[发明专利]汽机带蒸冷和疏冷器加热器出水及疏水温度测算方法

权利要求书

1.一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t_wsj^o及纯凝结段与疏水冷却段的中间过渡点温度t_wn(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p_nj^o、抽汽温度t_j^o、疏水温度t_dj^o、出水温度t_wj^o、进水温度t_w(j+1)^o和机组功率P_e^o。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p_nj^o下对应的饱和温度t_sj^o、饱和气焓值h_ssj^o以及饱和水焓值h_swj^o，由基准工况下的壳侧压力p_nj^o、抽汽温度t_j^o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h_nj^o，

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；

D_j^o为第j级加热器抽汽量，单位为kg/h；

h_nj^o为第j级加热器壳侧抽汽焓值，单位为kJ/kg；

h_ssj^o为第j级加热器壳侧压力对应的饱和气焓值，单位为kJ/kg；

h_swj^o为第j级加热器壳侧压力对应的饱和水焓值，单位为kJ/kg；

D_wj^o为第j级加热器给水流量，单位为kg/h；

C_p为给水的定压比热容，取为定值：4.1868kJ/(kg·℃)；

t_wj^o为第j级加热器的出水温度，单位为℃；

t_w(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t_wsj^o，纯凝结段与疏水冷却段的中间过渡点温度t_wn(j+1)^o与加热器进、出水温度的关系式分别为：

twsjo=twjo+twn(j+1)o·(hnjo-hssjo)/(hssjo-hswjo)(hnjo-hssjo)/(hssjo-hswjo)+1]]>

twn(j+1)o=twsjo+tw(j+1)o·(hssjo-hswjo)/(hswjo-hdjo)(hssjo-hswjo)/(hswjo-hdjo)+1,]]>

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)_SC^o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；

(D_wC_p)_SC^o为基准工况下蒸汽冷却段给水流量D_w与给水的定压比热容C_p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)_N^o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；

(D_wC_p)_N^o为基准工况下纯凝结段给水流量D_w与给水的定压比热容C_p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：

(KF)DCo·Δtm=(DwCp)DCo·(twn(j+1)o-tw(j+1)o),]]>

其中：下标“DC”表示疏水冷却段，(KF)_DC^o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；

(D_wC_p)_DC^o为基准工况下疏水冷却段给水流量D_w与给水的定压比热容C_p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t_dj和纯凝结段和疏水冷却段中间过渡温度t_wn(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p_nj、抽汽温度t_j、第j级加热器进水温度t_w(j+1)和机组功率P_e，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p_nj，则通过计算得到实际工况下的壳侧压力p_nj，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p_nj对应的实际工况下的饱和温度t_sj、饱和气焓h_ssj和饱和水焓h_swj，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t_j，则通过计算得到实际工况下的抽汽温度t_j，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t_w(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t_w(j+1)，

所述的计算实际工况下的壳侧压力p_nj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_j，计算实际工况下的壳侧压力p_nj＝p_j·(1-δp_j)，δp_j为管道压损率，δp_j＝3％～5％；

所述的计算实际工况下的抽汽温度的t_j的方法是：

令实际工况下壳侧抽汽焓值h_nj取为基准工况下的壳侧抽汽焓值h_nj^o，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h_nj和实际工况下的壳侧压力p_nj可计算出实际工况下的抽汽温度t_j；

所述的计算实际工况下的第j级加热器进水温度t_w(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p_n(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p_n(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p_j+1，计算实际工况下的第j+1级加热器壳侧压力p_n(j+1)＝p_j+1·(1-δp_j+1)，δp_j+1为实际工况下的第j+1级加热器的管道压损率，δp_j+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p_n(j+1)对应的饱和温度t_s(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θ_j+1，并以此差值为实际工况下的第j级加热器进水温度t_w(j+1)，即t_w(j+1)＝t_s(j+1)-θ_j+1，

步骤3.2：实际工况下的疏水t_dj和蒸汽冷却段与纯凝结段中间过渡温度t_wsj的计算：

迭代计算步骤：

设置疏水温度t_dj的迭代初值，取实际工况下的加热器进水温度t_w(j+1)+5作为迭代初始值(t_dj)_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t_wsj的迭代初值，取实际工况下的加热器进水温度t_w(j+1)+15作为迭代初始值(t_wsj)_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t_wsj及疏水温度t_dj的假设值计算纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度：

(twn(j+1))l+1=(twsj)l+tw(j+1)·(hssj-hswj)/(hswj-(tdj)l·4.1868)(hssj-hswj)/(hswj-(tdj)l·4.186)+1---(1),]]>

由计算出的纯凝结段和疏水冷却段中间过渡温度(t_wn(j+1))_l+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：

(twsj)l=tsj·[exp((KFDwCp)No·(PePeo)-0.2)-1]+(twn(j+1))lexp((KFDwCp)No·(PePeo)-0.2)]]>

若当前的纯凝结段和疏水冷却段的中间过渡温度(t_wn(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(t_wsj)_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(t_wn(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(t_wsj)_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：

Δt_wn(j+1)＝|(t_wn(j+1))_l+1-(t_wn(j+1))_l|≤0.01且Δt_wsj＝|(t_wsj)_l+1-(t_wsj)_l|≤0.01，

满足第一迭代收敛条件后，再根据中间过渡温度(t_wn(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：

(tdj)k=tsj-twn(j+1)exp[(KFDwCp)DCo·(PePeo)m·(tsj-(tdj)k-1twn(j+1)-tw(j+1)-1)]+tw(j+1)]]>

其中：m为实际工况下的机组功率P_e与基准工况下的机组功率P_e^o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：Δt_dj＝|(t_dj)_k-(t_dj)_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(t_wsj)_l和疏水温度(t_dj)_k作为加热器的蒸汽冷却段和纯凝结段的中间过渡温度t_wsj和疏水温度t_dj的最终值，

步骤4：加热器的出口温度t_wj的计算

出水温度迭代计算步骤：

设置出水温度t_wj的迭代初值，取进水温度t_w(j+1)+15作为迭代初始值(t_wj)_f，其中下标f为迭代次数；

根据出水温度的假设值(t_wj)_f迭代计算加热器的出水温度(t_wj)_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：

(twj)f+1=tj-tsjlntj-(twj)ftsj-twsj/[(KFDwCp)SCo·(PePeo)m]+1+-twsj--(2),]]>

其中：m为实际工况下的机组功率P_e与基准工况下的机组功率P_e^o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(t_wj)_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：Δt_wj＝|(t_wj)_f+1-(t_wj)_f|≤0.01，

迭代计算收敛结束后，出水温度(t_wj)_f+1作为加热器的出水温度t_wj的最终值。