基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法技術

本發明專利技術提供了一種基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法，步驟為：1、獲取給定時刻下相關測點的實時數據；2、計算加熱器疏水出口溫度理論值，根據加熱器理想換熱情況下的能量平衡關系，計算加熱器水相工質出口溫度理論值，由上端差定義，實時計算加熱器上端差應達值；3、計算由于真實上端差大于上端差應達值引起的加熱器水相工質出口比焓變化量Δhi；4、計算汽輪機功率和機組熱耗量對第i個加熱器水相工質出口的比焓hi的偏微分，在熱力系統矩陣熱平衡方程的基礎上，計算不同工況下由于Δhi引起的汽輪機內效率相對變化量。本發明專利技術可用于在線分析回熱抽汽系統中加熱器上端差對機組熱經濟性的影響，為加熱器性能監測提供技術支撐。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及火力電站運行優化控制
，具體地說，是一種基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法。
技術介紹
大型火力電站的各種輔助設備對電站運行的經濟性和可靠性起著重要的作用。加熱器作為汽輪機側最重要的輔助設備之一，是火力電站回熱抽汽系統的主要組成部分。加熱器利用汽輪機抽汽預加熱進入鍋爐的給水，減少冷源損失，進而提高整個汽輪機熱循環熱效率。另外，采用回熱抽汽系統提高給水溫度，減少了鍋爐換熱的不可逆損失，從而提高機組運行的經濟性。通常定義加熱器抽汽壓力下飽和蒸汽溫度與水相工質出口溫度之差為加熱器的上端差。當上端差偏大時，意味著水相工質加熱不足致使出口溫度較低，加熱器內汽水換熱不充分，降低機組熱經濟性。機組工況發生改變時，由于機組運行參數的改變，不僅加熱器上端差會隨工況發生變化，也會導致上端差應達值發生改變。而目前研究加熱器上端差對機組熱經濟性影響時，仍較多以加熱器在額定工況下的上端差作為基準值，影響熱經濟性分析的準確性。經過對現有技術的檢索，郭民臣等(郭民臣等，定功率下加熱器端差對機組熱經濟性的影響.中國電機工程學報，28(23),42-45,2008)提出了一種評估加熱器上端差對機組熱經濟性影響的方法。該方法基于熱力系統矩陣熱平衡方程和熱耗變換系數，建立加熱器上端差對機組熱經濟性影響的數學模型，并在加熱器上端差增大2℃且汽輪機功率不變的前提下，計算對機組熱經濟性的影響。但是，該方法未給出對機組熱經濟性評估至關重要的加熱器上端差應達值的獲得方法，僅適用于上端差應達值已知的情形，而實際機組上端差應達值是時變的，故該方法也無法用于機組熱經濟性的在線評估，無法為回熱抽汽系統的熱經濟性監控和優化提供理論支持。
技術實現思路
針對現有技術中的不足，本專利技術的目的是提供一種基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法。為實現以上目的，本專利技術采用的技術方案：首先求得加熱器在理想換熱情況的上端差，即上端差應達值，然后計算由于真實上端差大于上端差應達值引起的加熱器水相工質出口比焓變化量Δhi，最后，在熱力系統矩陣熱平衡方程的基礎上，根據汽輪機內效率的定義，計算不同工況下由于Δhi引起的汽輪機內效率相對變化量，為回熱抽汽系統的熱經濟性監控和優化提供理論支持。具體的，一種基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法，該方法包括以下步驟：步驟一、從運行機組的分布式控制系統DCS實時數據庫中獲取給定時刻下各加熱器抽汽入口的壓力、溫度，疏水出口溫度，水相工質出口溫度，省煤器入口給水質量流量、壓力、溫度，熱再熱蒸汽壓力、溫度，冷再熱蒸汽壓力、溫度，主蒸汽壓力、溫度；步驟二、計算加熱器理想換熱情況下，即加熱器傳熱系數和有效換熱面積最大時，加熱器的換熱效率。根據加熱器理想換熱情況下的換熱效能方程，計算加熱器疏水出口溫度的理論值。由加熱器理想換熱情況下的能量平衡關系計算加熱器水相工質出口溫度，并由上端差定義，實時計算加熱器上端差應達值，用于步驟三中計算加熱器水相工質出口比焓變化量；步驟三、假設加熱器理想換熱情況和真實換熱情況下抽汽溫度不變，則真實上端差與上端差應達值的差值等于加熱器理想換熱情況下水相工質出口溫度與真實換熱情況下水相工質出口溫度的差值，計算由于真實上端差大于上端差應達值引起的加熱器水相工質出口比焓變化量Δhi，用于計算汽輪機內效率相對變化量；步驟四、選取汽輪機內效率相對變化量為在線評估機組熱經濟性的指標。根據汽輪機功率和機組熱耗量的定義，計算汽輪機功率和機組熱耗量對hi的偏微分，在熱力系統矩陣熱平衡方程的基礎上，根據汽輪機內效率的定義，計算不同工況下由于Δhi引起的汽輪機內效率相對變化量，從而實現機組熱經濟性的在線評估。優選地，步驟二中，在理想換熱情況下，即加熱器換熱管壁清潔，污垢熱阻為零，加熱器有效換熱面積等于設計換熱面積時，加熱器總換熱系數K為：Klx=11α1+1α2---(1)]]>其中：α1是加熱器換熱管外蒸汽側對流換熱系數，W/(m2·℃)；α2是換熱管內水相工質側對流換熱系數，W/(m2·℃)。在理想換熱情況下，加熱器傳熱單元數NTU的最大值為：NTUmax=KlxAsjDwcpc---(2)]]>其中：Asj是加熱器換熱面積設計值，m2；Dw是水相工質質量流量，kg/s；cpc是加熱器換熱管內水相工質的平均比熱容，kJ/(kg·℃)。理想換熱情況下，加熱器換熱效能方程為：ϵlx=tcq-tss_lxtcq-tins=1-exp[-NTUmax(1-R)]1-Rexp[-NTUmax(1-R)]---(3)]]>其中：tcq是加熱器入口抽汽溫度，℃；tss_lx是加熱器疏水出口溫度理論值，℃；R是加熱器熱容量流率比，式中，Dcq是抽汽質量流量，kg/s；cph是加熱器換熱管外蒸汽的平均比熱容，kJ/(kg·℃)；根據上式可以解出tss_lx。在理想換熱情況下，加熱器內能量平衡關系為：Dcq(hcq-hss_lx)+Dsspre(hsspre-hss_lx)＝Dwcpc(touts_lx-tins)(4)其中：hcq是加熱器抽汽入口的比焓，kJ/kg；hss_lx是根據tss_lx計算得到的加熱器出口疏水比焓理論值，kJ/kg；Dsspre是上一個加熱器疏水的質量流量，kg/s；hsspre是上一個加熱器疏水的比焓，kJ/kg；tins是加熱器入口水相工質溫度，℃；touts_lx是加熱器給水出口溫度理論值，℃。可以解出touts_lx，并根據上端差定義，即上端差＝抽汽壓力下飽和蒸汽溫度-水相工質出口溫度，實時計算加熱器上端差應達值為：ttt＝tbq-touts_lx(5)其中，tbq是加熱器抽汽壓力對應的飽和溫度，℃；優選地，步驟三中，由于真實換熱情況下加熱器換熱系數和有效換熱面積無法達到理論最大值，會導致真實換熱情況水相工質出口溫度低于理想換熱情況水相工質出口溫度，表現為真實上端差大于上端差應達值。加熱器真實上端差tt為：tt＝tbq-touts(6)其中，touts是加熱器水相工質出口溫度，℃；假設真實換熱情況和理想換熱情況下加熱器入口抽汽壓力不變，則對應飽和蒸汽溫度tbq不變，有關系式：tt-ttt＝touts_lx-touts(7)因此，真實上端差大于上端差應達值引起的水相工質出口比焓的變化量可以通過真實換熱情況和理想換熱情況加熱器水相工質出口溫度計算求得：Δhi＝hi-hilx(8)其中：hi是第i個加熱器水相工質出口的比焓，kJ/kg；hilx是最大換熱效率下加熱器出口水相工質比焓，kJ/kg；hilx根據理想換熱情況下加熱器水相工質出口溫度理論值touts_lx計算得到；優選地，步驟四中，對于第i個加熱器，計算由水相工質出口比焓變化量Δhi引起的汽輪機內效率ηt的相對變化量時，汽輪機內效率的定義為：ηt=WQ1---(9)]]>其中：W是汽輪機功率，kW；Q1是機組熱耗量，kW，計算方法分別為：W＝Dms(hms-hc+σ)-DThσ(10)Q1＝Dms(hms-h1+σ)-DTσ1(11)其中：Dms是主蒸汽質量流量，kg/s；hms是主蒸汽比焓，kJ\本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：步驟一、從運行機組的分布式控制系統DCS實時數據庫中獲取給定時刻下各加熱器抽汽入口的壓力、溫度，疏水出口溫度，水相工質入口溫度和出口溫度，凝結水質量流量、壓力、溫度，省煤器入口給水質量流量、壓力、溫度，熱再熱蒸汽壓力、溫度，冷再熱蒸汽壓力、溫度，主蒸汽壓力、溫度；步驟二、計算加熱器理想換熱情況下，即加熱器傳熱系數和有效換熱面積最大時加熱器的換熱效率；根據加熱器理想換熱情況下的換熱效能方程，計算加熱器疏水出口溫度的理論值；由加熱器理想換熱情況下的能量平衡關系計算加熱器水相工質出口溫度，并由上端差定義，實時計算加熱器上端差應達值，用于步驟三中計算加熱器水相工質出口比焓變化量；步驟三、假設加熱器理想換熱情況和真實換熱情況下抽汽溫度不變，則真實上端差與上端差應達值的差值等于加熱器理想換熱情況下水相工質出口溫度與真實換熱情況下水相工質出口溫度的差值，計算由于真實上端差大于上端差應達值引起的加熱器水相工質出口比焓變化量Δhi，用于計算汽輪機內效率相對變化量；步驟四、選取汽輪機內效率相對變化量為在線評估機組熱經濟性的指標，根據汽輪機功率和機組熱耗量的定義，計算汽輪機功率和機組熱耗量對hi的偏微分，hi是第i個加熱器水相工質出口的比焓，在熱力系統矩陣熱平衡方程的基礎上，根據汽輪機內效率的定義，計算不同工況下由于Δhi引起的汽輪機內效率相對變化量，從而實現機組熱經濟性的在線評估。...

【技術特征摘要】
1.一種基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：步驟一、從運行機組的分布式控制系統DCS實時數據庫中獲取給定時刻下各加熱器抽汽入口的壓力、溫度，疏水出口溫度，水相工質入口溫度和出口溫度，凝結水質量流量、壓力、溫度，省煤器入口給水質量流量、壓力、溫度，熱再熱蒸汽壓力、溫度，冷再熱蒸汽壓力、溫度，主蒸汽壓力、溫度；步驟二、計算加熱器理想換熱情況下，即加熱器傳熱系數和有效換熱面積最大時加熱器的換熱效率；根據加熱器理想換熱情況下的換熱效能方程，計算加熱器疏水出口溫度的理論值；由加熱器理想換熱情況下的能量平衡關系計算加熱器水相工質出口溫度，并由上端差定義，實時計算加熱器上端差應達值，用于步驟三中計算加熱器水相工質出口比焓變化量；步驟三、假設加熱器理想換熱情況和真實換熱情況下抽汽溫度不變，則真實上端差與上端差應達值的差值等于加熱器理想換熱情況下水相工質出口溫度與真實換熱情況下水相工質出口溫度的差值，計算由于真實上端差大于上端差應達值引起的加熱器水相工質出口比焓變化量Δhi，用于計算汽輪機內效率相對變化量；步驟四、選取汽輪機內效率相對變化量為在線評估機組熱經濟性的指標，根據汽輪機功率和機組熱耗量的定義，計算汽輪機功率和機組熱耗量對hi的偏微分，hi是第i個加熱器水相工質出口的比焓，在熱力系統矩陣熱平衡方程的基礎上，根據汽輪機內效率的定義，計算不同工況下由于Δhi引起的汽輪機內效率相對變化量，從而實現機組熱經濟性的在線評估。2.根據權利要求1所述的一種基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法，其特征在于，步驟二中，在理想換熱情況下，即加熱器換熱管壁清潔，污垢熱阻為零，加熱器有效換熱面積等于設計換熱面積時，加熱器總換熱系數Klx為：Klx=11α1+1α2---(1)]]>其中：α1是加熱器換熱管外蒸汽側對流換熱系數，W/(m2·℃)；α2是換熱管內水相工質側對流換熱系數，W/(m2·℃)，α1和α2根據傳熱學相關知識計算求得；理想換熱情況下，加熱器傳熱單元數NTU的最大值為：NTUmax=KlxAsjDwcpc---(2)]]>其中：Asj是加熱器換熱面積設計值，m2；Dw是水相工質質量流量，kg/s；cpc是加熱器換熱管內水相工質的平均比熱容，kJ/(kg·℃)；理想換熱情況下，加熱器換熱效能方程為：ϵlx=tcq-tss_lxtcq-tins=1-exp[-NTUmax(1-R)]1-Rexp[-NTUmax(1-R)]---(3)]]>其中：tcq是加熱器入口抽汽溫度，℃；tss_lx是加熱器疏水出口溫度理論值，℃，根據上式解出tss_lx；tins是加熱器入口水相工質溫度，℃；R是加熱器熱容量流率比，式中，Dcq是抽汽質量流量，kg/s；cph是加熱器換熱管外蒸汽的平均比熱容，kJ/(kg·℃)；在理想換熱情況下，加熱器內能量平衡關系為：Dcq(hcq-hss_lx)+Dsspre(hsspre-hss_lx)＝Dwcpc(touts_lx-tins)(4)其中，hcq是加熱器抽汽入口的比焓，kJ/kg；hss_lx是根據tss_lx計算得到的加熱器出口疏水比焓理論值，kJ/kg；Dsspre是上一個加熱器疏水的質量流量，kg/s；hsspre是上一個加熱器疏水的比焓，kJ/kg；touts_lx是加熱器水相工質出口溫度理論值，℃；解出touts_lx，并根據上端差定義，即上端差＝抽汽壓力下飽和蒸汽溫度-水相工質出口溫度實時計算加熱器上端差應達值ttt為：ttt＝tbq-touts_lx(5)其中，tbq是加熱器抽汽壓力對應的飽和溫度，℃。3.根據權利要求1所述的一種基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法，其特征在于，步驟三中，根據求得的加熱器水相工質出口溫度理論值，計算由于真實上端差大于上端差應達值引起的加熱器出口水相工質比焓變化量Δhi；真實換熱情況下加熱器換熱系數和有效換熱面積可能無法達到理論最大值，會導致真實換熱情況水相工質出口溫度低于理想換熱情況水相工質出口溫度，從而真實上端差大于上端差應達值；加熱器真實上端差tt為：tt＝tbq-touts(6)其中，touts是加熱器水相工質出口溫度，℃；假設真實換熱情況和理想換熱情況下加熱器入口抽汽壓力不變，則對應飽和蒸汽溫度tbq不變，有關系式：tt-ttt＝touts_lx-touts(7)因此，真實上端差大于上端差應達值引起的水相工質出口比焓的變化量Δhi通過真實換熱情況和理想換熱情況加熱器水相工質出口溫度計算得到：Δhi＝hi-hilx(8)其中：hi是第i個加熱器水相工質出口的比焓，kJ/kg；hilx是最大換熱效率下第i個加熱器出口水相工質比焓，kJ/kg；hilx根據最大換熱效率下加熱器水相工質出口溫度理論值touts_lx計算得到。4.根據權利要求1-3任一項所述的一種基于上端差應達值實時計算的機組熱經濟性在線評估方法，其特征在于，步驟四中對于第i個加熱器，計算由水相工質出口比焓變化量Δhi引起的汽輪機內效率ηt的相對變化量：汽輪機內效率定義為：ηt=WQ1---(9)]...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張翔，袁景淇，徐亮，田震，陳振興，孔磊，王潤杉，王景成，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31