一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法技术

本发明专利技术是一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法,其特点是，包括对省煤器传热过程的合理简化和假设以及微元段省煤器传热系数的计算两个步骤。本发明专利技术通过将整个省煤器进行网格划分，考虑给水的物性参数随温度的变化，进而通过能量平衡方法及传热方程求出每一个微元段运行时的传热参数。达到对超临界逆流式省煤器过程传热中传热系数的精确计算的目的，解决了超临界逆流式省煤器过程传热系数无法计算的问题。无法计算的问题。无法计算的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法


[0001]本专利技术涉及热力设备性能状态监测与诊断领域，具体涉及一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法。

技术介绍

[0002]目前，越来越多的燃煤电厂通过加装低温省煤器甚至低低温省煤器来降低锅炉的排烟温度，以达到余热深度利用和节能减排的目的。通常加装省煤器后的余热回收利用性能的评价方法主要借助传统的锅炉热力计算标准中换热器的热力计算方法进行计算，即锅炉热力计算标准1973版和1976版。但是，传统的锅炉换热器热力计算方法在计算中认为：换热器在传热过程中参与换热工质的物性参数不变，且换热器传热过程中传热系数也保持不变。由于在亚临界参数下，工质在省煤器中的物性参数变化不大，采用传统的热力计算方法计算得到的整个受热面的平均传热系数引起的误差也不大，即对于亚临界压力计算精度是满足的，是适用的。但随着当前更高参数的超临界及超(超)临界参数的火电机组的不断投产，使得通过锅炉省煤器中的介质处于更高参数的超临界压力下运行。由于超临界压力省煤器中水的物性参数受给水温度的影响较大，即省煤器中水的比热等参数沿着整个换热面发生较大的变化，进而引起省煤器的传热系数沿着整个受热面发生较大的变化。此时，进行省煤器传热性能的计算已经不能将工质的物性参数及传热系数在整个受热面中当作常数处理。因此，超临界及超(超)临界压力运行的省煤器的传热性能计算已经不能采用传统的热力计算方法进行。逆流式布置是超临界省煤器最常采用的布置方式，研究逆流式布置下超临界省煤器的传热过程传热系数的计算方法对于当前火电机组的性能评价意义重大。
[0003]因此，国家标准1973版以及1976版中所规定的换热器的热力计算方法与当前火电机组锅炉实际运行情况不符，尤其不能准确反映添加超临界低温省煤器和低低温省煤器后对机组运行性能和余热利用的定量影响。而现有文献和专利中所介绍的换热器的热力计算方法都是基于以上标准，尚没有克服和解决上述缺陷。现有技术都只是认为省煤器传热计算中的传热系数沿着整个受热面是不发生变化的，另外工质的给水比热等物性参数在整个受热面也是不变的。并没有从整个过程传热的物性变化考虑来进行热力计算，从而不能实现对超临界火电机组逆流布置省煤器余热利用的准确评价，更不能有效实施对锅炉逆流布置省煤器传热过程的监控和管理。因此，不利于对直流锅炉换热性能降低的早期发现和及时处理。

技术实现思路

[0004]针对现有的超临界直流锅炉省煤器传热计算方法存在的问题和缺陷。本专利技术通过微元传热理论，并结合数值积分法提出一种基于过程的逆流式布置超临界省煤器的传热计算方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法，其特征在于，它包括内容有：
[0006]在超临界压力下，当温度发生变化时，给水的物性参数将不能当作常量处理，对整个省煤器进行网格划分，通过能量平衡及传统传热方程求出此时每一个微元段运行时的传热参数，省煤器热流体在微元面积dA处的换热量为
[0007][0008]式中：dΦ为省煤器热流体经过微元面积dA的换热量，kJ/kg；c1为热流体在微元段dA处的平均比热，kJ/(kg
·
℃)；q
m1
为省煤器热流体的质量流量，kg/s；dt1为省煤器热流体在微元面积dA处的温度变化量，℃；为省煤器的散热系数，
[0009]同理，省煤器的冷流体在微元面积dA处的换热量为
[0010]dΦ＝
‑
q
m2
c2dt2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0011]式中：dΦ为省煤器的冷流体经过微元面积dA的换热量，kJ/kg；c2为冷流体在微元段dA处的平均比热，kJ/(kg
·
℃)；q
m2
为省煤器冷流体的质量流量，kg/s；dt2为省煤器冷流体在微元面积dA处的温度变化量，℃，
[0012]依据省煤器传热方程，经过微元面积dA的换热量表示为
[0013][0014]式中：dx表示微元面积dA对应的无量纲积分，其中x从0到1之间变化，代表无量纲省煤器的长度；为微元面积dA处的省煤器传热系数，W/m2·
℃；A
sm
为省煤器总的传热面积，m2，
[0015]由式(2)和式(3)两个式子结合得到：
[0016][0017]对式(4)两侧同时在微元段dA处积分，得：
[0018][0019]由式(5)得省煤器微元段dA处传热系数为：
[0020][0021]公式(6)就是基于过程的逆流式布置超临界省煤器微元段传热系数的计算模型，
[0022]在已知省煤器烟气进口温度、给水温度、需要加热到的省煤器出口水温的情况下，即能对方程(6)进行数值积分，并结合方程(1)、方程(2)及方程(3)求出每一个微元段内的传热系数。
[0023]本专利技术的一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法，基于以下构思：
[0024]1.理论和实践均证实，在超临界压力下，水的热物理性质变化很大，尤其是传热系数沿着整个受热面变化很大，此时若仍然采用传统的平均传热系数方法进行计算，将给省煤器的传热计算造成很大的计算误差；
[0025]2.通过将整个省煤器划分成很小的微元段，在每一个微元段内可认为水的物性参数和省煤器的传热系数是不变的，即采用省煤器传热的微元分段计算方法；
[0026]3.由于水的比热和温度没有固定的函数关系，而是一些分散的函数值，故在含有
水的比热的计算方程中可采用数值积分法进行；
[0027]本专利技术的一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法的实现原理是：
[0028]1.依据省煤器微元传热原理构建省煤器微元段传热系数的数学计算模型；
[0029]2.省煤器微元段的传热系数可看作常数处理，计算过程中可将水温每变化1℃分为一个微元段，采用数值积分法对微元段的传热系数进行计算，所有的计算过程通过程序来实现。
[0030]本专利技术的一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法的创新之处在于：
[0031]1.解决了超临界压力下给水比热等物性参数和省煤器传热系数沿着省煤器整个受热面变化较大，使得采用传统热力计算得到的换热结果计算误差较大的难题；
[0032]2.提出基于过程的热力计算方法可以确定省煤器任意换热截面处的传热系数，为省煤器传热过程的管控提供了可能；
[0033]本专利技术涉及一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法，与现有技术和方法相比，考虑全面，计算方法合理而精确，且具有方法科学，能够实现超临界压力下省煤器传热系数的准确计算，进而可以准确评价超临界机组添加省煤器后经济性能的变化。
附图说明
[0034]图1本专利技术逆流式省煤器的传热示意图；
[0035]图2本专利技术逆流式省煤器微元网格划分示意图；
[0036]图3本专利技术逆流式省煤器微元传热示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界逆流式省煤器过程传热系数的计算方法，其特征是，它包括的内容有：在超临界压力下，当温度发生变化时，给水的物性参数将不能当作常量处理，对整个省煤器进行网格划分，通过能量平衡及传统传热方程求出此时每一个微元段运行时的传热参数，省煤器热流体在微元面积dA处的换热量为式中：dΦ为省煤器热流体经过微元面积dA的换热量，kJ/kg；c1为热流体在微元段dA处的平均比热，kJ/(kg
·
℃)；q
m1
为省煤器热流体的质量流量，kg/s；dt1为省煤器热流体在微元面积dA处的温度变化量，℃；为省煤器的散热系数，同理，省煤器的冷流体在微元面积dA处的换热量为dΦ＝
‑
q
m2
c2dt2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：dΦ为省煤器的冷流体经过微元面积dA的换热量，kJ/kg；c2为冷流体在微元段dA处的平均比...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳红，毛天秦，李晓雨，姜铁骝，胡鹏飞，李琪，曹丽华，洪文鹏，司和勇，王占洲，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：