重型压气机空气流量和效率在线测量方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种重型压气机空气流量和效率在线测量装置，其特征在于包括如下步骤：1）进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析，剔除部分不合理数据；2）根据步骤1）得到的数据样本结合集散控制系统DCS数据进行压气机空气流量运行性能测算，采用相对误差不大的运行数据为建模样本；3）根据步骤2）确定的建模样本建立压气机的变工况模型，4）根据步骤3）建立的变工况模型，建立重型压气机空气流量和效率的在线监测装置，以在线监测重型燃气轮机变工况运行中压气机空气流量和压气机效率。本发明适用于重型燃气轮机变工况运行中压气机空气流量和压气机效率的在线监测，具有进一步指导燃气-蒸汽联合循环机组的运行，提高燃气-蒸汽联合循环机组效率的有益效果。
【专利说明】重型压气机空气流量和效率在线测量方法及装置
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种重型压气机空气流量和效率在线测量方法及装置，主要是在线检测重型燃气轮机变工况运行中压气机空气流量和压气机效率。适用于9F级燃气-蒸汽联合循环机组。属于发电工业及附属设备【技术领域】。
【背景技术】:
[0002]电力工业中所使用的重型燃气轮机的压气机流量大、级数多、压比高。影响压气机性能因素，主要是由于燃气轮机在实际运行中常常处于偏离设计工况的状态，因此对于压气机流量无法采用直接测量手段。
[0003]对于可调导叶IGV (下称:IGV)温度控制的燃气轮机，其环境温度特性的研究远比定性分析复杂。9F等级燃气轮机，压气机设置可调导叶(IGV)。当机组启停或调整负荷时，通过调节IGV叶片角度的变化，限制进入压气机的空气流量，从而达到保护机组安全运行、提高运行效率的目的。IGV的最小开度为34度，最大开度为一 5度。启动令发出(L4maSteron), IGV即打开到中间开度，以减小空气流量，防止机组喘振。当机组转速>2745rpm时，IGV关闭到最小开度，在燃气轮机负荷〈108MW时，保持最小开度不变，以维持较高的燃气轮机排气温度，提高联合循环的整体效率。若负荷继续增加，则IGV逐渐打开，到燃气轮机负荷等于243MW时达到最大开度，之后即使负荷继续增加，IGV开度也保持不变。由于IGV参与燃气轮机的自动控制，使得燃气轮机各部件的参数及环境温度特性的研究，问题变得复杂。
[0004]由于外界负荷、环境温度等的影响，燃气轮机的参数变化频繁，例如，IGV开度、燃气轮机功率等参数。很难通过实际采集的现场数据得到一定负荷情况下的环境温度特性，这就需要尽量结合现场数据，必须通过理论分析、计算的方法，获得燃气轮机压气机的IGV温控规律模型、压气机压比η C、压气机进气阻力模型、压气机流量Ge- (IGV，ta)模型、IGV温控规律下的压气机效率一流量特性模型。
[0005]为了获得压气机特性的数据，可以采用实验、气动热力计算、全三维数值模、曲线拟合等方法得到。其中，实验的方法花费高，获得的数据点有限，很少有公开数据；全三维数值模拟计算量太大，计算周期长；气动热力计算方法直接计算时精度难以保证，应用较少。因此，这些方法在实际应用中受到了一定限制。
[0006]要实时监测压气机流量和压气机效率可通过建立压气机的变工况特性仿真模型，结合现场实际运行工况参数进行实时在线计算得到。
【发明内容】
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[0007]本发明的目的之一，是为了提供一种重型压气机空气流量和效率在线测量方法。可适用于机组运行中在线实时对压气机的空气流量的压气机效率进行监测。
[0008]本发明的目的之二，是为提供一种重型压气机空气流量和效率在线测量装置，该装置适用于重型燃气轮机变工况运行中压气机空气流量和压气机效率的在线监测，可进一步指导燃气-蒸汽联合循环机组的运行，提高燃气-蒸汽联合循环机组效率。[0009]本发明的目的之一可以通过采取以下技术方案达到:
[0010]重型压气机空气流量和效率在线测量方法，其特征在于包括如下步骤:
[0011]I)进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析，剔除部分不合理数据；
[0012]2)根据步骤I)得到的数据样本结合集散控制系统DCS数据进行压气机空气流量运行性能测算，采用相对误差不大的运行数据为建模样本；
[0013]3)根据步骤2)确定的建模样本建立压气机的变工况模型，包括:
[0014]3-1)建立燃气轮机的IGV温控规律模型，
[0015]3-2)建立压气机压比模型C- (IGV，ta),
[0016]3-3)建立压气机流量特性模型Ge- (IGV，ta),
[0017]3-4)建立压气机进气阻力模型，
[0018]3-5)建立IGV温控规律下的压气机效率一流量特性曲线模型；
[0019]4)根据步骤3)建立的变工况模型，建立重型压气机空气流量和效率的在线监测装置，以在线监测重型燃气轮机变工况运行中压气机空气流量和压气机效率。
[0020]本发明的目的之一还可以采取如下技术方案达到:
[0021]进一步地，步骤I)所述进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析，是指采用压气机进气歧管静压法，根据表达式(2- 1)计算压气机的空气流量，
[0022]
【权利要求】
1.重型压气机空气流量和效率在线测量方法，其特征在于包括如下步骤: . 1)进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析，剔除部分不合理数据； .2)根据步骤I)得到的数据样本结合集散控制系统DCS数据进行压气机空气流量运行性能测算，采用相对误差不大的运行数据为建模样本； . 3)根据步骤2)确定的建模样本建立压气机的变工况模型，包括: . 3-1)建立燃气轮机的IGV温控规律模型， . 3-2)建立压气机压比模型C- (IGV，ta)， . 3-3)建立压气机流量特性模型Ge- (IGV，ta), . 3-4)建立压气机进气阻力模型， . 3-5)建立IGV温控规律下的压气机效率一流量特性曲线模型； . 4)根据步骤3)建立的变工况模型，建立重型压气机空气流量和效率的在线监测装置，以在线监测重型燃气轮机变工况运行中压气机空气流量和压气机效率。
2.根据权利要求1所述的重型压气机空气流量和效率在线测量方法，其特征在于:步骤I)所述进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析，是指采用压气机进气歧管静压法，根据表达式(2-1)计算压气机的空气流量，
3.根据权利要求2所述的重型压气机空气流量和效率在线测量方法，其特征在于: 1)采用鉴别进气歧管差压值合理性的判别式形式，具体用如下表达式表示，
Dp⑴=(a.IGV3+b.IGV2+.IGV+c) / (ta+273.15) 式中:上标(i)表示第i次数据样本；Dp=(-Pin-AP)，称为差压值；a、b、c为常数,与数据样本有关； .2)鉴别歧管静压数据合理的步骤为: . 2-1)根据原始样本(或新样本)，拟合Dpa)=F(1GV，ta)，为第1次判别式； . 2-2)剔除原始样本(或新样本)中的不合理数据，即将|Dp-Dp(1) |/Dp(1)≥5%的数据剔除，获得新样本，拟合Dp⑵=F(IGV，ta)，为第2次判别式； .2-3)重复步骤(2)，直到数据样本满足要求。
4.根据权利要求2所述的重型压气机空气流量和效率在线测量方法，其特征在于:建立燃气轮机的IGV温控规律模型， 综合分析燃气轮机常规透平排气温度T4 -1GV规律图和燃气轮机常规透平计算进气温度T3 -1GV规律图，得到燃气轮机的IGV温控规律如下:当1GV开度在39%~100%之间时，随着IGV开度的增大，燃气轮机按等排气温度运行，透平进气温度T3较缓慢升至限定值；当IGV开度在39%以下时，随着IGV开度减小，燃气轮机功率降低，透平进气温度相对较快速下降，即燃气轮机的IGV温控规律模型用透平进气温度T3与IGV开度之间的温控规律表达为:
T3=2.4725.1GV+1404.1,1GV ≤ 39%T3=0.6943.IGV+1473.4，IGV>39%
5.根据权利要求2所述的重型压气机空气流量和效率在线测量方法，其特征在于: O建立压气机压比模型C- (IGV，ta), 建立并分析压气机压比随IGV开度的变化图，机组带负荷稳定运行时，压气机压比模型C- (IGV，ta)用表达式描述为:
Gc= (a.ta+b) IGV2+ (c.ta+d) IGV+ (e.ta+f) 式中:常数a、b、c、d、e、f的数值由图中曲线拟合得到； .2)建立压气机流量模型Ge-(IGV，ta), 采用歧管静压法分析压气机空气流量测算值随IGV开度的变化图，机组带负荷稳定运行时，压气机流量模型Ge- (IGV，ta)用表达式描述为:
Gc= (a.ta+b) IGV2+ (c.ta+d) IGV+ (e.ta+f) 式中:常数a、b、c、d、e、f的数值由图中曲线拟合得到； . 3)建立压气机进气阻力模型， 压气机进气阻力主要考虑进气过滤器(两级)的流动阻力，上述阻力可表达为:
6.重型压气机空气流量和效率在线测量装置，其特征在于:包括数据采集单元(I)、数据处理单元(2)、压气机测量模型单元(3)、压气机实时流量单元(4)和压气机实时效率单元(5)，由数据采集单元(I)实时采集机组运行过程中的负荷、大气压力、大气温度、大气湿度、IGV开度、进气滤网差压、进气岐管负压的现场运行参数，并将数据传送到数据处理单元，数据处理单元将收集到的实时数据进行计算处理成数据信号，传送到压气机测量模型单元(3)测算，测算结果作为压气机实时空气流量和压气机实时效率，并分别送到压气机实时流量单元(4)和压气机实时效率单元(5)。
7.根据权利要求6所述的重型压气机空气流量和效率在线测量装置，其特征在于:压气机测量模型单元(3)由燃气轮机的IGV温控规律模型、压气机压比模型Jic- (IGV，ta)、压气机流量模型Ge- (IGV，ta)、压气机进气阻力模型和IGV温控规律下的压气机效率一流量特性曲线模型组成。
8.根据权利要求7所述的重型压气机空气流量和效率在线测量装置，其特征在于:1)燃气轮机的IGV温控规律模型 是指机组带负荷稳定运行时，透平进气温度T3与IGV开度之间的温控规律模型，表达式描述为:
T3=2.4725.IGV+1404.1, IGV ( 39%
T3=0.6943.IGV+1473.4，IGV>39% ； 2)压气机压比ire-(IGV, ta)模型 是指机组带负荷稳定运行时，压气机压比nc- (IGV，ta)关系，用表达式描述为:Gc= (a.ta+b) IGV2+ (c.ta+d) IGV+ (e.ta+f) 式中:常数a、b、c、d、e、f的数值由图中曲线拟合得到； 3)压气机流量Ge-(IGV, ta)模型 是指机组带负荷稳定运行时，压气机流量Ge- (IGV，ta)关系，用表达式描述为:Gc= (a.ta+b) IGV2+ (c.ta+d) IGV+ (e.ta+f) 式中:常数a、b、c、d、e、f的数值由图中曲线拟合得到。
9.根据权利要求7所述的重型压气机空气流量和效率在线测量装置，其特征在于:压气机进气阻力模型，是指压气机进气阻力主要考虑进气过滤器(两级)的流动阻力，上述阻力可表达为:
10.根据权利要求7所述的重型压气机空气流量和效率在线测量装置，其特征在于:IGV温控规律下的压气机效率一流量特性曲线模型，是指机组在IGV温控规律下、恒速运行时，压气机效率一流量(环境压力定为101.3kPa)关系可描述为:
【文档编号】F04B51/00GK103498788SQ201310432650
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】邓永, 杨承, 马晓茜 申请人:深圳市广前电力有限公司