一种再热冷段双回热加热器再热蒸汽流量的测定方法

摘要

本发明公开了一种再热冷段双回热加热器再热蒸汽流量的测定方法，利用回热加热器内冷热流体的流动及传热规律，建立了回热加热器出水温度与疏水温度随相应的抽汽压力变化加热器-抽汽关系模型。取用抽汽管道压损率、加热器出水端差、加热器疏水端差；从电厂分散控制系统DCS的数据库中，读取主蒸汽流量、给水压力、加热器抽汽压力、抽汽温度。根据加热器流动机理和水及水蒸气性质，计算得到加热器出水温度和疏水温度。计算出水焓、疏水焓，根据加热器热量平衡，计算得到加热器对应的抽汽份额。根据高压缸流量平衡，计算得到再热蒸汽流量。避免了传统的再热蒸汽流量测算方法中，需要获得各加热器出水及疏水的压力和温度的检测需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种再热冷段双回热加热器再热蒸汽流量的测定方法，属于软测量技术 领域。

背景技术

由于再热蒸汽密度较低且变化较大，同时考虑测量压损对经济性的影响，一般不直 接测量其质量流量。

对于在热冷段双回热加热器的机组，再热蒸汽软测量测算需要包括主汽流量、抽汽 压力和温度、每个加热器的出水压力和温度、进水压力和温度、疏水温度在内的12个 测量参量。

本发明提出一种基于抽汽压力确定加热器出水温度和疏水温度的方法，在再热器流 量测定中，需要主汽流量、抽汽压力和温度、相邻(再热热段)加热器抽汽压力和给水 压力7个参量。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种再热冷段双回热加热 器再热蒸汽流量的测定方法，利用抽汽压力确定加热器出水温度和疏水温度的方法，简 化了再热蒸汽流量测算时的测量需求。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种再热冷段双回热加热器再热蒸汽流量的测定方法，双回热加热器包括#1加热 器、#2加热器及#3加热器，根据双回热加热器的已知参量和常数，通过计算得到所述 加热器的出水比焓h_w、疏水比焓h_d，再计算得到相应的抽汽份额aa，最后再计算得到 最终的再热蒸汽份额aa_rh及再热蒸汽流量D_rh；所述参量包括主蒸汽流量D₀、给水压力 p_fw和加热器的抽汽压力p、抽汽温度t，所述常数包括加热器的抽汽压损率d_p、出水端 差d_ta。其中，所述参量从火电厂DCS数据库中获取，所述常数根据设计数据取用，根 据额定工况机组设计数据取定。

目前，大部分火电机组中，高压缸对应的回热加热器为2个，回热加热器由高到低 编号为#1加热器、#2加热器、#3加热器。#1加热器、#2加热器抽气侧对应的高压缸抽 汽份额是确定再热蒸汽份额及再热蒸汽流量的主导参量。为满足加热器热平衡计算的需 要，需要测算与高压缸对应的#1、#2回热加热器以及与#2相邻的#3加热器，加热器依 抽汽压力由高向低顺序编号。

进一步的，在本发明中，所述加热器的出水比焓h_w、疏水比焓h_d的计算方法为：

1-1)加热器壳侧的压力p_s

所述#1加热器、#2加热器及#3加热器的壳侧压力分别为p_s1、p_s2和p_s3，其中

p_s1＝p₁*(1-d_p1)

p_s2＝p₂*(1-d_p2)

p_s3＝p₃*(1-d_p3)

其中，p₁、p₂和p₃分别为#1加热器、#2加热器及#3加热器的抽气侧的抽汽压力； d_p1、d_p2和d_p3分别为#1加热器、#2加热器及#3加热器的抽气侧的抽汽压损率；所述公 式根据抽汽压损率的定义即抽汽在管道中的压力损失：d_p＝(p_j-p_sj)/p_j而得；

1-2)加热器壳侧压力下的饱和温度t_s

根据IAPWS-IF97模型，#1加热器、#2加热器及#3加热器的饱和温度t_s1、t_s2和t_s3分别由壳侧压力p_s1、p_s2和p_s3确定；

其中，作为经典的IAPWS-IF97模型，是1997年国际水和水蒸汽性质协会提出的 工业用水和水蒸汽热力性质模型IAPWS-IF97(AssociationforthePropertiesofWaterand Steam)；

1-3)加热器的出水温度t_w

#1加热器、#2加热器及#3加热器的出水温度t_w1、t_w2和t_w3分别为：

根据端差的定义，如图2加热器(带有蒸汽冷却器和疏水冷却器)传热过程的T(温 度)-F(传热面积)图，可以得到出水温度的计算式：

t_w1＝t_s1-d_t1a

t_w2＝t_s2-d_t2a

t_w3＝t_s3-d_t3a

其中，d_t1a、d_t2a、d_t3a分别为#1加热器、#2加热器及#3加热器的的出水端差；

1-4)加热器的疏水温度t_d

#1加热器、#2加热器的疏水温度t_d1、t_d2分别为：

1-4-1)#1加热器、#2加热器有疏水冷却器，则：

根据端差的定义，如图2加热器(带有蒸汽冷却器和疏水冷却器)传热过程的T(温 度)-F(传热面积)图，可以得到疏水水温度的计算式：

t_d1＝t_w2+d_t1b

t_d2＝t_w3+d_t2b

其中，d_t1b、d_t2b分别为#1加热器、#2加热器的疏水端差；

1-4-2)#1加热器、#2加热器无疏水冷却器，则：

t_d1＝t_s1

t_d2＝t_s2

1-5)加热器的出水比焓h_w

根据IAPWS-IF97模型，#1、#2及#3加热器的出水比焓h_w1、h_w2和h_w3由给水压力 p_fw分别与出水温度t_w1、t_w2及t_w3确定；

1-6)加热器的疏水比焓h_d

根据IAPWS-IF97模型，#1、#2加热器的疏水比焓h_d由壳侧压力p_s与疏水温度t_d确定：即h_d1由壳侧压力p_s1、疏水温度t_d1确定，hd2由壳侧压力p_s2、疏水温度t_d2确定。

进一步的，在本发明中，所述加热器的再热蒸汽份额aa_rh及再热蒸汽流量D_rh的计 算方法为：

2-1)加热器抽气侧的抽汽比焓h

根据IAPWS-IF97模型，#1、#2加热器抽气侧的抽汽比焓h由抽汽压力p、抽汽温 度t确定：即h₁由抽汽压力p₁、抽汽温度t₁确定，h₂由抽汽压力p₂、抽汽温度t₂确定；

2-2)加热器抽气侧的抽汽份额aa

#1、#2加热器的抽汽份额aa₁、aa₂的计算方法为：

根据加热器(带蒸汽冷却器和疏水冷却器)的热平衡与流量平衡，得到抽汽份额的 计算式如下：

aa₁＝(h_w1-h_w2)/(h₁-h_d1)

aa₂＝((h_w2-h_w3)-aa₁*(h_d1-h_d2))/(h₂-h_d2)

其中，h_w1、h_w2、h_w3分别为#1、#2、#3加热器的出水比焓；h_d1、h_d2分别为#1、 #2加热器的疏水比焓；

2-3)再热汽份额aa_rh与再热蒸汽流量D_rh的计算方法：

在忽略再热器本身的流量损失时，再热汽流量份额等于高压缸排汽流量份额，而高 压缸排气流量份额可以由汽轮机高压缸的流量平衡确定，再热汽流量份额的计算式如 下：

aa_rh＝1-aa₁-aa₂

D_rh＝D₀*aa_rh。

有益效果：本发明提供的再热冷段双回热加热器时再热蒸汽流量的测定方法，与现 有技术相比，具有以下优点：

1)利用回热加热器内冷热流体的流动及传热规律，建立了回热加热器出水温度与 疏水温度随相应的抽汽压力变化加热器-抽汽关系模型；避免了传统的再热蒸汽流量测 算方法中，需要获得各加热器出水及疏水的压力和温度的检测需求。

2)由于回热加热器管侧工质流量大、压力高、温度高(为水状态工质的最高的压 力和温度)，对测量元件提出较高的要求，不仅增加该类压力和温度测点的成本，还降 低了其可靠性。

所以本发明既提高了可靠性，又降低了成本，具有实质性的进步意义。

附图说明

图1为本发明的工艺方法流程图。

图2为加热器热传递过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种再热冷段双回热加热器时再热蒸汽流量的测定方法，本发明利用 回热加热器内冷热流体的流动及传热规律，取用抽汽管道压损率、加热器出水端差、加 热器疏水端差，从电厂分散控制系统DCS的数据库中，读取主蒸汽流量、给水压力、 加热器抽汽压力、抽汽温度；根据加热器流动机理和水及水蒸气性质，计算得到加热器 出水温度和疏水温度。确定加热器出水温度和疏水温度的方法，并建立了回热加热器出 水温度与疏水温度随相应的抽汽压力变化加热器-抽汽关系模型；再计算出水比焓、疏 水比焓，根据加热器热量平衡，计算得到加热器对应的抽汽份额；最后根据高压缸流量 平衡，计算得到再热蒸汽流量。

与传统方法不同，本发明是通过抽汽与加热器的关系模型，通过抽汽压力确定加热 器壳侧压力如图1，再根据壳侧压力下的饱和温度通过加热器端差确定出水温度和疏水 温度如图2，最终确定出水焓和疏水焓。避免了直接使用目前工程中的用测量装置直接 测量水温的误差。

实施例1

以某火电厂为例，在正常生产环境下，再热蒸汽流量的测定方法如下：

步骤1：

(1)从火电厂DCS数据库中获取以下参量：

主蒸汽流量D₀为2930.8644(t/h)；

给水压力p_fw为32.975(MPa)；

#1、#2及#3加热器抽气侧的抽汽压力p₁为7.99、p₂为6.05、p₃为2.33(MPa)；

#1、#2加热器抽气侧的抽汽温度t₁为405.3、t₂为365.1(℃)；

(2)根据设计数据取用的常数：根据额定工况机组设计数据取定

#1、#2及#3加热器的抽汽压损率d_p1、d_p2和d_p3均为3(％)；

#1、#2及#3加热器的出水端差d_t1a为-1.72、d_t2a为0.04、d_t3a为-3(℃)；

如果#1、#2加热器有疏水冷却器(DC)则：#1、#2加热器的疏水端差d_t1b、d_t2b为 5.6(℃)。

步骤2：计算加热器出水比焓、疏水比焓

(1)加热器壳侧(冷却管束外部)的压力

#1、#2及#3加热器的壳侧压力p_s1为7.7503(MPa)、p_s2为5.87(MPa)和p_s3为2.26 (MPa)；

(2)加热器壳侧压力下饱和温度

#1、#2及#3加热器的饱和温度t_s1为292.8(℃)、t_s2为274.1(℃)、t_s3为218.65(℃)；

(3)加热器的出水温度

#1、#2及#3加热器的出水温度t_w1为294.52(℃)、t_w2为274.06(℃)、t_w3为221.65 (℃)；

(4)加热器的疏水温度

#1、#2加热器的疏水温度t_d1为279.66(℃)、t_d2为227.25(℃)；

(5)加热器的出水比焓

#1、#2及#3加热器的出水比焓h_w1为1300.15(kJ/kg)、h_w2为1200.94(kJ/kg)和 h_w3为961.47(kJ/kg)；

(6)加热器的疏水比焓

#1、#2加热器的疏水比焓h_d1为1234.16(kJ/kg)、h_d2为978.04(kJ/kg)；

步骤3：再热蒸汽流量的确定：

(1)加热器的抽汽比焓

#1、#2加热器的抽汽比焓h₁为3158.93(kJ/kg)、h₂为3084.83(kJ/kg)；

(2)加热器的抽汽份额

#1、#2加热器的抽汽份额aa₁、aa₂

aa₁＝(h_w1-h_w2)/(h₁-h_d1)＝0.0515

aa₂＝((h_w2-h_w3)-aa₁*(h_d1-h_d2))/(h₂-h_d2)＝0.1074

(3)再热汽份额aa_rh与再热蒸汽流量D_rh(t/h)

再热汽份额与再热蒸汽流量计算为：

aa_rh＝1-aa₁-aa₂＝0.8411

D_rh＝D₀*aa_rh＝2465.03(t/h)

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。