[发明专利]一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量实时估计方法

权利要求书

1.一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量的实时估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据锅炉运行设计规程，获得超超临界火电机组蒸发系统以下结构参数：各换热设备管道沿工质流动方向的长度、截面积、根数，并将蒸发系统各换热设备管道等效为单根管道；建立可在线调用的适用于超超临界机组的工质物性参数数据库，用于实时计算工质的密度、比焓物性参数；

步骤二、基于蒸发系统内工质的质量、能量动态平衡，建立蒸发系统模型，包括亚临界工况子模型和超临界工况子模型；根据实际运行中可能出现的工况，以蒸发系统的热水段、蒸发段、过热段的长度为未知变量，将蒸发系统模型解算过程等价为三个寻优命题：亚临界工况、超临界工况以及不定工况的求解；

步骤三、通过OPC协议从DCS(分布式控制系统)实时数据库读取给定时刻下的运行工况测点实时值，包括：蒸发系统入口给水压力、温度及给水质量流量，蒸发系统出口过热蒸汽压力、温度及质量流量；

步骤四、在给定时刻下，根据步骤三中读取的蒸发系统出入口压力DCS系统的实测值，选择步骤二中对应的寻优命题，采用最优化方法求解热水段、蒸发段、过热段的长度，然后将这些长度代入蒸发系统模型计算得到蒸发系统动态吸热量，计算过程中涉及的工质物性参数通过步骤一中建立的工质物性参数数据库得到。

2.根据权利要求1所述的一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量的实时估计方法，其特征在于，步骤一中，所述将蒸发系统各换热设备管道等效为单根管道的方法为：并联管道等效为单根，等效截面积为并联各管路的截面积之和，等效长度为并联管道中单根管道的长度；并联管道长度不一致时按照管道体积不变拉伸或压缩为相同长度；忽略炉外不规则管道；将集箱等效为点。

3.根据权利要求1所述的一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量的实时估计方法，其特征在于，步骤二中，所述的蒸发系统模型包括：

(1)亚临界工况子模型

所述蒸发系统亚临界工况是指在蒸发系统中工质状态存在蒸发段，即工质状态同时包含热水段、蒸发段和过热段，其模型包括：

热水段：是指工质以欠饱和水的形式存在，质量、能量动态平衡方程为：

$\frac{d\left({\mathrm{\ρ}}_W{V}_W\right)}{dt}=D_0-(D_1-A_1{\mathrm{\ρ}}_1\frac{{\mathrm{dL}}_W}{dt})---\left(1\right)$

$\frac{d\left({\mathrm{\ρ}}_W{V}_W{h}_W\right)}{dt}=D_0{h}_0-(D_1-A_1{\mathrm{\ρ}}_1\frac{{\mathrm{dL}}_W}{dt})h_1+Q_W---\left(2\right)$

蒸发段：是指工质以饱和水或饱和水蒸汽的形式存在，质量、能量动态平衡方程为：

$\frac{d\left({\mathrm{\ρ}}_E{V}_E\right)}{dt}=(D_1-A_1{\mathrm{\ρ}}_1\frac{{\mathrm{dL}}_W}{dt})-(D_2-A_2{\mathrm{\ρ}}_2\frac{d(L_W+L_E)}{dt})---\left(3\right)$

$\frac{d\left({\mathrm{\ρ}}_E{V}_E{h}_E\right)}{dt}=(D_1-A_1{\mathrm{\ρ}}_1\frac{{\mathrm{dL}}_W}{dt})h_1-(D_2-A_2{\mathrm{\ρ}}_2\frac{d(L_W+L_E)}{dt})h_2+Q_E---\left(4\right)$

过热段：是指工质以过热蒸汽的形式存在，质量、能量动态平衡方程为：

$\frac{d\left(V_S{\mathrm{\ρ}}_S\right)}{dt}=D_2+A_2{\mathrm{\ρ}}_2\frac{{\mathrm{dL}}_S}{dt}-D_3---\left(5\right)$

$\frac{d\left(V_S{\mathrm{\ρ}}_S{h}_S\right)}{dt}=(D_2+A_2{\mathrm{\ρ}}_2\frac{{\mathrm{dL}}_S}{dt})h_2-D_3{h}_3+Q_S---\left(6\right)$

辅助方程为：

L_E+L_W+L_S＝L (7)

$p_0-p_x=(p_0-p_3){\left(\frac{L_x}{L}\right)}^2---\left(8\right)$

方程(1)～(8)中，d/dt表示变量对时间t的导数；蒸发系统入口定义为界面0，热水段与蒸发段交界面定义为界面1，蒸发段与过热段交界面定义为界面2，蒸发系统出口定义为界面3，相应位置的参数标有界面下标i，i＝0,1,2,3，ρ_W、h_W为热水段工质平均密度、平均比焓，由热水段两端即界面0和界面1处的工质的平均温度、平均压力代入工质物性参数数据库计算；ρ_E、h_E为蒸发段工质平均密度、平均比焓，由蒸发段两端即界面1和界面2处的工质的平均温度、平均压力以及0.5的工质湿度代入工质物性参数数据库计算；ρ_S、h_S为过热段工质平均密度、平均比焓，由过热段两端即界面2和界面3处的工质的平均温度、平均压力代入工质物性参数数据库计算；p_i为界面i处的工质压力，i＝0,1,2,3；界面1和界面2处的工质温度根据交界面工质温度确定方法确定；V_W、V_E、V_S为热水段、蒸发段、过热段的体积；L_W、L_E、L_S为热水段、蒸发段、过热段的长度；Q_W、Q_E、Q_S分别为热水段、蒸发段、过热段工质的吸热量；L为蒸发系统的等效总长度；p_x、L_x为蒸发系统指定位置x处的工质压力以及距离界面0的长度；A_i为界面i处的等效截面积，i＝1,2；D_i为通过界面i的工质质量流量，i＝0,1,2,3；ρ_i、h_i分别为界面i处工质密度和比焓，i＝0,1,2,3；界面1处工质为饱和水，界面2处工质为饱和蒸汽，随着机组负荷变化，界面1、2的位置是时变的；

(2)超临界工况子模型

所述蒸发系统超临界工况是指在蒸发系统中工质状态不存在蒸发段，而只有热水段和过热段，其模型包括：

热水段工质质量、能量动态平衡方程为：

$\frac{d\left({\mathrm{\ρ}}_W{V}_W\right)}{dt}=D_0-(D_1-A_1{\mathrm{\ρ}}_1\frac{{\mathrm{dL}}_W}{dt})---\left(9\right)$

$\frac{d\left({\mathrm{\ρ}}_W{V}_W{h}_W\right)}{dt}=D_0{h}_0-(D_1-A_1{\mathrm{\ρ}}_1\frac{{\mathrm{dL}}_W}{dt})h_1+Q_W---\left(10\right)$

过热段工质质量、能量动态平衡方程为：

$\frac{d\left(V_S{\mathrm{\ρ}}_S\right)}{dt}=D_1+A_1{\mathrm{\ρ}}_1\frac{{\mathrm{dL}}_S}{dt}-D_3---\left(11\right)$

$\frac{d\left(V_S{\mathrm{\ρ}}_S{h}_S\right)}{dt}=(D_1+A_1{\mathrm{\ρ}}_1\frac{{\mathrm{dL}}_S}{dt})h_1-D_3{h}_3+Q_S---\left(12\right)$

辅助方程为：

L_W+L_S＝L (13)

$p_0-p_x=(p_0-p_3){\left(\frac{L_x}{L}\right)}^2---\left(14\right)$

其中，由于蒸发段消失，界面1和界面2合并在一起，但仍用界面1表示，界面1处的工质温度根据交界面工质温度确定方法确定。