CN103267539B - 一种卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法，分别对三段式加热器的疏水冷却段、凝结段及过热蒸汽冷却段进行数据拟合得到各段传热单元数与某一参数的简化线性函数关系，据此计算得到上、下端差；本发明基于量纲分析原理和运行可测参数，分别对加热器疏水冷却段、凝结段及过热蒸汽冷却段进行分析，利用三段式加热器各段传热单元数与某一参数的简化线性函数关系，最终可求得任意给定运行工况下加热器进出口各热力参数，得到上、下端差，为确定加热器的变工况性能提供参考，测算方法简捷、应用范围广、精度高。

Description

一种卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法

技术领域

本发明涉及一种卧式三段式给水加热器，具体涉及一种卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法。

背景技术

现代大型火电厂均采用回热系统减少冷源损失，提高机组循环热效率，一般可使热经济性提高10％～20％。其中，给水加热器是回热系统的核心，其运行性能的好坏对整个机组产生极大的影响，现场通常采用端差的大小来评价加热器运行特性。

目前大型火电机组高压加热器大都采用卧式三段式U形管加热器，给水从给水进口管进入水室，通过U形管下端进入传热区段，首先进入疏水冷却段，再进入蒸汽凝结段，最后是过热蒸汽冷却段，进入水室上部后完成该级的加热工作。蒸汽首先进入过热蒸汽冷却段，将一部分过热度传给给水，蒸汽流出过热蒸汽冷却段后进入加热器的主要传热区蒸汽凝结段，将蒸汽的潜热传给给水，蒸汽凝结后成为凝结水进入疏水冷却段，通过疏水冷却段使疏水具有一定的过冷度。

在机组实际运行过程中，虽然设有加热器的出水和疏水温度测点，可以获得其变工况特性，但因运行条件恶劣、检修维护薄弱等原因，普遍存在测量可靠性和经济性较差的问题：热工测量系统中常采用电阻式传感器，与之相应的数据采集系统测量成本较高；工况变化较大时，水温响应表现出较大的热惯性，影响测量精度；现场安装位置复杂，一旦传感器出现故障会导致测量数据错误或缺失，因此需要一种适用于现场快速测算端差的方法。

传统的加热器端差计算方法中，有的在机组负荷、加热器入口水温等条件变化时，假设加热器传热系数不变，虽然计算过程简化，但与实际情况不符，有一定误差；有的用传热学原理及热平衡理论，考虑到加热器入口水温、汽轮机负荷等对传热系数的影响，提出低压上、下端差应达值的计算方法，但没有考虑疏水冷却段的过热蒸汽冷却段，只适用于低压加热器；还有的方法在计算端差时将加热器各段分界点处汽侧参数进行假定，影响到计算的精度；其他的计算方法亦或局限于两段式低压加热器，或局限于上端差的求解。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种测量方法简单、测量值可靠精确且成本低的卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法。

技术方案：本发明所述的一种卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法，包括以下步骤：

(1)计算加热器疏水冷却段的传热单元数NTU₁与抽汽流量G_s、给水流量G_w的函数关系；

(2)计算加热器凝结段的传热单元数NTU₂与给水流量G_w、饱和压力p_h的函数关系；

(3)求任意运行工况下加热器的上端差及下端差：

(31)在某一给定运行工况下，测量加热器的饱和压力p_h和给水进口温度t_w1，由此计算得到加热器的饱和温度t_h和饱和汽焓h_h；同时测量加热器的给水流量G_w、给水压力p_w、疏水压力p_od、抽汽压力p_s和抽汽温度t_s，根据给水压力p_w和给水进口温度t_w1计算得到疏水冷却段的给水定压比热C_pl1，根据抽汽压力p_s和抽汽温度t_s计算得到加热器的抽汽焓值h_s；

步骤(32)～(37)为迭代Ⅱ:

(32)设定本次迭代Ⅱ的抽汽流量初始值G_s ^k2，其中，k2为迭代Ⅱ次数，未开始迭代Ⅱ时k2＝0，G_s ⁰为步骤(31)测量得到的给水流量G_w，k2大于0时，G_s ^k2为上一次迭代Ⅱ求得的加热器抽汽流量G_s ^k2′，由G_s ^k2和步骤(31)中测得的给水流量G_w根据步骤(1)得到的函数关系，求得本次迭代Ⅱ中加热器的疏水冷却段的传热单元数NTU₁ ^k2；

(33)将步骤(31)中得到的饱和温度t_h、给水进口温度t_w1和步骤(32)求得的疏水冷却段的传热单元数NTU₁ ^k2带入公式t_od＝t_h-[1-exp(-NTU₁)](t_h-t_w1)，得到本次迭代Ⅱ中加热器的疏水温度t_od ^k2，根据本次迭代Ⅱ中加热器的疏水温度t_od ^k2和步骤(31)测得的疏水压力p_od计算本次迭代Ⅱ中疏水冷却段的疏水定压比热C'_pl1 ^k2；

步骤(34)～(35)为迭代Ⅲ:

(34)设定疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3，其中，k3为迭代Ⅲ次数，未开始迭代Ⅲ时k3＝0，t_1t ⁰为步骤(31)测算得到的饱和温度t_h，k3大于0时，t_1t ^k3＝t_h-0.001k3，将步骤(31)中测得的饱和温度t_h、给水进口温度t_w1、步骤(33)中计算得到的本次迭代Ⅱ中加热器的疏水温度t_od ^k2以及疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3代入公式计算得到本次迭代Ⅲ中的疏水冷却段传热单元数NTU₁ ^k3；

(35)比较步骤(32)中得到的NTU₁ ^k2和步骤(34)中得到的NTU₁ ^k3，判断是否满足|NTU₁ ^k3-NTU₁ ^k2|≤r3，其中，r3为工程应用的精度要求，0≤r3≤10^-3，满足则进入步骤(36)，否则令k3＝k3+1并回到步骤(34)；

(36)将步骤(31)得到的给水流量G_w、饱和温度t_h、给水进口温度t_w1、给水定压比热C_pl1、步骤(33)得到的疏水温度t_od ^k2、疏水定压比热C'_pl1 ^k2和步骤(34)得到的疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3带入疏水冷却段能量平衡方程求得加热器抽汽流量G_s ^k2′；

(37)比较步骤(36)中求得的加热器抽汽流量G_s ^k2′与步骤(32)中的本次迭代Ⅱ的抽汽流量初始值G_s ^k2，判断是否满足|G_s ^k2’-G_s ^k2|≤r2，其中，r2为工程应用的精度要求，0≤r2≤10^-3，满足则进入步骤(38)，否则令k2＝k2+1并回到步骤(32)；

最终根据上述迭代Ⅱ和迭代Ⅲ步骤，计算得到某一给定运行工况下的加热器抽汽流量G_s、疏水冷却段传热单元数NTU₁、加热器疏水温度t_od以及疏水冷却段给水出口温度t_1t；

(38)根据步骤(31)测得的给水流量G_w和饱和压力p_h，通过步骤(2)得到的函数关系，计算得到该给定运行工况下的加热器凝结段的传热单元数NTU₂；

(39)将步骤(31)得到的饱和温度t_h、步骤(34)中的疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3和步骤(38)求得的凝结段的传热单元数NTU₂代入公式t_2t＝t_h-(t_h-t_1t)exp(-NTU₂)，求得该给定运行工况下的加热器凝结段给水出口温度t_2t；

(310)根据步骤(31)得到的给水压力p_w和步骤(39)得到的加热器凝结段给水出口温度t_2t，求得过热蒸汽冷却段的定压比热C_pl3；

(311)根据步骤(31)得到的饱和汽焓h_h、抽汽焓值h_s、给水流量G_w、步骤(36)求得的加热器抽汽流量G_s ^k2′、步骤(39)求得的加热器凝结段给水出口温度t_2t和步骤(310)求得的过热蒸汽冷却段的定压比热C_pl3，通过能量平衡方程求得该给定运行工况下的过热蒸汽冷却段给水出口温度t_w2；

(312)将步骤(31)中得到的饱和温度t_h和步骤(311)中得到的过热蒸汽冷却段给水出口温度t_w2代入公式δ＝t_h-t_w2，计算得到该给定运行工况下加热器的上端差δ；将步骤(31)中得到的给水进口温度t_w1和步骤(33)中得到的疏水温度t_od ^k2代入公式θ＝t_od-t_w1，计算得到该给定运行工况下加热器的下端差θ。

优选的，步骤(1)包括如下步骤：

(11)分别在至少五种不同功率的运行工况下测量得到加热器给水压力p_w、饱和压力p_h、疏水温度t_od、给水进口温度t_w1、加热器抽汽流量G_s和给水流量G_w，计算加热器的饱和温度t_h；

(12)将每一个运行工况下的饱和温度t_h、疏水温度t_od和给水进口温度t_w1代入公式计算得到每一个运行工况下加热器疏水冷却段的传热单元数NTU₁；

(13)根据步骤(11)和步骤(12)得到的不同运行工况下的加热器抽汽流量G_s、给水流量G_w和疏水冷却段的传热单元数NTU₁，利用最小二乘方法对NTU₁值进行线性拟合，得到第一常数C₁和第二常数C₂，从而得到NTU₁值与G_s/G_w的函数关系为 ${\mathrm{NTU}}_1=C_1\frac{G_s}{G_w}+G_2.$

更进一步，步骤(2)包括以下步骤：

步骤(21)～(22)为迭代Ⅰ：

(21)设定疏水冷却段出口水温t_1t ^k1，其中，k1为迭代Ⅰ的次数，未开始迭代Ⅰ时k1＝0，t_1t ⁰为测量得到的饱和温度t_h，k1大于0时，t_1t ^k1＝t_h-0.001k1，将步骤(11)中测量得到加热器的饱和温度t_h、疏水温度t_od、给水进口温度t_w1，连同疏水冷却段出口水温t_1t ^k1代入公式计算得到本次迭代Ⅰ中的疏水冷却段传热单元数NTU₁ ^k1；

(22)比较步骤(21)中求得的本次迭代Ⅰ中的疏水冷却段传热单元数NTU₁ ^k1与步骤(12)中求得的每一个运行工况下加热器疏水冷却段的传热单元数NTU₁进行比较，判断是否满足|NTU₁ ^k1-NTU₁|≤r1，其中，r1为工程应用的精度要求，0≤r1≤10^-3，如满足则进入步骤(23)，否则令k1＝k1+1并回到步骤(21)；

(23)根据步骤(21)求得的满足精度要求的疏水冷却段出口水温t_1t ^k1和步骤(11)测得的给水压力p_w，计算得到疏水冷却段出口水焓值h_1t；

(24)根据步骤(11)测得的饱和压力p_h，计算得到加热器饱和汽焓h_h和饱和水焓值h′_h，将加热器饱和汽焓h_h、饱和水焓值h′_h、步骤(11)中测得的加热器抽汽流量G_s、给水流量G_w以及步骤(23)中得到的疏水冷却段出口水焓值h_1t带入公式计算得到凝结段出口水焓值h_2t；

根据计算得到的凝结段出口水焓值h_2t和步骤(11)测量得到的给水压力p_w，计算得到凝结段出口水温度t_2t；

(25)将步骤(11)中测得的饱和温度t_h、步骤(21)中的疏水冷却段出口水温t_1t ^k1和步骤(24)中求得的凝结段出口水温度t_2t代入公式计算得到加热器凝结段的传热单元数NTU₂；

(26)根据步骤(11)和步骤(25)得到的不同运行工况下的给水流量G_w、饱和压力p_h和加热器凝结段的传热单元数NTU₂值，利用最小二乘方法对NTU₂值进行线性拟合，得到第三常数C₃和第四常数C₄，从而得到NTU₂值与G_w/p_h的函数关系为 ${\mathrm{NTU}}_2=C_3\frac{G_w}{G_h}+G_4.$

有益效果：1、本发明基于量纲分析原理和运行可测参数，分别对加热器疏水冷却段、凝结段及过热蒸汽冷却段进行分析，利用三段式加热器各段传热单元数与某一参数的简化线性函数关系，通过迭代方法求得任意给定运行工况下加热器进出口各热力参数，准确且误差小，最后得到上、下端差，为确定加热器的变工况性能提供参考，测算方法简捷、应用范围广、精度高；2、只需采用常见简单的测量仪器得到准确的测量数据，简化测量现场，保证测量可靠性，节约成本，而后对加热器拟合测量得到的数据即可得到疏水冷却段及凝结段传热单元数与某一参数的线性关系，据此测算出任意给定运行工况下加热器的上、下端差，而不需要了解结构参数，模型简捷；3、提出的方法按照疏水冷却段、凝结段、过热段的顺序分段依次计算，因此既适用于三段式高压加热器，又适用于不含过热段的两段式低压加热器，整个计算过程的推导公式具有一定的通用性，适应于变工况特性，不受热惯性的影响，方法应用范围广；4、提出的方法既能计算上端差，又能计算下端差，弥补了一些传统计算方法中局限于上端差求解的不足。

附图说明

图1为本发明实施例中的23种试验工况下的汽轮机发电机组电功率变化图；

图2为本发明疏水冷却段传热单元数NTU₁与抽汽流量G_s、给水流量G_w的比值G_s/G_w的线性关系图；

图3为本发明凝结段传热单元数NTU₂与给水流量G_w、饱和压力p_h的比值G_w/p_h的线性关系图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：本实施例中测算哈汽某330MW汽轮机组#1高压加热器上端差及下端差的方法，包括以下步骤：

(1)计算加热器疏水冷却段的传热单元数NTU₁与抽汽流量G_s、给水流量G_w的比值G_s/G_w的线性关系：

(11)设定23种不同功率的试验工况，23种试验工况对应汽轮机发电机组电功率变化如图1所示，分别在每个试验工况下，利用温度压力测量仪表测量得到加热器给水压力p_w、饱和压力p_h、疏水温度t_od和给水进口温度t_w1，利用流量测量仪表测量得到加热器抽汽流量G_s和给水流量G_w，根据饱和压力p_h通过IFC-67工业用水和水蒸汽热力性质模型计算得到加热器的饱和温度t_h，各参数见表1；

表1  23种不同功率试验工况的测算值

(12)将每一个试验工况下的饱和温度t_h、疏水温度t_od和给水进口温度t_w1代入公式计算得到每一个试验工况下加热器疏水冷却段的传热单元数NTU₁，见表2；

表2  23种不同功率试验工况的疏水冷却段NTU₁值

(13)根据步骤(11)和步骤(12)得到的不同试验工况下的加热器抽汽流量G_s、给水流量G_w和疏水冷却段的传热单元数NTU₁，利用最小二乘方法对NTU₁值进行线性拟合，得到第一常数C₁＝-30.216、第二常数C₂＝3.172，从而得到NTU₁值与G_s/G_w的函数关系为拟合得到的线性关系如图2所示；

(2)计算加热器凝结段的传热单元数NTU₂与给水流量G_w、饱和压力p_h的比值G_w/p_h的线性关系：

步骤(21)～(22)为迭代Ⅰ：

(21)设定疏水冷却段出口水温t_1t ^k1，其中，k1为迭代Ⅰ的次数，未开始迭代Ⅰ时k1＝0，t_1t ⁰为测量得到的饱和温度t_h，k1大于0时，t_1t ^k1＝t_h-0.001k1，将步骤(11)中测量得到加热器的饱和温度t_h、疏水温度t_od、给水进口温度t_w1，连同疏水冷却段出口水温t_1t ^k1代入公式计算得到本次迭代Ⅰ中的疏水冷却段传热单元数NTU₁ ^k1；

(22)比较步骤(21)中求得的本次迭代Ⅰ中的疏水冷却段传热单元数NTU₁ ^k1与步骤(12)中求得的每一个试验工况下加热器疏水冷却段的传热单元数NTU₁进行比较，判断是否满足|NTU₁ ^k1-NTU₁|≤r1，其中，r1为工程应用的精度要求，0≤r1≤10^-3，如满足则进入步骤(23)，否则令k1＝k1+1并回到步骤(21)，通过迭代Ⅰ计算得到的满足精度要求的疏水冷却段出口水温t_1t，见表3；

表3  23种不同功率试验工况的疏水冷却段出口水温t_1t

(23)根据步骤(21)求得的满足精度要求的疏水冷却段出口水温t_1t ^k1和步骤(11)测得的给水压力p_w，通过IFC-67工业用水和水蒸汽热力性质模型计算得到疏水冷却段出口水焓值h_1t；

(24)根据步骤(11)测得的饱和压力p_h，通过IFC-67工业用水和水蒸汽热力性质模型计算得到加热器饱和汽焓值h_h和饱和水焓值h′_h，将加热器饱和汽焓值h_h、饱和水焓值h′_h、步骤(11)中测得的加热器抽汽流量G_s、给水流量G_w以及步骤(23)中得到的疏水冷却段出口水焓值h_1t带入公式计算得到凝结段出口水焓值h_2t；

根据计算得到的凝结段出口水焓值h_2t和步骤(11)测量得到的给水压力p_w，通过IFC-67工业用水和水蒸汽热力性质模型计算得到凝结段出口水温度t_2t，23种不同试验工况下的凝结段计算结果见表4；

表4  23种不同功率试验工况的凝结段计算结果

(25)将步骤(11)中测得的饱和温度t_h、步骤(21)中的疏水冷却段出口水温t_1t ^k1和步骤(24)中求得的凝结段出口水温度t_2t代入公式计算得到加热器凝结段的传热单元数NTU₂，结果见表5；

表5  23种不同功率试验工况的凝结段段NTU₂值

(26)根据步骤(11)和步骤(25)得到的不同试验工况下的给水流量G_w、饱和压力p_h和加热器凝结段的传热单元数NTU₂值，利用最小二乘方法对NTU₂值进行线性拟合，得到第三常数C₃＝0.000660和第四常数C₄＝0.778，从而得到NTU₂值与G_w/p_h的函数关系为，拟合得到的线性关系如图3所示；

(3)求取任意5个试验工况下加热器的上端差及下端差：

(31)在每个给定试验工况下，利用温度压力测量仪表测量加热器的饱和压力p_h和给水进口温度t_w1，根据饱和压力p_h，通过IFC-67工业用水和水蒸汽热力性质模型计算得到加热器的饱和温度t_h和饱和汽焓h_h；

同时，利用流量测量仪表测量加热器的给水流量G_w，利用压力测量仪表测量给水压力p_w和疏水压力p_od，根据给水压力p_w和给水进口温度t_w1，通过IFC-67工业用水和水蒸汽热力性质模型计算疏水冷却段给水定压比热C_pl1；

利用温度压力测量仪表测量抽汽压力p_s和抽汽温度t_s，根据抽汽压力p_s和抽汽温度t_s，通过IFC-67工业用水和水蒸汽热力性质模型计算得到加热器的抽汽焓值h_s；

5种不同试验工况下测算的部分热力参数如表1所示：

表1  5种不同试验工况下测算得到的各热力参数

步骤(32)～(37)为迭代Ⅱ:

(32)设定本次迭代Ⅱ的抽汽流量初始值G_s ^k2，其中，k2为迭代Ⅱ次数，未开始迭代Ⅱ时k2＝0，G_s ⁰为步骤(31)测量得到的给水流量G_w，k2大于0时，G_s ^k2为上一次迭代Ⅱ求得的加热器抽汽流量G_s ^k2′，由G_s ^k2和步骤(31)中测得的给水流量G_w根据步骤(1)得到的函数关系，求得本次迭代Ⅱ中加热器的疏水冷却段的传热单元数NTU₁ ^k2；

(33)将步骤(31)中得到的饱和温度t_h、给水进口温度t_w1和步骤(32)求得的疏水冷却段的传热单元数NTU₁ ^k2带入公式t_od＝t_h-[1-exp(-NTU₁)](t_h-t_w1)，得到本次迭代Ⅱ中加热器的疏水温度t_od ^k2，根据本次迭代Ⅱ中加热器的疏水温度t_od ^k2和步骤(31)测得的疏水压力p_od，通过IFC-67工业用水和水蒸汽热力性质模型计算本次迭代Ⅱ中疏水冷却段的疏水定压比热C'_pl1 ^k2；

步骤(34)～(35)为迭代Ⅲ:

(34)设定疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3，其中，k3为迭代Ⅲ次数，未开始迭代Ⅲ时k3＝0，t_1t ⁰为步骤(31)测算得到的饱和温度t_h，k3大于0时，t_1t ^k3＝t_h-0.001k3，将步骤(31)中测得的饱和温度t_h、给水进口温度t_w1、步骤(33)中计算得到的本次迭代Ⅱ中加热器的疏水温度t_od ^k2以及疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3代入公式计算得到本次迭代Ⅲ中的疏水冷却段传热单元数NTU₁ ^k3；

(35)比较步骤(32)中得到的NTU₁ ^k2和步骤(34)中得到的NTU₁ ^k3，判断是否满足|NTU₁ ^k3-NTU₁ ^k2|≤r3，其中，r3为工程应用的精度要求，0≤r3≤10^-3，满足则进入步骤(36)，否则令k3＝k3+1并回到步骤(34)；

(36)将步骤(31)得到的给水流量G_w、饱和温度t_h、给水进口温度t_w1、给水定压比热C_pl1、步骤(33)得到的疏水温度t_od ^k2、疏水定压比热C'_pl1 ^k2和步骤(34)得到的疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3带入疏水冷却段能量平衡方程求得加热器抽汽流量G_s ^k2′；

(37)比较步骤(36)中求得的加热器抽汽流量G_s ^k2′与步骤(32)中的本次迭代Ⅱ的抽汽流量初始值G_s ^k2，判断是否满足|G_s ^k2’-G_s ^k2|≤r2，其中，r2为工程应用的精度要求，0≤r2≤10^-3，满足则进入步骤(38)，否则令k2＝k2+1并回到步骤(32)；

根据上述迭代Ⅱ和迭代Ⅲ步骤，计算5个试验工况下满足精度要求的加热器抽汽流量G_s、疏水冷却段传热单元数NTU₁、加热器疏水温度t_od以及疏水冷却段给水出口温度t_1t，如表7所示：

表7  5种不同试验工况下通过迭代Ⅱ和迭代Ⅲ计算得到的各热力参数

(38)根据步骤(31)测得的给水流量G_w和饱和压力p_h，通过步骤(26)得到的线性关系式计算得到5个试验工况下的加热器凝结段的传热单元数NTU₂，分别为2.071、2.154、2.572、3.056和3.861；

(39)将步骤(31)得到的饱和温度t_h、步骤(34)求得的疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3和步骤(38)求得的NTU₂代入公式t_2t＝t_h-(t_h-t_1t)exp(-NTU₂)，求得5个给定试验工况下的加热器凝结段给水出口温度t_2t，分别为270.086℃、265.593℃、258.944℃、251.789℃和243.226℃；

(310)根据步骤(31)得到的给水压力p_w和步骤(39)得到的加热器凝结段给水出口温度t_2t，通过IFC-67工业用水和水蒸汽热力性质模型求得过热蒸汽冷却段的定压比热C_pl3；

(311)根据步骤(31)得到的饱和汽焓h_h、抽汽焓值h_s、给水流量G_w、步骤(36)求得的加热器抽汽流量G_s ^k2′、步骤(39)求得的加热器凝结段给水出口温度t_2t和步骤(310)求得的过热蒸汽冷却段的定压比热C_pl3，通过能量平衡方程求得5个给定试验工况下的过热蒸汽冷却段给水出口温度t_w2，分别为274.550℃、270.182℃、263.070℃、255.481℃、247.500℃；

(312)将步骤(31)中得到的饱和温度t_h和步骤(311)中得到的过热蒸汽冷却段给水出口温度t_w2代入公式δ＝t_h-t_w2，计算得到该给定运行工况下加热器的上端差δ；将步骤(31)中得到的给水进口温度t_w1和步骤(33)中得到的疏水温度t_od ^k2代入公式θ＝t_od-t_w1，计算得到该给定运行工况下加热器的下端差θ；

将计算得到的加热器机组的上端差及下端差与机组运行前的试验测量数据进行对比，如表8所示：

表8  计算上、下端差与机组试验数据的对比

可以看出，本发明提供的测算方法能够根据机组运行数据检测加热器在运行过程中任意工况下的上端差及下端差，且测算过程简单清晰，所需测点较少，测算所需的原始机组运行数据易于得到且准确，因此应用在不同负荷运行工况下计算得到的上、下端差值都有较高的精度。

如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)计算加热器疏水冷却段的传热单元数NTU₁与抽汽流量G_s、给水流量G_w的函数关系 ${\mathrm{NTU}}_1=C_1\frac{G_s}{G_w}+C_2;$

(2)计算加热器凝结段的传热单元数NTU₂与给水流量G_w、饱和压力p_h的函数关系 ${\mathrm{NTU}}_2=C_3\frac{G_w}{p_h}+C_4;$

(3)求任意运行工况下加热器的上端差及下端差：

(31)在某一给定运行工况下，测量加热器的饱和压力p_h和给水进口温度t_w1，由此计算得到加热器的饱和温度t_h和饱和汽焓h_h；同时测量加热器的给水流量G_w、给水压力p_w、疏水压力p_od、抽汽压力p_s和抽汽温度t_s，根据给水压力p_w和给水进口温度t_w1计算得到疏水冷却段的给水定压比热C_pl1，根据抽汽压力p_s和抽汽温度t_s计算得到加热器的抽汽焓值h_s；

步骤(32)～(37)为迭代Ⅱ:

(32)设定本次迭代Ⅱ的抽汽流量初始值G_s ^k2，其中，k2为迭代Ⅱ次数，未开始迭代Ⅱ时k2＝0，G_s ⁰为步骤(31)测量得到的给水流量G_w，k2大于0时，G_s ^k2为上一次迭代Ⅱ求得的加热器抽汽流量G_s ^k2′，由抽汽流量初始值G_s ^k2和步骤(31)中测得的给水流量G_w根据步骤(1)得到的函数关系，求得本次迭代Ⅱ中加热器的疏水冷却段的传热单元数NTU₁ ^k2；

(33)将步骤(31)中得到的饱和温度t_h、给水进口温度t_w1和步骤(32)求得的疏水冷却段的传热单元数NTU₁ ^k2带入公式t_od＝t_h-[1-exp(-NTU₁)](t_h-t_w1)，得到本次迭代Ⅱ中加热器的疏水温度t_od ^k2，根据本次迭代Ⅱ中加热器的疏水温度t_od ^k2和步骤(31)测得的疏水压力p_od计算本次迭代Ⅱ中疏水冷却段的疏水定压比热C'_pl1 ^k2；

步骤(34)～(35)为迭代Ⅲ:

(34)设定疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3，其中，k3为迭代Ⅲ次数，未开始迭代Ⅲ时k3＝0，t_1t ⁰为步骤(31)测算得到的饱和温度t_h，k3大于0时，t_1t ^k3＝t_h-0.001k3，将步骤(31)中测得的饱和温度t_h、给水进口温度t_w1、步骤(33)中计算得到的本次迭代Ⅱ中加热器的疏水温度t_od ^k2以及疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3代入公式计算得到本次迭代Ⅲ中的疏水冷却段传热单元数NTU₁ ^k3；

(35)比较步骤(32)中得到的NTU₁ ^k2和步骤(34)中得到的NTU₁ ^k3，判断是否满足|NTU₁ ^k3-NTU₁ ^k2|≤r3，其中，r3为工程应用的精度要求，0≤r3≤10^-3，满足则进入步骤(36)，否则令k3＝k3+1并回到步骤(34)；

(36)将步骤(31)得到的给水流量G_w、饱和温度t_h、给水进口温度t_w1、给水定压比热C_pl1、步骤(33)得到的疏水温度t_od ^k2、疏水定压比热C'_pl1 ^k2和步骤(34)得到的疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3带入疏水冷却段能量平衡方程求得加热器抽汽流量G_s ^k2′；

(37)比较步骤(36)中求得的加热器抽汽流量G_s ^k2′与步骤(32)中的本次迭代Ⅱ的抽汽流量初始值G_s ^k2，判断是否满足|G_s ^k2’-G_s ^k2|≤r2，其中，r2为工程应用的精度要求，0≤r2≤10^-3，满足则进入步骤(38)，否则令k2＝k2+1并回到步骤(32)；

(38)根据步骤(31)测得的给水流量G_w和饱和压力p_h，通过步骤(2)得到的函数关系，计算得到该给定运行工况下的加热器凝结段的传热单元数NTU₂；

(39)将步骤(31)得到的饱和温度t_h、步骤(34)中的疏水冷却段给水出口温度t_1t ^k3和步骤(38)求得的凝结段的传热单元数NTU₂代入公式t_2t＝t_h-(t_h-t_1t)exp(-NTU₂)，求得该给定运行工况下的加热器凝结段给水出口温度t_2t；

(310)根据步骤(31)得到的给水压力p_w和步骤(39)得到的加热器凝结段给水出口温度t_2t，求得过热蒸汽冷却段的定压比热C_pl3；

(311)根据步骤(31)得到的饱和汽焓h_h、抽汽焓值h_s、给水流量G_w、步骤(36)求得的加热器抽汽流量G_s ^k2′、步骤(39)求得的加热器凝结段给水出口温度t_2t和步骤(310)求得的过热蒸汽冷却段的定压比热C_pl3，通过能量平衡方程求得该给定运行工况下的过热蒸汽冷却段给水出口温度t_w2；

(312)将步骤(31)中得到的饱和温度t_h和步骤(311)中得到的过热蒸汽冷却段给水出口温度t_w2代入公式δ＝t_h-t_w2，计算得到该给定运行工况下加热器的上端差δ；将步骤(31)中得到的给水进口温度t_w1和步骤(33)中得到的疏水温度t_od ^k2代入公式θ＝t_od-t_w1，计算得到该给定运行工况下加热器的下端差θ。

2.根据权利要求1所述的卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法，其特征在于：步骤(1)包括如下步骤：

(11)分别在至少五种不同功率的运行工况下测量得到加热器给水压力p_w、饱和压力p_h、疏水温度t_od、给水进口温度t_w1、加热器抽汽流量G_s和给水流量G_w，计算加热器的饱和温度t_h；

(12)将每一个运行工况下的饱和温度t_h、疏水温度t_od和给水进口温度t_w1代入公式计算得到每一个运行工况下加热器疏水冷却段的传热单元数NTU₁；

(13)根据步骤(11)和步骤(12)得到的不同运行工况下的加热器抽汽流量G_s、给水流量G_w和疏水冷却段的传热单元数NTU₁，利用最小二乘方法对NTU₁值进行线性拟合，得到第一常数C₁和第二常数C₂，从而得到NTU₁值与G_s/G_w的函数关系为 ${\mathrm{NTU}}_1=C_1\frac{G_s}{G_w}+C_2.$

3.根据权利要求2所述的卧式三段式给水加热器上端差及下端差的测算方法，其特征在于：步骤(2)包括以下步骤：

步骤(21)～(22)为迭代Ⅰ：

(21)设定疏水冷却段出口水温t_1t ^k1，其中，k1为迭代Ⅰ的次数，未开始迭代Ⅰ时k1＝0，t_1t ⁰为测量得到的饱和温度t_h，k1大于0时，t_1t ^k1＝t_h-0.001k1，将步骤(11)中测量得到加热器的饱和温度t_h、疏水温度t_od、给水进口温度t_w1，连同疏水冷却段出口水温t_1t ^k1代入公式计算得到本次迭代Ⅰ中的疏水冷却段传热单元数NTU₁ ^k1；

(22)比较步骤(21)中求得的本次迭代Ⅰ中的疏水冷却段传热单元数NTU₁ ^k1与步骤(12)中求得的每一个运行工况下加热器疏水冷却段的传热单元数NTU₁进行比较，判断是否满足|NTU₁ ^k1-NTU₁|≤r1，其中，r1为工程应用的精度要求，0≤r1≤10^-3，如满足则进入步骤(23)，否则令k1＝k1+1并回到步骤(21)；

(23)根据步骤(21)求得的满足精度要求的疏水冷却段出口水温t_1t ^k1和步骤(11)测得的给水压力p_w，计算得到疏水冷却段出口水焓值h_1t；

(24)根据步骤(11)测得的饱和压力p_h，计算得到加热器饱和汽焓h_h和饱和水焓值h′_h，将加热器饱和汽焓h_h、饱和水焓值h′_h、步骤(11)中测得的加热器抽汽流量G_s、给水流量G_w以及步骤(23)中得到的疏水冷却段出口水焓值h_1t带入公式计算得到凝结段出口水焓值h_2t；

根据计算得到的凝结段出口水焓值h_2t和步骤(11)测量得到的给水压力p_w，计算得到凝结段出口水温度t_2t；

(25)将步骤(11)中测得的饱和温度t_h、步骤(21)中的疏水冷却段出口水温t_1t ^k1和步骤(24)中求得的凝结段出口水温度t_2t代入公式计算得到加热器凝结段的传热单元数NTU₂；

(26)根据步骤(11)和步骤(25)得到的不同运行工况下的给水流量G_w、饱和压力p_h和加热器凝结段的传热单元数NTU₂值，利用最小二乘方法对NTU₂值进行线性拟合，得到第三常数C₃和第四常数C₄，从而得到NTU₂值与G_w/p_h的函数关系为 ${\mathrm{NTU}}_2=C_3\frac{G_w}{p_h}+C_4.$