CN109580241B - 一种凝汽器污染程度的定量分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种凝汽器污染程度的定量分析方法，包括第一步：采样计算凝汽器在最佳工况下的平均换热系数K_max；第二步：采样计算凝汽器在最差工况下的平均换热系数K_min；第三步：实时检测凝汽器在投入当前汽轮机组运行时，凝汽器的平均换热系数K₀；第四步：计算凝汽器的污染系数ε，

本发明简单实用，实施方便，实现了快速、准确、直观地定量分析凝汽器的污染程度，大大提高机组运行的经济性，并且还用于对凝汽器的在线清洗装置和高压水冲洗的效果进行定量的分析和评估。

Description

一种凝汽器污染程度的定量分析方法

技术领域

本发明涉及火力发电厂凝汽器的性能检测技术领域，尤其是一种凝汽器污染程度的定量分析方法。

背景技术

凝汽器是一种用于将汽轮机排汽冷凝成水的一种换热器，又称复水器。凝汽器主要用于汽轮机动力装置中，分为水冷凝汽器和空冷凝汽器两种。凝汽器除将汽轮机的排汽冷凝成水供锅炉重新使用外，还能在汽轮机排汽处建立真空和维持真空。

凝汽器的工作性能直接影响到整个机组的安全性和经济性。凝汽器真空度是反映凝汽器工作状况的主要指标，也是影响汽轮机组安全经济运行的主要因素。在实际运行作业的过程中，影响凝汽器真空度的因素很多，如汽轮机的机组负荷、空气漏入、循环水温度与流量、凝汽器水位、铜管冷却效果等等，这些因素均与凝汽器真空度有关，其中凝汽器中用于热交换的铜管的冷却效果是实际运行中影响凝汽器真空度的最主要因素之一。

目前，大部分机组仅通过凝汽器真空、端差等参数来定性地了解凝汽器的污染情况，并不能对凝汽器的污染程度及其真空度的变化趋势进行准确地定量分析。与此同时，当前也大量地采用了工程热力学、传热学的相关理论对凝汽器的换热情况进行研究，但是其分析过程繁琐复杂，无法提供一个定量分析结果来指导生产，难以满足生产现场的应用要求，并且适用性差。

发明内容

本发明的目的就是要解决当前难以对凝汽器的污染程度及其真空度的变化趋势进行准确地定量分析，并且现有的分析方法存在难以满足生产现场的应用要求和适用性差的问题，为此提供一种凝汽器污染程度的定量分析方法。

本发明的具体方案是：一种凝汽器污染程度的定量分析方法，包括有以下步骤：

第一步：采样检测凝汽器在最佳工况下运行时的循环冷却水进、出口温度T₁、T₂和汽轮机的排气温度T₀,并计算凝汽器在最佳工况下运行时的平均换热系数K_max,其中

最佳工况是指凝汽器在刚投入汽轮机组刚运行并达到最佳真空度时的运行工况；

第二步：采样检测凝汽器在最差工况下运行时的循环冷却水进、出口温度T₁’、T₂’和汽轮机的排气温度T₀’,并计算凝汽器在最差工况下运行时的平均换热系数K_min，其中

最差工况是指凝汽器在投入汽轮机组运行一段时间后，凝汽器因其换热管结垢而导致真空度下降到最低并不能维持运行时的运行工况；

第三步：实时检测凝汽器在投入当前汽轮机组运行时，汽轮机的排气温度t₀和凝汽器的循环冷却水进、出口温度t₁、t₂，并计算凝汽器当前的平均换热系数K₀，其中

第四步：计算凝汽器的污染系数ε，

其中ε的值在0-100％之间，ε的值越大表明凝汽器的污染状况越严重。

本发明中所述凝汽器在投入当前汽轮机组运行时，计算凝汽器中循环的冷却水的最大温差Δt_max与最小温差Δt_min，并在

时，在第一步、第二步和第三步中的平均换热系数K_max、K_min和K₀，分别用K_max’、K_min’和K₀’替代，并且

本发明中在对凝汽器最佳工况下的平均换热系数K_max和最差工况下的平均换热系数K_min进行采样计算包括如下步骤：(1)对处于最佳和最差工况下运行的凝汽器均抽选至少10台，分别进行采样检测，以计算得到分别表征平均换热系数K_max和K_min的两组数据组；(2)对这两组数据组的数据采用3δ准则进行数据处理，剔除处于数值分布区间(μ-2δ,μ+2δ)以外的属于粗大误差的数据，保留处于数值分布区间(μ-2δ,μ+2δ)以内的属于随机误差的数据，其中μ和δ分别为每组数据组的均值与标准偏差；(3)对第(2)步中每个数组保留下来的数据分别求均值，以获得处理后的平均换热系数K_max和平均换热系数K_min，并将这两个换热系数作为求取凝汽器的污染系数ε的参考基准。

本发明提供了一种凝汽器污染程度的定量分析方法的应用，基于上述的凝汽器当前的平均换热系数K用于监测凝汽器的在线清洗装置的运行效果，并且还用于对凝汽器进行高压水冲洗时的清洗效果进行定量分析评估。

本发明简单实用，实施方便，在实际分析的过程中不用新增设测点，也不用对现有系统进行改造，仅通过对现场运行参数进行采集、简单处理后，就可以用来定量分析凝汽器的污染程度，而且快速、准确、直观、方便；另外，它还能够应用到机组日常运行中对凝汽器铜管结垢情况的分析和监视，提高机组运行的经济性；与此同时，它还可以用于对凝汽器胶球、自旋纽带、超声波等在线清洗装置的运行效果进行监测，也可以对高压水冲洗等离线清洗的效果进行定量的分析评估。

附图说明

图1是在实施例1中凝汽器结垢情况的曲线图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种凝汽器污染程度的定量分析方法，包括有以下步骤：

第一步：采样检测凝汽器在最佳工况下运行时的循环冷却水进、出口温度T₁、T₂和汽轮机的排气温度T₀,并计算凝汽器在最佳工况下运行时的平均换热系数K_max,其中

第二步：采样检测凝汽器在最差工况下运行时的循环冷却水进、出口温度T₁’、T₂’和汽轮机的排气温度T₀’,并计算凝汽器在最差工况下运行时的平均换热系数K_min，其中

第三步：实时检测凝汽器在投入当前汽轮机组运行时，汽轮机的排气温度t₀和凝汽器的循环冷却水进、出口温度t₁、t₂，并计算凝汽器当前的平均换热系数K₀，其中

第四步：计算凝汽器的污染系数ε，

其中ε的值在0-100％之间，ε的值越大表明凝汽器的污染状况越严重。

本实施例中所述凝汽器在投入当前汽轮机组运行时，计算凝汽器中循环的冷却水的最大温差Δt_max与最小温差Δt_min，并在

时，在第一步、第二步和第三步中的平均换热系数K_max、K_min和K₀，分别用K_max’、K_min’和K₀’替代，并且

本实施例中在对凝汽器最佳工况下的平均换热系数K_max和最差工况下的平均换热系数K_min进行采样计算包括如下步骤：(1)对处于最佳和最差工况下运行的凝汽器均抽选至少10台，分别进行采样检测，以计算得到分别表征平均换热系数K_max和K_min的两组数据组；(2)对这两组数据组的数据采用3δ准则进行数据处理，剔除处于数值分布区间(μ-2δ,μ+2δ)以外的属于粗大误差的数据，保留处于数值分布区间(μ-2δ,μ+2δ)以内的属于随机误差的数据，其中μ和δ分别为每组数据组的均值与标准偏差，其中数值分布在(μ-2δ,μ+2δ)中的概率为0.9544；(3)对第(2)步中每个数组保留下来的数据分别求均值，以获得处理后的平均换热系数K_max和平均换热系数K_min，并将这两个换热系数作为求取凝汽器的污染系数ε的参考基准。

本实施例中凝汽器的污染系数ε动态地反映了凝汽器内用于热交换的铜管的结垢情况，污染系数ε定量地表示最大换热系数与实测换热系数的差值占最大换热系数与最小换热系数的差值的百分比，其计算公式为：

式(1-1)中，k₀为机组运行时凝汽器的实际换热系数，k_max和k_min分别为凝汽器在最佳工况和最差工况下运行的换热系数；最佳工况是指凝汽器在刚投入汽轮机组刚运行并达到最佳真空度时的运行工况；最差工况是指凝汽器在投入汽轮机组运行一段时间后，凝汽器因其换热管结垢而导致真空度下降到最低并不能维持运行时的运行工况。

然而，基于当前的设备状态，不能直接通过现有的传感设备来测量凝汽器的实际换热系数k₀和最佳、最差工况下运行的换热系数k_max与k_min，只能通过其它手段来解决。

公知，汽轮机组的凝汽器采用的是一种壳管式换热器，其热量传递过程可以用下面的传热方程式来描述：

Q＝cmΔt＝kFΔt_m (1-2)；

式(1-2)中，Q为换热量，c为冷却水比比热容，m为凝汽器中循环冷却水的质量流量，Δt为凝汽器中循环冷却水的温升，k为凝汽器换热系数，F为凝汽器的换热面积，Δtm为凝汽器换热的平均温压。

对式(1-2)所述的传热方程式进行推导，得到：

对式(1-3)进一步推导得到凝汽器的换热系数为：

由于一台凝汽器在投入使用后，其冷却面积、结构形式等都已确定，在不考虑循环冷却水流量变化的情况下，令常数

并且在这里引入新的变量凝汽器的平均换热系数K，令K＝Δt/Δt_m，则式(1-4)可简化为：

k＝CK，其中C为常数 (1-5)；

由此，将式(1-5)引入式(1-1)得到：

为了便于现场应用，对于任意工况下的K值进行如下继续简化：

由于K＝Δt/Δt_m,Δt＝t₂-t₁,Δt_m＝t₂-t₁/㏑(t₀-t₁/t₀-t₂)，则可以得出：

其中t₀为汽轮机的排气温度，t₁、t₂为凝汽器的循环冷却水进、出口温度 (1-7)；

由此，根据式(1-7)可分别计算凝汽器在最佳工况和最差工况下的平均换热系数K_max和K_min，以及凝汽器当前工况下的平均换热系数K₀；

并且由公式

计算出凝汽器当前的污染状况。

本实施例提供了一种凝汽器污染程度的定量分析方法的应用，基于上述的凝汽器当前的平均换热系数K用于监测凝汽器的在线清洗装置的运行效果，并且还用于对凝汽器进行高压水冲洗时的清洗效果进行定量分析评估。

下面以实际采集某热力车间的一台发电机组凝汽器实际运行数据，对凝汽器的结垢情况进行分析，并以此验证上述模型的分析结果与现场的符合程度。以某日停机清洗的冷凝器为界，分别选取停机前8个小时的运行数据和清洗投运后8个小时的凝汽器运行数据，通过上述K_max’、K_min’的公式模型来计算凝汽器在最佳工况和最差工况下的k_max和K_min值。

(1)凝汽器在停机前一天8个小时的运行状况如下：

(2)凝汽器在后一天清洗投运后8个小时的运行状况如下：

考虑到在实际运行中，凝汽器并未达到最差工况以及清洗效果等因素的影响，将两种运行工况下的K值进行平均后分别用0.95和1.05的系数进行修正(在此过程中没有采用3δ准则进行数据处理)，使之更接近于凝汽器的实际K值。通过计算，可以得出凝汽器在最佳工况和最差工况下的k_max和K_min值，其中k_max＝0.547177，K_min＝0.332711。

接下来我们用计算得出的凝汽器在最佳工况和最差工况下的k_max和K_min值来分析凝汽器的结垢情况。

(1)某台发电机组凝汽器在停机清洗前的运行状况如下：

(2)某台发电机组凝汽器在停机清洗后的运行状况如下：

根据上述统计和计算数据，得到该凝汽器的结垢情况的曲线如附图1所示。

对凝汽器的实际运行参数进行分析，凝汽器投用初期时结垢速度很快，第一天结垢系数增加值在10％以上，当结垢系数达到20％以后，结垢平均速率约为1.6％/天，此结果与实际运行中机组凝汽器从清洗后投用到停机清洗的周期一般为2个月左右相吻合，这也综合反映出了水垢、污垢、生物粘泥三类物质在凝汽器铜管水侧沉积速度的差异。

Claims (3)

1.一种凝汽器污染程度的定量分析方法，其特征是：包括以下步骤：

第一步：采样检测凝汽器在最佳工况下运行时的循环冷却水进、出口温度T₁、T₂和汽轮机的排气温度T₀,并计算凝汽器在最佳工况下运行时的平均换热系数K_max,其中

第二步：采样检测凝汽器在最差工况下运行时的循环冷却水进、出口温度T₁’、T₂’和汽轮机的排气温度T₀’,并计算凝汽器在最差工况下运行时的平均换热系数K_min，其中

第三步：实时检测凝汽器在投入当前汽轮机组运行时，汽轮机的排气温度t₀和凝汽器的循环冷却水进、出口温度t₁、t₂，并计算凝汽器当前的平均换热系数K₀，其中

第四步：计算凝汽器的污染系数ε，

其中ε的值在0-100％之间，ε的值越大表明凝汽器的污染状况越严重。

2.根据权利要求1所述的一种凝汽器污染程度的定量分析方法，其特征是：所述凝汽器在投入当前汽轮机组运行时，计算凝汽器中循环的冷却水的最大温差Δt_max与最小温差Δt_min，并在

时，在第一步、第二步和第三步中的平均换热系数K_max、K_min和K₀，分别用K_max’、K_min’和K₀’替代，并且

3.根据权利要求1或2所述的一种凝汽器污染程度的定量分析方法，其特征是：在对凝汽器最佳工况下的平均换热系数K_max和最差工况下的平均换热系数K_min进行采样计算包括如下步骤：(1)对处于最佳和最差工况下运行的凝汽器均抽选至少10台，分别进行采样检测，以计算得到分别表征平均换热系数K_max和K_min的两组数据组；(2)对这两组数据组的数据采用3δ准则进行数据处理，剔除处于数值分布区间(μ-2δ,μ+2δ)以外的属于粗大误差的数据，保留处于数值分布区间(μ-2δ,μ+2δ)以内的属于随机误差的数据，其中μ和δ分别为每组数据组的均值与标准偏差；(3)对第(2)步中每个数组保留下来的数据分别求均值，以获得处理后的平均换热系数K_max和平均换热系数K_min，并将这两个换热系数作为求取凝汽器的污染系数ε的参考基准。

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