火电机组的流量补偿

火电机组的流量补偿

在热工测量中，某些参数的测量受其它参数的变化影响较大时，应考虑对测量信号进行校正。需要考虑校正的测量信号主要有：给水系统中的汽包水位、给水流量、主汽流量；汽温系统中的减温水流量；制粉系统中的磨一次风量；送风系统中的冷风量和热风量。

主要单位换算： 1kgf/cm2=9.80665*10**4Pa

1bar=10**5Pa

1ata=9.80665*10**4Pa (工程大气压)

1atm=1.01325*10**5Pa

1． 用差压变送器测量的汽包水位信号压力校正

汽包水位测量的取样装置有单室平衡容器和双室平衡容器之分。

1.1 双室平衡容器补偿

测量装置示意图如图1所示，采用饱和蒸汽加热正压头水柱，使之处于饱和蒸汽。 由图可推得如下公式：

ΔP=P+-P-

=ρw*g*L-ρs *g*（L-（h0+h））-ρw *g*（h+h0）

即：

h=（L-h0）-ΔP/（（ρw- ρs）*g）

式中： h——水位（单位：m）

ΔP——差压（单位：Pa）

ρw——饱和水密度（单位：kg/m3）

ρS——饱和蒸汽密度（单位：kg/m3）

g——重力加速度

补偿公式SAMA图如图2所示。图中：汽包压力按表压

计算；汽包水位按差压（Pa）值计算，若原为mmH2O，则换

算关系为：1mmH2O=9.8Pa≈10Pa。折线函数1为（ρw- ρs）；

除法器2的系数为：G1=1、B1=0、G2=9.80665、B2=0；常数C

为（L-h0）；减法器3的系数为：G1=G2=1000。 汽包压力汽包水位

汽包水位

图2 双室平衡容器校正回路

（ρw- ρs）是汽包压力P的函数，可通过查《饱和水与饱和蒸汽表》经运算得出。下表给出石景山2#（200MW）机组汽包水位双室平衡容器补偿（ρw- ρs）的折线函数。 汽包压力（Mpa） 0 0.4 1.4 2.9 4.9 11.9 14.9 16.9

912.4 859.0 807.2 752.4 585.0 506.5 445.6 ρw- ρs（kg/m3） 957.8

注：

1 《饱和水与饱和蒸汽表》中的压力为绝对压力，实际计算时所用为表压。二者之间的关系为：表压+1标准大气压=绝对压力（1标准大气压=1bar）。因此，在查表时，应将所查压力值+1。如：查0.4Mpa时的（ρw- ρs），应查5bar时的值，即（1/0.0010928-1/0.37481=912.4），而不是4bar时的值，即（1/0.0010839-1/0.46242=920.4）。

2 上述公式适用于汽包0位与平衡容器0位一致的情况。

1.2 单室平衡容器补偿

测量装置示意图如图3所示。

差压变送器

图3 单室平衡容器示意图

由图可推得如下公式：

ΔP=P+-P-

=ρ凝*g*L-ρs *g*（L-（h0+h））-ρw *g*（h0+h）

即： 汽包压力汽包水位h=（（ρ凝-ρS）*g*L-ΔP）/（ρW-ρS）*g

式中： h——水位（单位：m）

ΔP——差压（单位：Pa）

ρw——饱和水密度（单位：kg/m3）

ρS——饱和蒸汽密度（单位：kg/m3）

ρ凝——汽包外水柱密度（单位：kg/m3）

g——重力加速度

补偿公式SAMA图如图4所示。图中：汽包压力按表压计

算；汽包水位按差压（Pa）值计算，若原为mmH2O，则换算汽包水位

图4 单室平衡容器校正回路

关系为：1mmH2O=9.8Pa≈10Pa。折线函数1为（ρ凝- ρs）；折线函数3为（ρW- ρs）

注：

1 采用单室平衡容器构成校正回路时，通常按50℃确定ρ凝，没有考虑ρ凝随温度变化带来的影响，在使用中平衡容器水柱温度变化较大时，将产生较大的误差。因此，采用这种方式时，要注意避免平衡容器水柱温度的过大变化，例如采用一定的防护或保温措施。

2（ρ凝- ρs）、（ρW- ρs）是汽包压力P的函数，因此上述校正回路可表示为：

h=（F（P）-Δp）/f（P）

在较大压力范围内（如0~200公斤/厘米3），（ρ凝- ρs）*g*L=F（P）可用直线方程近似：（ρ凝- ρs）*g*L=K3-K4*P，因此，校正回路可变为：

h=（K3-K4*P-Δp）/f（P）

（ρ凝- ρs）*g =K3-K4*P=1000.9-7.410*P在冷水温度为50℃，汽压为0.10~18.63Mpa范围内，计算误差小于±1.3%。

（ρ凝- ρs）*g =673.84+2.9043*P+21.3791*SQR（225.56-10.197*P）取冷水温度为40℃，汽压在0.1~20.2Mpa范围内，计算误差不超过±0.3%。

在汽包压力为30~130公斤/厘米3范围内时，（P）f也可用直线近似（：ρW- ρs）*g=K1-K2*P，因此，校正回路可变为：

h=（K3-K4*P-Δp）/（K1-K2*P）

（ρW- ρs）*g=908.8-27.685*P在冷水温度为50℃，汽压为0.39~18.63Mpa范围内，计算结果与实际值的误差小于±2.5%。

（ρW- ρs）*g=942.36-50.418*P+2.8855*P*P-0.09627*P**3在冷水温度为40℃，汽压为2.94~20.59Mpa范围内，计算结果与实际值的误差小于±1.0%。

还有将误差看成汽包压力的函数进行校正的方案，h=Δp*K*f（P）这种方式只对正常水位有较好的校正作用，水位偏离正常值时误差较大。

2． 过热蒸汽流量的压力温度校正

电厂中过热蒸汽流量的测量一般采用标准节流元件。这种节流装置在设计参数下运行时，

测量精度较高，而参数偏离设计值时误差较大。为了在压力主汽温度

和温度变化时，仍能保持一定的精度，可对测量信号进行压

力和温度校正。

蒸汽的重度随压力和温度的变化而变化（重度：即重力密度，Υ=ρ*g），过热蒸汽在压力为10~160公斤/厘米3，

温度为300~555℃的范围内，重度Υ与压力P、温度t的关系可用经验公式：

Υ=1.82*P/(t/100+1.66-0.55*P/100)

此时，过热蒸汽流量 G可表示为： G=K*SQR（Υ*Δp）=K*SQE（（1.82*P/

（t/100+1.66-0.55*P/100））*Δp）

式中， G——过热蒸汽流量（kg/h）

Υ——过热蒸汽重度（kgf/m3）

Δp——变送器测量差压（kg/cm2）

P——过热蒸汽压力（kg/cm2）

t——过热蒸汽温度（℃）

K——系数 左主汽流量图5 过热蒸汽流量校正回路

校正回路SAMA图如图5所示。

另：北京电力试验研究所提出，在压力为5~140公斤力/厘米2，温度为200~550℃范围内，过热蒸汽的密度可表示为：

ρ=K*P/T

式中， ρ——过热蒸汽密度（公斤/米2）

T——过热蒸汽绝对温度（K）

K——系数，根据校正范围不同取不同的值。

过热蒸汽质量流量的校正方程为：

M=C*SQE（Δp）*SQE（ρ/ρ额定）=C’*SQE（Δp*P/T）

式中， M——蒸汽质量流量（公斤/小时）

C’=C*SQE（K/ρ额定）——系数，其中C为常数，ρ额定是节流元件设计参数下蒸汽的密度。

3． 给水流量补偿（温度补偿）

给水温度给水流量校正回路SAMA图如右图所示：

所需参数：给水流量（0-100kPa，0-800t/h）、给水温度（0-300℃） 以石景山电厂2#机组（200MW）为例，额定压力：17.64MPa

（180*0.098665）；额定温度：249.4℃。给水温度，即高加出口温度，当高加投入时，为250℃，当高

加不投时，为150℃。

y=f（x）为给水温度的修正系数，修正曲线如下：

额定压力17.64MPa为表压，表压+0.1=绝对压力，即℃绝对压力为：17.74MPa=177.4bar，根据绝给水流量

对压力查水蒸气性质表（水蒸气性质表中的压力为绝对压力），求得17.74MPa下，不同温度所对应的不同比容V（单位：m3/kg），见下表：

V设/V 温度

（175bar） （180bar） （177.4bar） (℃)

其中基准为喷嘴的设计比容(V设)，即17.74MPa、250℃时的比容，即0.00122816m3/kg。修正系数y=f（x）即为C=V设/V。（注：若y=f（x）在开方器（SQE3）外，则修正系数应为C1=SQE（V设/V））。

乘法器2的修正系数整定方法如下：当温度为250℃，有D = SQE（kΔp），其中，当差

压变送器Δp=100KPa时，给水流量D=800t/h，由此，求得k=6400，即乘法器2的修正系数为6400。

当公式计算得出的流量值与实际有偏差时，可通过乘法器4进行修正。

另：

当给水温度t在120~280℃，压力P在1.96~22.56Mpa时的密度由下式计算：

V=0.89486*10**（-3）+0.21447*10**（-5）*t-0.97324*10**（-8）*t*t+0.27813*10**（-10）*t**3

4． 减温水流量补偿公式

5． 风量的温度校正

气体介质的重量流量测量信号受温度、压力的影响，需考虑对测量信号进行温度、压力校正。当压力变化不大时，可只进行温度校正。

常用测量装置有对称机翼形和复式文丘里管，需经过标定。送风流量一般只用温度进行校正。

冷风温度冷风风量5.1 冷风风量校正

补偿公式SAMA图如右图所示： 所需参数：冷风风量（0-100mmH2O，0-16946 m3/h）、冷风温度（0-50

℃） 以石景山电厂2#机组（200MW）为例，采用机翼测量装置，设计参

数为： 截面：φ720*3

风压：550mmH20 温度：30℃

流量：16946*2=33892m3/h

差压：100 mmH20

设计工作温度为30℃，送风再循环坏时，工作温度为0℃，送风再循环正常时，工作温度为30℃。

y=f（x）为冷风温度的修正系数，即y=f（x）=Kc=(273+30)/T=303/T，见下表： 冷风温度 KC 热风温度 KT

0 1.1099 0 2.1245

5 1.0899 30 1.9142

10 1.0707 50 1.7957

15 1.0521 100 1.5550

20 1.0341 200 1.2262

25 1.0168 280 1.0488

30 1.0000 300 1.0122

35 0.9838 307 1.0000

40 0.9681 320 0.9781

45 0.9528 330 0.9619

50 0.9381 350 0.9310

乘法器2的修正系数整定方法如下：当温度为30℃，有D = SQE（kΔp），其中，当差压变送器Δp=100mmH2O时，给水流量D=16.946km3/h，由此，求得k=2.87166916，即乘法器2的修正系数为2.87166916。

热风温度热风风量5.2 热风风量校正

补偿公式SAMA图如右图所示： 所需参数：热风风量（0-100mmH2O，0-725000m3/h）、冷风温度（0-350

℃） 以石景山电厂2#机组（200MW）为例，采用机翼测量装置，设计参数为： 截面：φ2.6*3.6m2=9.36m2

风压：437mmH20 温度：307℃

流量：725000*2=1450000m3/h

差压：100 mmH20

设计工作温度为307℃。

y=f（x）为热风温度的修正系数，即y=f（x）=Kc=(273+307)/T=580/T，见上表。

乘法器2的修正系数整定方法如下：当温度为307℃，有D = SQE（kΔp），其中，当差压变送器Δp=100mmH2O时，给水流量D=725km3/h，由此，求得k=2.87166916，即乘法器2的修正系数为2.87166916。

热风温度热风风量冷风温度冷风风量5.3 总风量补偿公式

补偿公式SAMA图如右图所示： 总风量为冷、热风风量的总和，因冷、热风风量是

在各自不同的工作温度下的风量，必须将其转化为同一温度下的风量后才能相加求和。

以石景山电厂2#机组（200MW）为例，总风量为

307℃（即热风温度）时的总风量。 有关系如下：PC*VC**2/TC=PCH*VCH**2/TCH，P=风

压+1标准大气压，P1≈P2，可不考虑；T=273+t。 VCH=SQE（TCH/ TC）* VC=1.383543 VC。 因此，加法器4的系数1为1，系数2为1.383543。

另： 根据风量测量装置所测得的差压值Δp，可求得风量

Fα：

Fα=α*SQE（ρ*g*Δp）

式中，流量系数α，对非标准测量装置，需通过试验标定。因空气密度ρ随热力学温T（K）成反比，故需对所测差压值进行温度校正。

Fα=α*SQE（（t0+273）/（t+273）*ρ0*g*Δp）=K* SQE（（t0+273）/（t+273）*Δp） 式中， α——流量系数（m2）

ρ——空气密度（kg/m3）

ρ0——额定工况下空气密度（t=t0时）（kg/m3）

g——重力加速度（m/s2）

t——空气温度（℃）

Fα——空气流量（kg/s）

K=α* SQE（ρ0*g）——系数（MSQE（kg）/s）

Δp——变送器输出的差压（kgf/m2）

另：当压力、温度均有较大变化时，要考虑压力、温度校正。气体重量流量的表达式为：

G=K*SQE（Δp*P/T）

式中， G——气体重量流量（公斤/小时）

Δp——节流元件前后差压（公斤/厘米2）

P——介质的绝对压力（公斤/厘米2）

T——介质的绝对温度（K）

K——常数。

6． 磨一次风量补偿公式

以石景山电厂2#机组（200MW）为例，设计参数：

风量：10万m3/h

风管尺寸：1200*700*5mm（毕托管从1200mm方向插入）

温度：320℃ 608F

风管截面积：1.19*0.69=0.8211m2

风速：100000/0.8211/60/60=33.83m/s

计算出动压：PV=393.87Pa=40.2mmH2O=40mmH2O

因无一次风温测点，故补偿公式中的温度采用定值240℃；量程：0-120000m3/h；差压变送器量程为0-500Pa。

补偿公式F=0.07*SQE（Δp*（t+273））*3600*0.7*1.2/1000

其中：0.07*SQE（Δp*（t+273））为风速（m/s）；0.7*1.2为截面积（m2）。