用于汽輪機(jī)效率監(jiān)測的幾個(gè)軟測量參數(shù)

劉海龍，劉 鍇，李 林，許立群，楊松濤，林 嘯

（華能武漢發(fā)電有限公司，湖北武漢 430403）

0 引言

電廠載能介質(zhì)長期與介質(zhì)通道流動(dòng)接觸，介質(zhì)通道因磨損、腐蝕、結(jié)垢等造成的結(jié)構(gòu)、特性改變伴隨著整個(gè)生產(chǎn)過程，當(dāng)嚴(yán)重到使機(jī)組效率下降進(jìn)而威脅機(jī)組安全運(yùn)行時(shí)需停機(jī)檢修，檢修及停機(jī)費(fèi)用高昂。利用現(xiàn)有機(jī)組的設(shè)計(jì)測點(diǎn)二次開發(fā)有針對(duì)性的狀態(tài)監(jiān)測新參數(shù)，來記錄分析機(jī)組關(guān)鍵部位狀態(tài)變化的意義重大且迫切，以指導(dǎo)檢修、運(yùn)行工作，延長機(jī)組在線時(shí)間，降低運(yùn)維成本，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

1 汽輪機(jī)級(jí)組通流能力

汽輪機(jī)的熱力特性有兩大重要指標(biāo)：效率和通流能力。通流能力不是越大或越小就越好，而是要求最佳匹配，其與通流面積密切相關(guān)。通流面積是由構(gòu)成級(jí)組的復(fù)雜、精密的幾何尺寸決定的，如葉片型面、汽封間隙、隔板等，如果級(jí)組的幾何尺寸發(fā)生了變化，如事故、檢修安裝、磨損、腐蝕、結(jié)垢等改變通流面積，那么級(jí)組的通流能力必將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)熱力特性的變化。雖無法對(duì)構(gòu)成級(jí)組的幾何尺寸變化進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測量，但能夠通過流經(jīng)級(jí)組的蒸汽參數(shù)變化來對(duì)通流能力建立表達(dá)式。

根據(jù)弗留格爾公式[1]，定義通流部分任意級(jí)組i 的A 工況下特征流通面積為：

式中 ε*——臨界壓比

G——流量，t/h

T——溫度，℃

P——壓力，MPa

由此可得級(jí)組i 的單位流量特征通流面積：

比特征通流面積偏差為：

對(duì)于過熱蒸汽，ε*=0.545 7，δ=1.2，則：①當(dāng)Δfi＞0 時(shí)，可能是沖蝕、斷裂、磨損、汽封間隙大等導(dǎo)致的通流面積變大；②當(dāng)Δfi＜0 時(shí)，可能是結(jié)垢、堵塞、汽封間隙小等導(dǎo)致的通流面積變?。虎郛?dāng)Δfi=0 時(shí)，說明該級(jí)組未發(fā)生上述改變。

該算法中需要確定級(jí)組的臨界壓比，中國工程院徐大懋院士等[2]對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，引入級(jí)組壓比，使得算法更趨簡單和實(shí)用，精度也得到了提高，定義過程如下：

定義級(jí)組i 任意工況通流面積為：

用P、V 替換T 得：

比特征通流面積變?yōu)椋?/p>

比特征通流面積偏差為：

特征通流面積Fi為汽輪機(jī)級(jí)組通流部分運(yùn)行性能及狀態(tài)的重要特征參數(shù)，F(xiàn)i的表達(dá)式不僅可用于變工況計(jì)算各種級(jí)組參數(shù)，而且可成為通流性能分析的重要工具，如通流能力分析、出力分析等，并可作為運(yùn)行監(jiān)控的準(zhǔn)則參數(shù)。

2 測試案例

某試驗(yàn)機(jī)組參數(shù)如下：機(jī)組型號(hào)CZK330/272-16.67/0.4/538/538，型式亞臨界，一次中間再熱，單軸，雙缸雙排汽，直接空冷，抽汽凝汽式汽輪機(jī)，4 個(gè)高壓調(diào)閥，2 個(gè)中壓調(diào)閥，3 個(gè)高加，3 個(gè)低加，1 個(gè)除氧器。試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算通流能力及變化情況見表1，各種典型工況下缸效率性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 不同典型工況下級(jí)組通流面積及偏差計(jì)算結(jié)果

表2 不同典型工況下缸效率性能試驗(yàn)結(jié)果 %

根據(jù)級(jí)組通流能力和變化，蒸汽高—中—低壓流向，級(jí)組流通面積平滑增大，表1 計(jì)算結(jié)果符合級(jí)組葉片幾何尺寸從高—中—低壓逐級(jí)增大的事實(shí)。修前試驗(yàn)曲線較首次試驗(yàn)曲線在高缸1、2 段抽汽部分，2 段基本相同，1 段輕微向下偏移，與表2 所示修前高壓缸效率較首次試驗(yàn)輕微降低0.55%吻合。修前試驗(yàn)曲線較首次試驗(yàn)曲線在中缸3、4、5 段抽汽部分3、4 段變化不大，5 段向下偏移較多，與表2 所示中壓缸效率降低2.88%吻合。修后試驗(yàn)曲線較修前試驗(yàn)曲線在高壓缸1、2 段抽汽部分，都向上偏移遠(yuǎn)離0 軸，與表2 所示修后高缸效率降低0.11%吻合。修后中缸3、4、5 段抽汽與修前、首次試驗(yàn)比較，表2 所示修后接近首次，與修后中壓缸效率提高0.42%吻合度。

3 級(jí)組效率

效率要求越高越好，計(jì)算級(jí)組效率的方法有正平衡法、反平衡法、等熵焓降法?？紤]輸入信號(hào)的多寡，選擇等熵焓降法[3]。

由國際水和水蒸汽性質(zhì)協(xié)會(huì)（IAPWS）提供的IAPWS-IF97算法可以得到焓H=f（P，T），再由汽輪機(jī)廠提供的熱力特性數(shù)據(jù)表可以得到HS。根據(jù)現(xiàn)場主蒸汽壓力溫度測點(diǎn)和各抽汽口壓力溫度測點(diǎn)可以計(jì)算出汽輪機(jī)各做功級(jí)段的內(nèi)效率，結(jié)合各級(jí)段的F 值，實(shí)時(shí)觀測汽輪機(jī)各級(jí)段的實(shí)際運(yùn)行及變化情況，調(diào)用歷史數(shù)據(jù)結(jié)合事故、檢修等事件可以分析判斷汽輪機(jī)效率變化的具體位置、變化程度、變化性質(zhì)，整缸（高、中、低壓缸）效率也可由上述算法得出。

4 結(jié)束語

汽輪機(jī)級(jí)組通流面積算法所采用的輸入?yún)?shù)與級(jí)組幾何尺寸無關(guān)，但幾何參數(shù)因蒸汽侵蝕造成的變化卻可以通過級(jí)組通流面積的變化體現(xiàn)出來。將難以測量的幾何參數(shù)通過二次算法軟測量得以實(shí)現(xiàn)，分析幾何參數(shù)變化造成的級(jí)組效率變化，提供具體發(fā)生變化的部位和變化程度，使汽輪機(jī)的監(jiān)控更加細(xì)化和量化，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大。