汽机带蒸冷和疏冷器加热器出水及疏水温度测算方法-山东科威数控机床有限公司

专利名称：汽机带蒸冷和疏冷器加热器出水及疏水温度测算方法
技术领域：
本发明涉及一种汽机带蒸蒸冷和疏冷器的加热器参数测算方法，尤其涉及一种汽机带蒸冷和疏冷器的加热器出水及疏水温度测算方法。
背景技术：
随着火电机组参数和容量的不断提升，通过改善回热系统的性能以提高机组运行经济性日益受到关注。回热加热器出水与疏水温度的测量对于回热系统热平衡的计算、机组性能监测和优化具有重要的作用，因此有必要对其进行在线监测。至今未见回热系统中带蒸汽冷却器和疏水冷却器加热器出水及疏水温度测算方法的报道。目前，在火电厂厂级监控信息系统SIS (Supervisory Information System)或者系统分散控制系统DCS (Distribution Control System)中，对于带有蒸汽冷却器和疏水冷却器的回热加热器，虽然设有出水与疏水温度测点，但因其运行条件恶劣和检修维护薄弱等原因，普遍存在测量可靠性差的状况，此外，加热器水侧温度的常规测量方法还存在以下不足首先，在火电机组热工测量系统中，常采用热电阻式传感器来监测回热加热器的出水温度，与之相应的数据采集系统需要采用有源平衡电桥测量传感器的电阻值，测量成本高；其次，水温变化热惯性大，在工况变动较大时，水温响应表现出较大的热惯性，因而影响测量精度；第三，由于现场安装位置复杂，不便于检修和维护。一旦传感器故障或失效，往往导致测量数据的错误或缺失。而根据传统的传热方程计算加热器出水与疏水温度，需要计算换热过程的传热系数。传热系数的计算中需了解加热器众多结构参数，例如加热器各传热段的面积、流程数、管侧及壳侧结构、管道内外直径、管道材料等等。任意一项加热器资料的缺失都会造成无法计算传热系数，所以传统的传热方程适用于设计和校核计算，而不便于用于机组运行或试验时出水与疏水温度计算与监测。电厂回热系统中带蒸汽冷却器和疏水冷却器的加热器中，纯凝结段属于凝结换热，壳侧抽汽加热管侧给水并凝结，其特点是壳侧传热系数很大，汽体在凝结放热的过程中保持壳侧压力对应的饱和温度不变。蒸汽冷却段属于汽水换热，疏水冷却段属于水水换热。本发明基于上述传热机理，定义了纯凝结段、蒸汽冷却段和疏水冷却段传热特征系数，发现了传热特征系数的变工况响应规律，提出了基于传热特征系数加热器出水与疏水温度的测算方法，具有不需了解结构参数，测量成本低、被测参量响应快、测量数据可靠性高等优点。

发明内容
本发明的目的在于提供了一种测算模型简单、计算精度高、测量成本低且动态响应速度快的汽机带蒸冷和疏冷器加热器出水及疏水温度测算方法。本发明可以通过如下技术方案来实现一种汽机带蒸冷和疏冷器加热器出水及疏水温度测算方法，其特征在于，步骤1 计算基准工况下加热器的蒸汽冷却段与纯凝结段的中间过渡点温度tws/及纯凝结段与疏水冷却段的中间过渡点温度tm(j+1)° 选取机组额定功率设计工况(或性能考核试验工况)作为基准工况，符号加上标字母“0”的参数表示其为基准工况下的参数。并选取基准工况下第j级加热器的热力参数壳侧压力Pn/、抽汽温度t/、疏水温度td/、出水温度tw/、进水温度twQ+1)°和机组功率Pe°。并根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算壳侧压力pn/下对应的饱和温度 tsj°、饱和气焓值hssj°以及饱和水焓值hswj°，由基准工况下的壳侧压力pnj°、抽汽温度t/并根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算基准工况下的壳侧抽汽焓值hn/，由加热器蒸汽冷却段热平衡方程巧.(h；. -K, )=K'CPfc -c>)，纯凝结段热平衡方程巧 (ksJ - h°SWJ ) 二 D; cp {t:s] - c(j+l))，以及疏水冷却段热平衡方程式中第j为加热器编号，按照加热器抽汽压力由高到低分别编号为1 n号，n 为大于1的正整数；D；为第j级加热器抽汽量，单位为kg/h ；hn/为第j级加热器壳侧抽汽焓值，单位为kj/kg ；hss；为第j级加热器壳侧压力对应的饱和气焓值，单位为kj/kg ；hsw；为第j级加热器壳侧压力对应的饱和水焓值，单位为kj/kg ；DwJ°为第j级加热器给水流量，单位为kg/h ；Cp为给水的定压比热容，取为定值4. 1868kJ/(kg °C )；twJ°为第j级加热器的出水温度，单位为。C ；tw(J+1)°为第j级加热器的进水温度，单位为。C ；
疏水焓值％ = t°d> 4.1868，单位为 kJ/kg ；整理后得到蒸汽冷却段与纯凝结段的中间过渡点温度twsj°，纯凝结段与疏水冷却段的中间过渡点温度twn㈨与加热器进、出水温度的关系式分别为 (1)由基准工况下蒸汽冷却段传热方程其中下标“SC”表示蒸汽冷却段，(KF)se°为基准工况下蒸汽冷却段传热系数K与传热面积F的乘积，单位为kj/ (m2 °C h) m2 ；(DwCp)sc°为基准工况下蒸汽冷却段给水流量Dw与给水的压比热容Cp的乘积，单位为 kg/h* kj/(kg* °C )；
基准工况下蒸汽冷却段传热温差得到基准工况下蒸汽冷却段的传热特征系数 (2)由基准工况下纯凝结段传热方程. 其中下标“N”表示纯凝结段，(KF)n°为基准工况下纯凝结段传热系数K与传热面积F的乘积，单位为kj/ (m2 °C h) m2 ；(DwCp)N°为基准工况下纯凝结段给水流量Dw与给水的定压比热容Cp的乘积，单位为 kg/h*kj/(kg* °C )；基准工况下纯凝结段传热温差得到基准工况下纯凝结段的传热特征系数(3)由基准工况下疏水冷却段传热方程其中下标“DC”表示疏水冷却段，(KF)dc°为基准工况下疏水冷却段传热系数K与传热面积F的乘积，kj/(m2 °C h) m2 ；(DwCp)dc°为基准工况下疏水冷却段给水流量Dw与给水的定压比热容Cp的乘积，单位为 kg/h*kj/(kg* °C )；基准工况下疏水冷却段传热温差得到基准工况下疏水冷却段的传热特征系数步骤3 计算实际工况下加热器的疏水温度和纯凝结段和疏水冷却段中间过渡温度步骤3. 1 在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的壳侧压力Pw.、抽汽温度、、第j级加热器进水温度和机组功率Pe，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的壳侧压力Pw.，则通过计算得到实际工况下的壳侧压力再根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算出实际工况下的壳侧压力Pnj对应的实际工况下的饱和温度tsj、饱和气焓和饱和水焓h_，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的抽汽温度、，则通过计算得到实际工况下的抽汽温度、，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的第 j级加热器进水温度tw(j+1)的，则通过计算得到实际工况下的第j级加热器进水温度tw(j+1)，所述的计算实际工况下的壳侧压力pnj的方法是在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的抽汽压力P」，计算实际工况下的壳侧压力Pnj = Pj (1- 6 Pj)，6 Pj为管道压损率，6 Pj = 3% 5% ；所述的计算实际工况下的抽汽温度的、的方法是因变工况下壳侧抽汽焓值与基准工况下的壳侧抽汽焓值基本相等，令实际工况下壳侧抽汽焓值.取为基准工况下的壳侧抽汽焓值hn/，再根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型，由壳侧抽汽焓值hnj和实际工况下的壳侧压力pnj可计算出实际工况下的抽汽温度、；所述的计算实际工况下的第j级加热器进水温度tw。+1)的方法是在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力Pn(j+1)，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS 的数据库中没有读取到实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力Pn(j+1)，则在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的第j+1级加热器抽汽压力 PJ+1，计算实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力Pn(j+1) = PJ+1 (1- 6 pJ+1)，6 pJ+1为实际工况下的第j+1级加热器的管道压损率，5 pJ+1 = 5% ；然后根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力PnU+1)对应的饱和温度 ts(j+1)，并用饱和温度减去第j+1级加热器在设计工况下的端差0 j+1，并以此差值为实际工况下的第j级加热器进水温度tw(j+1)，即tw(j+1) = ts(J+1)- 0 J+1，步骤3. 2 实际工况下的疏水tdj和蒸汽冷却段与纯凝结段中间过渡温度twsj的计算迭代计算步骤设置疏水温度tdj的迭代初值，取实际工况下的加热器进水温度tw(j+1)+5作为迭代初始值(tdPki，其中下标k为迭代次数；设置实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度twsj的迭代初值，取实际工况下的加热器进水温度tw。+1)+15作为迭代初始值(t^n，其中下标1为迭代次数；由实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度twsj及疏水温度tdj的假设值计算纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度由计算出的纯凝结段和疏水冷却段中间过渡温度(twn(j+1)) 1+1，根据纯凝结段传热规律、数值试验和基于样本的模型参数辨识算法，由基准工况相应加热器纯凝结段的传热特征系数数以及实际工况的机组功率计算得到实际工况下的纯凝结段加热器传热特征系数，最终根据此传热特征系数计算实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度若当前的纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度(twn(j+1))1+1及实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度(tmh不符合第一收敛条件，则将当前的纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度值(twn(j+1))1+1且实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度值(tml代入式(1)继续迭代，直至满足第一迭代收敛条件，所述第一迭代收敛条件为满足第一迭代收敛条件后，再根据中间过渡温度(twn。+1))1+1，以及根据疏水冷却段传热规律、数值试验和基于样本的模型参数辨识算法，由基准工况相应加热器疏水冷却段的传热特征系数以及实际工况的机组功率计算得到实际工况下的疏水冷却段加热器传热特征系数，最终根据此传热特征系数计算疏水温度其中m为实际工况下的机组功率Pe与基准工况下的机组功率Pe°比值的指数，对于高压加热器m = 0. 6，对于低压加热器m = 0. 3，若当前疏水温度不符合第二迭代收敛条件，则将当前的疏水温度新值代入式(1) 继续迭代计算，所述的第二收敛条件为a、= | (w.-a^^j彡o. oi，满足第二迭代收敛条件的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度(tmh和疏水温度(tdj)k作为加热器的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度twsj和疏水温度tdj的最终值，步骤4 加热器的出口温度twj的计算出水温度迭代计算步骤设置出水温度twj的迭代初值，取进水温度tw(j+1)+15作为迭代初始值(twj)f，其中下标f为迭代次数；根据出水温度的假设值(twj)f迭代计算加热器的出水温度(twj)f+1，根据疏水冷却段传热规律、数值试验和基于样本的模型参数辨识算法，由基准工况相应加热器蒸汽冷却段的传热特征系数以及实际工况的机组功率计算得到实际工况下的蒸汽冷却段加热器传热特征系数，最终根据此传热特征系数计算出水温度其中m为实际工况下的机组功率Pe与基准工况下的机组功率Pe°比值的指数，对于高压加热器m = 0. 6，对于低压加热器m = 0. 3，
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若当前出水温度(twj)f+1不符合第三收敛条件，则将当前出水温度值代入式⑵继续迭代，直至收敛，所述第三收敛条件为A、= | (twpf+1_(twpf|≤0.01，迭代计算收敛结束后，出水温度(twj)f+1作为加热器的出水温度twj的最终值。本发明的优点在于本发明基于传热机理和运行可测参量，定义了蒸汽冷却段、纯凝结段和疏水冷却段的传热特征系数，利用新发现的蒸汽冷却段、纯凝结段和疏水冷却段的传热特征系数随机组功率变化的规律，提出一种基于传热特征系数测算火电机组回热系统中带蒸汽冷却器和疏水冷却器的加热器出水与疏水温度的间接、简捷、高精度测算的方法。该方法只需要设计(或者试验)基准工况数据，而不需了解结构参数，模型简捷；只需要依据运行可测参量，测算出水及疏水温度，能够降低测量成本；由于模型使用动态响应快(如压力)和高精度水和水蒸汽性质模型，可以显著提高被测参量响应速度和测量可靠性。1、测算模型简单，计算精度高本发明所建立的测算模型，只需要少量的基准工况(设计工况或者热力试验工况)的参量和抽汽压力和机组负荷等少量可测参量，无需加热器的结构参数和流量参数 (回热抽汽流量和给水或凝水流量)，模型简单、计算简捷。相比于传统的加热器变工况模型，其计算精度高表现在两个方面，一是传热特征系数能够反映负荷变化的影响，提高响应精度；二是出水、疏水温度计算模型精度的关键在于传热特征系数的和水蒸气计算模型的精度，而传热特征系数的和水蒸气计算模型的精度都较高，所以保证了本发明的计算模型精度。2、可以充分利用相关可测参量的测量结果，测量成本低本发明可以利用汽轮机抽汽压力(汽轮机系统的重要测量参量)的测量结果，通过模型实现加热器出水与疏水温度的软测量，只需要DCS或SIS系统中相关的压力测点，而无需专门的温度测点，通过测量信息的共享降低测量成本。3、使用测算模型，可以显著改善被测参量的动态响应速度利用回热加热器蒸汽冷却段、纯凝结段和疏水冷却段的传热特征系数随功率变化的规律以及高精度的水和水蒸汽性质模型，将加热器出水及疏水温度的测量结果的动态响应等效于抽汽压力和机组负荷的动态响应速度，从而提高了加热器出水和疏水温度测算结果的动态响应速度。4、改善了被测参量的测量可靠性模型中使用的抽汽压力和机组负荷是汽轮机的重要监测参数，往往采取测点的冗余布置和方便检修维护等措施提高其可靠性，采用软测量模型可以将加热器出水和疏水温度的测量可靠性等效于抽汽压力和机组负荷测量的可靠性，从而改善了加热器出水及疏水温度测量的可靠性。

图1为带蒸汽冷却器和疏水冷却器的表面式加热器的原则性热力系统2为加热器换热过程T-F (温度_结构)3为本发明的计算流程图
具体实施例方式一种汽机带蒸冷和疏冷器加热器出水及疏水温度测算方法，其特征在于，步骤1 计算基准工况下加热器的蒸汽冷却段与纯凝结段的中间过渡点温度twsj°及纯凝结段与疏水冷却段的中间过渡点温度twn㈨选取机组额定功率设计工况(或性能考核试验工况)作为基准工况，符号加上标字母“0”的参数表示其为基准工况下的参数。并选取基准工况下第j级加热器的热力参数壳侧压力Pn/、抽汽温度t/、疏水温度td/、出水温度tw/、进水温度twQ+1)°和机组功率Pe°。并根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算壳侧压力pn/下对应的饱和温度 tsj°、饱和气焓值hssj°以及饱和水焓值hswj°，由基准工况下的壳侧压力pnj°、抽汽温度t/并根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算基准工况下的壳侧抽汽焓值hn/，由加热器蒸汽冷却段热平衡方程巧 - K,) = D,. cp (c7 一 c,)，纯凝结段热平衡方程D'； . (//； - ) = D"w] . Cp (c,v — Co+,})，以及疏水冷却段热平衡方程式中第j为加热器编号，按照加热器抽汽压力由高到低分别编号为1 n号，n 为大于1的正整数；D；为第j级加热器抽汽量，单位为kg/h ；hn/为第j级加热器壳侧抽汽焓值，单位为kj/kg ；hss；为第j级加热器壳侧压力对应的饱和气焓值，单位为kj/kg ；hsw；为第j级加热器壳侧压力对应的饱和水焓值，单位为kj/kg ；DwJ°为第j级加热器给水流量，单位为kg/h ；Cp为给水的定压比热容，取为定值4. 1868kJ/(kg °C )；twJ°为第j级加热器的出水温度，单位为。C ；tw(J+1)°为第j级加热器的进水温度，单位为。C ；疏水焓值％= t"dj ■ 4.1868 ’单位为 kj/kg ；整理后得到蒸汽冷却段与纯凝结段的中间过渡点温度tws1。，纯凝结段与疏水冷却
段的中间过渡点温度twn(1+1)°与加热器进、出水温度的关系式分别为步骤2 计算基准工况下加热器蒸汽冷却段、纯凝结段和疏水冷却段的传热特征系数 (1)由基准工况下蒸汽冷却段传热方程人KFh = (DwCp)"sr-kj —C7)其中下标“SC”表示蒸汽冷却段，(KF)se°为基准工况下蒸汽冷却段传热系数K与传热面积F的乘积，单位为kj/ (m2 °C h) m2 ；
(DwCp)sc°为基准工况下蒸汽冷却段给水流量Dw与给水的定压比热容CD的乘积，
位为 kg/h*kj/(kg* °C )；基准工况下蒸汽冷却段传热温差得到基准工况下蒸汽冷却段的传热特征系数 (2)由基准工况下纯凝结段传热方程其中下标“N”表示纯凝结段，(KF)n°为基准工况下纯凝结段传热系数K与传热面积F的乘积，单位为kj/ (m2 °C h) m2 ；(DwCp)N°为基准工况下纯凝结段给水流量Dw与给水的定压比热容Cp的乘积，单位为 kg/h*kj/(kg* °C )；基准工况下纯凝结段传热温差得到基准工况下纯凝结段的传热特征系数 (3)由基准工况下疏水冷却段传热方程其中下标“DC”表示疏水冷却段，(KF)De°为基准工况下疏水冷却段传热系数K与传热面积F的乘积，kj/(m2 °C h) m2 ；(DWCd)dc°为基准工况下疏水冷却段给水流量Dw与给水的定压比热容CD的乘积，单
位为 kg/h*kj/(kg* °C )；基准工况下疏水冷却段传热温差得到基准工况下疏水冷却段的传热特征系数步骤3 计算实际工况下加热器的疏水温度、和纯凝结段和疏水冷却段中间过渡温度步骤3. 1 在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的壳侧压力pw.、抽汽温度、、第j级加热器进水温度和机组功率pe，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的壳侧压力Pw.，则通过计算得到实际工况下的壳侧压力再根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算出实际工况下的壳侧压力Pnj对应的实际工况下的饱和温度tsj、饱和气焓和饱和水焓h_，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的抽汽温度、，则通过计算得到实际工况下的抽汽温度、，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的第 j级加热器进水温度tw(j+1)的，则通过计算得到实际工况下的第j级加热器进水温度tw(j+1)，所述的计算实际工况下的壳侧压力pnj的方法是在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的抽汽压力P」，计算实际工况下的壳侧压力Pnj = Pj (1- 6 Pj)，6 Pj为管道压损率，6 Pj = 3% 5% ；所述的计算实际工况下的抽汽温度的、的方法是因变工况下壳侧抽汽焓值与基准工况下的壳侧抽汽焓值基本相等，令实际工况下壳侧抽汽焓值.取为基准工况下的壳侧抽汽焓值hn/，再根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型，由壳侧抽汽焓值hnj和实际工况下的壳侧压力pnj可计算出实际工况下的抽汽温度、；所述的计算实际工况下的第j级加热器进水温度tw。+1)的方法是在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力Pn(j+1)，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS 的数据库中没有读取到实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力Pn(j+1)，则在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的第j+1级加热器抽汽压力 PJ+1，计算实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力Pn(j+1) = PJ+1 (1- 6 pJ+1)，6 pJ+1为实际工况下的第j+1级加热器的管道压损率，5 pJ+1 = 5% ；然后根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力PnU+1)对应的饱和温度 ts(j+1)，并用饱和温度减去第j+1级加热器在设计工况下的端差0 j+1，并以此差值为实际工况下的第j级加热器进水温度tw(j+1)，即tw(j+1) = ts(J+1)- 0 J+1，步骤3. 2 实际工况下的疏水tdj和蒸汽冷却段与纯凝结段中间过渡温度twsj的计算迭代计算步骤设置疏水温度tdj的迭代初值，取实际工况下的加热器进水温度tw(j+1)+5作为迭代初始值(tdPki，其中下标k为迭代次数；设置实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度twsj的迭代初值，取实际工况下的加热器进水温度tw。+1)+15作为迭代初始值(t^n，其中下标1为迭代次数；由实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度twsj及疏水温度tdj的假设值计算纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度由计算出的纯凝结段和疏水冷却段中间过渡温度(twn(j+1))1+1，根据纯凝结段传热规律、数值试验和基于样本的模型参数辨识算法，由基准工况相应加热器纯凝结段的传热特征系数数以及实际工况的机组功率计算得到实际工况下的纯凝结段加热器传热特征系数，最终根据此传热特征系数计算实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度若当前的纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度(twn。+1))1+1及实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度(tmh不符合第一收敛条件，则将当前的纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度值(twn(j+1))1+1且实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度值(tml代入式(1)继续迭代，直至满足第一迭代收敛条件，所述第一迭代收敛条件为A tm(J+1) = | (、(^、「(^(州山彡 0. 01 且 A twsJ = | HH) | 彡 0. 01，满足第一迭代收敛条件后，再根据中间过渡温度(twn(j+1))1+1，以及根据疏水冷却段传热规律、数值试验和基于样本的模型参数辨识算法，由基准工况相应加热器疏水冷却段的传热特征系数以及实际工况的机组功率计算得到实际工况下的疏水冷却段加热器传热特征系数，最终根据此传热特征系数计算疏水温度其中m为实际工况下的机组功率Pe与基准工况下的机组功率Pe°比值的指数，对于高压加热器m = 0. 6，对于低压加热器m = 0. 3，若当前疏水温度不符合第二迭代收敛条件，则将当前的疏水温度新值代入式(1) 继续迭代计算，所述的第二收敛条件为a、= | (w.-a^^j彡o. oi，满足第二迭代收敛条件的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度(tmh和疏水温度(tdj)k作为加热器的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度twsj和疏水温度tdj的最终值，步骤4 加热器的出口温度twj的计算出水温度迭代计算步骤设置出水温度twj的迭代初值，取进水温度tw(j+1)+15作为迭代初始值(twj)f，其中下标f为迭代次数；根据出水温度的假设值(twj)f迭代计算加热器的出水温度(twj)f+1，根据疏水冷却段传热规律、数值试验和基于样本的模型参数辨识算法，由基准工况相应加热器蒸汽冷却段的传热特征系数以及实际工况的机组功率计算得到实际工况下的蒸汽冷却段加热器传热特征系数，最终根据此传热特征系数计算出水温度
16 其中m为实际工况下的机组功率Pe与基准工况下的机组功率Pe°比值的指数，对于高压加热器m = 0. 6，对于低压加热器m = 0. 3，若当前出水温度(twj)f+1不符合第三收敛条件，则将当前出水温度值代入式⑵继续迭代，直至收敛，所述第三收敛条件为A tw1= |(tw1)f+1_(tw1)f|≤0.01，迭代计算收敛结束后，出水温度(twj)f+1作为加热器的出水温度twj的最终值。以600MW机组为例，实现汽轮机回热系统中带蒸汽冷却器和疏水冷却器加热器的出水与疏水温度的测算。该机组的#1加热器为带蒸汽冷却器和疏水冷却器的高压加热器。详细计算步骤如下(1)、计算基准工况下加热器的蒸汽冷却段与纯凝结段的中间过渡点温度twsl。，纯凝结段与疏水冷却段的中间过渡点温度twn2° 选取额定功率的设计工况为基准工况，根据设计参数有#1加热器的壳侧压力pnl° 为5. 831MPa,壳侧抽汽焓值V为3062. 25kJ/kg，疏水温度tdl° 257. 9°C，出水温度twl°为 275. 4°C，进水温度tw2°为252. 3°C。根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算壳侧压力对应的饱和温度tsl°为273. 7°C，饱和气焓hssl°为2786. 4kJ/kg，饱和水焓值hswl° 为 1204. 2kJ/kg。疏水焓值& =C -4.1868=1079.78kJ/kgo整理方程组可得 (2)、计算基准工况下加热器蒸汽冷却段、纯凝结段和疏水冷却段的传热特征系数
计算加热器蒸汽冷却段的传热特征系数

计算加热器凝结段传热特征系数

计算疏水冷却段传热特征系数 (3)、计算实际工况下加热器的疏水温度tdl和纯凝结段和疏水冷却段中间过渡温
度 twn2 在定压75%功率工况时，从火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中取实际工况下的壳侧压力Pnl为4. 329MPa,壳侧抽汽焓值hnl取为基准工况下的相应值3062. 25kJ/kg，加热器进水温度tw2为235. 8°C。根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算出壳侧压力Pnl对应的饱和温度tsl为255. 1°C、饱和气焓hssl为2799. lkj/ kg，饱和水焓 hswl 为 1110. 6kJ/kg。根据抽汽焓值和壳侧压力，通过IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算出抽汽温度为340. 9°C。设置加热器进水温度tw2+5 = 240. 8°C为疏水温度tdl的迭代初值，设置加热器进水温度tw2+15 = 250. 8°C为蒸汽冷却段和纯凝结段中间过渡温度 twsl的迭代初值。由下列公式按照图3的计算流程迭代计算，经过3次大循环迭代(图3中每次大循环迭代中的小循环迭代次数分别为2、2、 1)，最终计算得到加热器疏水温度tdl为240. 275 °C，与测量值241. 3的相对误差分别为 0. 425%。(4)、计算加热器的出口温度twl设置加热器进水温度tw2+15 = 250. 8V为出水温度twj的迭代初值，根据传热特征系数、出水温度的假设值(twl)f迭代计算加热器的出水温度(twl)f+1 最终计算得到加热器的出水温度twl为256. 574°C，与测量值256. 7的相对误差为 0. 049%。
权利要求
一种汽机带蒸冷和疏冷器加热器出水及疏水温度测算方法，其特征在于，步骤1计算基准工况下加热器的蒸汽冷却段与纯凝结段的中间过渡点温度twsjo及纯凝结段与疏水冷却段的中间过渡点温度twn(j+1)o选取机组额定功率设计工况(或性能考核试验工况)作为基准工况，符号加上标字母“o”的参数表示其为基准工况下的参数。并选取基准工况下第j级加热器的热力参数壳侧压力pnjo、抽汽温度tjo、疏水温度tdjo、出水温度twjo、进水温度tw(j+1)o和机组功率Peo。并根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算壳侧压力pnjo下对应的饱和温度tsjo、饱和气焓值hssjo以及饱和水焓值hswjo，由基准工况下的壳侧压力pnjo、抽汽温度tjo并根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算基准工况下的壳侧抽汽焓值hnjo，由加热器蒸汽冷却段热平衡方程纯凝结段热平衡方程以及疏水冷却段热平衡方程式中第j为加热器编号，按照加热器抽汽压力由高到低分别编号为1～n号，n为大于1的正整数；Djo为第j级加热器抽汽量，单位为kg/h；hnjo为第j级加热器壳侧抽汽焓值，单位为kJ/kg；hssjo为第j级加热器壳侧压力对应的饱和气焓值，单位为kJ/kg；hswjo为第j级加热器壳侧压力对应的饱和水焓值，单位为kJ/kg；Dwjo为第j级加热器给水流量，单位为kg/h；Cp为给水的定压比热容，取为定值4.1868kJ/(kg·℃)；twjo为第j级加热器的出水温度，单位为℃；tw(j+1)o为第j级加热器的进水温度，单位为℃；疏水焓值单位为kJ/kg；整理后得到蒸汽冷却段与纯凝结段的中间过渡点温度twsjo，纯凝结段与疏水冷却段的中间过渡点温度twn(j+1)o与加热器进、出水温度的关系式分别为 <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>wn</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>o</mi></msubsup><mo>·</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> </mrow> <mrow><msubsup> <mi>t</mi> <mrow><mi>wn</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>o</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>t</mi> <mi>wsj</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>·</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><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>swj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>dj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><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><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>swj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>dj</mi><mi>o</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>步骤2计算基准工况下加热器蒸汽冷却段、纯凝结段和疏水冷却段的传热特征系数(1)由基准工况下蒸汽冷却段传热方程其中下标“SC”表示蒸汽冷却段，(KF)SCo为基准工况下蒸汽冷却段传热系数K与传热面积F的乘积，单位为kJ/(m2·℃·h)·m2；(DwCp)SCo为基准工况下蒸汽冷却段给水流量Dw与给水的定压比热容Cp的乘积，单位为kg/h·kJ/(kg·℃)；基准工况下蒸汽冷却段传热温差得到基准工况下蒸汽冷却段的传热特征系数(2)由基准工况下纯凝结段传热方程其中下标“N”表示纯凝结段，(KF)No为基准工况下纯凝结段传热系数K与传热面积F的乘积，单位为kJ/(m2·℃·h)·m2；(DwCp)No为基准工况下纯凝结段给水流量Dw与给水的定压比热容Cp的乘积，单位为kg/h·kJ(kg·℃)；基准工况下纯凝结段传热温差得到基准工况下纯凝结段的传热特征系数(3)由基准工况下疏水冷却段传热方程 <mrow><msubsup> <mrow><mo>(</mo><mi>KF</mi><mo>)</mo> </mrow> <mi>DC</mi> <mi>o</mi></msubsup><mo>·</mo><msub> <mi>Δt</mi> <mi>m</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>D</mi> <mi>w</mi></msub><msub> <mi>C</mi> <mi>p</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mi>DC</mi> <mi>o</mi></msubsup><mo>·</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>t</mi><mrow> <mi>wn</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></mrow><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>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>其中下标“DC”表示疏水冷却段，(KF)DCo为基准工况下疏水冷却段传热系数K与传热面积F的乘积，kJ/(m2·℃·h)·m2；(DwCp)DCo为基准工况下疏水冷却段给水流量Dw与给水的定压比热容Cp的乘积，单位为kg/h·kJ(kg·℃)；基准工况下疏水冷却段传热温差得到基准工况下疏水冷却段的传热特征系数步骤3计算实际工况下加热器的疏水温度tdj和纯凝结段和疏水冷却段中间过渡温度twn(j+1)步骤3.1在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的壳侧压力pnj、抽汽温度tj、第j级加热器进水温度tw(j+1)和机组功率Pe，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的壳侧压力pnj，则通过计算得到实际工况下的壳侧压力pnj，再根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算出实际工况下的壳侧压力pnj对应的实际工况下的饱和温度tsj、饱和气焓hssj和饱和水焓hswj，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的抽汽温度tj，则通过计算得到实际工况下的抽汽温度tj，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的第j级加热器进水温度tw(j+1)的，则通过计算得到实际工况下的第j级加热器进水温度tw(j+1)，所述的计算实际工况下的壳侧压力pnj的方法是在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的抽汽压力pj，计算实际工况下的壳侧压力pnj＝pj·(1-δpj)，δpj为管道压损率，δpj＝3％～5％；所述的计算实际工况下的抽汽温度的tj的方法是令实际工况下壳侧抽汽焓值hnj取为基准工况下的壳侧抽汽焓值hnjo，变工况下壳侧抽汽焓值与基准工况下的壳侧抽汽焓值基本相等，再根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型，由壳侧抽汽焓值hnj和实际工况下的壳侧压力pnj可计算出实际工况下的抽汽温度tj；所述的计算实际工况下的第j级加热器进水温度tw(j+1)的方法是在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力pn(j+1)，若在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中没有读取到实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力pn(j+1)，则在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取实际工况下的第j+1级加热器抽汽压力pj+1，计算实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力pn(j+1)＝pj+1·(1-δpj+1)，δpj+1为实际工况下的第j+1级加热器的管道压损率，δpj+1＝3％～5％；然后根据IAPWS-IF97工业用水和水蒸汽热力性质模型计算实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力pn(j+1)对应的饱和温度ts(j+1)，并用饱和温度减去第j+1级加热器在设计工况下的端差θj+1，并以此差值为实际工况下的第j级加热器进水温度tw(j+1)，即tw(j+1)＝ts(j+1)-θj+1，步骤3.2实际工况下的疏水tdj和蒸汽冷却段与纯凝结段中间过渡温度twsj的计算迭代计算步骤设置疏水温度tdj的迭代初值，取实际工况下的加热器进水温度tw(j+1)+5作为迭代初始值(tdj)k＝0，其中下标k为迭代次数；设置实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度twsj的迭代初值，取实际工况下的加热器进水温度tw(j+1)+15作为迭代初始值(twsj)l＝0，其中下标l为迭代次数；由实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度twsj及疏水温度tdj的假设值计算纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度 <mrow><msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mrow><mi>wn</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>wsj</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mi>l</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>·</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><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>h</mi><mi>swj</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mi>dj</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mi>l</mi> </msub></mrow><mo>·</mo><mrow> <mn>4.1868</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><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><mrow> <mo>(</mo> 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</mrow>若当前的纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度(twn(j+1))l+1及实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度(twsj)l不符合第一收敛条件，则将当前的纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度值(twn(j+1))l+1且实际工况下的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度值(twsj)l代入式(1)继续迭代，直至满足第一迭代收敛条件，所述第一迭代收敛条件为Δtwn(j+1)＝|(twn(j+1))l+1-(twn(j+1))l|≤0.01且Δtwsj＝|(twsj)l+1-(twsj)l|≤0.01，满足第一迭代收敛条件后，再根据中间过渡温度(twn(j+1))l+1，以及根据疏水冷却段传热规律、数值试验和基于样本的模型参数辨识算法，由基准工况相应加热器疏水冷却段的传热特征系数以及实际工况的机组功率计算得到实际工况下的疏水冷却段加热器传热特征系数，最终根据此传热特征系数计算疏水温度 <mrow><msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>dj</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mi>sj</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>t</mi> <mrow><mi>wn</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub> </mrow> <mrow><mi>exp</mi><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>DC</mi> <mi>o</mi></msubsup><mo>·</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <msub><mi>P</mi><mi>e</mi> </msub> 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</mrow>其中m为实际工况下的机组功率Pe与基准工况下的机组功率Peo比值的指数，对于高压加热器m＝0.6，对于低压加热器m＝0.3，若当前疏水温度不符合第二迭代收敛条件，则将当前的疏水温度新值代入式(1)继续迭代计算，所述的第二收敛条件为Δtdj＝|(tdj)k-(tdj)k-1|≤0.01，满足第二迭代收敛条件的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度(twsj)l和疏水温度(tdj)k作为加热器的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度twsj和疏水温度tdj的最终值，步骤4加热器的出口温度twj的计算出水温度迭代计算步骤设置出水温度twj的迭代初值，取进水温度tw(j+1)+15作为迭代初始值(twj)f，其中下标f为迭代次数；根据出水温度的假设值(twj)f迭代计算加热器的出水温度(twj)f+1，根据疏水冷却段传热规律、数值试验和基于样本的模型参数辨识算法，由基准工况相应加热器蒸汽冷却段的传热特征系数以及实际工况的机组功率计算得到实际工况下的蒸汽冷却段加热器传热特征系数，最终根据此传热特征系数计算出水温度 <mrow><msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>wj</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mi>f</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>f</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mi>sj</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>wsj</mi></msub> 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</mrow>其中m为实际工况下的机组功率Pe与基准工况下的机组功率Peo比值的指数，对于高压加热器m＝0.6，对于低压加热器m＝0.3，若当前出水温度(twj)f+1不符合第三收敛条件，则将当前出水温度值代入式(2)继续迭代，直至收敛，所述第三收敛条件为Δtwj＝|(twj)f+1-(twj)f|≤0.01，迭代计算收敛结束后，出水温度(twj)f+1作为加热器的出水温度twj的最终值。FSA00000088877900011.tif,FSA00000088877900012.tif,FSA00000088877900013.tif,FSA00000088877900021.tif,FSA00000088877900024.tif,FSA00000088877900025.tif,FSA00000088877900026.tif,FSA00000088877900027.tif,FSA00000088877900028.tif,FSA00000088877900031.tif,FSA00000088877900032.tif,FSA00000088877900034.tif,FSA00000088877900035.tif
全文摘要
一种汽机带蒸冷和疏冷器加热器出水及疏水温度测算方法。选取机组设计工况或性能考核试验工况作为基准工况，并选取基准工况下加热器的热力参数壳侧压力、抽汽温度、疏水温度、出水温度、进水温度和机组功率，计算出基准工况下加热器蒸汽冷却段、纯凝结段和疏水冷却段的传热特征系数。在火电厂厂级监控信息系统SIS或分散控制系统DCS的数据库中读取或计算出实际工况下的壳侧压力、抽汽温度、加热器进水温度和机组功率，由计算得到的实际工况下的纯凝结段加热器传热特征系数，最终经过迭代计算得到实际蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度以及疏水温度，由计算得到的实际工况下的蒸汽冷却段加热器传热特征系数，最终经过迭代计算得到出水温度。
文档编号G01K13/02GK101852658SQ201010150290
公开日2010年10月6日申请日期2010年4月16日优先权日2010年4月16日
发明者李兵, 殷捷, 王培红, 王泉, 许寅申请人:东南大学