汽機帶蒸汽冷卻器的加熱器出水及疏水溫度測算方法

專利名稱：汽機帶蒸汽冷卻器的加熱器出水及疏水溫度測算方法
技術領域：
本發明涉及一種汽機帶蒸汽冷卻器的加熱器參數測算方法，尤其涉及一種汽機帶 蒸汽冷卻器的加熱器出水及疏水溫度測算方法。
背景技術：
隨著火電機組參數和容量的不斷提升，通過改善回熱系統的性能以提高機組運行 經濟性日益受到關注。回熱加熱器出水與疏水溫度的測量對于回熱系統熱平衡的計算、機 組性能監測和優化具有重要的作用，因此有必要對其進行在線監測。至今未見回熱系統中 帶蒸汽冷卻器的加熱器出水及疏水溫度測算方法的報道。目前，在火電廠廠級監控信息系統SIS (Supervisory Information System)或者 系統分散控制系統DCS (Distribution Control System)中，對于帶有蒸汽冷卻器的回熱加 熱器，雖然設有出水與疏水溫度測點，但因其運行條件惡劣和檢修維護薄弱等原因，普遍存 在測量可靠性差的狀況，此外，加熱器水側溫度的常規測量方法還存在以下不足首先，在 火電機組熱工測 量系統中，常采用熱電阻式傳感器來監測回熱加熱器的出水溫度，與之相 應的數據采集系統需要采用有源平衡電橋測量傳感器的電阻值，測量成本高；其次，水溫變 化熱慣性大，在工況變動較大時，水溫響應表現出較大的熱慣性，因而影響測量精度；第三， 由于現場安裝位置復雜，不便于檢修和維護。一旦傳感器故障或失效，往往導致測量數據的 錯誤或缺失。而根據傳統的傳熱方程計算加熱器出水與疏水溫度，需要計算換熱過程的傳熱系 數。傳熱系數的計算中需了解加熱器眾多結構參數，例如加熱器各傳熱段的面積、流程數、 管側及殼側結構、管道內外直徑、管道材料等等。任意一項加熱器資料的缺失都會造成傳熱 系數無法計算，所以傳統的傳熱方程適用于設計和校核計算，而不便于用于機組運行或試 驗時出水與疏水溫度計算與監測。電廠回熱系統中加熱器純凝結段的換熱屬于凝結換熱，殼側抽汽加熱管側給水并 凝結，其特點是殼側傳熱系數很大，汽體在凝結放熱的過程中保持殼側壓力對應的飽和溫 度不變。而蒸汽冷卻器段的換熱屬于汽水換熱，但是殼側給水流量相對與管側抽汽流量要 大得多。本發明基于上述傳熱機理，定義了蒸汽冷卻段和純凝結段的傳熱特征系數，發現了 蒸汽冷卻段傳熱特征系數的變工況響應規律，提出了帶蒸汽冷卻器的加熱器出水與疏水溫 度的測算方法，該方法具有不需了解結構參數，測量成本低、被測參量響應快、測量數據可 靠性高等優點。

發明內容
本發明的目的在于提供了一種測算模型簡單、計算精度高、測量成本低且動態響 應速度快的汽機帶蒸汽冷卻器的加熱器出水及疏水溫度測算方法。本發明通過如下技術方案來實現一種汽機帶蒸汽冷卻器的加熱器出水及疏水溫度測算方法，其特征在于，
步驟1 計算基準工況下加熱器蒸汽冷卻段與純凝結段的中間過渡點溫度tws/ 選取機組額定功率設計工況或性能考核試驗工況作為基準工況，符號加上標字母 “O”的參數表示其為基準工況下的參數，并選取基準工況下第j級加熱器的熱力參數殼側 壓力Pn/、抽汽溫度t/、殼側抽汽焓值hn/、出水溫度tw/、進水溫度和機組功率ΡΛ 并根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算基準工況下殼側壓力Pn/對應的 飽和溫度tsj°、飽和氣焓值hssj°以及飽和水焓值hswj°，由基準工況下的殼側壓力pnj°、抽汽溫 度t/并根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算基準工況下的殼側抽汽焓值
V，由加熱器蒸汽冷卻段熱平衡方程:d'; -(h；-Ks^=Dlj -CtM:, -Cj )，純凝結段熱 平衡方程Ms1-K1)= K, -CXcv -C(7+,))'式中j為加熱器編號，按照加熱器抽汽壓力由高到低分別編號為1 η號，η為大 于1的正整數；D；為第j級加熱器抽汽量，單位為kg/h ；hn/為第j級加熱器殼側抽汽壓力焓值，單位為kj/kg ；hss；為第j級加熱器殼側壓力對應的飽和氣焓值，單位為kj/kg ；hsw；為第j級加熱器殼側壓力對應的飽和水焓值，單位為kj/kg ；Dwj0為第j級加熱器給水流量，單位為kg/h ；Cp為給水的定壓比熱容，取為定值4. 1868kJ(kg · °C )；twJ°為第j級加熱器的出水溫度，單位為。C ；tw(J+1)°為第j級加熱器的進水溫度，單位為。C ；整理后得到蒸汽冷卻段與純凝結段的中間過渡溫度twsj°與加熱器進水、出水溫度 的關系式t° = twJ + ·、 — 丨)/(而.v.v — ^1SWj )
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kf步驟2 計算基準工況下加熱器蒸汽冷卻段的傳熱特征系數
V w P Jsc由基準工況下蒸汽冷卻段傳熱方程-.(KFYsc . Atm = [DwCp. (t; - C,)其中下標“SC”表示是蒸汽冷卻段，(KF)sc0為基準工況下蒸汽冷卻段傳熱系數K 與傳熱面積F的乘積，單位為kj/ (m2 · °C · h) · m2 ；(DwCp)sc0為基準工況下蒸汽冷卻段給水流量Dw與給水的定壓比熱容Cp的乘積，單 位為 kg/h· kj/(kg· °C )；
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A, - “7 Wl ‘ “SJ WSJ ‘基準工況下蒸汽冷卻段傳熱溫差m—t'；-C1
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t" —t"<formula>formula see original document page 7</formula>得到基準工況下蒸汽冷卻段的傳熱特征系數=”““
<formula>formula see original document page 7</formula>步驟3 計算實際工況下加熱器的出水溫度、和疏水溫度tdj 步驟3. 1 在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取 實際工況下的殼側壓力Pi^抽汽溫度、、第j級加熱器進水溫度和機組功率Pe，若在 火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中沒有讀取到實際工況下的殼 側壓力Piu.，則通過計算得到實際工況下的殼側壓力Pf再根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸 汽熱力性質模型計算出實際工況下的殼側壓力Pnj對應的實際工況下的飽和溫度tsj、飽和 氣焓以及飽和水焓h_，若在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據 庫中沒有讀取到實際工況下的抽汽溫度、，則通過計算得到實際工況下的抽汽溫度、，若 在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中沒有讀取到實際工況下的 第j級加熱器進水溫度，則通過計算得到實際工況下的第j級加熱器進水溫度tw(j+1)，所述的計算實際工況下的殼側壓力Pnj的方法是在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下 的抽汽壓力P」，計算實際工況下的殼側壓力Pnj = Pj · (1- δ Pj)，δ Pj為管道壓損率，δ Pj = 3% 5% ；所述的計算實際工況下的抽汽溫度的、的方法是令實際工況下殼側抽汽焓值、取為基準工況下的殼側抽汽焓值hn/，變工況下殼 側抽汽焓值與基準工況下的殼側抽汽焓值基本相等，再根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸 汽熱力性質模型，由殼側抽汽焓值hnj和實際工況下的殼側壓力Pnj可計算出實際工況下的 抽汽溫度、；所述的計算實際工況下的第j級加熱器進水溫度的方法是在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下 的第j+1級加熱器殼側壓力ρη +1)，若在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS 的數據庫中沒有讀取到實際工況下的第j+1級加熱器殼側壓力pn(j+1)，則在火電廠廠級監控 信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下的第j+Ι級加熱器抽汽壓力 PJ+1，計算實際工況下的第j + Ι級加熱器殼側壓力Ρη +1) = PJ+1 · (1- δ pJ+1)，δ PJ+1為實際工 況下的第j+Ι級加熱器的管道壓損率，δ pJ+1 = 3% 5% ；然后根據IAPWS-IF97工業用水 和水蒸汽熱力性質模型計算實際工況下的第j+Ι級加熱器殼側壓力Ρη +1)對應的飽和溫度 ts(j+1)，并用飽和溫度減去第j+Ι級加熱器在設計工況下的端差θ j+1，并以此差值為實際工 況下的第j級加熱器進水溫度tw(j+1)，即tw(j+1) = ts(J+1)- θ J+1，步驟3. 2 出水溫度的迭代計算及其步驟設置實際工況下的出水溫度twj的迭代初值，取實際工況下的加熱器進水溫度 tw(J+1)+15作為迭代初始值(twj)k =。，其中下標k為迭代次數；由出水溫度twj (假設)計算蒸汽冷卻段與純凝結段中間過渡溫度
<formula>formula see original document page 8</formula>
可計算出中間過渡溫度(twspk，然后根據蒸汽冷卻段傳熱規律、數值試驗和基于 樣本的模型參數辨識算法，由基準工況相應加熱器蒸汽冷卻段傳熱特征系數以及實際工況 的機組功率計算得到實際工況下的加熱器傳熱特征系數，最終根據此傳熱特征系數和中間 過渡溫度計算實際工況下的出水溫度<formula>formula see original document page 8</formula>其中m為實際工況下的機組功率Pe與基準工況下的機組功率P/比值的指數，對 于高壓加熱器m = 0. 6，對于低壓加熱器m = 0. 3，若當前出水溫度(twj)k不符合收斂條件則將出水溫度新值代入式(1)繼續迭代， 所述迭代收斂條件為<formula>formula see original document page 8</formula>
滿足迭代計算收斂條件的當前出水溫度(twj)k+1作為加熱器的出水溫度twj最終 值，步驟3. 3 疏水溫度的計算由加熱器純凝結段相變傳熱機理，抽汽在凝結傳熱過程中保持溫度為殼側壓力下 的飽和溫度，得出疏水溫度tdj等于殼側壓力下的飽和溫度tsj。本發明的優點在于本發明基于傳熱機理和運行可測參量，定義了帶蒸汽冷卻器的加熱器蒸汽冷卻段 和純凝結段的傳熱特征系數，并利用新發現的帶蒸汽冷卻器回熱加熱器的蒸汽冷卻段和純 凝結段傳熱特征系數隨機組功率變化的規律，提出一種基于傳熱特征系數測算火電機組回 熱系統中帶蒸汽冷卻器加熱器出水與疏水溫度的間接、簡捷、高精度測算的方法。該方法只 需要設計(或者試驗)基準工況數據，而不需了解結構參數，模型簡捷；只需要依據運行可 測參量，測算出水及疏水溫度，能夠降低測量成本；由于模型使用動態響應快(如壓力)和 高精度水和水蒸汽性質模型，可以顯著提高被測參量響應速度和測量可靠性。1、測算模型簡單，計算精度高本發明所建立的測算模型，只需要少量的基準工況(設計工況或者熱力試驗工 況)的參量和抽汽壓力和機組負荷等少量可測參量，無需加熱器的結構參數和流量參數 (回熱抽汽流量和給水或凝水流量)，模型簡單、計算簡捷。相比于傳統的加熱器變工況模型，其計算精度高表現在兩個方面，一是傳熱特征 系數能夠反映負荷變化的影響，提高響應精度；二是出水、疏水溫度計算模型精度的關鍵在 于傳熱特征系數的和水蒸氣計算模型的精度，而傳熱特征系數的和水蒸氣計算模型的精度 都較高，所以保證了本發明的計算模型精度。2、充分利用相關可測參量的測量結果，測量成本低本發明利用汽輪機抽汽壓力(汽輪機系統的重要測量參量)的測量結果，通過模 型實現加熱器出水與疏水溫度的測算，只需要DCS或SIS系統中相關的壓力測點，而無需專 門的溫度測點，通過測量信息的共享降低測量成本。
3、使用測算模型，可以顯著改善被測參量的動態響應速度利用回熱加熱器蒸汽冷卻段和純凝結段的傳熱特征系數隨功率變化的規律以及 高精度的水和水蒸汽性質模型，將加熱器出水及疏水溫度的測量結果的動態響應等效于抽 汽壓力和機組負荷的動態響應速度，從而提高了加熱器出水和疏水溫度測算結果的動態響 應速度。4、改善了被測參量的測量可靠性模型中使用的抽汽壓力和機組負荷是汽輪機的重要監測參數，往往采取測點的冗余布置和方便檢修維護等措施提高其可靠性，采用測算模型可以將加熱器出水和疏水溫度 的測量可靠性等效于抽汽壓力和機組負荷測量的可靠性，從而改善了加熱器出水及疏水溫 度測量的可靠性。


圖1為帶蒸汽冷卻器的表面式加熱器的原則性熱力系統2為加熱器換熱過程T-F (溫度_結構)3為本發明的計算流程圖
具體實施例方式一種汽機帶蒸汽冷卻器的加熱器出水及疏水溫度測算方法，其特征在于，步驟1 計算基準工況下加熱器蒸汽冷卻段與純凝結段的中間過渡點溫度tws/ 選取機組額定功率設計工況或性能考核試驗工況作為基準工況，符號加上標字母 “O”的參數表示其為基準工況下的參數，并選取基準工況下第j級加熱器的熱力參數殼側 壓力Pn/、抽汽溫度t/、殼側抽汽焓值hn/、出水溫度tw/、進水溫度和機組功率ΡΛ 并根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算基準工況下殼側壓力Pn/對應的 飽和溫度tsj°、飽和氣焓值hssj°以及飽和水焓值hswj°，由基準工況下的殼側壓力pnj°、抽汽溫 度t/并根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算基準工況下的殼側抽汽焓值
V，由加熱器蒸汽冷卻段熱平衡方程-.D01 \h"nj-/ζ；)=!)； -CpIci -C7)，純凝結段熱 平衡方程巧-^si-Ki)= κ -CXci-cC/+i))'式中j為加熱器編號，按照加熱器抽汽壓力由高到低分別編號為1 η號，η為大 于1的正整數；D；為第j級加熱器抽汽量，單位為kg/h ；hnj°為第j級加熱器殼側抽汽壓力焓值，單位為kj/kg ；hss；為第j級加熱器殼側壓力對應的飽和氣焓值，單位為kj/kg ；hsw；為第j級加熱器殼側壓力對應的飽和水焓值，單位為kj/kg ；Dwj0為第j級加熱器給水流量，單位為kg/h ；Cp為給水的定壓比熱容，取為定值4· 1868kJ/(kg · °C )；twJ°為第j級加熱器的出水溫度，單位為。C ；tw(J+1)°為第j級加熱器的進水溫度，單位為。C ；
整理后得到蒸汽冷卻段與純凝結段的中間過渡溫度twsj°與加熱器進水、出水溫度 的關系式<formula>formula see original document page 10</formula>步驟2 計算基準工況下加熱器蒸汽冷卻段的傳熱特征系數由基準工況下蒸汽冷卻段傳熱方程.<formula>formula see original document page 10</formula>其中下標“SC”表示是蒸汽冷卻段，(KF)sc0為基準工況下蒸汽冷卻段傳熱系數K 與傳熱面積F的乘積，單位為<formula>formula see original document page 10</formula>(DwCp)sc0為基準工況下蒸汽冷卻段給水流量Dw與給水的定壓比熱容Cp的乘積，單 位為 <formula>formula see original document page 10</formula>基準工況下蒸汽冷卻段傳熱溫差<formula>formula see original document page 10</formula>得到基準工況下蒸汽冷卻段的傳熱特征系數<formula>formula see original document page 10</formula>步驟3 計算實際工況下加熱器的出水溫度、和疏水溫度tdj 步驟3. 1 在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取 實際工況下的殼側壓力Pi^抽汽溫度、、第j級加熱器進水溫度和機組功率Pe，若在 火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中沒有讀取到實際工況下的殼 側壓力Piu.，則通過計算得到實際工況下的殼側壓力Pf再根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸 汽熱力性質模型計算出實際工況下的殼側壓力Pnj對應的實際工況下的飽和溫度tsj、飽和 氣焓以及飽和水焓h_，若在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據 庫中沒有讀取到實際工況下的抽汽溫度、，則通過計算得到實際工況下的抽汽溫度、，若 在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中沒有讀取到實際工況下的 第j級加熱器進水溫度，則通過計算得到實際工況下的第j級加熱器進水溫度tw(j+1)，所述的計算實際工況下的殼側壓力Pnj的方法是在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下 的抽汽壓力P」，計算實際工況下的殼側壓力Pnj = Pj · (1- δ Pj)，δ Pj為管道壓損率，δ Pj = 3% 5% ；所述的計算實際工況下的抽汽溫度的、的方法是令實際工況下殼側抽汽焓值、取為基準工況下的殼側抽汽焓值hn/，變工況下殼 側抽汽焓值與基準工況下的殼側抽汽焓值基本相等，再根據LAPWS-IF97工業用水和水蒸 汽熱力性質模型，由殼側抽汽焓值hnj和實際工況下的殼側壓力Pnj可計算出實際工況下的 抽汽溫度、；
所述的計算實際工況下的第j級加熱器進水溫度的方法是在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下 的第j+1級加熱器殼側壓力ρη +1)，若在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS 的數據庫中沒有讀取到實際工況下的第j+1級加熱器殼側壓力pn(j+1)，則在火電廠廠級監控 信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下的第j+Ι級加熱器抽汽壓力 PJ+1，計算實際工況下的第j + Ι級加熱器殼側壓力Ρη +1) = PJ+1 · (1- δ pJ+1)，δ PJ+1為實際工 況下的第j+Ι級加熱器的管道壓損率，δ pJ+1 = 3% 5% ；然后根據IAPWS-IF97工業用水 和水蒸汽熱力性質模型計算實際工況下的第j+Ι級加熱器殼側壓力Ρη +1)對應的飽和溫度 ts(j+1)，并用飽和溫度減去第j+Ι級加熱器在設計工況下的端差θ j+1，并以此差值為實際工 況下的第j級加熱器進水溫度tw(j+1)，即tw(j+1) = ts(J+1)- θ J+1，步驟3. 2 出水溫度的迭代計算及其步驟設置實際工況下的出水溫度twj的迭代初值，取實際工況下的加熱器進水溫度tw(J+1)+15作為迭代初始值(twj)k =。，其中下標k為迭代次數；由出水溫度twj (假設)計算蒸汽冷卻段與純凝結段中間過渡溫度
「_” it、( \ + · — K )/(Ksj - K)、1 = H-kW (1)可計算出中間過渡溫度然后根據蒸汽冷卻段傳熱規律、數值試驗和基于 樣本的模型參數辨識算法，由基準工況相應加熱器蒸汽冷卻段傳熱特征系數以及實際工況 的機組功率計算得到實際工況下的加熱器傳熱特征系數，最終根據此傳熱特征系數和中間 過渡溫度計算實際工況下的出水溫度
( L = 一 + /7 7Γ7^^r；~^+(‘7 X ⑵^zkA / (^) .m +1
~ t^i j P Jsc J其中m為實際工況下的機組功率Pe與基準工況下的機組功率P/比值的指數，對 于高壓加熱器m = 0. 6，對于低壓加熱器m = 0. 3，若當前出水溫度(twj)k不符合收斂條件則將出水溫度新值代入式(1)繼續迭代， 所述迭代收斂條件為Atwj = I (tWJ.)k+1-(tWJ.)k|彡0. 01，滿足迭代計算收斂條件的當前出水溫度(twj)k+1作為加熱器的出水溫度twj最終 值，步驟3. 3 疏水溫度的計算由加熱器純凝結段相變傳熱機理，抽汽在凝結傳熱過程中保持溫度為殼側壓力下 的飽和溫度，得出疏水溫度tdj等于殼側壓力下的飽和溫度tsj。以某300MW機組為例，實現汽輪機回熱系統中帶蒸汽冷卻器加熱器的出水與疏水 溫度的測算。該機組的#1加熱器為帶蒸汽冷卻器的高壓加熱器。詳細計算步驟如下(1)、計算基準工況下加熱器蒸汽冷卻段與純凝結段的中間過渡點溫度twsl° 選取機組額定功率的設計工況為基準工況，根據設計參數有#1加熱器的殼側壓 力Pnl0為5. 712MPa,殼側抽汽焓值hnl°為3136. 3kJ/kg，出水溫度twl°為272. 1°C，進水溫度tw2°為242. 5°C。根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算殼側壓力對應的飽 和溫度tsl°為272. 40C，飽和氣焓值hssl°為2787. 6kJ/kg，飽和水焓值hswl°為1197. 3kJ/kg。
<formula>formula see original document page 12</formula>(2)、計算基準工況下加熱器蒸汽冷卻段的傳熱特征系數
V/‘ JIX]計算加熱器純凝結段傳熱特征系數<formula>formula see original document page 12</formula>
(3)、計算實際工況下加熱器的出水溫度twl和疏水溫度tdl 在定壓75%負荷時，從火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據 庫中取殼側壓力Pnl為4. 28MPa,殼側抽汽焓值hnl取為基準工況下的相應值3136. 3kJ/kg， 加熱器進水溫度tw2為226. 2°C。根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算出 殼側壓力Pnl對應的飽和溫度tsl為249. 55°C、飽和氣焓hss5為2799. 4kJ/kg、飽和水焓hsw5 為 1107. 2kJ/kg。設置加熱器進水溫度tw2+15 = 241. 2°C為出水溫度twl的迭代初值。由下列公式按照圖3的計算流程迭代計算，
<formula>formula see original document page 12</formula>經過9次迭代，最終計算得到加熱器的出水溫度twl為257. 57°C，與測量值254. 2 相對誤差為-l. 325%。由純凝結段相變傳熱機理，疏水溫度tdl等于飽和溫度tsl，為249. 55°C，與測量值 249. 55°C的相對誤差為0. 000%。
權利要求
一種汽機帶蒸汽冷卻器的加熱器出水及疏水溫度測算方法，其特征在于，步驟1計算基準工況下加熱器蒸汽冷卻段與純凝結段的中間過渡點溫度twsjo選取機組額定功率設計工況或性能考核試驗工況作為基準工況，符號加上標字母“o”的參數表示其為基準工況下的參數，并選取基準工況下第j級加熱器的熱力參數殼側壓力pnjo、抽汽溫度tjo、殼側抽汽焓值hnjo、出水溫度twjo、進水溫度tw(j+1)o和機組功率Peo，并根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算基準工況下殼側壓力pnjo對應的飽和溫度tsjo、飽和氣焓值hssjo以及飽和水焓值hswjo，由基準工況下的殼側壓力pnjo、抽汽溫度tjo并根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算基準工況下的殼側抽汽焓值hnjo，由加熱器蒸汽冷卻段熱平衡方程純凝結段熱平衡方程式中j為加熱器編號，按照加熱器抽汽壓力由高到低分別編號為1～n號，n為大于1的正整數；Djo為第j級加熱器抽汽量，單位為kg/h；hnjo為第j級加熱器殼側抽汽壓力焓值，單位為kJ/kg；hssjo為第j級加熱器殼側壓力對應的飽和氣焓值，單位為kJ/kg；hswjo為第j級加熱器殼側壓力對應的飽和水焓值，單位為kJ/kg；Dwjo為第j級加熱器給水流量，單位為kg/h；Cp為給水的定壓比熱容，取為定值4.1868kJ/(kg·℃)；twjo為第j級加熱器的出水溫度，單位為℃；tw(j+1)o為第j級加熱器的進水溫度，單位為℃；整理后得到蒸汽冷卻段與純凝結段的中間過渡溫度twsjo與加熱器進水、出水溫度的關系式 <mrow><msubsup> <mi>t</mi> <mi>wsj</mi> <mi>o</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>t</mi> <mi>wj</mi> <mi>o</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup> <mi>t</mi> <mrow><mi>w</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>o</mi></msubsup><mo>&CenterDot;</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>nj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>ssj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>ssj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>swj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>nj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>ssj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>ssj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>swj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>步驟2計算基準工況下加熱器蒸汽冷卻段的傳熱特征系數由基準工況下蒸汽冷卻段傳熱方程其中下標“SC”表示是蒸汽冷卻段，(KF)SCo為基準工況下蒸汽冷卻段傳熱系數K與傳熱面積F的乘積，單位為kJ/(m2·℃·h)·m2；(DwCp)SCo為基準工況下蒸汽冷卻段給水流量Dw與給水的定壓比熱容Cp的乘積，單位為kg/h·kJ(kg·℃)；基準工況下蒸汽冷卻段傳熱溫差得到基準工況下蒸汽冷卻段的傳熱特征系數步驟3計算實際工況下加熱器的出水溫度twj和疏水溫度tdj步驟3.1在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下的殼側壓力pnj、抽汽溫度tj、第j級加熱器進水溫度tw(j+1)和機組功率Pe，若在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中沒有讀取到實際工況下的殼側壓力pnj，則通過計算得到實際工況下的殼側壓力pnj，再根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算出實際工況下的殼側壓力pnj對應的實際工況下的飽和溫度tsj、飽和氣焓hssj以及飽和水焓hswj，若在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中沒有讀取到實際工況下的抽汽溫度tj，則通過計算得到實際工況下的抽汽溫度tj，若在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中沒有讀取到實際工況下的第j級加熱器進水溫度tw(j+1)，則通過計算得到實際工況下的第j級加熱器進水溫度tw(j+1)，所述的計算實際工況下的殼側壓力pnj的方法是在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下的抽汽壓力pj，計算實際工況下的殼側壓力pnj＝pj·(1-δpj)，δpj為管道壓損率，δpj＝3％～5％；所述的計算實際工況下的抽汽溫度的tj的方法是令實際工況下殼側抽汽焓值hnj取為基準工況下的殼側抽汽焓值hnjo，變工況下殼側抽汽焓值與基準工況下的殼側抽汽焓值基本相等，再根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型，由殼側抽汽焓值hnj和實際工況下的殼側壓力pnj可計算出實際工況下的抽汽溫度tj；所述的計算實際工況下的第j級加熱器進水溫度tw(j+1)的方法是在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下的第j+1級加熱器殼側壓力pn(j+1)，若在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中沒有讀取到實際工況下的第j+1級加熱器殼側壓力pn(j+1)，則在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取實際工況下的第j+1級加熱器抽汽壓力pj+1，計算實際工況下的第j+1級加熱器殼側壓力pn(j+1)＝pj+1·(1-δpj+1)，δpj+1為實際工況下的第j+1級加熱器的管道壓損率，δpj+1＝3％～5％；然后根據IAPWS-IF97工業用水和水蒸汽熱力性質模型計算實際工況下的第j+1級加熱器殼側壓力pn(j+1)對應的飽和溫度ts(j+1)，并用飽和溫度減去第j+1級加熱器在設計工況下的端差θj+1，并以此差值為實際工況下的第j級加熱器進水溫度tw(j+1)，即tw(j+1)＝ts(j+1)-θj+1，步驟3.2出水溫度的迭代計算及其步驟設置實際工況下的出水溫度twj的迭代初值，取實際工況下的加熱器進水溫度tw(j+1)+15作為迭代初始值(twj)k＝0，其中下標k為迭代次數；由出水溫度twj(假設)計算蒸汽冷卻段與純凝結段中間過渡溫度 <mrow><msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>wsj</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>wj</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mi>k</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>t</mi> <mrow><mi>w</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>&CenterDot;</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>h</mi><mi>nj</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>h</mi><mi>ssj</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>h</mi><mi>ssj</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>h</mi><mi>swj</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>h</mi><mi>nj</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>h</mi><mi>ssj</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>h</mi><mi>ssj</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>h</mi><mi>swj</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>可計算出中間過渡溫度(twsj)l，然后根據蒸汽冷卻段傳熱規律、數值試驗和基于樣本的模型參數辨識算法，由基準工況相應加熱器蒸汽冷卻段傳熱特征系數以及實際工況的機組功率計算得到實際工況下的加熱器傳熱特征系數，最終根據此傳熱特征系數和中間過渡溫度計算實際工況下的出水溫度 <mrow><msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>wj</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mi>j</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>sj</mi></msub> </mrow> <mrow><mi>ln</mi><mfrac> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mi>j</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>wj</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mi>k</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mi>sj</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>wsj</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>/</mo><mo>[</mo><msubsup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mi>KF</mi> <mrow><msub> <mi>D</mi> <mi>w</mi></msub><msub> <mi>C</mi> <mi>p</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mi>SC</mi> <mi>o</mi></msubsup><mo>&CenterDot;</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <msub><mi>P</mi><mi>e</mi> </msub> <msubsup><mi>P</mi><mi>e</mi><mi>o</mi> </msubsup></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mi>m</mi></msup><mo>]</mo><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac><mo>+</mo><msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>wsj</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mi>k</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中m為實際工況下的機組功率Pe與基準工況下的機組功率Peo比值的指數，對于高壓加熱器m＝0.6，對于低壓加熱器m＝0.3，若當前出水溫度(twj)k不符合收斂條件則將出水溫度新值代入式(1)繼續迭代，所述迭代收斂條件為Δtwj＝|(twj)k+1-(twj)k|≤0.01，滿足迭代計算收斂條件的當前出水溫度(twj)k+1作為加熱器的出水溫度twj最終值，步驟3.3疏水溫度的計算由加熱器純凝結段相變傳熱機理，抽汽在凝結傳熱過程中保持溫度為殼側壓力下的飽和溫度，得出疏水溫度tdj等于殼側壓力下的飽和溫度tsj。FSA00000088221200011.tif,FSA00000088221200012.tif,FSA00000088221200022.tif,FSA00000088221200023.tif,FSA00000088221200024.tif,FSA00000088221200025.tif
全文摘要
一種汽機帶蒸汽冷卻器的加熱器出水及疏水溫度測算方法。選取機組設計工況或性能考核試驗工況作為基準工況，并選取基準工況下第j級加熱器的熱力參數殼側壓力、抽汽溫度、殼側抽汽焓值、出水溫度、進水溫度和機組功率，計算出基準工況下加熱器蒸汽冷卻段的傳熱特征系數。在火電廠廠級監控信息系統SIS或分散控制系統DCS的數據庫中讀取或計算出實際工況下的殼側壓力、抽汽溫度、第j級加熱器進水溫度和機組功率，根據基準工況加熱器蒸汽冷卻段傳熱特征系數以及實際工況的機組功率計算得到實際工況下的加熱器傳熱特征系數，最終經過迭代計算得到實際工況下的出水溫度，疏水溫度等于殼側壓力下的飽和溫度。
文檔編號F01K11/02GK101832545SQ201010150270
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月16日 優先權日2010年4月16日
發明者李兵, 殷捷, 王培紅, 王泉, 許寅 申請人:東南大學