阅读说明：本技术 汽轮机最小安全流量控制方法 (Minimum safe flow control method for steam turbine ) 是由 康剑南 刘宝庆 刘鑫 卢国栋 徐加鹏 高岩松 马晓光 潘同洋 于 2019-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种汽轮机最小安全流量控制方法,包括：基于热力系统ebsilon模型,模拟得到热平衡图,基于热平衡图得到流量、背压关系曲线；对机组进行低压缸末级最小安全流量试验,验证ebsilon模型的模拟结果,并通过改变机组背压和出力,得出由于背压升高、质量流量不变和背压不变、质量流量减少情况下,机组最小流量控制线；利用CFD模拟对末级叶片不同负荷下的动静应力、模态及不同温度下的伸长量进行计算分析,判断叶片是否满足设计要求,以保证机组低压缸末级最小流量运行的安全稳定；参考机组最小流量控制线,对照背压及电负荷,调整机组排汽量接近对应工况下低压缸最小流量。本发明能够提高机组运行经济性及机组调峰能力,为火电灵活性改造提供有力支撑。(The invention relates to a minimum safe flow control method for a steam turbine, which comprises the following steps: based on a thermodynamic system ebsilon model, a thermal equilibrium diagram is obtained through simulation, and a relation curve of flow and back pressure is obtained based on the thermal equilibrium diagram; performing a low-pressure cylinder final-stage minimum safe flow test on the unit, verifying a simulation result of the ebsilon model, and obtaining a minimum flow control line of the unit under the conditions of back pressure rise, constant mass flow, constant back pressure and reduced mass flow by changing the back pressure and output of the unit; CFD simulation is utilized to calculate and analyze dynamic and static stress and modal of the last-stage blade under different loads and elongation at different temperatures, and whether the blade meets the design requirements is judged, so that the safe and stable operation of the last-stage minimum flow of the low-pressure cylinder of the unit is ensured; and referring to a minimum flow control line of the unit, and adjusting the steam discharge amount of the unit to be close to the minimum flow of the low-pressure cylinder under the corresponding working condition by contrasting the back pressure and the electric load. The method can improve the operation economy and the peak regulation capacity of the unit, and provides powerful support for flexible modification of thermal power.)

汽轮机最小安全流量控制方法

技术领域

本发明属于火力发电技术领域，尤其涉及一种汽轮机最小安全流量控制方法。

背景技术

随着全社会用电需求增速放缓以及可再生能源的大规模发展，火电利用小时数将会逐年下降，为此提升火电机组运行灵活性，大规模参与电网深度调峰将是大势所趋，在未来，机组处于低负荷运行将成为常态。在电力需求较少时，调峰机组的工作负荷小于设计负荷，其实际流过的容积流量也小于设计容积流量；对于冷凝式汽轮机，负荷变化时，流过的蒸汽流量也发生变化，引起冷却水温度的变化，背压也随之改变，最终引起低压缸容积流量的变化；对于热电联产机组，需要进行中间级抽汽供暖，这也会造成抽汽后的几级容积流量小于设计容积流量；在空冷机组中，其背压随大气温度的变化而变化，当工作背压高于设计背压时，也使得机组低压缸末级处于小容积流量下工作。因此，机组小容积流量问题在未来火电机组运行中将成为一个较普遍的问题，亟需一种汽轮机最小安全流量控制策略，以提高机组运行的经济性及机组调峰能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽轮机最小安全流量控制方法，以解决上述技术问题。

本发明提供了一种汽轮机最小安全流量控制方法，包括如下步骤：

步骤1，基于热力系统ebsilon模型，模拟得到热平衡图，基于热平衡图得到流量、背压关系曲线；

步骤2，对机组进行低压缸末级最小安全流量试验，验证ebsilon模型的模拟结果，并通过改变机组背压和出力，得出由于背压升高、质量流量不变和背压不变、质量流量减少情况下，机组最小流量控制线；

步骤3，利用CFD模拟对末级叶片不同负荷下的动静应力、模态及不同温度下的伸长量进行计算分析，判断叶片是否满足设计要求，以保证机组低压缸末级最小流量运行的安全稳定；

步骤4，进行试运行调整，确保运行安全基础上，参考机组最小流量控制线，对照背压及电负荷，调整机组排汽量接近对应工况下低压缸最小流量。不仅限于特定工况机组最大抽汽量，可最大限度提高机组经济性。

进一步地，所述步骤1包括：

基于电厂运行热电负荷特性，完成热力系统ebsilon建模，结合实际运行数据，进行模型修正；

提取电厂所在地区气温特性，进行背压趋势模拟，进行末级叶片设计工况质量流量与容积流量换算；

结合背压变化情况，完成背压与低压缸最小流量关系式拟合；

以低压缸最小流量为限制条件，分别以TMCR和75％MCR工况主蒸汽流量为基准，调整ebsilon模型得出不同背压下对应的最大抽汽热平衡图并绘制流量、背压关系曲线。

进一步地，步骤2中所述低压缸末级最小安全流量试验包括流量测量、温度测量、压力测量、电功率测量、水位测量；

所述流量测量包括：

主凝结水流量采用低β值长颈喉部取压流量喷嘴测量，并采用经标定的差压变送器测量差压再计算流量。

其他辅助流量包括：过热减温水流量、再热减温水流量采用现场表计测量，由DCS取得测量数据；门杆漏汽流量、轴封漏汽流量按设计比例进行计算；

所述温度测量包括：

采用经检定的工业1级热电偶进行测量，温度信号传入IMP数据采集系统实现自动存储和记录，测量值经过热电偶校验值修正；

所述压力测量包括：

采用经标定的高精度压力变送器测量；

所述电功率测量包括：

发电机组端功率、功率因数，采用现场表计测量，由DCS取得发电机组端功率、功率因数测量数据；

所述水位测量包括：

采用现场表计测量，由DCS取得测量数据，包括凝汽器水位、除氧器水位、汽包水位。

借由上述方案，通过汽轮机最小安全流量控制方法，能够降低机组运行期间低压缸流量，减少冷源损失，提高热电比，提高机组运行经济性；同时由于降低低压缸出力同时，减少了机组出力，在一定程度上提高了机组调峰能力，可为火电灵活性改造提供有力支撑。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例提供了一种汽轮机最小安全流量控制方法，包括如下步骤：

步骤1，基于热力系统ebsilon模型，模拟得到热平衡图，基于热平衡图得到流量、背压关系曲线；

步骤2，对机组进行低压缸末级最小安全流量试验，验证ebsilon模型的模拟结果，并通过改变机组背压和出力，得出由于背压升高、质量流量不变和背压不变、质量流量减少情况下，机组最小流量控制线；

步骤3，利用CFD模拟对末级叶片不同负荷下的动静应力、模态及不同温度下的伸长量进行计算分析，判断叶片是否满足设计要求，以保证机组低压缸末级最小流量运行的安全稳定；

步骤4，参考机组最小流量控制线，对照背压及电负荷，调整机组排汽量接近对应工况下低压缸最小流量。

通过汽轮机最小安全流量控制方法，能够降低机组运行期间低压缸流量，减少冷源损失，提高热电比，提高机组运行经济性；同时由于降低低压缸出力同时，减少了机组出力，在一定程度上提高了机组调峰能力，可为火电灵活性改造提供有力支撑。

在本实施例中，步骤1包括：

基于电厂运行热电负荷特性，完成热力系统ebsilon建模，结合实际运行数据，进行模型修正；

提取电厂所在地区气温特性，进行背压趋势模拟，进行末级叶片设计工况质量流量与容积流量换算；

结合背压变化情况，完成背压与低压缸最小流量关系式拟合；

以低压缸最小流量为限制条件，分别以TMCR和75％MCR工况主蒸汽流量为基准，调整ebsilon模型得出不同背压下对应的最大抽汽热平衡图并绘制流量、背压关系曲线。

在本实施例中，步骤2中所述低压缸末级最小安全流量试验包括流量测量、温度测量、压力测量、电功率测量、水位测量；

所述流量测量包括：

主凝结水流量采用低β值长颈喉部取压流量喷嘴测量，并采用经标定的差压变送器测量差压再计算流量。

其他辅助流量包括：过热减温水流量、再热减温水流量采用现场表计测量，由DCS取得测量数据；门杆漏汽流量、轴封漏汽流量按设计比例进行计算；

所述温度测量包括：

采用经检定的工业1级热电偶进行测量，温度信号传入IMP数据采集系统实现自动存储和记录，测量值经过热电偶校验值修正；

所述压力测量包括：

采用经标定的高精度压力变送器测量；

所述电功率测量包括：

发电机组端功率、功率因数，采用现场表计测量，由DCS取得发电机组端功率、功率因数测量数据；

所述水位测量包括：

采用现场表计测量，由DCS取得测量数据，包括凝汽器水位、除氧器水位、汽包水位。

在一具体实施例中，试验所用数据采集系统为英国施伦伯杰公司的3595系列，模数转换装置为分散式精密测量模块(IMP)，采集系统精度为0.01％。试验数据由计算机采集并存储，采集间隔为30秒钟。

以上所有试验仪表均校验合格并配有校验报告，能够保证试验数据的测量精度，满足试验规程的要求。以3号机组低压缸为例，试验工况间下表：

3号机组低压缸末级最小安全流量热力性能试验工况及时间

试验数据整理及计算

各相应工况试验实测有关参量采用算术平均值参加计算，表压力测量值经仪表标高、大气压力修正换算成绝对压力真实值，温度测量值已经过数采系统环境温度自动补偿，直接使用其算术平均值。

流量计算

a.主凝结水流量测量计算公式

式中：

G_c——主凝结水流量，t/h；

R_ed——雷诺数；

η——凝结水动力粘度，Pa·s；

C——流出系数，

β_t——工作温度下喷嘴喉部直径与管道内径比；

d_t——工作温度下喷嘴喉部直径，mm；

ΔP——差压测量值，kPa；

ρ——工作温度下流体密度，kg/m3。

b.系统不明漏泄量

G_un＝G_deas+G_cons+G_boil-G_know (3)

式中：

G_un——系统不明漏泄量，t/h；

G_deas——除氧器水位变化当量流量(下降为正)，t/h；

G_cons——凝汽器水位变化当量流量(下降为正)，t/h；

G_boil——锅炉汽包水位变化当量流量(下降为正)，t/h；

G_know——系统明漏量，t/h。

c.给水流量

G_fw＝G_c+∑G_s+G_deas-G_rhsp-G_shsp (4)

式中：

G_fw——给水流量，t/h；

∑G_s——高加及除氧器进汽量总和，t/h；

G_rhsp——再热减温水流量，t/h；

G_shsp——过热减温水流量，t/h。

d.主蒸汽流量

G_ms＝G_fw+G_boil+G_shsp-G_un (5)

式中：

G_ms：主蒸汽流量，t/h。

e.高压缸排汽流量

G_hpex＝G_ms-G_gymg-G_ggqzf-G_1e-G_gghzf+G_{ggqzf_gp} (6)

式中：

G_hpex——高压缸排汽流量，t/h；

G_gymg——高压门杆漏汽总量，t/h；

G_{gymg_gp}——高压门杆漏汽至高排流量，t/h；

G_ggqzf——高压前轴封漏汽总量，t/h；

G_{sgqzf_gp}——高压前轴封漏汽至高排流量，t/h；

G_gghzf——高压缸后轴封漏汽总量，t/h；

G_1e——一段抽汽流量，t/h。

f.冷再热蒸汽流量

G_crh＝G_hpex (7)

式中：

G_crh——冷再热蒸汽流量，t/h。

g.热再热蒸汽流量

G_hrh＝G_crh+G_rhsp (8)

式中：

G_hrh——热再热蒸汽流量，t/h。

h.低压缸进汽流量

G_lp＝G_hrs-G_2e-G_3e-G_4e-G_gycq-G_bf-G_rwss-G_zymg-G_zzqzf-G_zzhzf (9)

式中：

G_lp——低压缸进汽流量，t/h；

G_hrh——热再热蒸汽流量，t/h；

G_2e——二段抽汽流量，t/h；

G_3e——三段抽汽流量，t/h；

G_4e——四段抽汽流量，t/h；

G_gycq——工业抽汽流量，t/h；

G_bf——小机进汽流量，t/h；

G_rwss——热网疏水流量，t/h。

G_zymg——中压门杆漏汽总量，t/h；

G_zzqzf——中压前轴封漏汽总量，t/h；

G_zzhzf——中压后轴封漏汽总量，t/h；

i.低压缸末级最小安全流量

G_zxaq＝G_lp-G_5e-G_6e-G_7e (10)

式中：

G_zxaq——低压缸末级最小安全流量，t/h；

G_5e——五段抽汽流量，t/h；

G_6e——六段抽汽流量，t/h；

G_7e——七段抽汽流量，t/h；

试验结果

各工况试验结果

3号机组在主蒸汽流量为663.567t/h、发电机负荷为142.997MW、工业抽汽流量为112t/h、采暖抽汽流量为204.039t/h、背压为5.061kPa条件下，1号低压缸进汽蝶阀关到最小20％，2号低压缸进汽蝶阀关到最小20％，机组低压缸进汽流量为150.259t/h，低压缸末级最小安全流量为136.210t/h。

3号机组在主蒸汽流量为661.424t/h、发电机负荷为172.291MW、工业抽汽流量为0t/h、采暖抽汽流量为327.544t/h、背压为4.926kPa条件下，1号低压缸进汽蝶阀关到最小11.22％，2号低压缸进汽蝶阀关到最小11.07％，机组低压缸进汽流量为147.734 t/h，低压缸末级最小安全流量为132.609t/h。

机组运行安全性

在各试验工况下，3号机组的轴系振动水平整体良好，各轴振及轴承座振动合格，轴瓦金属温度均低于安全运行限值，排汽温度未超试验前规定的45℃。

试验结论

3号机组在主蒸汽流量为663.567t/h、发电机负荷为142.997MW、工业抽汽流量为112t/h、采暖抽汽流量为204.039t/h、背压为5.061kPa条件下，1号低压缸进汽蝶阀关到最小20％，2号低压缸进汽蝶阀关到最小20％，机组低压缸进汽流量为150.259t/h，低压缸末级最小安全流量为136.210t/h。

3号机组在主蒸汽流量为661.424t/h、发电机负荷为172.291MW、工业抽汽流量为0t/h、采暖抽汽流量为327.544t/h、背压为4.926kPa条件下，1号低压缸进汽蝶阀关到最小11.22％，2号低压缸进汽蝶阀关到最小11.07％，机组低压缸进汽流量为147.734 t/h，低压缸末级最小安全流量为132.609t/h。

在各试验工况下，试验数据与eb模拟基本吻合且3号机组的轴系振动水平整体良好，各轴振及轴承座振动合格，轴瓦金属温度均低于安全运行限值，排汽温度未超试验前规定的45℃。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。