2为风机出口空气绝对温度，单位为k；v2为风机出口气流速度，单位为m/s；z2为风机出口标高，单位为m；q为从风机壳外表面散热的损失，单位为kw；风机从大气环境吸入空气，可认为v0＝0；因风机进风口、出口标高相差不大，可认为z2‑
z0近似为0；空气从进风口至风机出口经历时间很短，又风机本体及进出风道均有保温，故忽略风机系统向外界的散热，q＝0；在电站锅炉风机工作温度范围内，空气定压比热容随温度变化很小，可以认为空气定压比热容为定值，即c
p0
＝c
p2
＝c
p
＝1.004kj/(kg
·
k)；风机进口气流在无加热等情况下，风机进口空气温度t1近似与t0相等。
[0057]
步骤2.2、整理上式(1)得到：
[0058][0059]
步骤2.3、化简上式(2)得到：
[0060][0061]
上式中，t1为风机进口空气绝对温度，单位为k；其中代入公式(3)得：
[0062][0063]
上式中，ρ2为风机出口空气密度，单位为kg/m3；a2为测量得到的风机出口截面积，单位为m2；
[0064]
步骤2.4、计算得到风机出口静压为：
[0065][0066]
上式中，p
a
为大气环境的实时大气压力，单位为pa；p2为风机出口静压(表压)，单位为pa；
[0067]
步骤2.5、dcs的ecs系统实时监测风机电机的输入电功率，由电机的效率，即可得出风机轴的机械功率；采用简化处理风机轴从配套的电动机获得轴的机械功率w
s
：
[0068]
w
s
＝η
m
η
t
w
m
ꢀꢀ
(6)
[0069]
上式中，w
m
为风机电机输入功率，单位为kw；η
m
为风机电机效率，电机效率随负荷变化较小，近似取η
m
＝0.96；η
t
为风机轴与电机轴联轴器传动效率，取η
t
＝0.98；
[0070]
步骤2.6、将上式(5)、上式(6)带入上式(4)，得到风机输送空气的质量流量m的一元三次方程，将风机输送空气的质量流量m的一元三次方程化简后得到：
[0071]
x3+px+q＝0，其中p、q为常数；并且x3+px+q＝0有唯一实根；
[0072]
步骤2.7、根据方程x3+px+q＝0的求根公式求出风机输送空气的质量流量m的值；
[0073]
步骤3、计算风机的空气功率w
u
；
[0074]
步骤3.1、按照dl/t 469
‑
2004《电站锅炉风机现场性能试验》，计算风机的空气功率：
[0075]
w
u
＝m
·
y
f
ꢀꢀ
(7)
[0076]
上式中，w
u
为风机的空气功率，单位为kw；m为风机输送空气的质量流量，单位为kg/s；y
f
为风机的单位质量功，单位为kj/kg；
[0077]
步骤3.2、计算风机的单位质量功y
f
：
[0078][0079]
上式中，y
f
为风机的单位质量功，单位为kj/kg；p2为风机出口静压，单位为pa；p1为风机入口静压，单位为pa；ρ
m
为风机进出口平均密度，单位为kg/m3，v2为风机出口气流速度，单位为m/s；v1为风机进口气流速度，单位为m/s；δp为风机出入口压差，单位为pa；ρ2为风机出口空气密度，单位为kg/m3；a2为测量得到的风机出口截面积，单位为m2；ρ1为风机进口空气密度，单位为kg/m3；a1为测量得到的风机入口截面积，单位为m2；
[0080]
其中，风机进口空气密度ρ1为：
[0081][0082]
风机入口静压p1满足：
[0083]
p1＝p2‑
δp
ꢀꢀ
(10)。
[0084]
步骤4、计算风机效率η：
[0085][0086]
上式中，w
u
为风机的空气功率，单位为kw；w
s
为风机轴获得的机械功率，单位为kw；w
m
为风机电机输入功率，单位为kw；η
m
为风机电机效率，电机效率随负荷变化较小，风机电机效率近似取η
m
＝0.96；η
t
为风机轴与电机轴联轴器传动效率，取η
t
＝0.98。
[0087]
实施例2：
[0088]
以某电厂1台一次风机为例，采用实施例1中的方法对风机效率进行了计算，并于
风机性能测试结果进行了比对，计算及比对结果见下表1，从比对结果看，用上述方法计算出的风机效率相对偏差在
±
5％以内，准确性较高。
[0089]
表1风机性能测试计算及比对结果表
[0090]
参数名称符号单位工况1工况2工况3工况4大气压力p
a
pa101698101290101406101406风机进口截面积a1m22.492.492.492.49风机出口截面积a2m24.424.424.424.42风机进口空气绝对温度t1k296.75296.85297.25297.45风机出口空气绝对温度t2k307.67308.59306.85307.34空气定压比热容c
p
kj/(kg
·
k)1.0041.0041.0041.004风机进口气流静压p1pa
‑
307
‑
284
‑
197
‑
210风机出口气流静压p2pa8597903178207972风机进口气流密度ρ1kg/m31.1891.1841.1851.184风机出口气流密度ρ2kg/m31.2471.2441.2391.238气流平均密度ρ
m
kg/m31.2181.2141.2121.211风机进出口压差δppa8904931680178182电动机输入功率w
m
kw603635442429电动机效率η
m
％96969696传动装置效率η
t
％98989898风机轴功率w
s
kw567.3597.41415.83403.6计算风机质量流量mkg/s51.5350.543.0140.53风机空气功率w
u
kw371.09382.18281.32271.07风机效率η％65.4163.9767.6567.16性能测试风机效率η＇％65.7163.5165.2166.7效率相对偏差 ％
‑
0.460.733.740.7