一种加热器全工况上端差和下端差应达值的在线估计方法技术

本发明专利技术提供了一种加热器全工况上端差和下端差应达值的在线估计方法，步骤为：1、获取给定时刻下相关测点的实时数据；2、计算获得各加热器的抽汽质量流量在线估计值；3、计算换热管外蒸汽至换热管壁的换热系数和换热管内水相工质对换热管壁的换热系数，进而获得当加热器内换热管壁面污垢热阻为零时，加热器总换热系数理论最大值；4、计算加热器疏水出口温度理论值，进而由下端差定义，得到加热器下端差应达值；5、计算加热器水相工质出口温度理论值，并由上端差定义，得到加热器上端差应达值。本发明专利技术能分析加热器上端差和下端差对机组热经济性的影响，为回热抽汽系统热经济性实时评估提供支撑条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及火力电站运行优化控制
，具体的，涉及一种加热器全工况上端差和下端差应达值的在线估计方法。
技术介绍
火力电站的各种辅助设备对电站运行的经济性和可靠性起着非常重要的作用。加热器是汽轮机最重要的辅助设备之一，利用汽轮机回热抽汽加热凝结水和给水，可以减少冷源损失，提高机组的循环热效率，因此加热器的运行状态对整个机组的热经济性具有直接影响。在机组运行过程中，加热器上端差和下端差是监测机组运行状态的重要指标。上端差定义为该级加热器抽汽压力下饱和蒸汽温度与水相工质出口温度之差；下端差定义为加热器疏水出口温度与水相工质入口温度之差。加热器上端差或下端差越大，对机组运行的经济性影响越大。通常电站集控运行规程中会给出加热器在额定工况下上端差应达值和下端差应达值作为参考依据。但是当工况改变时，机组运行参数都会相应发生改变，进行机组热经济性分析时，额定工况时的上端差应达值和下端差应达值便不再适用，因此需要求出加热器在不同工况下的上端差应达值和下端差应达值，并以此为依据评估加热器上端差和下端差对机组热经济性的影响。经过对现有技术的检索，中国专利申请号201310142718.X，公开号103267539A，公开日2013-08-28，记载了一种卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法。该方法基于量纲分析原理和运行可测参数，分别对加热器的疏水冷却段、凝结段和过热蒸汽冷却段进行固定工况下的试验，通过数据拟合得到各段传热单元数与某一参数(抽汽流量、给水流量、饱和压力等)的简化线性函数关系，用于计算其它工况下加热器进出口各热力参数，从而获得上端差和下端差。本质上，上述线性函数关系仅适用于试验工况下的上端差和下端差估计，除试验工况以外的条件下的计算误差是大是小成为不可控因素。此外，该方法仅涉及加热器上端差和下端差的测算，无法用于加热器上端差应达值和下端差应达值的估计，无法分析加热器上端差和下端差对机组热经济性的影响，也无法为回热抽汽系统热经济性实时评估提供支撑条件。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种加热器全工况上端差和下端差应达值的在线估计方法。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：首先获得各个加热器真实换热情况下抽汽质量流量的在线估计值，然后求出理想换热情况下加热器总换热系数理论值，进而根据理想换热情况下的换热效能方程计算加热器疏水出口温度的理论值，根据加热器内能量平衡关系，求出加热器内水相工质出口温度理论值，并根据上端差和下端差定义求出上端差应达值和下端差应达值。本专利技术能分析加热器上端差和下端差对机组热经济性的影响，为回热抽汽系统热经济性实时评估提供支撑条件。具体的，一种加热器全工况上端差和下端差应达值的在线估计方法，该方法具体包括以下步骤：步骤一、从运行机组的分布式控制系统DCS实时数据库中获取给定时刻下各加热器入口蒸汽压力、温度，疏水温度，水相工质出口温度，凝结水质量流量、压力、温度，省煤器入口给水质量流量、压力、温度；步骤二、结合工质物性参数库，根据各加热器内的能量平衡关系，即加热器内抽汽释放的热量+来自上一个加热器的疏水释放的热量＝水相工质吸收的热量，计算获得各加热器的抽汽质量流量在线估计值，用于步骤四中计算热容量流率比；步骤三、计算加热器真实换热情况下换热管外蒸汽侧对流换热系数α1和换热管内水相工质对换热管壁的换热系数α2，并求出加热器内换热管壁面污垢热阻Rb为零时的加热器总换热系数理论值Klx，用于步骤四中计算传热单元数的理论最大值；步骤四、基于热容量流率比和传热单元数的理论最大值，建立理想换热情况下加热器换热效能方程，计算加热器疏水出口温度理论值，进而由下端差定义，在线计算得到加热器下端差应达值；步骤五、根据加热器理想换热情况下的能量平衡关系，即理想换热情况下，加热器内抽汽释放的热量+来自上一个加热器的疏水释放的热量＝水相工质吸收的热量，计算加热器水相工质出口温度理论值，并由上端差定义，在线计算得到加热器上端差应达值。优选地，步骤二中，加热器中的能量平衡关系为：Dcq(hcq-hss)+Dsspre(hsspre-hss)＝Dw(houts-hins) (1)其中，Dw是水相工质质量流量，kg/s；Dcq是抽汽质量流量，kg/s；hcq是加热器抽汽入口的比焓，kJ/kg；hss是加热器出口疏水的比焓，kJ/kg；Dsspre是上一个加热器流进本加热器疏水的质量流量，kg/s；hsspre是上一个加热器流进本加热器疏水的比焓，kJ/kg；Dw是加热器内水相工质质量流量，kg/s；houts是水相工质在加热器出口处的比焓，kJ/kg；hins是水相工质在加热器入口处的比焓，kJ/kg。计算加热器抽汽质量流量按照水相工质流经的各加热器顺序进行，其中除氧器之前低压加热器的水相工质是主凝结水，除氧器之后高压加热器的水相工质是给水；优选地，步骤三中，计算换热管外蒸汽侧对流换热系数α1时，由于蒸汽横掠叉排管束，蒸汽侧雷诺数Res和相邻管束横向管间距dh和纵向管间距dv，确定α1的计算公式为(参见杨世铭，陶文铨.传热学(第四版).高等教育出版社,2010,259-262)： α 1 = k 1 ( d h d v ) k 2 Re s k 3 Pr s 0.36 ( Pr s Pr w ) 0.25 - - - ( 2 ) ]]>式中，k1，k2，k3是由蒸汽侧雷诺数和相邻管束横向管间距和纵向管间距的比值确定的系数，Prs和Prw是蒸汽侧和水相工质的普朗特数。流体雷诺数和普朗特数的计算方法为： Re = ρ d u μ - - - ( 3 ) ]]> Pr = c μ λ - - - ( 4 ) ]]>式中，ρ是流体的密度，kg/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加热器全工况上端差和下端差应达值的在线估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、从运行机组现场DCS分布式控制系统实时数据库中获取给定时刻下各加热器抽汽入口的压力、温度，疏水温度，水相工质出口温度，凝结水质量流量、压力、温度，省煤器入口给水质量流量、压力、温度；步骤二、结合工质物性参数库，根据各加热器内工质的能量平衡关系，即加热器内抽汽释放的热量加上来自上一个加热器的疏水释放的热量等于水相工质吸收的热量，获得各加热器的抽汽质量流量在线估计值，用于步骤四中计算热容量流率比；步骤三、计算加热器真实换热情况下，换热管外蒸汽侧对流换热系数α1和换热管内水相工质侧对流换热系数α2，并求出加热器内换热管壁面污垢热阻Rb为零时的加热器总换热系数理论值Klx，用于步骤四中计算传热单元数的理论最大值；步骤四、基于热容量流率比和传热单元数的理论最大值，建立理想换热情况下加热器换热效能方程，计算加热器疏水出口温度理论值，进而由下端差定义，在线计算得到加热器下端差应达值；步骤五、根据加热器理想换热情况下的能量平衡关系，即理想换热情况下，加热器内抽汽释放的热量加上来自上一个加热器的疏水释放的热量等于水相工质吸收的热量，计算加热器水相工质出口温度理论值，并由上端差定义，在线计算得到加热器上端差应达值。...

【技术特征摘要】
1.一种加热器全工况上端差和下端差应达值的在线估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、从运行机组现场DCS分布式控制系统实时数据库中获取给定时刻下各加热器抽汽入口的压力、温度，疏水温度，水相工质出口温度，凝结水质量流量、压力、温度，省煤器入口给水质量流量、压力、温度；步骤二、结合工质物性参数库，根据各加热器内工质的能量平衡关系，即加热器内抽汽释放的热量加上来自上一个加热器的疏水释放的热量等于水相工质吸收的热量，获得各加热器的抽汽质量流量在线估计值，用于步骤四中计算热容量流率比；步骤三、计算加热器真实换热情况下，换热管外蒸汽侧对流换热系数α1和换热管内水相工质侧对流换热系数α2，并求出加热器内换热管壁面污垢热阻Rb为零时的加热器总换热系数理论值Klx，用于步骤四中计算传热单元数的理论最大值；步骤四、基于热容量流率比和传热单元数的理论最大值，建立理想换热情况下加热器换热效能方程，计算加热器疏水出口温度理论值，进而由下端差定义，在线计算得到加热器下端差应达值；步骤五、根据加热器理想换热情况下的能量平衡关系，即理想换热情况下，加热器内抽汽释放的热量加上来自上一个加热器的疏水释放的热量等于水相工质吸收的热量，计算加热器水相工质出口温度理论值，并由上端差定义，在线计算得到加热器上端差应达值。2.根据权利要求1中所述的一种加热器全工况上端差和下端差应达值的在线估计方法，其特征在于，步骤三中，根据加热器换热管外蒸汽侧对流换热系数α1和换热管内水相工质侧对流换热系数α2，计算出在真实换热情况下，当加热器换热管管壁污垢热阻为Rb时，加热器总换热系数K为： K = 1 1 α 1 + R b + 1 α 2 - - - ( 1 ) ]]>因此，当加热器换热管管壁污垢热阻Rb为零时，加热器总换热系数理论值Klx为： K l x = 1 1 α 1 + 1 α 2 - - - ( 2 ) . ]]>3.根据权利要求1中所述的一种加热器全工况上端差和下端差应达值的在线估计方法，其特征在于，步骤四中，热容量流率比0≤R≤1，根据加热器换热效率ε的定义，推导出真实换热情况下加热器换热效率ε为： ϵ = D c q c p h ( t c q - t s s ) D c q c p h ( t c q - t i n s ) = t c q - t s s t c q - t i n s - - - ( 3 ) ]]>其中，Dw是水相工质质量流量，kg/s；Dcq是抽汽质量流量，kg/s；cph和cpc是加热器换热管外蒸汽和管内水相工质的平均比热容，kJ/(kg·℃)；tcq是加热器入口抽汽温度，℃；tss是加热器疏水出口温度，℃；tins是加热器入口水相工质温度，℃；令加热器传热单元数其中，A是加热器换热面积，m2；加热器换热效率ε与传热单元数NTU和热容量流率比R的关系为： ϵ = 1 - exp [ - N T U ( 1 - R ) ] 1 - R exp [ - N T U ( 1 - R ) ] - - - ( 4 ) ]]>根据ε与R、NTU的关系，由于真实换热情况和理想换热情况下R不变，因此当NTU最大时，ε最大；在加热器实际运行中，加热器存在着一定的性能退化，使加热器的总换热系数K和换热面积A低于理论值或设计值，因此，在理想换热情况下，即加热器换热管壁表面洁净，污垢热阻Rb＝0，以及加热器内无异常情况，真实换热面积等于设计值Asj时，NTU的理论最大值为： NTU m a x = K l x A s j D w ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翔，袁景淇，徐亮，田震，陈振兴，孔磊，王润杉，王景成，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31