[发明专利]一种超临界光管界限热负荷预测方法、装置和设备

说明书

本发明公开了一种超临界光管界限热负荷预测方法、装置和设备，当位置坐标不小于长度时，将预设的热负荷、内径、质量流量、重流体区的摩擦系数、轻流体区的摩擦系数以及伪饱和液位置的压力、焓值和密度代入预先建立的第一热负荷预测函数，得到光管压降关于入口流速的第一传递函数；第一传递函数考虑了轻流体区的密度扰动；否则，将预设的热负荷、内径、质量流量、重流体区的摩擦系数、轻流体区的摩擦系数、伪饱和液位置的压力、焓值和密度以及伪饱和汽位置的压力、焓值和密度代入预先建立的第二热负荷预测函数，得到光管压降关于入口流速的第二传递函数。本发明可以准确地预测超临界条件下发生密度波型脉动的界限热负荷。

技术领域

本发明属于热能工程技术领域，具体涉及一种超临界光管界限热负荷预测方法、装置和设备。

背景技术

火力发电是电力生产的主要方式，火电机组的安全和高效运行是经济发展的重要保障。为了满足快速增长的电力需求的同时还能保证“绿水青山”，大容量、高参数的超临界、超超临界直流锅炉越来越多地被采用，它具有高效率和低排放等特点。面对相比亚临界更高的运行参数和更复杂的运行条件，如何避免锅炉水冷壁中出现流动不稳定性现象是十分重要的。

作为常见的流动不稳定性现象之一，密度波型脉动不仅会出现在亚临界条件下，也会出现在超临界条件下。密度波型脉动的产生原因是加热段出现密度差异较大的流体，造成传热系数与阻力系数发生响应变化，最终反映到系统压力与流量的脉动。密度波型脉动的出现会诱发传热恶化、管材热疲劳以及水冷壁爆管等现象，对锅炉水冷壁、核电站蒸汽发生器以及其它大型换热设备的设计和安全运行有着重要意义，在其运行过程中应努力避免密度波型脉动的出现。

超(超)临界直流锅炉具有压力等级高、金属用量少、运行灵活性高、启停快速以及变负荷运行能力强等特点，比传统的汽包锅炉更适合于大容量机组。但超(超)临界直流锅炉的水冷壁通常采用较小管径的管圈，并且水冷壁内起沸点会随着锅炉负荷的不同而发生变化，这使得超(超)临界直流锅炉水冷壁内更容易发生密度波型脉动。因此，对超(超)临界工况下水冷壁发生密度波型脉动不稳定性的界限热负荷的预测就变得十分重要。

目前的超临界密度波型脉动的频域法模型基本都是在亚临界模型的基础上改进而来的，类比亚临界加热管段中存在的过冷水区、两相区和过热区，超临界加热管段也分为三部分，即轻流体区、轻重流体混合区和重流体区。但目前的预测方法忽略轻流体区密度变化，将轻流体区的流体当做不可压缩流体进行处理，这样在传递函数的推导过程中简化了运算，但相应增加了计算误差，目前的预测方法还不考虑出口工质的不同状态导致预测误差稍大。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种超临界光管界限热负荷预测方法、装置和设备，可以准确地预测超临界条件下发生密度波型脉动的界限热负荷。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种超临界光管界限热负荷预测方法，包括：

获取光管的长度、内径和入口节流度，以及光管内工质的入口焓值和质量流量；

获取伪饱和液位置的压力、焓值和密度，以及伪饱和汽位置的压力、焓值、密度和位置坐标；

获取重流体区的摩擦系数、轻重流体混合区的摩擦系数和轻流体区的摩擦系数；

当所述位置坐标不小于所述长度时，将预设的热负荷、所述内径、所述质量流量、所述重流体区的摩擦系数、所述轻流体区的摩擦系数以及所述伪饱和液位置的压力、焓值和密度代入预先建立的第一热负荷预测函数，得到光管压降关于入口流速的第一传递函数；所述第一传递函数考虑了轻流体区的密度扰动；

将所述光管压降关于入口流速的第一传递函数转换为第一尼奎斯特曲线，根据所述第一尼奎斯特曲线预测光管界限热负荷；