基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法技术

本发明专利技术提供了一种基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法，步骤为：1、获取给定时刻下相关测点的实时数据；2、计算加热器疏水出口温度理论值，根据加热器理想换热情况下的能量平衡关系，计算加热器水相工质出口温度理论值，由上端差定义，实时计算加热器上端差应达值；3、计算由于真实上端差大于上端差应达值引起的加热器水相工质出口比焓变化量Δhi；4、计算汽轮机功率和机组热耗量对第i个加热器水相工质出口的比焓hi的偏微分，在热力系统矩阵热平衡方程的基础上，计算不同工况下由于Δhi引起的汽轮机内效率相对变化量。本发明专利技术可用于在线分析回热抽汽系统中加热器上端差对机组热经济性的影响，为加热器性能监测提供技术支撑。

【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
，具体地说，是一种基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法。
技术介绍
大型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重要的作用。加热器作为汽轮机侧最重要的辅助设备之一，是火力电站回热抽汽系统的主要组成部分。加热器利用汽轮机抽汽预加热进入锅炉的给水，减少冷源损失，进而提高整个汽轮机热循环热效率。另外，采用回热抽汽系统提高给水温度，减少了锅炉换热的不可逆损失，从而提高机组运行的经济性。通常定义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为加热器的上端差。当上端差偏大时，意味着水相工质加热不足致使出口温度较低，加热器内汽水换热不充分，降低机组热经济性。机组工况发生改变时，由于机组运行参数的改变，不仅加热器上端差会随工况发生变化，也会导致上端差应达值发生改变。而目前研究加热器上端差对机组热经济性影响时，仍较多以加热器在额定工况下的上端差作为基准值，影响热经济性分析的准确性。经过对现有技术的检索，郭民臣等(郭民臣等，定功率下加热器端差对机组热经济性的影响.中国电机工程学报，28(23),42-45,2008)提出了一种评估加热器上端差对机组热经济性影响的方法。该方法基于热力系统矩阵热平衡方程和热耗变换系数，建立加热器上端差对机组热经济性影响的数学模型，并在加热器上端差增大2℃且汽轮机功率不变的前提下，计算对机组热经济性的影响。但是，该方法未给出对机组热经济性评估至关重要的加热器上端差应达值的获得方法，仅适用于上端差应达值已知的情形，而实际机组上端差应达值是时变的，故该方法也无法用于机组热经济性的在线评估，无法为回热抽汽系统的热经济性监控和优化提供理论支持。
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基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：首先求得加热器在理想换热情况的上端差，即上端差应达值，然后计算由于真实上端差大于上端差应达值引起的加热器水相工质出口比焓变化量Δhi，最后，在热力系统矩阵热平衡方程的基础上，根据汽轮机内效率的定义，计算不同工况下由于Δhi引起的汽轮机内效率相对变化量，为回热抽汽系统的热经济性监控和优化提供理论支持。具体的，一种基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法，该方法包括以下步骤：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抽汽入口的压力、温度，疏水出口温度，水相工质出口温度，省煤器入口给水质量流量、压力、温度，热再热蒸汽压力、温度，冷再热蒸汽压力、温度，主蒸汽压力、温度；步骤二、计算加热器理想换热情况下，即加热器传热系数和有效换热面积最大时，加热器的换热效率。根据加热器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。由加热器理想换热情况下的能量平衡关系计算加热器水相工质出口温度，并由上端差定义，实时计算加热器上端差应达值，用于步骤三中计算加热器水相工质出口比焓变化量；步骤三、假设加热器理想换热情况和真实换热情况下抽汽温度不变，则真实上端差与上端差应达值的差值等于加热器理想换热情况下水相工质出口温度与真实换热情况下水相工质出口温度的差值，计算由于真实上端差大于上端差应达值引起的加热器水相工质出口比焓变化量Δhi，用于计算汽轮机内效率相对变化量；步骤四、选取汽轮机内效率相对变化量为在线评估机组热经济性的指标。根据汽轮机功率和机组热耗量的定义，计算汽轮机功率和机组热耗量对hi的偏微分，在热力系统矩阵热平衡方程的基础上，根据汽轮机内效率的定义，计算不同工况下由于Δhi引起的汽轮机内效率相对变化量，从而实现机组热经济性的在线评估。优选地，步骤二中，在理想换热情况下，即加热器换热管壁清洁，污垢热阻为零，加热器有效换热面积等于设计换热面积时，加热器总换热系数K为：Klx=11α1+1α2---(1)]]>其中：α1是加热器换热管外蒸汽侧对流换热系数，W/(m2·℃)；α2是换热管内水相工质侧对流换热系数，W/(m2·℃)。在理想换热情况下，加热器传热单元数NTU的最大值为：NTUmax=KlxAsjDwcpc---(2)]]>其中：Asj是加热器换热面积设计值，m2；Dw是水相工质质量流量，kg/s；cpc是加热器换热管内水相工质的平均比热容，kJ/(kg·℃)。理想换热情况下，加热器换热效能方程为：ϵlx=tcq-tss_lxtcq-tins=1-exp[-NTUmax(1-R)]1-Rexp[-NTUmax(1-R)]---(3)]]>其中：tcq是加热器入口抽汽温度，℃；tss_lx是加热器疏水出口温度理论值，℃；R是加热器热容量流率比，式中，Dcq是抽汽质量流量，kg/s；cph是加热器换热管外蒸汽的平均比热容，kJ/(kg·℃)；根据上式可以解出tss_lx。在理想换热情况下，加热器内能量平衡关系为：Dcq(hcq-hss_lx)+Dsspre(hsspre-hss_lx)＝Dwcpc(touts_lx-tins)(4)其中：hcq是加热器抽汽入口的比焓，kJ/kg；hss_lx是根据tss_lx计算得到的加热器出口疏水比焓理论值，kJ/kg；Dsspre是上一个加热器疏水的质量流量，kg/s；hsspre是上一个加热器疏水的比焓，kJ/kg；tins是加热器入口水相工质温度，℃；touts_lx是加热器给水出口温度理论值，℃。可以解出touts_lx，并根据上端差定义，即上端差＝抽汽压力下饱和蒸汽温度-水相工质出口温度，实时计算加热器上端差应达值为：ttt＝tbq-touts_lx(5)其中，tbq是加热器抽汽压力对应的饱和温度，℃；优选地，步骤三中，由于真实换热情况下加热器换热系数和有效换热面积无法达到理论最大值，会导致真实换热情况水相工质出口温度低于理想换热情况水相工质出口温度，表现为真实上端差大于上端差应达值。加热器真实上端差tt为：tt＝tbq-touts(6)其中，touts是加热器水相工质出口温度，℃；假设真实换热情况和理想换热情况下加热器入口抽汽压力不变，则对应饱和蒸汽温度tbq不变，有关系式：tt-ttt＝touts_lx-touts(7)因此，真实上端差大于上端差应达值引起的水相工质出口比焓的变化量可以通过真实换热情况和理想换热情况加热器水相工质出口温度计算求得：Δhi＝hi-hilx(8)其中：hi是第i个加热器水相工质出口的比焓，kJ/kg；hilx是最大换热效率下加热器出口水相工质比焓，kJ/kg；hilx根据理想换热情况下加热器水相工质出口温度理论值touts_lx计算得到；优选地，步骤四中，对于第i个加热器，计算由水相工质出口比焓变化量Δhi引起的汽轮机内效率ηt的相对变化量时，汽轮机内效率的定义为：ηt=WQ1---(9)]]>其中：W是汽轮机功率，kW；Q1是机组热耗量，kW，计算方法分别为：W＝Dms(hms-hc+σ)-DThσ(10)Q1＝Dms(hms-h1+σ)-DTσ1(11)其中：Dms是主蒸汽质量流量，kg/s；hms是主蒸汽比焓，kJ\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法，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抽汽入口的压力、温度，疏水出口温度，水相工质入口温度和出口温度，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，热再热蒸汽压力、温度，冷再热蒸汽压力、温度，主蒸汽压力、温度；步骤二、计算加热器理想换热情况下，即加热器传热系数和有效换热面积最大时加热器的换热效率；根据加热器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；由加热器理想换热情况下的能量平衡关系计算加热器水相工质出口温度，并由上端差定义，实时计算加热器上端差应达值，用于步骤三中计算加热器水相工质出口比焓变化量；步骤三、假设加热器理想换热情况和真实换热情况下抽汽温度不变，则真实上端差与上端差应达值的差值等于加热器理想换热情况下水相工质出口温度与真实换热情况下水相工质出口温度的差值，计算由于真实上端差大于上端差应达值引起的加热器水相工质出口比焓变化量Δhi，用于计算汽轮机内效率相对变化量；步骤四、选取汽轮机内效率相对变化量为在线评估机组热经济性的指标，根据汽轮机功率和机组热耗量的定义，计算汽轮机功率和机组热耗量对hi的偏微分，hi是第i个加热器水相工质出口的比焓，在热力系统矩阵热平衡方程的基础上，根据汽轮机内效率的定义，计算不同工况下由于Δhi引起的汽轮机内效率相对变化量，从而实现机组热经济性的在线评估。...

【技术特征摘要】
1.一种基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法，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抽汽入口的压力、温度，疏水出口温度，水相工质入口温度和出口温度，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，热再热蒸汽压力、温度，冷再热蒸汽压力、温度，主蒸汽压力、温度；步骤二、计算加热器理想换热情况下，即加热器传热系数和有效换热面积最大时加热器的换热效率；根据加热器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；由加热器理想换热情况下的能量平衡关系计算加热器水相工质出口温度，并由上端差定义，实时计算加热器上端差应达值，用于步骤三中计算加热器水相工质出口比焓变化量；步骤三、假设加热器理想换热情况和真实换热情况下抽汽温度不变，则真实上端差与上端差应达值的差值等于加热器理想换热情况下水相工质出口温度与真实换热情况下水相工质出口温度的差值，计算由于真实上端差大于上端差应达值引起的加热器水相工质出口比焓变化量Δhi，用于计算汽轮机内效率相对变化量；步骤四、选取汽轮机内效率相对变化量为在线评估机组热经济性的指标，根据汽轮机功率和机组热耗量的定义，计算汽轮机功率和机组热耗量对hi的偏微分，hi是第i个加热器水相工质出口的比焓，在热力系统矩阵热平衡方程的基础上，根据汽轮机内效率的定义，计算不同工况下由于Δhi引起的汽轮机内效率相对变化量，从而实现机组热经济性的在线评估。2.根据权利要求1所述的一种基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法，其特征在于，步骤二中，在理想换热情况下，即加热器换热管壁清洁，污垢热阻为零，加热器有效换热面积等于设计换热面积时，加热器总换热系数Klx为：Klx=11α1+1α2---(1)]]>其中：α1是加热器换热管外蒸汽侧对流换热系数，W/(m2·℃)；α2是换热管内水相工质侧对流换热系数，W/(m2·℃)，α1和α2根据传热学相关知识计算求得；理想换热情况下，加热器传热单元数NTU的最大值为：NTUmax=KlxAsjDwcpc---(2)]]>其中：Asj是加热器换热面积设计值，m2；Dw是水相工质质量流量，kg/s；cpc是加热器换热管内水相工质的平均比热容，kJ/(kg·℃)；理想换热情况下，加热器换热效能方程为：ϵlx=tcq-tss_lxtcq-tins=1-exp[-NTUmax(1-R)]1-Rexp[-NTUmax(1-R)]---(3)]]>其中：tcq是加热器入口抽汽温度，℃；tss_lx是加热器疏水出口温度理论值，℃，根据上式解出tss_lx；tins是加热器入口水相工质温度，℃；R是加热器热容量流率比，式中，Dcq是抽汽质量流量，kg/s；cph是加热器换热管外蒸汽的平均比热容，kJ/(kg·℃)；在理想换热情况下，加热器内能量平衡关系为：Dcq(hcq-hss_lx)+Dsspre(hsspre-hss_lx)＝Dwcpc(touts_lx-tins)(4)其中，hcq是加热器抽汽入口的比焓，kJ/kg；hss_lx是根据tss_lx计算得到的加热器出口疏水比焓理论值，kJ/kg；Dsspre是上一个加热器疏水的质量流量，kg/s；hsspre是上一个加热器疏水的比焓，kJ/kg；touts_lx是加热器水相工质出口温度理论值，℃；解出touts_lx，并根据上端差定义，即上端差＝抽汽压力下饱和蒸汽温度-水相工质出口温度实时计算加热器上端差应达值ttt为：ttt＝tbq-touts_lx(5)其中，tbq是加热器抽汽压力对应的饱和温度，℃。3.根据权利要求1所述的一种基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法，其特征在于，步骤三中，根据求得的加热器水相工质出口温度理论值，计算由于真实上端差大于上端差应达值引起的加热器出口水相工质比焓变化量Δhi；真实换热情况下加热器换热系数和有效换热面积可能无法达到理论最大值，会导致真实换热情况水相工质出口温度低于理想换热情况水相工质出口温度，从而真实上端差大于上端差应达值；加热器真实上端差tt为：tt＝tbq-touts(6)其中，touts是加热器水相工质出口温度，℃；假设真实换热情况和理想换热情况下加热器入口抽汽压力不变，则对应饱和蒸汽温度tbq不变，有关系式：tt-ttt＝touts_lx-touts(7)因此，真实上端差大于上端差应达值引起的水相工质出口比焓的变化量Δhi通过真实换热情况和理想换热情况加热器水相工质出口温度计算得到：Δhi＝hi-hilx(8)其中：hi是第i个加热器水相工质出口的比焓，kJ/kg；hilx是最大换热效率下第i个加热器出口水相工质比焓，kJ/kg；hilx根据最大换热效率下加热器水相工质出口温度理论值touts_lx计算得到。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于上端差应达值实时计算的机组热经济性在线评估方法，其特征在于，步骤四中对于第i个加热器，计算由水相工质出口比焓变化量Δhi引起的汽轮机内效率ηt的相对变化量：汽轮机内效率定义为：ηt=WQ1---(9)]...

【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