一种火电锅炉侧换热设备平均热阻的实时辨识方法技术

本发明专利技术提供了一种火电锅炉侧换热设备平均热阻的实时辨识方法，所述步骤包括：步骤1、根据锅炉运行设计规程，获得换热设备结构参数，从DCS控制系统的实时数据库里读取给定时刻下的运行工况实时数据；步骤2、根据工质物性参数库求出换热设备出入口工质的比焓和密度，基于烟气物性参数库求出换热设备出口烟气的比热和密度；步骤3、由换热设备烟气能量与温度模型迭代推出通过换热设备每一层烟气的温度；步骤4、通过微元化方法计算换热设备平均换热系数；步骤5、由换热设备平均换热系数进一步求出换热设备热阻。本发明专利技术可以用于直观反映换热设备积灰结渣状况和指导吹灰，有助于提高锅炉效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，所述步骤包括：步骤1、根据锅炉运行设计规程，获得换热设备结构参数，从DCS控制系统的实时数据库里读取给定时刻下的运行工况实时数据；步骤2、根据工质物性参数库求出换热设备出入口工质的比焓和密度，基于烟气物性参数库求出换热设备出口烟气的比热和密度；步骤3、由换热设备烟气能量与温度模型迭代推出通过换热设备每一层烟气的温度；步骤4、通过微元化方法计算换热设备平均换热系数；步骤5、由换热设备平均换热系数进一步求出换热设备热阻。本专利技术可以用于直观反映换热设备积灰结渣状况和指导吹灰，有助于提高锅炉效率。【专利说明】
本专利技术涉及火力发电控制领域的一种火电锅炉侧换热设备的性能估计方法，具体地，涉及一种基于烟气通道、工质通道质量和能量动态衡算的火电锅炉侧换热设备平均热阻的实时辨识方法。
技术介绍
我国火电发电量约占总发电量的五分之四，火力发电系统中超过50%的热能是通过过热/再热换热设备、省煤器等进入工质的。以亚临界机组为例，过热换热设备包括顶棚过热器、前后包墙-侧包墙-中隔墙过热器、水平及立式低温过热器、屏式过热器、高温过热器；再热换热设备包括水平及立式低温再热器、高温再热器。这些换热设备存在着不同程度的积灰结渣问题。积灰结渣造成换热设备热阻增大、锅炉侧热效率降低、排烟温度上升，直接影响发电企业的经济效益。换热设备的热阻是其积灰结渣状况的表征，它的实时估计对智能吹灰具有重要意义。在生产实践中，由于缺乏有效的热阻直接测量手段，操作人员通常根据尾烟气温度变化判断积灰结渣的程度，据此指导吹灰操作。然而，尾烟气温度受机组负荷、煤质变化(意味着配风变化)影响较大，难以准确表征换热设备积灰结渣水平。经过对现有技术的检索，中国专利申请号201110099320.3，【公开日】2011_9_21，记载了一种锅炉过热器灰污监测系统及其监测方法，通过热流量监测仪测得过热器实际换热量，进而得到实际传热系数，同时根据过热器设备的结构参数和机组运行工况，计算得到理论传热系数，以二者之比来反映换热设备积灰结渣情况。该方法需要在烟气通道中安装热流量监测仪。但由于烟道内飞灰颗粒冲刷严重、烟气含有腐蚀性气体，影响了接触式热流量监测仪的测量精度和使用寿命，加上一次性投入较大，生产实践中可接受度较低。事实上，装备热流量监测仪的机组占比极低。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供，该方法无需在炉膛和烟道处安装任何额外测量硬件，而是根据烟气通道和工质通道的实时运行数据，基于质量和能量动态衡算实时计算出换热设备平均换热系数，并进一步求出换热设备平均热阻。为实现以上目的，本专利技术提供，该方法具体包括以下步骤:步骤一、根据锅炉运行设计规程获得换热设备的主要结构参数，包括换热设备管道外径、壁厚、排布方式、间距、根数、长度，从DCS控制系统的实时数据库里读取给定时刻下的运行工况实时数据，包括换热设备入口工质温度、压力、质量流量，出口工质温度、压力，换热设备入口烟气压力、体积流量，出口烟气温度、压力和环境大气压力；步骤二、根据工质物性参数库及换热设备出入口工质温度、压力，计算该给定时刻下出入口工质密度和比焓，基于烟气物性参数库，根据换热设备出口烟气温度、压力及烟气成分、大气压力计算该给定时刻下出口烟气的密度和比热；步骤三、设工质沿流动方向呈线性分布，并将烟气沿流动方向按照换热设备层叠结构进行分层，依据从DCS控制系统获得的工质侧及烟气侧质量、温度及压力数据，由换热设备出入口烟气能量计算模型、换热设备入口烟气温度计算模型联合确定通过换热设备的每一层烟气的温度；步骤四、设换热设备在每一层的热阻分布具有均匀性，将换热设备沿工质流向对每一层进行微元化，然后分别计算换热设备每一层的换热系数，最后获得换热设备的平均换热系数；步骤五、分别计算圆形直管内强制湍流的给热系数与管外强制对流的给热系数，结合步骤四的平均换热系数获得换热设备平均热阻。优选地，步骤三中，所述换热设备出入口烟气能量计算模型用于建立烟气能量变化与温度变化的关系；所述换热设备入口烟气温度计算模型用于计算烟气沿流动方向的温度分布，具体地，在缺少烟气部分温度测点的情况下，采用迭代方法，基于工质与烟气能量衡算计算得到烟气的温度分布。优选地，步骤三中所述换热设备出入口烟气能量计算模型分别为:【权利要求】1.，其特征在于，该方法具体包括以下步骤: 步骤一、根据锅炉运行设计规程获得换热设备的主要结构参数，包括换热设备管道外径、壁厚、排布方式、间距、根数、长度；从DCS控制系统的实时数据库里读取给定时刻下的运行工况实时数据，包括换热设备入口工质温度、压力、质量流量，出口工质温度、压力，换热设备入口烟气压力、体积流量，出口烟气温度、压力和环境大气压力； 步骤二、根据工质物性参数库及换热设备出入口工质温度、压力，计算该给定时刻下出入口工质密度和比焓，基于烟气物性参数库，根据换热设备出口烟气温度、压力及烟气成分、大气压力计算该给定时刻下出口烟气的密度和比热； 步骤三、设工质沿流动方向呈线性分布，并将烟气沿流动方向按照换热设备层叠结构进行分层，依据从DCS控制系统获得的工质侧及烟气侧质量、温度及压力数据，由换热设备出入口烟气能量计算模型、换热设备入口烟气温度计算模型联合确定通过换热设备的每一层烟气的温度； 所述换热设备出入口烟气能量计算模型用于建立烟气能量变化与温度变化的关系； 所述换热设备出入口烟气能量计算模型分别为: 2.根据权利要求1所述的，其特征在于，步骤五中所述换热设备平均热阻R由下式计算:R=l/Kfflean-l/arl/a2 其中: 【文档编号】G01N25/20GK103728339SQ201310694377【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日 【专利技术者】袁景淇, 徐亮, 于彤, 胡斌, 刘欣, 潘玉霖, 曾豪骏, 成宝琨, 惠兆宇 申请人:上海交通大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火电锅炉侧换热设备平均热阻的实时辨识方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤一、根据锅炉运行设计规程获得换热设备的主要结构参数，包括换热设备管道外径、壁厚、排布方式、间距、根数、长度；从DCS控制系统的实时数据库里读取给定时刻下的运行工况实时数据，包括换热设备入口工质温度、压力、质量流量，出口工质温度、压力，换热设备入口烟气压力、体积流量，出口烟气温度、压力和环境大气压力；步骤二、根据工质物性参数库及换热设备出入口工质温度、压力，计算该给定时刻下出入口工质密度和比焓，基于烟气物性参数库，根据换热设备出口烟气温度、压力及烟气成分、大气压力计算该给定时刻下出口烟气的密度和比热；步骤三、设工质沿流动方向呈线性分布，并将烟气沿流动方向按照换热设备层叠结构进行分层，依据从DCS控制系统获得的工质侧及烟气侧质量、温度及压力数据，由换热设备出入口烟气能量计算模型、换热设备入口烟气温度计算模型联合确定通过换热设备的每一层烟气的温度；所述换热设备出入口烟气能量计算模型用于建立烟气能量变化与温度变化的关系；所述换热设备出入口烟气能量计算模型分别为：Qout_fg=a2·nfg·Rg·Tout]]>Qin_fg=a2·nfg·Rg·Tin]]>式中，Qout_fg、Qin_fg分别表示换热设备出口、入口处烟气能量；nfg表示烟气的摩尔流量；Rg表示通用气体常数，Rg=8.314J·mol‑1·K‑1；Tout、Tin分别表示换热设备出、入口处烟气温度；a表示烟气平均分子自由度；其中所涉参数由下式求得：a=iO2·r_O2+iN2·r_N2+iCO2·r_CO2+iH2O·r_H2O]]>nfg=mfg/Mfgmfg=Vfg·ρfgMfg=28.062·r_N2+44.01·r_CO2+32·r_O2+18.016·r_H2O式中，r_O2、r_N2、r_CO2、r_H2O分别表示出口烟气中氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气在烟气中的体积百分数；iO2、iN2、iCO2、iH2O分别表示氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气的自由度；mfg表示烟气质量流量；Mfg表示烟气平均分子量；Vfg表示烟气体积流量；ρfg表示烟气密度；所述换热设备入口烟气温度计算模型用于计算烟气沿流动方向的温度分布，具体地，在缺少入口烟气温度测点的情况下，采用迭代方法，基于工质与烟气能量衡算计算得到烟气的温度分布；所述换热设备入口烟气温度计算模型为：Tin+i‑1=Tin+i+2·△Qi/nfg/Rg/a式中，i表示换热设备的第i层；Tin+i、Tin+i‑1分别表示换热设备第i层出口、入口的烟气温度；△Qi为烟气流过第i层换热设备时所产生的能量交换，由下式求得：△Qi=Q(tin+i‑1,Pin+i‑1)‑Q(tin+i,Pin+i)=Qin+i‑1_fg‑Qin+i_fgtin+i=tin+(tout‑tin)/m·iPin+i=Pin+(Pout‑Pin)/m·i其中：Qin+i_fg、Qin+i‑1_fg分别表示换热设备第i层出口、入口的烟气能量；tin+i、tin+i‑1分别表示换热设备第i层出口、入口的工质温度；Pin+i、Pin+i‑1分别表示换热设备第i层出口、入口的工质压力；m表示换热设备的层数；步骤四、设换热设备在每一层的热阻分布具有均匀性，将换热设备沿工质流向对每一层进行微元化，然后分别计算换热设备每一层的换热系数，最后获得换热设备的平均换热系数；步骤四中所述换热设备平均换热系数Kmean计算方法为：Kmean=1m·Σi=1mKi]]>其中：Ki=ΔQijSijΔTij,fg2s=Σj=1niΔQijΣj=1niSijΔTij,fg2s]]>Σj=1niΔQij=Qin+i-1-Qin+i]]>Sij=π·dex·L/niΔTij,fg2s=(Tin+i-1-Tij-1_s)-(Tin+i-Tij_s)ln(Tin+i-1-Tij-1_sTin+i-Tij_s)]]>式中，下标i表示换热设备的第i层；下标j表示换热设备每层的第j个微元；Ki表示换热设备第i层换热系数；ni表示换热设备第i层共分为ni个微元；ΔQij表示换热设备第i层的第j个微元中烟气向工质传递的能量；Sij表示换热设备第i层的第j个微元的换热面积；ΔTij,fg2s表示换热设备第i层的第j个微元中烟气侧与工质侧温度差，即传热推动力；dex表示换热设备的管外径...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁景淇，徐亮，于彤，胡斌，刘欣，潘玉霖，曾豪骏，成宝琨，惠兆宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31