[发明专利]一种火电锅炉侧换热设备平均热阻的实时辨识方法

摘要

本发明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。

主权项

1.一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，Q_{out_fg}、Q_{in_fg}分别表示换热设备出口、入口处烟气能量；n_fg表示烟气的摩尔流量；R_g表示通用气体常数，R_g=8.314J·mol^-1·K^-1；T_out、T_in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]]>n_fg=m_fg/M_fgm_fg=V_fg·ρ_fgM_fg=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；i_O2、i_N2、i_CO2、i_H2O分别表示氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气的自由度；m_fg表示烟气质量流量；M_fg表示烟气平均分子量；V_fg表示烟气体积流量；ρ_fg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：T_in+i-1=T_in+i+2·△Q_i/n_fg/R_g/a式中，i表示换热设备的第i层；T_in+i、T_in+i-1分别表示换热设备第i层出口、入口的烟气温度；△Q_i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：△Q_i=Q(t_in+i-1,P_in+i-1)-Q(t_in+i,P_in+i)=Q_{in+i-1_fg}-Q_{in+i_fg}t_in+i=t_in+(t_out-t_in)/m·iP_in+i=P_in+(P_out-P_in)/m·i其中：Q_{in+i_fg}、Q_{in+i-1_fg}分别表示换热设备第i层出口、入口的烟气能量；t_in+i、t_in+i-1分别表示换热设备第i层出口、入口的工质温度；P_in+i、P_in+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K_mean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]]>S_ij=π·d_ex·L/n_iΔTij,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；K_i表示换热设备第i层换热系数；n_i表示换热设备第i层共分为n_i个微元；ΔQ_ij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；S_ij表示换热设备第i层的第j个微元的换热面积；ΔT_ij,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；d_ex表示换热设备的管外径；L表示换热设备每层的总长度；T_{ij_s}、T_{ij-1_s}分别表示换热设备第i层的第j个微元出口、入口工质温度；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。