第５５卷第６期 汽轮机技术 Ｖｏ１．５５ Ｎｏ．６ ２０１３年ｌ２月 ＴＵＲＢＩＮＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｄｅｃ．２０１３ 汽动给水泵组效率在线监测方法及应用 李 勇，李仁杰，曹丽华，张炳文 （东北电力大学能源动力工程学院，吉林１３２０１２） 摘要：汽动给水泵组作为汽轮机的重要辅助设备，其运行经济性受到了运行部门的普遍重视。提出了汽动给水泵 组效率的计算和在线监测方法。同时，考虑到给水流量的测量误差比较大，以除氧器入口凝结水流量为基准计算 给水流量，以便提高计算精度。对于辅助流量（高加旁路泄漏量、给水泵密封水泄漏量、除氧器水位变化当量流量） 也进行了适当修正计算。将汽动给水泵组效率监测模型应用于某６６０ＭＷ机组，结果表明，该模型可以实时采集和 处理数据，泵组效率的监测精度较高，可以用来分析预测汽动给水泵组的性能变化。 关键词：汽动给水泵组；效率；在线监测；经济性诊断 分类号：ＴＭ６２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—５８８４（２０１３）０６－０４０８－０３ Ｏｎ．１ｉｎｅ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｄｒｉｖｅｎ Ｂｏｉｌｅｒ Ｆｅｅｄ Ｐｕｍｐ Ｓｅｔ ＬＩ Ｙｏｎｇ，ＬＩ Ｒｅｎ－ｊｉｅ，ＣＡ０ Ｌｉ－ｈｕａ，ＺＨＡＮＧ Ｂｉｎｇ－ｗｅｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｄｉａｎｌｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ １３２０１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ，ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｅｃｏｎｏｍｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｒｉｖｅｎ ｂｏｉｌｅｒ ｆｅｅｄ ｐｕｍｐ ｓｅｔ ｈａｓ ａｔｔｒａｃｔｅｄ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ．Ａｎ Ｏｉｌ—ｌｉｎｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｒｉｖｅｎ ｂｏｉｌｅｒ ｆｅｅｄ ｐｕｍｐ ｓｅｔ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｙ ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｗａｔｅｒ ｌｆｏｗ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅａｅｒａｔｏｒ ｅｎｔｒａｎｃｅ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｆｌｏｗ ａｓ ｔｈｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｆｅｅｄ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｉｓ ｌａｒｇｅ ｅｎｏｕｇｈ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｎｅｇｌｅｃｔｅｄ．Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｌｆｏｗ（１ｅａｋａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｂｙｐａｓｓ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＨＰ ｈｅａｔｅｒｓ，ｌｅａｋａｇｅ ｏｆ ｓｅａｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｒｆｏｍ ｆｅｅｄ—ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ，ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆｌｏｗ ｏｆ ｄｅａｅｒａｔｏｒ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｃｈａｎｇｅｓ）ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｐｒｏｃｅｅｄｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｏｎｅ ６６０ＭＷ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｕｎｉｔ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓａｉｄ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ａｃｑｕｉｒｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ａｃｃｕｒａｃｙ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｓｅ ａｎｄ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｒｉｖｅｎ ｂｏｉｌｅｒ ｆｅｅｄ ｐｕｍｐ ｓｅｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｒｉｖｅｎ ｂｏｉｌｅｒ ｆｅｅｄ ｐｕｍｐ ｓｅｔ；ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ；ｏｎ－ｌｉｎｅ ｍｏｍｔｏｎｎｇ；ｅｃｏｎｏｍｙ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ 法在计算给水泵效率时也存在着一定的问题 。一是测量 ０前言 仪表精度等级不统一。一般地，即使在相同的效率精度下， 对于不同的测试场合所要求的测量仪表精度也不同，有时甚 汽轮发电机组的运行经济性不仅依赖于主汽轮机的效 至相差很大；二是即使测量仪表精度较高，但由于安装、操作 率，同时还取决于热力系统中各个辅机的配置和运行性能。 以及读数等方面的人为因素，也会影响到测量结果。同时， 随着火电机组单机容量和蒸汽参数的提高，辅机的配置和运 给水泵效率计算时还需要一些经验值或者能量损失率的估 行性能对机组热经济性的影响越来越大。作为火力发电厂 计值等，在一定程度上影响到给水泵效率的计算精度和汽动 中重要辅助设备的汽动给水泵及其驱动汽轮机构成的汽动 给水泵组的经济性评价。 给水泵组已经引起了业内人士的广泛重视 。采用小汽轮 针对上述问题，本文结合汽轮机及给水泵的工作原理， 机驱动是给水泵驱动方式之一，其具有安全可靠性高、经济 提出采用汽动给水泵组效率作为评价指标，并给出汽动给水 性好、使用灵活等特点，我国３００ＭＷ及以上湿冷火电机组 泵组效率的在线监测方法。同时，基于凝结水流量确定给水 中，已大部分采用小汽轮机驱动。 流量，并计算汽动给水泵组的效率。最后，对汽动给水泵组 由于驱动给水泵的小汽轮机属于纯凝汽式汽轮机，无回 效率的监测进行了应用检验。 热抽汽，导致小汽轮机的排汽焓无法准确确定，从而引起小 汽轮机的相对内效率和给水泵效率均无法准确地实现在线 １ 汽动给水泵组性能诊断方法 监测。我国现行的测试标准ＧＢ３２１６—８９、ＤＬ／Ｔ８３９— ２００３ ｌ２ 提出采用热力学方法测量给水泵效率，但热力学方 １．１ 汽动给水泵组能量平衡方程 收稿日期：２０１３－０６－２８ 基金项目：吉林省科技发展计划重点项目（２０１１０４０９）。 作者简介：李勇（１９６４一），男，博士，教授，现主要从事火力发电厂热经济性诊断等方面的教学和科研工作。 第６期 李勇等：汽动给水泵组效率在线监ｉ贝０方法及应用 Ｕ－ｎ＝ ４０９ （９） 汽动给水泵组的能量平衡方程可表示为 。 鲁专・‘ ‘ ・㈩ （ ） 式中，Ｄ 和Ｄ”分别为以中间抽头为分界的泵高、低压段水流 即 Ｐ ：Ｐ 叼ｍ叩 叼 （２） 式中，Ｐ。为给水泵组的有效功率，即给水泵输出功率，ｋＷ；Ｐ 为小汽轮机理想内功率，ｋＷ；Ｐ 为小汽轮机实际内功率， ｋＷ；Ｐ 为小汽轮机轴端功率，ｋＷ；叼 为小汽轮机的相对内 效率；７／ 为小汽轮机的机械效率；研 为给水泵效率。 将汽动给水泵、传动部件以及小汽机作为一个汽动给水 泵组，则泵组效率定义为给水泵的有效输出功率与小汽轮机 输入功率之比，即 Ｐ ｋ＝—— ＝ ｍ叼Ｐ （３） 式中，叼 为泵组效率。 由于目前小汽轮机相对内效率、传动效率及给水泵效率 尚无成熟、准确的在线监测方法，这里，对汽动给水泵组效率 进行监测。 １．２汽动给水泵组热力系统分析 这里，选择以前置泵出口为人口断面、给水泵出口为出 １２１断面构建开口热力系统。如图１中虚线框内图示。 图１ ６６０ＭＷ机组给水系统 在所选开口热力系统中，进入给水泵的流量为除氧器出 口水流量，包括凝结水流量、除氧器抽汽流量、高压加热器疏 水流量。出口水流包括进入高压加热器的主给水、水泵出口 引出的过热器减温水和从给水泵中间抽头引出的再热器减 温水。 小汽轮机的蒸汽汽源一般分为高压汽源和低压汽源。 正常运行时，采用第四级抽汽作为汽源，为低压汽源。小汽 轮机的输入功率为蒸汽在小汽轮机内的理想内功率，亦即假 定小汽轮机通流部分无任何损失时的内功率，即 Ｐ ＝Ｄ ‘Ａｈ （４） 式中，Ｄ 为小汽机进汽量，ｋｇ／ｓ；ａｈ 为小汽轮机等熵比焓 降，ｋＪ／ｋｇ。 汽动给水泵组的有效输出功率为 Ｐｐ：Ｄ ・ｕ ・（Ｐ。 一Ｐｐ，）＋Ｄ”・ｔ， ・（Ｐ 一Ｐ ）（５） 其中 Ｄ ＝Ｄｍ＋Ｄ ＾ （６） Ｄ”＝Ｄｍ＋Ｄ ＾＋Ｄ。 （７） －Ｕ ｐ： （８） 量，ｋｇ／ｓ；Ｕ－ 和＂”分别为泵高、低压段内水的比容，ｍ ／ｋｇ；ｐ。 ｐ。 和ｐ 分别为水泵出口压力、中间抽头压力和水泵进口压 力，ｋＰａ；Ｄ 为给水流量，ｋｇ／ｓ；Ｄ 为过热器减温水流量，ｋｇ／ｓ； Ｄ。，为再热器减温水流量，ｋｇ／ｓ；Ｕ－…－Ｕｐ 和” 分别为给水泵出 口、中间抽头和水泵进Ｅｌ处水的比容，ｍ ／ｋｇ。 ２汽动给水泵组效率在线监测系统 ２．１汽水流量在线核算 由式（３）一式（５）可知，影响泵组效率计算精度的主要 因素是给水流量以及相关压力数据的准确度。而压力测量 装置的精度和工作稳定性都很高，因此降低在线监测误差的 重点在于提高给水流量的测量精度。汽动给水泵组效率在 线监测流程如图２所示。 图２泵组效率在线监测系统 由电厂的分散控制系统（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ， ＤＣＳ），能够很方便地获得电厂运行的实时数据，对实时数据 的测量误差进行检测和校正，是机组性能监测和能损诊断急 需解决的问题 Ｊ。随着机组容量增大、参数提高，直接测量 给水流量在技术上有很大的困难，也存在相当的误差 。这 是由于给水温度普遍超过１５０￣Ｃ，在一定程度上影响了给水 流量测量装置的变形量，并增加了由于高雷诺数引起的流量 系数的外推量 。同时，考虑到凝结水流量表计的准确性较 高，因此，采用由凝结水流量导出给水流量的方法。本文以 除氧器人口实测主凝结水流量作为流量的基准值，通过高压 加热器、除氧器的能量平衡和质量平衡确定出监测模型中相 关主、辅汽水流量，包括主给水流量、四级加热器抽汽流量。 ２．２基于凝结水流量确定给水流量 汽轮机性能试验时一般选择在进入除氧器的凝结水水 平直管段上加装流量测量装置，并以此流量为基准计算给水 流量，进而确定汽轮机组其它流量数值 。本文选取除氧器 凝结水进口与高压加热器出口之间的回热系统构建开口热 力系统，以低压加热器出口实测的凝结水流量为基准，调用 ＤＣＳ中高压加热器和除氧器的温度、压力测点的在线监测数 据，得到锅炉给水流量。 １号高压加热器热平衡方程式 Ｄｌ‘ｑ１＝Ｄ ・ １ （１０） 式中，Ｄ。为１号高压加热器内抽汽流量（也即疏水流量）， ｋｇ／ｓ；ｇ 为１号高压加热器内抽汽放热量，ｋＪ／ｋｇ； 为１号高 压加热器内给水比焓升，ｋＪ／ｋｇ。 ４１０ ２号高压加热器热平衡方程式 Ｄ１‘ｙ２＋Ｄ２‘ｑ２＝Ｄｍ‘ｒ２ 汽轮机技术 第５５卷 计算中考虑。首先，对给水管道与旁路管道的交叉点列出平 （１１） 衡式，确定给水泄漏流量占总给水流量的比例 ： 式中， ：为２号高压加热器内疏水放热量，ｋＪ／ｋｇ；Ｄ：为２号 高压加热器内抽汽流量，ｋ ｓ；ｑ 为２号高压加热器内抽汽 放热量，ｋＪ／ｋｇ；ｚ２为２号高压加热器内给水比焓升，ｋＪ／ｋｇ。 ３号高压加热器热平衡方程式 （Ｄｌ＋Ｄ２）・ ３＋Ｄ３・ｑ３：Ｄ ・ｒ３ （１２） Ｌ二 ｈ １一ｎ“ （１Ｓ） 式中，ｈ 为１号高压高压加热器出口水比焓值，ｋＪ／ｋｇ； 为 管道交叉点给水比焓值，ｋＪ／ｋｇ；ｈ 为除氧器出口水比焓值， ｋＪ／ｋｇ。 式中， 为３号高压加热器内疏水放热量，ｋＪ／ｋｇ；Ｄ，为３号 高压加热器内抽汽流量，ｋｇ／ｓ；ｑ 为３号高压加热器内抽汽 然后，在式（１０）～式（１２）中用Ｄ ・（１一Ｘ）代替Ｄ ，解 出Ｄ 即为给水流量。 （２）给水泵密封水漏入给水的流量 放热量，ｋＪ／ｋｇ；７，为３号高压加热器内给水比焓升，ｋＪ／ｋｇ。 除氧器热平衡方程式 ４ 给水泵的密封方式， 般有机械密封系统（其密封水不 （１３） Ｄ ・ ４＋Ｄ４・ｑ４＝Ｄ ・ｆ４ 暑Ｔ 进入系统）和注入式密封系统（如迷宫式密封，其密封水进入 系统）两种。第一种的密封水为冷却用水，与给水是不接触 的，因此，漏水量为零；第二种通常有一定流量的密封水进入 给水或给水漏入密封水，因此计算中必须考虑密封水漏水流 量的影响。 式中，Ｄ 为除氧器内抽汽流量，ｋｇ／ｓ； 为除氧器内疏水放 热量，ｋＪ／ｋｇ；ｑ 为除氧器内抽汽放热量，ｋＪ／ｋｇ；Ｄ出为除氧器 内疏水流量（也即出口水流量），ｋ ｓ；ｒ 为除氧器内给水比 焓升，ｋＪ／ｋｇ。 除氧器质量平衡方程式 ４ （３）除氧器水位变化当量流量 在文中建立的回热系统中，需要考虑存水量变化的储水 ∑Ｄ ＝（Ｄｄ４一Ｄｍ５） 式中，Ｄ 表示５号低压加热器出口凝结水流量，ｋｇ／ｓ。 （１４） 容器主要是除氧器的水箱，可以用实际标定的方法来确定存 水量变化与水位的关系曲线；也可以结合结构尺寸通过计算 来求得。 由式（１Ｏ）～式（１４）中５个线性非相关方程计算５个未 知数，Ｄ （ｉ＝１，２，３，４）为计算过程量；Ｄｍ为待求量，方程组有 唯一解。确定出给水流量，代入式（５）中即可计算出汽动给 水泵组的有效输出功率。 ２．３小汽水流量的处理 ３计算实例 应用本文提出的效率计算模型，调用某６６０ＭＷ电厂汽 动给水泵组相关运行数据，进行数值计算和分析，结果见表１。 （１）高压加热器旁路阀的泄漏流量 高压加热器系统的给水侧通常设有旁路管道，正常运行 时旁路系统隔离。如果旁路阀不严密会发生给水泄漏，应在 表１ 由表１可见，采用式（３）一式（５）计算得到的汽动给水 泵组效率能很好地反映机组各工况下泵组的运行经济性，而 且泵组效率整体上与机组负荷的变化趋势一致。 某时间段内泵组效率数值 （下转第４２６页ｌ ４２６ 汽轮机技术 第５５卷 咖Ｉ 咖Ｉ ２００ ； 汽轮机功率，Ｍｗ （ ）二拖一 图５抽凝模式汽轮机功率与供热蒸汽量的关系 关系曲线是计算得到的。从图５中可以看出，在抽凝工况下 当燃机负荷率不变时，随着供热蒸汽量的增加，汽轮机负荷 逐渐减少；在背压模式下，供热蒸汽量越多，汽轮机功率越 加，机组群负荷是逐渐降低的；二拖一抽凝模式运行时，最大 供热量为１ ７６９ＧＪ／ｈ；一拖一抽凝模式运行时，最大供热量为 ７８０ＧＪ／ｈ。 大。 （４）抽凝模式下，当供热量一定时，机组群存在最大功率 和最小功率；随着供热量的增大，机组群的最大功率与最小 ４结论 功率之差越来越小，联合循环机组的调峰能力变差。 参考文献 ［１］ 王永志，陈元锁．Ｓ２０９ＦＡ型机组“二拖一”供热方式下的运行 优化研究［Ｊ］．燃气轮机技术，２０１２，２５（４）：５４—５７． ［２］ 叶东平，杨其国，张宏涛，等．Ｆ级燃气一蒸汽联合循环中的热 以北京地区某Ｆ级燃气一蒸汽联合循环机组为例，通过 试验确定了背压模式下联合循环机组的最大、最小供热量， 并以背压模式下的试验数据为基础，建立了抽凝模式下机组 柏 群负荷、供热量的数学模型，得到了抽凝模式下联合循环机 组的供热性能和调峰性能。所得结论如下： 一电联供汽轮机［Ｊ］．汽轮机技术，２００６，４８（３）：１８４—１８６． ［３］张壮，马悦．供热联合循环机组性能优化分析［Ｊ］．电力 剑．联合循环电厂汽轮机供热运行的若干问题 建设，２０１２，３３（１０）：６３—６６． 鲫解吨 背压运行时，供热量的范围为１ ３３０ＧＪ／ｈ一２４１７ＧＪ／ｈ；一拖 Ｍ一 ∞ｗ 背压运行时，供热量的范围为６００ＧＪ／ｈ～１ ０９９ＧＪ／ｈ。 （１）背压模式下，机组群负荷越高，供热能力越大；二拖 ［４］ 王永志，何一［Ｊ］．燃气轮机技术，２００９，２２（３）：６１—６３． ［５］朱宪然，张清峰，赵振宁．７００ ＭＷ级多轴燃气蒸汽联合循环机 组调峰和启动特性［Ｊ］．中国电力，２００９，４２（６）：１—５． （２）当环境温度和供热量一定时，背压运行的联合循环 机组不具备调峰能力。 （３）抽凝模式下，当燃机负荷率不变时，随着供热量的增 （上接第４１０页） 整个模型的计算迭代过程简单，调用的测点数据少，计 济性的影响［Ｊ］．化工机械，２００９，３６（６）：５５８—５６１． ［２］ＤＬ／Ｔ８３９—２００３．大型锅炉给水泵性能现场试验方法［Ｓ］． ２００３． 算结果准确度高，可以实现给水泵组效率在线监测。 ［３］赵伟光，赵玉姿，王九崇．采用温差法对８００ＭＷ机组汽动给水 ４结论 泵组效率测定及计算分析［Ｊ］．汽轮机技术，２００８，５０（３）：２３０ —２３３，２３７． （１）本文提出一种在线计算汽动给水泵组效率的方法， 并将其应用于某６６０ＭＷ汽轮机组的汽动给水泵组的在线监 测中，取得了良好的效果。 ［４］ 安连锁，王松岭，秦培义．用热力学法对泵教率、流量进行标测 定及在线监测的应．用研究［Ｊ］．中国电机工程学报，１９９２，１１ （２）：３６—４２． ［５］ 刘福国，王学同，苏相河，等．基于系统测量冗余的电厂异常运 行数据检测与校正［Ｊ］．中国电机工程学报，２００３，２３（７）：２０４ —（２）本文提出方法计算汽动给水泵组效率，所需测点少， 原理简单，简化了汽动给水泵组效率的计算过程；且能通过 基准流量参数结合相关压力、温度参数对相关汽水流量进行 在线确定，保证了计算精度。 参考文献 ［１］ 张艾萍，刘桂华，张宏学．汽动给水泵组运行特性对机组热经 ２０７． ［６］西安热工研究所．汽轮机热力实验［Ｍ］．北京：电力工业出版 社，１９８２：９３—９５． ［７］美国机械工程师协会．汽轮机性能试验规程［Ｓ］．ＡＳＭＥ ＰＴＣ ６． ［８］ 李勇，王建君，曹丽华．汽轮机主蒸汽流量在线监测方法研 究［Ｊ］．热力发电，２０１１，４０（４）：３３—３６，４Ｏ．
