CN113361171A - 基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法 - Google Patents

基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113361171A
CN113361171A CN202110655163.3A CN202110655163A CN113361171A CN 113361171 A CN113361171 A CN 113361171A CN 202110655163 A CN202110655163 A CN 202110655163A CN 113361171 A CN113361171 A CN 113361171A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
heat
rotor
ash
heat transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110655163.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113361171B (zh
Inventor
王利民
高荣泽
孙浩家
车得福
王超
王研凯
李迎春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Inner Mongolia Electric Power Research Institute of Inner Mongolia Power Group Co Ltd
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Inner Mongolia Electric Power Research Institute of Inner Mongolia Power Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University, Inner Mongolia Electric Power Research Institute of Inner Mongolia Power Group Co Ltd filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202110655163.3A priority Critical patent/CN113361171B/zh
Publication of CN113361171A publication Critical patent/CN113361171A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113361171B publication Critical patent/CN113361171B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Abstract

本发明公开了一种基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，该方法先采集电厂DCS数据，使用有限差分法构造方程组，结合电厂实际预热器结构参数，利用DCS数据作为边界条件解方程组以求得转子温度分布，从而对积灰情况进行监测。同时创新性地在转子和定子上开孔洞增加测点，最终实现了蓄热元件积灰情况的实时分层监测，并可用于任意分仓数和分层数的回转式空气预热器，实现宏观监测与分层监测的结合，为电厂积灰提供了有效的指导。

Description

基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法
技术领域
本发明属于锅炉积灰监测技术领域，尤其涉及一种基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法。
背景技术
回转式空气预热器在燃煤电厂中已被普遍应用，预热器可以通过烟气加热送入炉膛的一次风、二次风，从而提高炉膛温度，改善燃烧状况，并保证低负荷下着火的稳定性。由于上游烟气中存在过量的氨气，三氧化硫，水蒸气等物质，在回转式空气预热器的波纹板狭缝极易形成硫酸氢铵，从而黏着更多飞灰，导致通道堵塞。当积灰增多时，烟气、空气与蓄热元件的传热能力下降，降低了传热效率。同时积灰增大了流动阻力，严重影响烟气与空气的流通状况。在电厂的实际生产中，由于积灰过多不定期会进行锅炉停检，导致电厂效益降低。若能及时了解预热器内积灰情况，则可以更有效地控制吹灰与停检时间。积灰的实时监测问题亟待解决。
目前电厂中常通过压差，出入口温度，或工人经验来停检、清灰等工作，这存在很多不确定因素，可能因为清灰过早而降低了电厂效益，也可能因为清灰不及时导致清灰困难、蓄热元件受损等。此前也有其他方法进行积灰的监测，但大多数都是空气预热器整体情况的监测，并未进行分层监测。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题设计了一种基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，此方法可以指导电厂更精确地掌握预热器内部的积灰情况，解决目前难以进行分层监测的问题。同时可以嵌入电厂数据系统，进行实时监测，便于技术人员更方便更有效地判断积灰情况。
本发明采用如下技术方案来实现的：
基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，包括以下步骤：
1)对空气预热器转子建立计算模型，通过有限差分法构造方程组；
2)先假设转子第一层的灰污系数ξ和各分仓出口处温度，其中灰污系数为实际传热系数与清洁状态传热系数之比，将已知的各分仓入口温度和其他实时监测数据作已知条件，在第一层进行循环迭代、解方程组，得到第一层所有节点的温度；
3)在每两层相邻的蓄热元件间的各分仓处增加至少一个温度测点；
4)比较各分仓出口温度的计算值与相应的实测温度值，若所有测点处的偏差均在2％以内，则灰污系数的假设合理，若偏差大于2％，则根据偏差的正负重新假设，直到计算值与实测值偏差在2％以内；
5)将第一层节点温度传递给第二层，用同样的方法计算转子所有层的节点温度与灰污系数ξ，灰污系数直接反应积灰情况，当灰污系数为1时代表转子没有积灰。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中，采用了有限差分法并解方程组进行预热器蓄热元件和气体的温度场计算，具体包括以下建模与方程组构造方式：
101)根据回转式空气预热器的工作原理，利用有限差分法对回转式空气预热器的转子所在空间进行离散化，将蓄热体所在空间进行网格化得到若干小单元体；在建立模型时着眼于蓄热体和流体所经过的控制容积，而蓄热体和流体十字交叉流过每个单元格进行换热，得到相应的有限控制体积；基于能量守恒原理，得到控制体的热平衡方程：
Figure BDA0003112388320000021
式中，r、z和θ分别表示回转式空气预热器转子的径向、轴向和切向或其距离；t表示气体的温度；m表示气体的质量流量；c表示气体的比热容；T表示蓄热体传热元件的温度；M表示蓄热体随转子转动进入控制微元的质量流量，与转子的转动速率有关；C表示蓄热体金属的比热容；ψ表示传热元件占转子空间的份额；λ表示导热系数；方程左侧的三项代表了分别由烟气或空气携带、蓄热体携带、蓄热体导热进入控制体积的能量；
102)在控制体积中，流体与蓄热体之间存在相互传热，传热方程被表示为：
Figure BDA0003112388320000031
其中σ表示蓄热体的传热面积密度；方程的左侧代表流体能量的增加量，右侧项代表蓄热体向流体的对流传热；假设条件：转子入口的烟气和空气的温度和成分均匀分布；烟气和传热元件金属的物性参数只与温度有关系；忽略烟气和空气的导热，以及与传热元件的辐射换热；忽略携带漏风对预热器传热的影响；根据传热元件在转子中的装填方式，认为蓄热体在切向的导热为零，忽略蓄热体在径向的导热，只考虑蓄热体在轴向的导热，此时，热平衡方程转换为：
Figure BDA0003112388320000032
回转式空气预热器的传热模型简化为二维模型；采用有限差分法，对热平衡方程和传热方程进行离散，得到如下两式：
Figure BDA0003112388320000033
Figure BDA0003112388320000034
其中，Θ和H分别表示转子在某气体分仓的切向角度和轴向高度；A表示转子上某一个气体分仓的流通面积；fi和fj分别表示每个微元在轴向和切向所占蓄热体的份额；下标i和j用于表示二维模型中离散微元所在的位置；M为蓄热体的质量流量，S为传热元件换热面积，表示为：
M＝ρAHΨΩ/60
S＝σAsH
其中，ρ表示气体密度；Ω表示转子的转速；结合上述方程简化为以下方程组：
Anti-1/2，j+Asti+1/2，j+Assti+3/2，j+Bti，j-1/2＝0
其中：i＝1；j＝1，2，3，...，m；
Annti-3/2，j+Anti-1/2，j+Asti+1/2，j+Assti+3/2，j+Bti，j-1/2＝0
其中：i＝2，3，...，n-1；j＝1，2，3，...，m；
Annti-3/2，j+Anti-1/2，j+Asti+1/2，j+Bti，j-1/2＝0
其中：i＝n；j＝1，2，3，...，m；
Ti，j+1/2+Ti，j-1/2＝Cnti-1/2，j+Csti+1/2，j
其中：i＝1，2，3，...，n；j＝1，2，3，...，m；
在上述方程组中，A，B，C均为简化表示的已知参数，能够直接计算得到。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，迭代流程包含以下步骤：
201)先对第一层传热元件进行温度计算，假设ξ1为第一层的灰污系数，此处定义沿烟道流动方向为顺流，和烟道的流动方向相反为逆流，无论某一分仓的顺逆流情况，其入口温度均用测得的参数直接计算，而出口温度先假设为未知数，这是为了后续将计算值和实测值进行比较；
202)给烟气侧第一分仓蓄热体旋转入口温度节点赋初值，解方程组得到烟气侧第一分仓的所有节点温度分布，将烟气侧第一分仓温度传递给烟气侧第二分仓并用同样方法计算第二分仓的所有节点温度分布，依次类推，得到烟气侧的所有分仓节点温度；
203)将烟气侧温度传递给空气侧，用类似方法解方程组得到空气侧的所有分仓节点温度分布；
204)根据回转式空气预热器的温度连续性，将空气侧旋转出口节点温度与假设的烟气侧旋转进口节点温度进行比较，若二者温差在1％以内，则认为计算收敛，完成第一层节点温度计算；若二者温差大于1％，则重新假设烟气侧旋转入口温度，在第一层进行循环迭代计算，直到第一层蓄热体温度连续性条件得到满足，比较若转子传热元件仅有一层，则整个转子节点温度计算完毕。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，采用温度测量方法，即在各层蓄热元件之间位置的转子与定子上设置所需要个数的孔洞，并在定子外设置无线测温装置，当转子孔洞、定子孔洞与测温设备位于一条直线上时，则可测得转子内部烟气温度，此温度被用作在后续温度场校核计算，从而判断假设的传热系数是否准确。
本发明进一步的改进在于，在步骤2)中，灰污系数ξ定义为当前实际传热系数与清洁无灰状态传热系数之比，它是介于0与1之间的准则数，当灰污系数等于1时，表示该层无积灰。
本发明进一步的改进在于，在步骤5)中，灰污系数ξ定义为当前实际传热系数与清洁无灰状态传热系数之比，它是介于0与1之间的准则数，当灰污系数等于1时，表示该层无积灰。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的基于有限差分法的分层监测空气预热器积灰情况的方法，从根本上解决了当前几乎不能进行空气预热器积灰实时且分层监测的问题。现存方案大多是通过转子出入口温度、压力等参数来间接测度转子整体的积灰情况，而当转子由多层蓄热元件组成时，一般来说靠近热端的层积灰少，靠近冷端的层积灰多，只有掌握了各层的积灰情况，才能更好地精准地吹灰和检修，若仅对转子整体积灰情况进行估计，易出现整体积灰状况尚且良好但局部积灰严重的情况，会极大的影响技术人员的判断。此方法通过增加相邻蓄热元件层间的温度测点，可以获得各层之间的温度，从而以此为根据，假设各层积灰系数、利用有限差分法列方程组计算迭代转子所有位置的温度分布情况，并求得实际的各层积灰系数。从原理上讲，对某一层蓄热元件来说，若温度方面只测得入口或进口的温度，则另一侧的温度便不可求得；反之，若获得了两侧温度，再加之其他条件，便可通过假设、迭代、计算、校核的方法得到整层的温度，从而可计算得到此层的平均灰污系数，此灰污系数即可代表本层的积灰情况。将此方法写入计算机，并连入电厂的在线数据系统，便可实现积灰的分层、实时监测，这对电厂空气预热器吹灰维修有着极大的指导意义。
附图说明
图1为计算模型的控制体积图；
图2为由三维模型简化为二维模型的计算网格图；
图3为开孔测温的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图对技术方案进行更清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方案只是本发明的一种实施例，而不是全部的实施例。基于此实施例，所有在没有进行创造性劳动的前提下作出的其他方法，都属于本发明的保护范围。
为实现实时监测功能，本发明提供的基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，该方法需要采集预热器结构参数与电厂DCS原始数据，其中包括：燃料工业分析和元素分析，锅炉煤耗量及负荷，锅炉运行效率，空预器性能及结构参数，蓄热元件的结构及传热性能参数，各分仓及各段比例，空预器运行参数，烟气侧、空气侧每层进出口温度以及流量，仓格流动方向压差。
下面介绍本发明的模型建立方法。根据回转式空气预热器的工作原理，利用有限差分法对回转式空气预热器的转子所在空间进行离散化，将蓄热体所在空间进行网格化得到若干小单元体；在建立模型时着眼于蓄热体和流体所经过的控制容积，而蓄热体和流体十字交叉流过每个单元格进行换热，得到相应的有限控制体积，如图1所示；基于能量守恒原理，得到控制体的热平衡方程：
Figure BDA0003112388320000071
式中，r、z和θ分别表示回转式空气预热器转子的径向、轴向和切向或其距离；t表示气体的温度；m表示气体的质量流量；c表示气体的比热容；T表示蓄热体传热元件的温度；M表示蓄热体随转子转动进入控制微元的质量流量，与转子的转动速率有关；C表示蓄热体金属的比热容；ψ表示传热元件占转子空间的份额；λ表示导热系数；方程左侧的三项代表了分别由烟气或空气携带、蓄热体携带、蓄热体导热进入控制体积的能量；
在控制体积中，流体与蓄热体之间存在相互传热，传热方程被表示为：
Figure BDA0003112388320000072
其中σ表示蓄热体的传热面积密度；方程的左侧代表流体能量的增加量，右侧项代表蓄热体向流体的对流传热；假设条件：转子入口的烟气和空气的温度和成分均匀分布；烟气和传热元件金属的物性参数只与温度有关系；忽略烟气和空气的导热，以及与传热元件的辐射换热；忽略携带漏风对预热器传热的影响；根据传热元件在转子中的装填方式，认为蓄热体在切向的导热为零，忽略蓄热体在径向的导热，只考虑蓄热体在轴向的导热，此时，热平衡方程转换为：
Figure BDA0003112388320000073
如图2所示，回转式空气预热器的传热模型简化为二维模型；采用有限差分法，对热平衡方程和传热方程进行离散，得到如下两式：
Figure BDA0003112388320000081
Figure BDA0003112388320000082
其中，Θ和H分别表示转子在某气体分仓的切向角度和轴向高度；A表示转子上某一个气体分仓的流通面积；fi和fj分别表示每个微元在轴向和切向所占蓄热体的份额；下标i和j用于表示二维模型中离散微元所在的位置；M为蓄热体的质量流量，S为传热元件换热面积，可表示为：
M＝ρAHΨΩ/60
S＝σAsH
其中，ρ表示气体密度；Ω表示转子的转速；结合上述方程简化为以下方程组：
Anti-1/2，j+Asti+1/2，j+Assti+3/2，j+Bti，j-1/2＝0
其中：i＝1；j＝1，2，3，...，m；
Annti-3/2，j+Anti-1/2，j+Asti+1/2，j+Assti+3/2，j+Bti，j-1/2＝0
其中：i＝2，3，...，n-1；j＝1，2，3，...，m；
Annti-3/2，j+Anti-1/2，j+Asti+1/2，j+Bti，j-1/2＝0
其中：i＝n；j＝1，2，3，...，m；
Ti，j+1/2+Ti，j-1/2＝Cnti-1/2，j+Cxti+1/2，j
其中：i＝1，2，3，...，n；j＝1，2，3，...，m；
在上述方程组中，A，B，C均为简化表示的已知参数，可直接计算得到。
进行迭代计算之前，需要在各温度段之间进行开孔测温，若空预器分为s个单位仓格，那么在热段、中温段交界处与中温段、冷段交界处的转子上开x个孔洞(其中x≤s)。同时，在转子上再开y个孔洞(其中y≤s)。在定子圆孔外安装x个测温仪。开孔测温系统如图3所示，孔洞大小以不影响测温仪工作为准，且不宜过大。
当转子旋转到转子与定子孔洞相对时，测温仪便可得到蓄热元件各层间的温度，对该转子圆孔进行标号，从烟气仓靠近二次风仓的第一个仓格开始编码，逆时针依次编号为1，2，3……以s取32，其中烟气仓16仓格，一次风仓6仓格，二次风仓10仓格为例，转子旋转时红外测温仪便可测得其烟温。通过s，x，y的值便可计算得到转子每旋转一圈系统可测得的温度数据个数，其中1至16号为烟气仓温度，17至22号为一次风仓温度，23号至32号为二次风仓温度。
燃煤电厂普遍应用三分仓空气预热器，故以下迭代算法说明以典型三分仓回转式空气预热器为例(其中烟气侧顺流，空气侧均为逆流)，二分仓、四分仓、五分仓等其它种类空气预热器同理，均可利用类似方法计算得到，计算时空气预热器旋转方向为由烟气至一次风至二次风。同时，该迭代算法可以应用于大于等于两层的任意数目分层预热器，此说明仅以业内常用的三层式空气预热器(热段、中温段和冷段)为例进行算法详述。
由于监测积灰时整个发电系统已运行一段时间达到稳定，故可先合理假设计算前提为转子整体已达到稳态传热，再进行以下步骤：
(1)假设ξR为热段(第一层)的灰污系数，热段所有仓的入口温度已知，根据已知的参数给烟气仓旋转入口的蓄热体温度节点赋初值，结合已知参数，可解方程组计算得到热段烟气仓的所有节点温度，将其传递给一次风仓和二次风仓，用同样方法计算得到温度，根据回转式空气预热器的温度连续性，将空气侧旋转出口节点温度与假设的烟气侧旋转入口节点温度进行比较，若二者温差在1％以内，则认为计算收敛，完成第一层节点温度计算，若二者温差大于1％，则重新假设烟气侧旋转入口温度，在第一层进行循环迭代计算，直到第一层蓄热体温度连续性条件得到满足；
(2)比较第一层烟气仓、一次风仓和二次风仓出口温度的计算值与相应的实测温度值，若所有测点处的偏差均在2％以内，则灰污系数的假设合理，若偏差大于2％，则根据偏差的正负重新假设，直到计算值与实测值偏差在2％以内；
(3)假设ξZw为中温段(第二层)的灰污系数，将热段温度分布传递给中温段，重复步骤(1)的类似方法，可以计算得到中温段的所有节点温度；
(4)假设ξL为冷段(第三层)的灰污系数。将中温段温度分布传递给冷段。重复步骤(1)的类似方法，可以计算得到冷段(第三层)的温度分布。至此，整个转子温度与灰污系数计算完毕，此灰污系数可实时指导电厂技术人员进行吹灰与检修。
以上说明显示了本发明的主要特征、基本原理和独特优点。本发明所述的实施例并不代表全部的实施方案。凡是不经过创造性劳动对本发明进行的润色与改进都属于本发明的保护范围。
本领域技术人员应该了解，不脱离本发明的原理前提下，采用等效替代所得到的其他相似技术方案，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对空气预热器转子建立计算模型，通过有限差分法构造方程组；
2)先假设转子第一层的灰污系数ξ和各分仓出口处温度，其中灰污系数为实际传热系数与清洁状态传热系数之比，将已知的各分仓入口温度和其他实时监测数据作已知条件，在第一层进行循环迭代、解方程组，得到第一层所有节点的温度；
3)在每两层相邻的蓄热元件间的各分仓处增加至少一个温度测点；
4)比较各分仓出口温度的计算值与相应的实测温度值，若所有测点处的偏差均在2％以内，则灰污系数的假设合理，若偏差大于2％，则根据偏差的正负重新假设，直到计算值与实测值偏差在2％以内；
5)将第一层节点温度传递给第二层，用同样的方法计算转子所有层的节点温度与灰污系数ξ，灰污系数直接反应积灰情况，当灰污系数为1时代表转子没有积灰。
2.根据权利要求1所述的基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，其特征在于，步骤1)中，采用了有限差分法并解方程组进行预热器蓄热元件和气体的温度场计算，具体包括以下建模与方程组构造方式：
101)根据回转式空气预热器的工作原理，利用有限差分法对回转式空气预热器的转子所在空间进行离散化，将蓄热体所在空间进行网格化得到若干小单元体；在建立模型时着眼于蓄热体和流体所经过的控制容积，而蓄热体和流体十字交叉流过每个单元格进行换热，得到相应的有限控制体积；基于能量守恒原理，得到控制体的热平衡方程：
Figure FDA0003112388310000011
式中，r、z和θ分别表示回转式空气预热器转子的径向、轴向和切向或其距离；t表示气体的温度；m表示气体的质量流量；c表示气体的比热容；T表示蓄热体传热元件的温度；M表示蓄热体随转子转动进入控制微元的质量流量，与转子的转动速率有关；C表示蓄热体金属的比热容；ψ表示传热元件占转子空间的份额；λ表示导热系数；方程左侧的三项代表了分别由烟气或空气携带、蓄热体携带、蓄热体导热进入控制体积的能量；
102)在控制体积中，流体与蓄热体之间存在相互传热，传热方程被表示为：
Figure FDA0003112388310000021
其中σ表示蓄热体的传热面积密度；方程的左侧代表流体能量的增加量，右侧项代表蓄热体向流体的对流传热；假设条件：转子入口的烟气和空气的温度和成分均匀分布；烟气和传热元件金属的物性参数只与温度有关系；忽略烟气和空气的导热，以及与传热元件的辐射换热；忽略携带漏风对预热器传热的影响；根据传热元件在转子中的装填方式，认为蓄热体在切向的导热为零，忽略蓄热体在径向的导热，只考虑蓄热体在轴向的导热，此时，热平衡方程转换为：
Figure FDA0003112388310000022
回转式空气预热器的传热模型简化为二维模型；采用有限差分法，对热平衡方程和传热方程进行离散，得到如下两式：
Figure FDA0003112388310000023
其中，Θ和H分别表示转子在某气体分仓的切向角度和轴向高度；A表示转子上某一个气体分仓的流通面积；fi和fj分别表示每个微元在轴向和切向所占蓄热体的份额；下标i和j用于表示二维模型中离散微元所在的位置；M为蓄热体的质量流量，S为传热元件换热面积，表示为：
M＝ρAHΨΩ/60
s＝σAsH
其中，ρ表示气体密度；Ω表示转子的转速；结合上述方程简化为以下方程组：
Anti-1/2，j+Asti+1/2，j+Assti+3/2，j+Bti，j-1/2＝0
其中：i＝1；j＝1，2，3，...，m；
Annti-3/2，j+Anti-1/2，j+Asti+1/2，j+Assti+3/2，j+Bti，j-1/2＝0
其中：i＝2，3，...，n-1；j＝1，2，3，...，m；
Annti-3/2，j+Anti-1/2，j+Asti+1/2，j+Bti，j-1/2＝0
其中：i＝n；j＝1，2，3，...，m；
Ti，j+1/2+Ti，j-1/2＝Cnti-1/2，j+Csti+1/2，j
其中：i＝1，2，3，..，n；j＝1，2，3，...，m；
在上述方程组中，A，B，C均为简化表示的已知参数，能够直接计算得到。
3.根据权利要求2所述的基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，其特征在于，步骤2)中，迭代流程包含以下步骤：
201)先对第一层传热元件进行温度计算，假设ξ1为第一层的灰污系数，此处定义沿烟道流动方向为顺流，和烟道的流动方向相反为逆流，无论某一分仓的顺逆流情况，其入口温度均用测得的参数直接计算，而出口温度先假设为未知数，这是为了后续将计算值和实测值进行比较；
202)给烟气侧第一分仓蓄热体旋转入口温度节点赋初值，解方程组得到烟气侧第一分仓的所有节点温度分布，将烟气侧第一分仓温度传递给烟气侧第二分仓并用同样方法计算第二分仓的所有节点温度分布，依次类推，得到烟气侧的所有分仓节点温度；
203)将烟气侧温度传递给空气侧，用类似方法解方程组得到空气侧的所有分仓节点温度分布；
204)根据回转式空气预热器的温度连续性，将空气侧旋转出口节点温度与假设的烟气侧旋转进口节点温度进行比较，若二者温差在1％以内，则认为计算收敛，完成第一层节点温度计算；若二者温差大于1％，则重新假设烟气侧旋转入口温度，在第一层进行循环迭代计算，直到第一层蓄热体温度连续性条件得到满足，比较若转子传热元件仅有一层，则整个转子节点温度计算完毕。
4.根据权利要求1所述的基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，其特征在于，步骤3)中，采用温度测量方法，即在各层蓄热元件之间位置的转子与定子上设置所需要个数的孔洞，并在定子外设置无线测温装置，当转子孔洞、定子孔洞与测温设备位于一条直线上时，则可测得转子内部烟气温度，此温度被用作在后续温度场校核计算，从而判断假设的传热系数是否准确。
5.根据权利要求1所述的基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，其特征在于，在步骤2)中，灰污系数ξ定义为当前实际传热系数与清洁无灰状态传热系数之比，它是介于0与1之间的准则数，当灰污系数等于1时，表示该层无积灰。
6.根据权利要求1所述的基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法，其特征在于，在步骤5)中，灰污系数ξ定义为当前实际传热系数与清洁无灰状态传热系数之比，它是介于0与1之间的准则数，当灰污系数等于1时，表示该层无积灰。
CN202110655163.3A 2021-06-11 2021-06-11 基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法 Active CN113361171B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110655163.3A CN113361171B (zh) 2021-06-11 2021-06-11 基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110655163.3A CN113361171B (zh) 2021-06-11 2021-06-11 基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113361171A true CN113361171A (zh) 2021-09-07
CN113361171B CN113361171B (zh) 2022-12-09

Family

ID=77534043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110655163.3A Active CN113361171B (zh) 2021-06-11 2021-06-11 基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113361171B (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007315696A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Toshiba Corp 空気予熱器の診断装置および診断方法
US20090095440A1 (en) * 2006-02-25 2009-04-16 Manfred Gietz Method for optimised operation of an air preheater and air preheater
CN101598688A (zh) * 2009-06-10 2009-12-09 东南大学 基于煤质在线测量的锅炉灰污监测及吹灰优化方法
JP2010255972A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 伝熱管監視装置
KR20150020789A (ko) * 2013-08-19 2015-02-27 주식회사 투윈스컴 공기예열기 오염상태 실시간 감시장치
CN105091932A (zh) * 2015-08-07 2015-11-25 江苏方天电力技术有限公司 一种三分仓回转式预热器分段积灰监测方法
CN106528999A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 沈阳工业大学 基于有限公式改进数学模型的电机温度场迭代计算方法
CN107355810A (zh) * 2017-08-31 2017-11-17 西安西热节能技术有限公司 一种回转式空气预热器密封结构
CN109442469A (zh) * 2018-11-06 2019-03-08 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种火电厂空气预热器可视化状态监测装置及方法
CN109540589A (zh) * 2018-10-30 2019-03-29 西安交通大学 一种炉内积灰的实时在线监测采样装置及其操作方法
CN110030573A (zh) * 2019-05-08 2019-07-19 国网湖南省电力有限公司 一种防止回转式空气预热器积灰沾污的系统
CN111539105A (zh) * 2020-04-23 2020-08-14 西安西热节能技术有限公司 一种计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090095440A1 (en) * 2006-02-25 2009-04-16 Manfred Gietz Method for optimised operation of an air preheater and air preheater
JP2007315696A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Toshiba Corp 空気予熱器の診断装置および診断方法
JP2010255972A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 伝熱管監視装置
CN101598688A (zh) * 2009-06-10 2009-12-09 东南大学 基于煤质在线测量的锅炉灰污监测及吹灰优化方法
KR20150020789A (ko) * 2013-08-19 2015-02-27 주식회사 투윈스컴 공기예열기 오염상태 실시간 감시장치
CN105091932A (zh) * 2015-08-07 2015-11-25 江苏方天电力技术有限公司 一种三分仓回转式预热器分段积灰监测方法
CN106528999A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 沈阳工业大学 基于有限公式改进数学模型的电机温度场迭代计算方法
CN107355810A (zh) * 2017-08-31 2017-11-17 西安西热节能技术有限公司 一种回转式空气预热器密封结构
CN109540589A (zh) * 2018-10-30 2019-03-29 西安交通大学 一种炉内积灰的实时在线监测采样装置及其操作方法
CN109442469A (zh) * 2018-11-06 2019-03-08 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种火电厂空气预热器可视化状态监测装置及方法
CN110030573A (zh) * 2019-05-08 2019-07-19 国网湖南省电力有限公司 一种防止回转式空气预热器积灰沾污的系统
CN111539105A (zh) * 2020-04-23 2020-08-14 西安西热节能技术有限公司 一种计算存在系统边界外热量损失的锅炉效率的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHI YUANHAO ET AL.: "On-line monitoring of ash fouling for air pre-heaters in coal-fired power plant boiler", 《 2017 29TH CHINESE CONTROL AND DECISION CONFERENCE》 *
岳峻峰等: "三分仓回转式空气预热器积灰分段监测模型研究", 《动力工程学报》 *
殷礼: "回转式空预器换热元件积灰和腐蚀的分析及处理", 《科技风》 *
王海燕等: "回转式空气预热器换热性能在线监测", 《锅炉技术》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113361171B (zh) 2022-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111339716B (zh) 一种锅炉高温烟气流场在线代理模型构建方法
CN111695249B (zh) 一种燃气锅炉热效率的预测方法
CN112283689B (zh) 燃煤电站锅炉受热面积灰在线监测系统及其检测方法
CN106322412B (zh) 基于二维寻优的燃煤机组对流受热面智能吹灰方法
CN105184395A (zh) 含余热利用系统的火电机组的初参数确定方法
CN109829189B (zh) 一种基于数值模拟的炉膛结渣厚度判断方法
CN106709133A (zh) 基于神经网络曲面拟合的核电站堆芯温度场软测量方法
CN103914615A (zh) 一种带自校正功能的回转式空预器温度场在线估计方法
Liu et al. An overview of modelling and simulation of thermal power plant
WO2022011723A1 (zh) 一种基于ansys的高温碳化炉多场耦合应力分布模拟方法
Shi et al. Ash fouling monitoring and key variables analysis for coal fired power plant boiler
CN102494895B (zh) 对电站汽轮机组节能及优化的分析方法
CN113361171B (zh) 基于有限差分法的回转式空气预热器积灰分层监测方法
CN112989694B (zh) 受热面灰污区段化监测系统及方法
CN100363926C (zh) 一种火电厂管道热效率的在线分析监测系统
CN202216928U (zh) 一种锅炉对流受热面灰污监测装置
Li et al. Prediction of pollution state of heating surface in coal-fired utility boilers
CN111507009A (zh) 一种基于x-比修正的回转式空气预热器换热效率计算方法
CN111783309A (zh) 基于内部守恒的蒸汽供热网络动态仿真方法
CN107133468B (zh) 一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法
CN113609797B (zh) 一种基于cfd的动叶端壁复合射流下气膜冷却特性仿真方法
CN101382458B (zh) 基于转子温度场模拟计算的电站锅炉空预器热点检测方法
CN111274668A (zh) 一种提升集中供热管网时序数据质量方法
WO2022011724A1 (zh) 一种基于workbench的低温碳化炉多耦合场应力分布的模拟方法
CN1936907A (zh) 并列运行机组蒸汽母管的动态建模方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant