CN114004159A - 一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，包括：步骤1，开展余热锅炉过热器变工况效能计算；步骤2，将过热器效能计算所取边界参数、总体传热系数相对于基准工况(设计工况)相关参数的变化量训练套索回归算法，构建变工况下总体传热系数简化计算模型；步骤3，将过热器水力计算所取边界参数、水侧压损相对于基准工况(设计工况)相关参数的变化量训练套索回归算法，构建变工况下水侧压损的简化计算模型；步骤4，基于余热锅炉效能计算的边界参数，总体传热系数、水侧压损的简化计算模型，开展过热器效能计算，输出过热器出口蒸汽温度和压力。本发明无需进行复杂、繁琐的迭代计算，可简便且准确的进行余热锅炉过热器变工况效能计算。

Description

一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法

技术领域

本发明属于燃气-蒸汽联合循环机组领域，具体涉及一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，

背景技术

余热锅炉是燃气-蒸汽联合循环机组中一个重要的换热设备，它回收燃气轮机的排气余热，加热汽轮机系统的给水，产生高温高压的水蒸汽送至汽轮机中做功。根据余热锅炉产生蒸汽的压力等级数量，余热锅炉一般可分作单压、双压、三压及三压再热型余热锅炉。目前在燃气-蒸汽联合循环机组领域中较为广泛应用的为双压及三压再热型余热锅炉。

根据燃气-蒸汽联合循环机组的运行特点，余热锅炉的进口烟气温度、流量和组分受到燃气轮机变工况运行的影响，一直处于变化状态；余热锅炉的给水则受到凝汽器背压、汽轮机轴封泄露等参数的影响；凝汽器背压由于受到环境温度的影响也处于变化状态；综上，余热锅炉时常处于变工况运行状态。因此，开展余热锅炉的变工况效能研究，开发余热锅炉变工况效能计算方法是开展余热锅炉乃至联合循环机组的变工况效能分析、在线效能监测等必须开展的先期工作。

余热锅炉包括省煤器、蒸发器和过热器。对于燃气-蒸汽联合循环机组领域中较为广泛应用的为双压及三压再热型余热锅炉，其过热器部分也可分作高压过热器、再热器(如为三压再热型)、中压过热器、低压过热器。根据传统的余热锅炉过热器变工况效能计算方法，需经过复杂、繁琐的热力及水力计算，因此传统的过热器变工况效能计算方法并不适用于余热锅炉乃至联合循环机组的在线效能监测等，因此开发一种可用于快速、简便以及准确的进行余热锅炉过热器变工况效能计算的方法对于开展余热锅炉乃至联合循环的效能在线监测、诊断均有重要意义。

斯坦福大学统计学教授Robert Tibshirani于1996年基于Leo Breiman的非负参数推断(Nonnegative Garrote,NNG)提出了套索回归算法。它是是一种同时进行特征筛选和正则化的回归分析方法，旨在增强统计模型的预测准确性和可解释性。套索回归通过强制让回归系数绝对值之和小于某固定值，即强制一些回归系数变为0，有效地选择了不包括这些回归系数对应的协变量的更简单的模型，因此应用十分广泛。基于传统的余热锅炉过热器变工况效能计算结果，对套索回归算法进行训练，并基于套索回归算法计算结果确定各边界影响参数与变工况下余热锅炉过热器总体换热系数、水侧阻力的简化计算关系式，建立余热锅炉过热器变工况效能计算的简化计算模型，可用于余热锅炉乃至联合循环机组的在线效能监测、诊断等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对传统的余热锅炉过热器变工况效能计算方法中，需经过复杂、繁琐的热力及水力计算，其中热力计算需通过复杂的迭代计算得到烟气侧和水侧换热系数后再计算总体换热系数，水力计算又需要基于热力计算结果确定过热器水侧压损。由于过热器变工况效能计算过程中，热力计算过程和水力计算过程相互耦合、使得整个计算过程更加繁琐。本发明提出一种建立余热锅炉过热器变工况效能计算的简化计算方法。该简化方法无需进行复杂、繁琐的迭代计算，可快速、简便且准确的进行余热锅炉过热器变工况效能计算。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，包括以下步骤：

步骤1，在余热锅炉过热器的边界参数的变化范围内开展余热锅炉过热器变工况效能计算，获得一系列的效能计算结果；

步骤2，取余热锅炉过热器设计工况下的效能计算结果作为基准工况，将步骤1余热锅炉过热器变工况效能计算时，过热器热力计算所取边界参数相对于基准工况边界参数的变化量并进行对数变换后作为套索回归算法的特征，余热锅炉过热器变工况效能结果中的总体传热系数相对于基准工况传热系数的变化量并进行对数变换后作为套索回归算法的预测结果；将套索回归算法的特征与预测结果组合为套索回归算法的数据集，并将数据集分作训练集与测试集，开展套索回归算法的训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下总体传热系数简化计算模型；

步骤3，取余热锅炉过热器设计工况下的效能计算结果作为基准工况，将步骤1余热锅炉过热器变工况效能计算时，过热器水力计算所取边界参数相对于基准工况边界参数的变化量并进行对数变换后作为套索回归算法的特征，余热锅炉过热器变工况效能结果中的水侧压损相对于基准工况传热系数的变化量并进行对数变换后作为套索回归算法的预测结果；将套索回归算法的特征与预测结果组合为套索回归算法的数据集，并将数据集分作训练集与测试集，开展套索回归算法的训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下水侧压损的简化计算模型；

步骤4，基于余热锅炉效能计算的边界参数，并假设过热器出口的蒸汽温度T_w2a、压力P_w2a，并依托步骤3确定的过热器变工况下水侧压损的简化计算模型开展水力计算，计算得到过热器出口蒸汽压力P_w2b；如果P_w2a与P_w2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽压力，直至P_w2a与P_w2b相等；待P_w2a与P_w2b相等后，依托步骤2确定的过热器变工况下总体换热系数的简化计算模型计算得到总体传热系数，并计算得到过热器出口烟气温度T_g2a，同时针对过热器根据热量平衡的原则计算得到过热器出口烟气温度T_g2b；如果T_g2a与T_g2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽温度，直至T_g2a与T_g2b相等；待T_g2a与T_g2b相等后，则完成过热器效能计算，输出过热器出口蒸汽温度和压力。

本发明进一步的改进在于，步骤1中，影响余热锅炉过热器变工况热力性能的边界参数，为

U＝f₁(W_g,cp_g,v_g,km_g,W_w,cp_w,v_w,km_w)

式中：U为过热器总体传热系数，W/K；W_g为烟气侧流量，kg/s；cp_g为烟气侧比热，J/kg/K；v_g为烟气侧粘度，Pa.s；km_g为烟气侧导热系数，W/m/K；W_w为水侧流量，kg/s；cp_w为水侧比热，J/kg/K；v_w为水侧粘度，Pa.s；km_w为水侧导热系数，W/m/K。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，将余热锅炉过热器设计工况下的效能计算结果作为基准工况，即：

U_b＝f₁(W_g,d,cp_g,d,v_g,d,km_g,d,W_w,d,cp_w,d,v_w,d,km_w,d)

式中：U_d为基准工况下过热器总体传热系数，W/K；W_g,d为基准工况下烟气侧流量，kg/s；cp_g,d为基准工况下烟气侧比热，J/kg/K；v_g,d为基准工况下烟气侧粘度，Pa.s；km_g,d为基准工况下烟气侧导热系数，W/m/K；W_w,d为基准工况下水侧流量，kg/s；cp_w,d为基准工况下水侧比热，J/kg/K；v_w,d为基准工况下水侧粘度，Pa.s；km_w,d为基准工况下水侧导热系数，W/m/K。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，在余热锅炉过热器变工况下烟气温度、流量、组分以及水侧温度、压力的典型变化范围内进行余热锅炉过热器变工况热力计算，并计算余热锅炉过热器变工况热力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况热力计算结果中的总体传热系数相对于基准工况传热系数的变化量，即：

式中：U_o为变工况下过热器总体传热系数，W/K；W_g,o为变工况下烟气侧流量，kg/s；cp_g,o为变工况下烟气侧比热，J/kg/K；v_g,o为变工况下烟气侧粘度，Pa.s；km_g,o为变工况下烟气侧导热系数，W/m/K；W_w,o为变工况下水侧流量，kg/s；cp_w,o为变工况下水侧比热，J/kg/K；v_w,o为变工况下水侧粘度，Pa.s；km_w,o变工况下水侧导热系数，W/m/K；r_wg为变工况下烟气侧流量相对于基准工况烟气侧流量的变化量；r_cpg为变工况下烟气侧比热相对于基准工况烟气侧比热的变化量；r_cpg为变工况下烟气侧比热相对于基准工况烟气侧比热的变化量；r_vg为变工况下烟气侧粘度相对于基准工况烟气侧粘度的变化量；r_kmg为变工况下烟气侧导热系数相对于基准工况烟气侧导热系数的变化量；r_ww为变工况下水侧流量相对于基准工况水侧流量的变化量；r_cpw为变工况下水侧比热相对于基准工况水侧比热的变化量；r_vw为变工况下水侧粘度相对于基准工况水侧粘度的变化量；r_kmw为变工况下水侧导热系数相对于基准工况水侧导热系数的变化量；r_u为变工况下过热器总体传热系数相对于基准工况过热器总体传热系数的变化量。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，对余热锅炉过热器变工况热力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况热力计算结果中的总体传热系数相对于基准工况传热系数的变化量作对数变换，并分别作为套索回归算法的特征与预测结果，即

X₁＝(logr_wg,logr_cpg,logr_vg,logr_kmg,logr_ww,logr_cpw,logr_vw,logr_kmw)

Y₁＝(logr_u)

式中：X₁为套索回归算法的特征；Y₁为套索回归算法的预测结果。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，基于余热锅炉过热器变工况热力计算模型的计算结果建立的特征、预测结果作为套索回归算法的数据集，并按照测试集占数据集三分之一的比例，将数据集随机分作训练集及测试集；基于训练集对套索回归算法进行训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下总体传热系数的简化计算模型，即：

式中：i为计数器；n为根据套索回归算法筛选的特征数量；r_i为套索回归算法筛选的第i个特征；a_i为套索回归算法的训练结果；

根据传统余热锅炉过热器变工况水力计算模型，水侧压损受到水侧流量、水侧密度的直接影响，因此确定影响余热锅炉过热器变工况水力性能的边界参数，即

P＝f₂(W_w,d_w)

式中：P为水侧压损，Pa；d_w为水侧密度，kg/m³；

将余热锅炉设计工况下的热力计算结果作为基准工况，即：

P_b＝f₂(W_w,d,d_w,d)

式中：P_d为基准工况下过热器水侧压损，Pa；d_w,d为基准工况下水侧密度，kg/m³。

本发明进一步的改进在于，步骤3中，在余热锅炉过热器变工况下水侧流量、密度的典型变化范围内进行余热锅炉过热器变工况水力计算，并计算余热锅炉过热器变工况水力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况水力计算结果中的水侧压损相对于基准工况水侧压损的变化量，即：

式中：s_ww为变工况下水侧流量相对于基准工况水侧流量的变化量；s_dw为变工况下水侧密度相对于基准工况水侧密度的变化量；d_w,o为变工况下水侧密度，kg/m³；s_p为变工况下过热器水侧压损相对于基准工况过热器水侧压损的变化量；P_o为变工况下过热器水侧压损，Pa。

本发明进一步的改进在于，步骤3中，对余热锅炉过热器变工况水力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况水力计算结果中的水侧压损相对于基准工况水侧压损的变化量作对数变换，并分别作为套索回归算法的特征与预测结果，即

X₂＝(logs_ww,logs_dw)

Y₂＝(logs_p)

式中：X₂为套索回归算法的特征；Y₂为套索回归算法的预测结果；

基于余热锅炉过热器变工况水力计算模型的计算结果建立的特征、预测结果作为套索回归算法的数据集，并按照测试集占数据集三分之一的比例，将数据集随机分作训练集及测试集；基于训练集对套索回归算法进行训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下水侧压损的简化计算模型，即：

式中：i为计数器；n为根据套索回归算法筛选的特征数量；s_i为套索回归算法筛选的第i个特征；b_i为套索回归算法的训练结果。

本发明进一步的改进在于，步骤4中，基于余热锅炉效能计算的边界参数，并假设过热器出口的蒸汽温度T_w2a、压力P_w2a，并依托步骤3确定的过热器变工况下水侧压损的简化计算模型开展水力计算，计算得到过热器水侧压损；根据过热进口蒸汽压力和过热器水侧压损，计算得到过热器出口蒸汽压力P_w2b；如果P_w2a与P_w2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽压力，直至P_w2a与P_w2b相等；

待P_w2a与P_w2b相等后，依托步骤2确定的过热器变工况下总体换热系数的简化计算模型计算得到总体传热系数，并计算得到过热器出口烟气温度T_g2a，即：

W_g,o·cp_g,o·(T_g1-T_g2a)＝U_o·A·LMTD

式中：T_g1为过热器入口烟气温度，℃；T_g2a为过热器出口烟气温度，℃；A为过热器换热面积，m²；LMTD为过热器对数平均温差；

同时针对过热器根据热量平衡的原则计算得到过热器出口烟气温度T_g2b，即：

W_g,o·cp_g,o·(T_g1-T_g2b)＝W_w,o·cp_w,o·(T_w1-T_w2)

式中：T_w1为过热器入口蒸汽温度，℃；T_w2为过热器出口蒸汽温度，℃；

如果T_g2a与T_g2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽温度，直至T_g2a与T_g2b相等；待T_g2a与T_g2b相等后，则完成过热器效能计算，输出过热器出口蒸汽温度和压力。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，采用传统的余热锅炉过热器变工况热力计算、水力计算方法进行变工况效能计算，基于变工况效能计算结果对机器学习中的套索回归算法进行训练，利用套索回归算法进行特征筛选，基于特征筛选结果建立余热锅炉过热器变工况下总体传热系数计算、水侧压损计算简化模型，并建立余热锅炉过热器变工况效能计算方法。基于套索回归算法建立的过热器变工况效能计算方法可避免传统方法中余热锅炉过热器变工况效能计算的复杂迭代计算，且保持较高的计算结果准确性，可用于余热锅炉过热器的变工况效能分析、在线效能监测、诊断等。

附图说明

图1为建立基于套索回归算法的余热锅炉过热器变工况下总体换热系数的简化计算模型的流程图。

图2为建立基于套索回归算法的余热锅炉过热器变工况下水侧压损的简化计算模型的流程图。

图3为余热锅炉过热器变工况下效能计算的流程图。

图4为套索回归算法训练得到的简化计算模型各项系数示意图。

图5为简化计算模型计算的总体传热系数与总体传热系数真实值的偏差示意图。

图6为套索回归算法训练得到的简化计算模型各项系数示意图。

图7为简化计算模型计算的水侧压损与水侧压损真实值的偏差示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据传统余热锅炉过热器变工况热力计算模型，过热器的总体换热系数受到烟气侧流量、比热、动力粘度和导热系数，水侧流量、比热、动力粘度和导热系数的直接影响，因此确定影响余热锅炉过热器变工况热力性能的边界参数(如图1所示)，即

U＝f₁(W_g,cp_g,v_g,km_g,W_w,cp_w,v_w,km_w)

式中：U为过热器总体传热系数，W/K；W_g为烟气侧流量，kg/s；cp_g为烟气侧比热，J/kg/K；v_g为烟气侧粘度，Pa.s；km_g为烟气侧导热系数，W/m/K；W_w为水侧流量，kg/s；cp_w为水侧比热，J/kg/K；v_w为水侧粘度，Pa.s；km_w为水侧导热系数，W/m/K。

将余热锅炉过热器设计工况下的效能计算结果作为基准工况，即：

U_b＝f₁(W_g,d,cp_g,d,v_g,d,km_g,d,W_w,d,cp_w,d,v_w,d,km_w,d)

式中：U_d为基准工况下过热器总体传热系数，W/K；W_g,d为基准工况下烟气侧流量，kg/s；cp_g,d为基准工况下烟气侧比热，J/kg/K；v_g,d为基准工况下烟气侧粘度，Pa.s；km_g,d为基准工况下烟气侧导热系数，W/m/K；W_w,d为基准工况下水侧流量，kg/s；cp_w,d为基准工况下水侧比热，J/kg/K；v_w,d为基准工况下水侧粘度，Pa.s；km_w,d为基准工况下水侧导热系数，W/m/K。

如图1所示，在余热锅炉过热器变工况下烟气温度、流量、组分以及水侧温度、压力的典型变化范围内进行余热锅炉过热器变工况热力计算，并计算余热锅炉过热器变工况热力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况热力计算结果中的总体传热系数相对于基准工况传热系数的变化量，即：

式中：U_o为变工况下过热器总体传热系数，W/K；W_g,o为变工况下烟气侧流量，kg/s；cp_g,o为变工况下烟气侧比热，J/kg/K；v_g,o为变工况下烟气侧粘度，Pa.s；km_g,o为变工况下烟气侧导热系数，W/m/K；W_w,o为变工况下水侧流量，kg/s；cp_w,o为变工况下水侧比热，J/kg/K；v_w,o为变工况下水侧粘度，Pa.s；km_w,o变工况下水侧导热系数，W/m/K；r_wg为变工况下烟气侧流量相对于基准工况烟气侧流量的变化量；r_cpg为变工况下烟气侧比热相对于基准工况烟气侧比热的变化量；r_cpg为变工况下烟气侧比热相对于基准工况烟气侧比热的变化量；r_vg为变工况下烟气侧粘度相对于基准工况烟气侧粘度的变化量；r_kmg为变工况下烟气侧导热系数相对于基准工况烟气侧导热系数的变化量；r_ww为变工况下水侧流量相对于基准工况水侧流量的变化量；r_cpw为变工况下水侧比热相对于基准工况水侧比热的变化量；r_vw为变工况下水侧粘度相对于基准工况水侧粘度的变化量；r_kmw为变工况下水侧导热系数相对于基准工况水侧导热系数的变化量；r_u为变工况下过热器总体传热系数相对于基准工况过热器总体传热系数的变化量。

如图1所示，对余热锅炉过热器变工况热力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况热力计算结果中的总体传热系数相对于基准工况传热系数的变化量作对数变换，并分别作为套索回归算法的特征与预测结果，即

X₁＝(logr_wg,logr_cpg,logr_vg,logr_kmg,logr_ww,logr_cpw,logr_vw,logr_kmw)

Y₁＝(logr_u)

式中：X₁为套索回归算法的特征；Y₁为套索回归算法的预测结果。

如图1所示，基于余热锅炉过热器变工况热力计算模型的计算结果建立的特征、预测结果作为套索回归算法的数据集，并按照测试集占数据集三分之一的比例，将数据集随机分作训练集(占数据集三分之二的数量)及测试集(占数据集三分之一的数量)。基于训练集对套索回归算法进行训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下总体传热系数的简化计算模型，即：

式中：i为计数器；n为根据套索回归算法筛选的特征数量；r_i为套索回归算法筛选的第i个特征；a_i为套索回归算法的训练结果。

根据传统余热锅炉过热器变工况水力计算模型，水侧压损受到水侧流量、水侧密度的直接影响，因此确定影响余热锅炉过热器变工况水力性能的边界参数(如图2所示)，即

P＝f₂(W_w,d_w)

式中：P为水侧压损，Pa；d_w为水侧密度，kg/m³。

将余热锅炉设计工况下的热力计算结果作为基准工况，即：

P_b＝f₂(w_w,d,d_w,d)

式中：P_d为基准工况下过热器水侧压损，Pa；d_w,d为基准工况下水侧密度，kg/m³。

如图1所示，在余热锅炉过热器变工况下水侧流量、密度的典型变化范围内进行余热锅炉过热器变工况水力计算，并计算余热锅炉过热器变工况水力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况水力计算结果中的水侧压损相对于基准工况水侧压损的变化量，即：

式中：s_ww为变工况下水侧流量相对于基准工况水侧流量的变化量；s_dw为变工况下水侧密度相对于基准工况水侧密度的变化量；d_w,o为变工况下水侧密度，kg/m³；s_p为变工况下过热器水侧压损相对于基准工况过热器水侧压损的变化量；P_o为变工况下过热器水侧压损，Pa。

如图2所示，对余热锅炉过热器变工况水力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况水力计算结果中的水侧压损相对于基准工况水侧压损的变化量作对数变换，并分别作为套索回归算法的特征与预测结果，即

X₂＝(logs_ww,logs_dw)

Y₂＝(logs_p)

式中：X₂为套索回归算法的特征；Y₂为套索回归算法的预测结果。

如图2所示，基于余热锅炉过热器变工况水力计算模型的计算结果建立的特征、预测结果作为套索回归算法的数据集，并按照测试集占数据集三分之一的比例，将数据集随机分作训练集(占数据集三分之二的数量)及测试集(占数据集三分之一的数量)。基于训练集对套索回归算法进行训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下水侧压损的简化计算模型，即：

式中：i为计数器；n为根据套索回归算法筛选的特征数量；s_i为套索回归算法筛选的第i个特征；b_i为套索回归算法的训练结果。

如图3所示，基于余热锅炉效能计算的边界参数，并假设过热器出口的蒸汽温度T_w2a、压力P_w2a，并依托步骤3确定的过热器变工况下水侧压损的简化计算模型开展水力计算，计算得到过热器水侧压损；根据过热进口蒸汽压力和过热器水侧压损，计算得到过热器出口蒸汽压力P_w2b；如果P_w2a与P_w2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽压力，直至P_w2a与P_w2b相等；

如图3所示，待P_w2a与P_w2b相等后，依托步骤2确定的过热器变工况下总体换热系数的简化计算模型计算得到总体传热系数，并计算得到过热器出口烟气温度T_g2a，即：

W_g,o·cp_g,o·(T_g1-T_g2a)＝U_o·A·LMTD

式中：T_g1为过热器入口烟气温度，℃；T_g2a为过热器出口烟气温度，℃；A为过热器换热面积，m²；LMTD为过热器对数平均温差。

同时针对过热器根据热量平衡的原则计算得到过热器出口烟气温度T_g2b，即：

W_g,o·cp_g,o·(T_g1-T_g2b)＝W_w,o·cp_w,o·(T_w1-T_w2)

式中：T_w1为过热器入口蒸汽温度，℃；T_w2为过热器出口蒸汽温度，℃。

如果T_g2a与T_g2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽温度，直至T_g2a与T_g2b相等；待T_g2a与T_g2b相等后，则完成过热器效能计算，输出过热器出口蒸汽温度和压力。

实施例

取某联合循环机组三压再热型余热锅炉设计工况作为基准工况，并在其边界参数的典型变化范围内进行余热锅炉过热器变工况热力计算，并计算余热锅炉过热器变工况热力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况热力计算结果中的总体传热系数相对于基准工况传热系数的变化量，部分计算结果如表1所示。将表1中计算结果分作训练集与测试集，对套索回归算法开展训练及测试，训练结果如图4所示。套索回归算法筛选结果表明：在过热器变工况下总体换热系数的简化计算模型中，可仅考虑变工况下水侧粘度相对于基准工况水侧粘度的变化量r_vw、变工况下水侧流量相对于基准工况水侧流量的变化量r_ww、变工况下烟气侧粘度相对于基准工况烟气侧粘度的变化量r_vw、变工况下烟气侧流量相对于基准工况烟气侧流量的变化量r_wg的影响。

根据训练结果构建余热锅炉过热器变工况下总体换热系数的简化计算模型为：

r_u＝r_vw ^0.242·r_vg ^0.0405·r_ww ^0.105·r_wg ^0.478

该模型在训练集与测试集下计算的总体传热系数与总体传热系数真实值对比的偏差如图5所示。图5表明，在训练集和测试集下，简化模型计算的总体传热系数与总体传热系数真实值最大偏差仅为0.8％，简化计算模型具有较好的准确性。

表1变工况下边界参数、总体传热系数相对于基准工况的变化量

在其边界参数的典型变化范围内进行余热锅炉过热器变工况水力计算，并计算余热锅炉过热器变工况水力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况水力计算结果中的水侧压损相对于基准工况水侧压损的变化量，部分计算结果如表2所示。将表2中计算结果分作训练集与测试集，对套索回归算法开展训练及测试，训练结果如图6所示。套索回归算法筛选结果表明：在过热器水力计算简化模型中，需考虑变工况下水侧流量相对于基准工况水侧流量的变化量s_ww、为变工况下水侧密度相对于基准工况水侧密度的变化量s_dw。

根据训练结果构建余热锅炉过热器变工况下水侧压损的简化计算模型为：

s_p＝s_vw ^1.844·s_dw ^-1.107

该模型在训练集与测试集下计算的水侧压损与水侧压损真实值对比的偏差如图7所示。图7表明，在训练集和测试集下，简化模型计算的水侧压损与水侧压损真实值最大偏差仅为0.7％，简化计算模型具有较好的准确性。

基于余热锅炉过热器变工况下的总体传热系数、水侧压损的简化计算模型，进行过热器效能计算，计算得到的过热器出口蒸汽温度和压力与传统的余热锅炉过热器变工况效能计算得到的过热器出口蒸汽温度和压力的偏差在1％以内，因此本发明提出的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法具有较好的计算准确性。

表2变工况下边界参数、水侧压损相对于基准工况的变化量

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在余热锅炉过热器的边界参数的变化范围内开展余热锅炉过热器变工况效能计算，获得一系列的效能计算结果；

步骤2，取余热锅炉过热器设计工况下的效能计算结果作为基准工况，将步骤1余热锅炉过热器变工况效能计算时，过热器热力计算所取边界参数相对于基准工况边界参数的变化量并进行对数变换后作为套索回归算法的特征，余热锅炉过热器变工况效能结果中的总体传热系数相对于基准工况传热系数的变化量并进行对数变换后作为套索回归算法的预测结果；将套索回归算法的特征与预测结果组合为套索回归算法的数据集，并将数据集分作训练集与测试集，开展套索回归算法的训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下总体传热系数简化计算模型；

步骤3，取余热锅炉过热器设计工况下的效能计算结果作为基准工况，将步骤1余热锅炉过热器变工况效能计算时，过热器水力计算所取边界参数相对于基准工况边界参数的变化量并进行对数变换后作为套索回归算法的特征，余热锅炉过热器变工况效能结果中的水侧压损相对于基准工况传热系数的变化量并进行对数变换后作为套索回归算法的预测结果；将套索回归算法的特征与预测结果组合为套索回归算法的数据集，并将数据集分作训练集与测试集，开展套索回归算法的训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下水侧压损的简化计算模型；

步骤4，基于余热锅炉效能计算的边界参数，并假设过热器出口的蒸汽温度T_w2a、压力P_w2a，并依托步骤3确定的过热器变工况下水侧压损的简化计算模型开展水力计算，计算得到过热器出口蒸汽压力P_w2b；如果P_w2a与P_w2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽压力，直至P_w2a与P_w2b相等；待P_w2a与P_w2b相等后，依托步骤2确定的过热器变工况下总体换热系数的简化计算模型计算得到总体传热系数，并计算得到过热器出口烟气温度T_g2a，同时针对过热器根据热量平衡的原则计算得到过热器出口烟气温度T_g2b；如果T_g2a与T_g2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽温度，直至T_g2a与T_g2b相等；待T_g2a与T_g2b相等后，则完成过热器效能计算，输出过热器出口蒸汽温度和压力。

2.根据权利要求1所述的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，其特征在于，步骤1中，影响余热锅炉过热器变工况热力性能的边界参数，为

U＝f₁(W_g，cp_g，v_g，km_g，W_w，cp_w，v_w，km_w)

式中：U为过热器总体传热系数，W/K；W_g为烟气侧流量，kg/s；cp_g为烟气侧比热，J/kg/K；v_g为烟气侧粘度，Pa.s；km_g为烟气侧导热系数，W/m/K；W_w为水侧流量，kg/s；cp_w为水侧比热，J/kg/K；v_w为水侧粘度，Pa.s；km_w为水侧导热系数，W/m/K。

3.根据权利要求2所述的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，其特征在于，步骤2中，将余热锅炉过热器设计工况下的效能计算结果作为基准工况，即：

U_b＝f₁(W_g，d，cp_g，d，v_g，d，km_g，d，W_w，d，cp_w，d，v_w，d，km_w，d)

式中：U_d为基准工况下过热器总体传热系数，W/K；W_g，d为基准工况下烟气侧流量，kg/s；cp_g，d为基准工况下烟气侧比热，J/kg/K；v_g，d为基准工况下烟气侧粘度，Pa.s；km_g，d为基准工况下烟气侧导热系数，W/m/K；W_w，d为基准工况下水侧流量，kg/s；cp_w，d为基准工况下水侧比热，J/kg/K；v_w，d为基准工况下水侧粘度，Pa.s；km_w，d为基准工况下水侧导热系数，W/m/K。

4.根据权利要求3所述的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，其特征在于，步骤2中，在余热锅炉过热器变工况下烟气温度、流量、组分以及水侧温度、压力的典型变化范围内进行余热锅炉过热器变工况热力计算，并计算余热锅炉过热器变工况热力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况热力计算结果中的总体传热系数相对于基准工况传热系数的变化量，即：

式中：U_o为变工况下过热器总体传热系数，W/K；W_g,o为变工况下烟气侧流量，kg/s；cp_g,o为变工况下烟气侧比热，J/kg/K；v_g,o为变工况下烟气侧粘度，Pa.s；km_g,o为变工况下烟气侧导热系数，W/m/K；W_w,o为变工况下水侧流量，kg/s；cp_w,o为变工况下水侧比热，J/kg/K；v_w,o为变工况下水侧粘度，Pa.s；km_w,o变工况下水侧导热系数，W/m/K；r_wg为变工况下烟气侧流量相对于基准工况烟气侧流量的变化量；r_cpg为变工况下烟气侧比热相对于基准工况烟气侧比热的变化量；r_cpg为变工况下烟气侧比热相对于基准工况烟气侧比热的变化量；r_vg为变工况下烟气侧粘度相对于基准工况烟气侧粘度的变化量；r_kmg为变工况下烟气侧导热系数相对于基准工况烟气侧导热系数的变化量；r_ww为变工况下水侧流量相对于基准工况水侧流量的变化量；r_cpw为变工况下水侧比热相对于基准工况水侧比热的变化量；r_vw为变工况下水侧粘度相对于基准工况水侧粘度的变化量；r_kmw为变工况下水侧导热系数相对于基准工况水侧导热系数的变化量；r_u为变工况下过热器总体传热系数相对于基准工况过热器总体传热系数的变化量。

5.根据权利要求4所述的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，其特征在于，步骤2中，对余热锅炉过热器变工况热力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况热力计算结果中的总体传热系数相对于基准工况传热系数的变化量作对数变换，并分别作为套索回归算法的特征与预测结果，即

X₁＝(log r_wg，log r_cpg，log r_vg，log r_kmg，log r_ww，log r_cpw，log r_vw，log r_kmw)

Y₁＝(log r_u)

式中：X₁为套索回归算法的特征；Y₁为套索回归算法的预测结果。

6.根据权利要求5所述的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，其特征在于，步骤2中，基于余热锅炉过热器变工况热力计算模型的计算结果建立的特征、预测结果作为套索回归算法的数据集，并按照测试集占数据集三分之一的比例，将数据集随机分作训练集及测试集；基于训练集对套索回归算法进行训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下总体传热系数的简化计算模型，即：

式中：i为计数器；n为根据套索回归算法筛选的特征数量；r_i为套索回归算法筛选的第i个特征；a_i为套索回归算法的训练结果；

根据传统余热锅炉过热器变工况水力计算模型，水侧压损受到水侧流量、水侧密度的直接影响，因此确定影响余热锅炉过热器变工况水力性能的边界参数，即

P＝f₂(W_w，d_w)

式中：P为水侧压损，Pa；d_w为水侧密度，kg/m³；

将余热锅炉设计工况下的热力计算结果作为基准工况，即：

P_b＝f₂(W_w，d，d_w，d)

式中：P_d为基准工况下过热器水侧压损，Pa；d_w，d为基准工况下水侧密度，kg/m³。

7.根据权利要求6所述的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，其特征在于，步骤3中，在余热锅炉过热器变工况下水侧流量、密度的典型变化范围内进行余热锅炉过热器变工况水力计算，并计算余热锅炉过热器变工况水力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况水力计算结果中的水侧压损相对于基准工况水侧压损的变化量，即：

式中：s_ww为变工况下水侧流量相对于基准工况水侧流量的变化量；s_dw为变工况下水侧密度相对于基准工况水侧密度的变化量；d_w，o为变工况下水侧密度，kg/m³；s_p为变工况下过热器水侧压损相对于基准工况过热器水侧压损的变化量；P_o为变工况下过热器水侧压损，Pa。

8.根据权利要求7所述的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，其特征在于，步骤3中，对余热锅炉过热器变工况水力计算模型的各边界参数相对于基准工况边界参数的变化量、余热锅炉过热器变工况水力计算结果中的水侧压损相对于基准工况水侧压损的变化量作对数变换，并分别作为套索回归算法的特征与预测结果，即

X₂＝(log s_ww，log s_dw)

Y₂＝(log s_p)

式中：X₂为套索回归算法的特征；Y₂为套索回归算法的预测结果；

基于余热锅炉过热器变工况水力计算模型的计算结果建立的特征、预测结果作为套索回归算法的数据集，并按照测试集占数据集三分之一的比例，将数据集随机分作训练集及测试集；基于训练集对套索回归算法进行训练，并基于训练结果构建余热锅炉过热器变工况下水侧压损的简化计算模型，即：

式中：i为计数器；n为根据套索回归算法筛选的特征数量；_si为套索回归算法筛选的第i个特征；b_i为套索回归算法的训练结果。

9.根据权利要求8所述的一种余热锅炉过热器变工况效能计算方法，其特征在于，步骤4中，基于余热锅炉效能计算的边界参数，并假设过热器出口的蒸汽温度T_w2a、压力P_w2a，并依托步骤3确定的过热器变工况下水侧压损的简化计算模型开展水力计算，计算得到过热器水侧压损；根据过热进口蒸汽压力和过热器水侧压损，计算得到过热器出口蒸汽压力P_w2b；如果P_w2a与P_w2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽压力，直至P_w2a与P_w2b相等；

待P_w2a与P_w2b相等后，依托步骤2确定的过热器变工况下总体换热系数的简化计算模型计算得到总体传热系数，并计算得到过热器出口烟气温度T_g2a，即：

W_g，o·cp_g，o·(T_g1-T_g2a)＝U_o·A·LMTD

式中：T_g1为过热器入口烟气温度，℃；T_g2a为过热器出口烟气温度，℃；A为过热器换热面积，m²；LMTD为过热器对数平均温差；

同时针对过热器根据热量平衡的原则计算得到过热器出口烟气温度T_g2b，即：

W_g，o·cp_g，o·(T_g1-T_g2b)＝W_w，o·cp_w，o·(T_w1-T_w2)

式中：T_w1为过热器入口蒸汽温度，℃；T_w2为过热器出口蒸汽温度，℃；

如果T_g2a与T_g2b不相等，则重新调整过热器出口的蒸汽温度，直至T_g2a与T_g2b相等；待T_g2a与T_g2b相等后，则完成过热器效能计算，输出过热器出口蒸汽温度和压力。

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