一种汽轮机宽负荷特性评价方法

技术领域

本发明属于发电机组热力性能试验技术领域，具体涉及一种汽轮机宽负荷特性评价方法。

背景技术

早期火电机组在电力市场的定位是承担电网主要基本负荷，部分情况下参与电网调峰、调频功能，火电机组汽轮机设备采购合同中对于汽轮机组性能的保证、评价均是以100％负荷作为评价基准，同容量、同参数的不同火电机组间进行经济性横向对标时，通常也是以100％负荷下的机组经济性进行评价、分析。

随着新能源电力的装机容量不断扩大，为了消纳光伏、风电等新能源机组的发电量，传统火电机组在电网中的作用除了在新能源机组出力不足时继续承担基础供电负荷外，不断向调峰、调频电源转换，火电机组全年平均负荷率不断降低、最低运行负荷率也逐年下探。根据相关规定的要求，火电机组最小技术出力必须达到30％～40％，部分电厂达到国际先进水平，机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到20％～30％。火电机组在电网中角色的不断变化，客观上要求机组的经济性不仅在100％负荷时不断提高，同时要求经济性在部分负荷下也予以兼顾。

因此，现有技术中只以100％负荷工况经济性对机组性能进行评价的方法变得不再适用新型电力系统下的汽轮机组性能评价。

约自2014年开始，新投产及改造汽轮机组设备买卖合同技术协议中，已经将部分负荷下的性能作为保证条款，例如：一方面保证汽轮机100％负荷热耗率达到设计值要求，同时也保证75％负荷热耗率达到某一设计值。两个工况的保证均作为商务合同的罚款项目。随着机组运行负荷的不断降低，设备买卖合同技术协议中的最低经济性保证负荷也逐步在降低，部分商务合同已将40％负荷的设备经济性作为考核罚款指标。

这些将部分负荷下汽轮机组经济性作为商务合同保证条款要求的作法，部分是按照不同负荷分别对特别负荷下的热耗率进行单独保证，例如分别对100％、75％及50％负荷热耗率进行单独考核、设定罚款指标；部分是按照相应的权重系数对不同负荷下的汽轮机组经济性进行综合计算、评价，例如：对于一台660MW的新投产汽轮机组，其综合性能保证包括：100％、75％及50％负荷下的汽轮机热耗率，其中，100％负荷下的热耗率HR100％权重系数为0.2，75％及50％负荷下的热耗率HR75％、HR50％权重系数分别为0.4，使用的综合热耗率评价指标HRcon计算方法为HRcon＝0.2×HR100％+0.4×HR75％+0.4×HR50％。

以上针对汽轮机组不同负荷下综合经济性计算的方法目前在行业内并不统一，所选取的考核负荷点不同、不同负荷下的权重系数也不同，这造成了不同机组在进行横向比较时产生了困难。并且，因为计算过程中只考虑了部分负荷下的个别工况点，对汽轮机宽负荷范围内运行整体经济性评价并不能做到完全覆盖。

因此，本领域技术人员亟需提供一种能够详实、准确反映汽轮机组在全部宽负荷运行范围内的整体经济性的评价方法，便于不同机组间进行对比。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种汽轮机宽负荷特性评价方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供一种汽轮机宽负荷特性评价方法，包括：

设置性能试验测点，并将试验仪表安装于所述性能试验测点；

在不同的预设工况下进行性能试验，基于所述试验仪表的测试数据计算得到每种预设工况下汽轮机的输出毛功率PG

通过修正第一类修正项目，对所述输出毛功率PG

通过修正第二类修正项目，对所述第一类修正后汽轮机的输出毛功率PG

对每种预设工况下第二类修正后汽轮机的输出毛功率PG

利用所述评价指标HR

在本发明的一个实施例中，在不同的预设工况下进行性能试验，基于所述试验仪表的测试数据计算得到每种预设工况下汽轮机的输出毛功率PG

获取包含不同发电机输出功率下的设计主蒸汽压力的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计主蒸汽压力之间关系的曲线函数f

获取包含不同发电机输出功率下的设计给水泵效率的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计给水泵效率之间关系的曲线函数f

获取不同发电机输出功率下的设计驱动汽轮机效率的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计驱动汽轮机效率之间关系的曲线函数f

获取不同发电机输出功率下的设计给水泵焓升的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计给水泵焓升之间关系的曲线函数f

获取不同发电机输出功率下的设计给水泵与给水泵驱动汽轮机机械损失的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计给水泵与给水泵驱动汽轮机机械损失之间关系的曲线函数f

在本发明的一个实施例中，通过修正第二类修正项目，对所述第一类修正后汽轮机的输出毛功率PG

判断第一类修正是否收敛；

若是，则执行所述通过修正第二类修正项目，对所述第一类修正后汽轮机的输出毛功率PG

在本发明的一个实施例中，按照如下公式计算得到每种预设工况下汽轮机的输出毛功率PG

PG

式中，P

在本发明的一个实施例中，所述第一类修正项目还包括：给水加热器端差、给水加热器疏水冷却段端差、抽汽管道压损和散热损失、系统贮水量变化、凝结水泵和给水泵的焓升、凝汽器中凝结水过冷度、补给水量、用于控制蒸汽温度的减温水、功率因数、发电机电压、发电机氢压以及发电机转速；

所述第二类修正项目包括：主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热器压损和低压缸排气压力。

在本发明的一个实施例中，所述不同的预设工况包括：100％额定负荷、30％额定负荷以及至少一个位于30％～100％之间的额定负荷。

在本发明的一个实施例中，通过修正第一类修正项目，对所述输出毛功率PG

在各预设工况下，获取发电机输出功率P

按照如下公式计算第一类修正后的给水泵驱动汽轮机进汽量：

式中，F

根据所述第一类修正后的给水泵驱动汽轮机进汽量，对第一类修正项目进行修正后，计算每种预设工况下第一类修正后汽轮机的输出毛功率PG

在本发明的一个实施例中，通过修正第二类修正项目，对所述第一类修正后汽轮机的输出毛功率PG

根据各预设工况下的发电机输出功率P

根据所述设计主蒸汽压力P

在本发明的一个实施例中，对每种预设工况下第二类修正后汽轮机的输出毛功率PG

对每种预设工况下第二类修正后汽轮机的输出毛功率PG

基于所述曲线方程f

式中，a、b、c均为所述曲线方程f

在本发明的一个实施例中，当预设工况为位于30％～100％之间的额定负荷时，第二类修正后汽轮机的输出毛功率PG

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

对于同一种容量和进汽参数的汽轮机组，本发明首先通过不同机组间的横向对比，计算得到汽轮机宽负荷特性热耗率评价指标，然后利用该汽轮机宽负荷特性热耗率评价指标来评价机组在全部宽负荷运行范围内的整体经济性，包含了所有运行负荷区间，从而消除了现有技术只评价个别工况点的问题，具有更强的准确性和适用性。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的汽轮机宽负荷特性评价方法的一种流程图；

图2是本发明实施例提供的汽轮机宽负荷特性评价方法的另一种流程图；

图3是本发明实施例提供的曲线函数f

图4是本发明实施例提供的曲线函数f

图5是本发明实施例提供的曲线函数f

图6是本发明实施例提供的设计工况与试验条件下的热耗率曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1是本发明实施例提供的汽轮机宽负荷特性评价方法的一种流程图。如图1所示，本发明实施例提供一种汽轮机宽负荷特性评价方法，包括：

S1、设置性能试验测点，并将试验仪表安装于性能试验测点；

S2、在不同的预设工况下进行性能试验，基于试验仪表的测试数据计算得到每种预设工况下汽轮机的输出毛功率PG

S3、通过修正第一类修正项目，对输出毛功率PG

S4、通过修正第二类修正项目，对第一类修正后汽轮机的输出毛功率PG

S5、对每种预设工况下第二类修正后汽轮机的输出毛功率PG

S6、利用评价指标HR

具体而言，参考ASME PTC6-2004《汽轮机性能试验规程》，首先设置性能试验测点并安装试验仪表，接着在不同的预设工况下进行性能试验，不同的预设工况包括：100％额定负荷、30％额定负荷以及至少一个位于30％～100％之间的额定负荷，可选地，不同的预设工况包括100％额定负荷、90％额定负荷、80％额定负荷、70％额定负荷、60％额定负荷、50％额定负荷、40％额定负荷及30％额定负荷。

接着，按照ASME PTC6-2004《汽轮机性能试验规程》计算不同预设工况下汽轮机的输出毛功率PG

进一步地，在第一类修正计算结果的基础上，进行第二类修正计算，此过程中需要修正的第二类修正项目包括：主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热器压损和低压缸排气压力，经过第二类修正计算后的输出毛功率和热耗率分别记为PG

在对不同的预设工况完成性能试验之后，利用最小二乘算法对获得的多组HR

可选地，在不同的预设工况下进行性能试验，基于试验仪表的测试数据计算得到每种预设工况下汽轮机的输出毛功率PG

获取包含不同发电机输出功率下的设计主蒸汽压力的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计主蒸汽压力之间关系的曲线函数f

获取包含不同发电机输出功率下的设计给水泵效率的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计给水泵效率之间关系的曲线函数f

获取不同发电机输出功率下的设计驱动汽轮机效率的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计驱动汽轮机效率之间关系的曲线函数f

获取不同发电机输出功率下的设计给水泵焓升的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计给水泵焓升之间关系的曲线函数f

获取不同发电机输出功率下的设计给水泵与给水泵驱动汽轮机机械损失的关系数组，拟合得到用于表示发电机输出功率和设计给水泵与给水泵驱动汽轮机机械损失之间关系的曲线函数f

本实施例中，为了获取不同发电机输出功率下的设计主蒸汽压力，可以采用两种方式：第一种是查阅试验机组DEH控制逻辑，确定设计主蒸汽压力与发电机输出功率的关系数组，利用最小二乘法及分段函数对二者进行拟合，得到曲线函数f

进一步地，为了确定不同发电机输出功率下的设计给水泵焓升、给水泵效率、驱动汽轮机效率、设计给水泵与驱动汽轮机总机械损失，可以通过查阅给水泵及给水泵驱动汽轮机设计说明书，分别获得不同发电机输出功率与给水泵焓升、给水泵效率、驱动汽轮机效率、设计给水泵与驱动汽轮机总机械的关系数组，利用最小二乘法及二次函数对二者进行拟合得到曲线函数f

本实施例中，按照如下公式计算得到每种预设工况下汽轮机的输出毛功率PG

PG

式中，P

可选地，步骤S3中，通过修正第一类修正项目，对输出毛功率PG

S301、在各预设工况下，获取发电机输出功率P

S302、按照如下公式计算第一类修正后的给水泵驱动汽轮机进汽量：

式中，F

S303、根据第一类修正后的给水泵驱动汽轮机进汽量，对第一类修正项目进行修正后，计算每种预设工况下第一类修正后汽轮机的输出毛功率PG

进一步地，在进行第二类修正计算时，针对主蒸汽压力这一修正项，应将其修改为相应发电机输出功率下的设计主蒸汽压力P

S401、根据各预设工况下的发电机输出功率P

S402、根据设计主蒸汽压力P

步骤S5中，对每种预设工况下第二类修正后汽轮机的输出毛功率PG

S501、对每种预设工况下第二类修正后汽轮机的输出毛功率PG

具体地，本实施例中可以采用最小二乘法对各试验工况下第二类修正后汽轮机的热耗率HR

f

式中，a、b、c均为曲线方程f

S502、基于曲线方程f

式中，a、b、c均为曲线方程f

当然，在本申请的一些其他实施例中，待评价汽轮机的最低设计稳定运行负荷可能并非30％额定负荷，那么在计算汽轮机宽负荷特性热耗率评价指标时，应当基于其最低设计稳定运行负荷PG

下面，通过仿真实验对本发明提供的汽轮机宽负荷特性评价方法做进一步说明。

采用上述汽轮机宽负荷特性评价方法，对一307MW火电机组汽轮机通流改造后进行性能验收试验，表1所示为相关参数及计算结果。

请参见表1，具体地，试验中设置的预设工况包括：100％额定负荷、75％额定负荷、50％额定负荷及30％额定负荷。通过查阅试验机组DEH控制逻辑，获得P

接着，通过查阅给水泵及给水泵驱动汽轮机设计说明书，确定不同η

进一步地，获取不同η

需要说明的是，由于曲线函数函数f

图6是本发明实施例提供的设计工况与试验条件下的热耗率曲线。按照上述步骤S2～S5，计算得到第二类修正后的热耗率及输出毛功率后，如图6所示，采用最小二乘法拟合得到试验机组设计工况下的曲线方程为：f

进一步地，计算该汽轮机设计宽负荷特性热耗率评价指标HR

表1

通过上述各实施例可知，本发明的有益效果在于：

对于同一种容量和进汽参数的汽轮机组，本发明首先通过不同机组间的横向对比，计算得到汽轮机宽负荷特性热耗率评价指标，然后利用该汽轮机宽负荷特性热耗率评价指标来评价机组在全部宽负荷运行范围内的整体经济性，包含了所有运行负荷区间，从而消除了现有技术只评价个别工况点的问题，具有更强的准确性和适用性。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。