一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统及方法

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳发电技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统及方法。

背景技术

超临界二氧化碳发电技术是近年来快速发展起来的一项前沿技术，与传统的热动力系统所采用的燃气等工质不同，其采用温度和压力高于临界点的超临界二氧化碳为做功工质。在临界点附近二氧化碳工质的可压缩性较小，密度较高，超临界二氧化碳机组中压缩机入口设定在临界点附近的高密度区，可有效降低压缩功，提高热力循环效率。

超临界二氧化碳发电机组的效能测试，尤其是新建机组的效能测试对于机组的技术鉴定、性能保证以及机组中存在的问题等都具有及其重要的意义。目前，现有技术关于超临界二氧化碳发电机组的效能指标测算方法还不成熟，无法实现准确、快速测量超临界二氧化碳发电机组的效能指标。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统及方法。本发明能够实现准确、快速测量超临界二氧化碳发电机组的效能指标。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

本发明提供一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统，包括：锅炉、高温回热器、低温回热器、预冷器、第一稳压罐、第二稳压罐、压缩机、电动机、高压透平、低压透平、第一发电机、第二发电机和流量测量装置；

所述锅炉分别与高温回热器、高压透平和低压透平连接；所述高温回热器分别与锅炉、低温回热器和低压透平连接；所述低温回热器分别与高温回热器、压缩机和预冷器连接；所述预冷器的一端连接低温回热器，另一端连接第一稳压罐和第二稳压罐；所述压缩机一端连接第一稳压罐和第二稳压罐，另一端连接低温回热器；在超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统中安装有电功率测点、压力测点、温度测点和流量测点。

作为本发明的进一步改进，所述电功率测点有高压透平输出功率测点、压缩机电机功率测点和低压透平输出功率测点；

所述高压透平输出功率测点安装在第二发电机上，第二发电机与高压透平连接；所述压缩机电机功率测点安装在电动机上，电动机与压缩机连接；

所述低压透平输出功率测点安装在第一发电机上，第一发电机与低压透平连接。

作为本发明的进一步改进，所述压力测点是锅炉与机组连接管道靠近机组一侧的所有工质压力，包括锅炉至透平进气口的工质压力、透平排气口至锅炉的工质压力和高温回热器出口至锅炉的工质压力；

所述压力测点有高压透平进气压力测点、高压透平排气压力测点、低压透平进气压力测点、第四压力测点和高温回热器至锅炉给气压力测点；所述高压透平进气压力测点安装在锅炉和高压透平进气口之间；所述高压透平排气压力测点安装在锅炉和高压透平排气口之间；所述低压透平进气压力测点安装在锅炉和低压透平进气口之间；所述第四压力测点安装在低温回热器和压缩机之间；所述高温回热器至锅炉给气压力测点安装在锅炉和高温回热器之间。

作为本发明的进一步改进，所述温度测点是锅炉与机组连接管道靠近机组一侧的所有工质温度，包括锅炉至透平进气口的工质温度、透平排气口至锅炉的工质温度和高温回热器出口至锅炉的工质温度；

所述温度测点有高压透平进气温度测点；高压透平排气温度测点；低压透平进气温度测点；第四温度测点；高温回热器至锅炉给气温度测点；

所述高压透平进气温度测点安装在锅炉和高压透平进气口之间；所述高压透平排气温度测点安装在锅炉和高压透平排气口之间；

所述低压透平进气温度测点安装在锅炉和低压透平进气口之间；

所述第四温度测点安装在低温回热器和压缩机之间；所述高温回热器至锅炉给气温度测点安装在锅炉和高温回热器之间。

作为本发明的进一步改进，所述流量测点是压缩机出口流量，包括二氧化碳透平和二氧化碳压缩机的干气密封泄漏流量测点；所述流量测点数量不少于2个；所述低温回热器和压缩机之间安装一个流量测量装置。

本发明提供一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统的测试方法，包括：

S1，根据系统隔离清单对超临界二氧化碳发电机组进行系统隔离；

S2，调整超临界二氧化碳发电机组的运行参数，达到规定范围后，维持机组稳定运行进行试验，并记录测点试验数据；

S3，根据测点试验数据，计算超临界二氧化碳发电机组效能指标。

作为本发明的进一步改进，所述S1中系统隔离清单中应包含的阀门有：

超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统中所有的补气门、所有管道的排空门、所有储气容器的排污门和排空门以及与规定热力循环无关的进、排气阀门。

作为本发明的进一步改进，所述S2中维持超临界二氧化碳发电机组稳定运行，试验持续时间和运行参数的波动范围如下：

所述试验持续时间：不低于30分钟且不超过60分钟；

所述运行参数的波动范围：透平进气压力波动不超过±0.1％，透平进气温度波动不超过±1℃，电功率波动不超过±0.5％，压缩机出口流量波动不超过±0.5％。

作为本发明的进一步改进，所述S3中超临界二氧化碳发电机组效能指标包括机组流量和机组焓值；

所述机组流量为：

F

其中，F

修正后压力为：

p

其中，p

所述机组焓值为：H为二氧化碳焓值，通过工质压力p和工质温度t计算。

作为本发明的进一步改进，所述S3中计算超临界二氧化碳发电机组效能指标还包括机组净输出功率、机组吸热量和机组净热耗；

所述机组净输出功率为：

其中，P

所述机组吸热量为：

其中，Q

所述机组净热耗率为：

其中，HR为机组净热耗率；Q

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的测试系统包括锅炉、高温回热器、低温回热器、预冷器、第一稳压罐、第二稳压罐、压缩机、电动机、高压透平、低压透平、第一发电机、第二发电机和流量测量装置；在超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统中布置效能试验测点，包括温度测点、压力测点、流量测点和电功率测点，并将这些测点连接至数据采集系统进行测试，该系统布置简单，测量过程容易实现且耗时较短，具有良好的工程实施意义。

本发明的测试方法包括根据系统隔离清单对机组进行系统隔离；将机组的运行参数调整至规定范围后开始试验，试验期间保持运行参数稳定，为机组的技术鉴定、效能保证以及机组运行优化提供数据支撑；试验结束后，计算机组效能指标，包括机组净输出功率和净热耗率，实现了超临界二氧化碳发电机组效能指标计算，能准确获取包括机组净热耗在内的超临界二氧化发电机组的效能指标，为评价衡量机组建设的质量和水平，也为系统的特性研究和设计、运行优化提供指导意见。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：

图1是本发明实施例的再热式超临界二氧化碳发电机组效能试验测点布置图；

图2是本发明一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统的测试方法的流程示意图。

图1中，1为锅炉，2为高温回热器，3为低温回热器，4为预冷器，5为第一稳压罐，6为第二稳压罐，7为压缩机，8为电动机，9为高压透平，10为低压透平，11为第一发电机，12为第二发电机，13为流量测量装置，21为高压透平输出功率测点，22为压缩机电机功率测点，23为低压透平输出功率测点，31为高压透平进气压力测点，32为高压透平排气压力测点，33为低压透平进气压力测点，34为第四压力测点，35为高温回热器至锅炉给气压力测点，41为高压透平进气温度测点，42为高压透平排气温度测点，43为低压透平进气温度测点，44为第四温度测点，45为高温回热器至锅炉给气温度测点。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另外限定，否则本文中使用的技术和科学用语具有与本说明书所属领域中的普通技术人员通常理解的相同意义。如本文中所用的用语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个区分开。另外，用语“一个”和“一”不表示数量的限制，而是表示至少一个提到项目的存在。“包含”、“包括”或“具有”和本文中的其变体的使用意思是涵盖随后所列的项目和其等同物，以及附加项目。用语“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接，并且能够包括直接或间接的电连接或联接。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

现有技术超临界二氧化碳发电机组的效能测试和相关计算方法还不成熟。因此，为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统及方法，能够快速、准确计算超临界二氧化碳发电机组效能指标。

本发明中的超临界二氧化碳发电机组包括但不仅限于简单循环、再压缩循环、再热式循环、中间冷却式循环超临界二氧化碳发电机组。

本发明中布置温度、压力、流量、电功率测点使用测仪表，其中温度测量仪表应使用工业A级或以上精度等级的铂电阻，或者使用配置有二等标准铂电阻的标定炉进行过现场标定的工业I级或以上精度等级的热电偶进行测量；温度测点的数量不少于3个；压力测量仪表应使用0.075级或以上精度等级的压力变送器进行测量；电功率测量仪表应使用0.2级或以上精度等级的电功率表进行测量；压缩机出口流量测量仪表应使用0.5级或以上精度等级的科里奥利流量计或者长径喷嘴进行测量，干气密封泄漏流量应使用1级或以上精度等级的任意流量测量装置测量。

本发明的第一个目的是提供一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统，包括：锅炉1、高温回热器2、低温回热器3、预冷器4、第一稳压罐5、第二稳压罐6、压缩机7、电动机8、高压透平9、低压透平10、第一发电机11、第二发电机12和流量测量装置13；

所述锅炉1分别与高温回热器2、高压透平9和低压透平10连接；所述高温回热器2分别与锅炉1、低温回热器3和低压透平10连接；所述低温回热器3分别与高温回热器2、压缩机7和预冷器4连接；所述预冷器4的一端连接低温回热器3，另一端连接第一稳压罐5和第二稳压罐6；所述压缩机7一端连接第一稳压罐5和第二稳压罐6，另一端连接低温回热器3；

所述电功率测点有高压透平输出功率测点21、压缩机电机功率测点22和低压透平输出功率测点23；

所述高压透平输出功率测点21安装在第二发电机12上，第二发电机12与高压透平9连接；所述压缩机电机功率测点22安装在电动机8上，电动机8与压缩机7连接；

所述低压透平输出功率测点23安装在第一发电机11上，第一发电机11与低压透平10连接。

所述压力测点是锅炉1与机组连接管道靠近机组一侧的所有工质压力，包括锅炉1至透平进气口的工质压力、透平排气口至锅炉1的工质压力和高温回热器2出口至锅炉1的工质压力；

所述压力测点有高压透平进气压力测点31、高压透平排气压力测点32、低压透平进气压力测点33、第四压力测点34和高温回热器至锅炉给气压力测点35；

所述高压透平进气压力测点31安装在锅炉1和高压透平9进气口之间；

所述高压透平排气压力测点32安装在锅炉1和高压透平9排气口之间；

所述低压透平进气压力测点33安装在锅炉1和低压透平10进气口之间；

所述第四压力测点34安装在低温回热器3和压缩机7之间；

所述高温回热器至锅炉给气压力测点35安装在锅炉1和高温回热器2之间。

所述温度测点是锅炉1与机组连接管道靠近机组一侧的所有工质温度，包括锅炉1至透平进气口的工质温度、透平排气口至锅炉1的工质温度和高温回热器2出口至锅炉1的工质温度；

所述温度测点有高压透平进气温度测点41；高压透平排气温度测点42；低压透平进气温度测点43；第四温度测点44；高温回热器至锅炉给气温度测点45；

所述高压透平进气温度测点41安装在锅炉1和高压透平9进气口之间；

所述高压透平排气温度测点42安装在锅炉1和高压透平9排气口之间；

所述低压透平进气温度测点43安装在锅炉1和低压透平10进气口之间；

所述第四温度测点44安装在低温回热器3和压缩机7之间；

所述高温回热器至锅炉给气温度测点45安装在锅炉1和高温回热器2之间。

所述流量测点是压缩机7出口流量，包括二氧化碳透平和二氧化碳压缩机的干气密封泄漏流量测点；所述流量测点数量不少于2个；所述低温回热器3和压缩机7之间安装一个流量测量装置13。

本发明的第二个目的是提供一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统的测试方法，包括：

S1，根据系统隔离清单对超临界二氧化碳发电机组进行系统隔离；

S2，调整超临界二氧化碳发电机组的运行参数，达到规定范围后，维持机组稳定运行进行试验，并记录测点试验数据；

S3，根据测点试验数据，计算超临界二氧化碳发电机组效能指标。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，该图是本发明实施例的再热式超临界二氧化碳发电机组效能试验测点布置图，试验根据效能试验测点布置图进行测点布置。

如图2所示，该图是一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统的方法流程示意图，本发明提供了一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统的方法，包括：在超临界二氧化碳发电机组中布置效能试验测点，包括温度测点、压力测点、流量测点和功率测点，并将上述测点连接至数据采集系统；根据隔离清单对超临界二氧化碳发电机组进行系统隔离；将机组的运行参数调整至规定范围后开始进行试验，试验期间保持运行参数稳定，使用数据采集系统记录试验数据；试验结束后取试验时间内的数据平均值，计算超临界二氧化碳发电机组效能指标。

实施例

下面通过典型算例对超临界二氧化碳发电机组效能指标测算方法进行具体说明，以对本发明的应用效果作进一步的说明。

如图2所示，本发明提供了一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统的测试方法，以再热式超临界二氧化碳发电机组为案例进行说明。

本实施例中的温度测量仪表应使用工业A级铂电阻测量；温度测点的数量不少于3个；压力测量仪表使用0.075级压力变送器进行测量；电功率测量仪表使用0.1级电功率表进行测量；压缩机出口流量测量仪表使用0.5级科里奥利流量计进行测量，干气密封泄漏流量使用1级孔板流量计进行测量；具体的测点名称及对应的仪表类型如表1所示；

表1某再热式超临界二氧化碳发电机组测点表格

一种超临界二氧化碳发电机组效能指标测试系统的方法，包括：

(1)根据系统隔离清单对超临界二氧化碳发电机组进行系统隔离；

(2)调整超临界二氧化碳发电机组的运行参数，达到规定范围后，维持机组稳定运行进行试验，并记录测点试验数据；

调整超临界二氧化碳发电机组的运行参数，机组的运行参数调整至规定范围后开始进行试验，试验时间为30分钟，使用数据采集系统记录试验数据，试验期间透平进气压力波动为±0.07％，透平进气温度波动为±0.83℃，电功率波动为±0.15％，压缩机出口流量波动为±0.31％，满足试验要求；试验后超临界二氧化碳发电机组记录测点试验数据如表2所示；

表2某再热式超临界二氧化碳发电机组效能试验表格

(3)根据机组测点试验数据，计算超临界二氧化碳发电机组效能指标。

首先，计算超临界二氧化碳发电机组效能指标包括机组流量、和机组焓值；

所述机组流量为：

F

其中，F

p

p

其中，p

所述机组焓值为：H为二氧化碳焓值，通过工质压力p和工质温度t计算；

最后，计算超临界二氧化碳发电机组效能指标还包括机组净输出功率、机组吸热量和机组净热耗；

所述机组净输出功率为：

其中，P

所述机组吸热量为：

其中，Q

所述机组净热耗率为：

其中，HR为机组净热耗率；Q

由上述公式，计算超临界二氧化碳发电机组效能指标的结果如表3所示。

表3某再热式超临界二氧化碳发电机组效能计算表格

本实施例实现了对超临界二氧化碳发电机组效能指标的准确计算，为机组的技术鉴定、运行优化提供数据支撑。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

以上内容是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方式仅限于此，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的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。