一種引起凝汽器真空惡化的臨界漏空氣量的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種引起凝汽器真空惡化的臨界漏空氣量的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 凝汽器是火電機(jī)組的重要輔機(jī)，在電廠熱力循環(huán)中起著舉足輕重的作用，其運(yùn)行 狀況惡化將直接引起汽輪機(jī)排汽壓力上升，機(jī)組熱耗汽耗增大，出力下降，危害機(jī)組的安 全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此凝汽器的正常運(yùn)行對火電廠的安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行有著決定性的影響。
[0003] 凝汽器的換熱過程比較特殊，殼側(cè)工質(zhì)在流動換熱過程中伴隨著相變。而且因?yàn)?凝汽器殼側(cè)處于真空狀態(tài)，外界空氣不可避免的隨著蒸汽或是通過管道縫隙漏入凝汽器的 殼側(cè)?？諝獾南鄬繒S著蒸汽沿流程的凝結(jié)而不斷增加，逐步形成了殼側(cè)的多組分復(fù) 雜蒸汽流。不凝結(jié)空氣的存在也增加了殼側(cè)的傳熱熱阻，在管道表面形成一層氣膜，從而降 低了傳熱系數(shù)。
[0004] 漏入凝汽器設(shè)備的空氣量對蒸汽凝結(jié)放熱的影響不僅是漏空氣量大小的影響，還 取決于汽氣混合物的流動速度，也就是空氣抽氣器的抽吸能力。抽氣器工作狀況直接影響 空氣在凝汽器中的積聚程度。圖1是典型的抽氣器和凝汽器的特性曲線圖，曲線1是抽氣 壓力的特性曲線，曲線2是凝汽器壓力的特性曲線，曲線2由三段組成：AB段是一條水平 直線，稱為熱工特性區(qū)，在該區(qū)內(nèi)凝汽器內(nèi)的壓力基本保持不變，壓力主要與排入的蒸汽流 量、冷卻水流量、冷卻水入口溫度和管壁污垢等有關(guān)系，漏空氣量的增大對凝汽器壓力的影 響很小，可以忽略不計。該區(qū)是凝汽器的最佳工作區(qū)。
[0005] 在漏空氣量繼續(xù)增大并達(dá)到一個臨界值，即B點(diǎn)時，漏空氣開始影響蒸汽的凝 結(jié)換熱，凝汽器壓力和抽氣壓力曲線逐漸開始趨近。BC段稱為惡化過渡區(qū)，凝汽器壓力隨著 漏空氣量增大開始增大；當(dāng)漏氣量繼續(xù)增大到G a.2，即C點(diǎn)時，凝汽器壓力和抽氣壓力曲線 基本趨于平行一致。CF段稱為真空惡化區(qū)，隨著漏空氣量繼續(xù)增大，真空急劇惡化。
[0006] 由上可知，漏空氣量對凝汽器的影響存在一個臨界值，在臨界值之前，凝汽器能維 持正常的真空，達(dá)到臨界值之后，凝汽器真空開始惡化。因此，確定引起凝汽器真空惡化的 臨界漏空氣量，能夠?yàn)殡姀S凝汽器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是解決上述問題，提供一種引起凝汽器真空惡化的臨界漏空氣量 的計算方法，該方法在負(fù)荷及抽氣器容積出力不變的情況下，通過建立凝汽器的一維穩(wěn)態(tài) 換熱模型，計算漏空氣量變化時凝汽器真空的變化情況，從而確定引起凝汽器真空惡化的 臨界漏空氣量。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案，包括：
[0009] -種引起凝汽器真空惡化的臨界漏空氣量的計算方法，包括以下步驟：
[0010] ⑴給定漏空氣量^的初始值，設(shè)定初始的迭代參數(shù)：凝汽器壓力對應(yīng)的飽和蒸 汽溫度ts。，由汽側(cè)溫度減去冷卻水進(jìn)口溫度得到凝汽器的初始溫差；
[0011] (2)計算初始傳熱系數(shù)K，根據(jù)所述初始傳熱系數(shù)K計算冷卻水進(jìn)出口溫差A(yù)t和 冷卻水管的蒸汽凝結(jié)量G。；
[0012] (3)根據(jù)給定漏空氣量Ga的初始值和排入凝汽器蒸汽流量G s，計算蒸汽流過第一 根冷卻管后的相對空氣含量ε 1;
[0013] (4)通過實(shí)驗(yàn)測得純蒸汽的放熱系數(shù)as。;根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出代表含氣蒸汽放熱 系數(shù)占純蒸汽放熱系數(shù)的百分比與空氣相對含量關(guān)系的多項式，進(jìn)而得到蒸汽流過第一根 冷卻管后的相對空氣含量ε i對應(yīng)的含氣蒸汽放熱系數(shù)；
[0014] (5)根據(jù)得到的蒸汽流過第一根冷卻管后的相對空氣含量ε i對應(yīng)的含氣蒸汽放 熱系數(shù)，重新計算傳熱系數(shù)K、冷卻水進(jìn)出口溫差以及冷卻水管的蒸汽凝結(jié)量；
[0015] (6)將步驟（5)中計算的冷卻水管的蒸汽凝結(jié)量與步驟（2)中計算的冷卻水管的 蒸汽凝結(jié)量進(jìn)行比較，如果兩者差值大于設(shè)定閾值，則取兩步計算的冷卻水管的蒸汽凝結(jié) 量的平均值，返回步驟（3)計算；否則，得到迭代后的相對空氣含量ε i，傳熱系數(shù)K、冷卻水 出口水溫t2,凝汽器端差以及排入凝汽器蒸汽流量Gs;
[0016] (7)根據(jù)步驟（4)中得到的蒸汽流過第一根冷卻管后的相對空氣含量ε i，計算當(dāng) 前蒸汽分壓力下的飽和溫度ts，并作為下一步迭代計算的初始溫度，所述飽和溫度減去冷 卻水進(jìn)水溫度得到下一步迭代計算的初始溫差；
[0017] (8)返回步驟（3)，按相同的方法對每根冷卻管進(jìn)行迭代計算，迭代次數(shù)為冷卻管 總數(shù)量；迭代到抽氣口處，計算抽氣口處汽氣混合物質(zhì)量流量G nilx'和抽氣器最大抽吸流量 G_H，當(dāng)GnJ = GnilxH時，未凝結(jié)汽氣混合物全部被抽氣器吸出，凝汽器能維持給定溫度對應(yīng) 的真空，輸出ts。及對應(yīng)的凝汽器壓力，此壓力對應(yīng)的凝汽器真空即為在漏空氣量G a、凝汽 器熱負(fù)荷和抽氣器抽氣容積下能維持的真空；如果Gnil/ WnilxH不相等，則返回步驟（1)，重新 設(shè)定迭代初值，一直到滿足條件為止。
[0018] (9)改變漏空氣量Ga的數(shù)值，并重復(fù)步驟（1)到步驟（8)的計算過程，得到不同漏 空氣量下凝汽器能維持的真空，繪制出凝汽器真空和漏空氣量的關(guān)系曲線，其中曲線拐點(diǎn) 對應(yīng)的漏空氣量就是引起凝汽器真空惡化的臨界漏空氣量。
[0019] 所述步驟⑵中，
[0020] 取汽側(cè)放熱系數(shù)as為純蒸汽放熱系數(shù)，初始傳熱系數(shù)K為：
[0022] 其中，&3為汽側(cè)放熱系數(shù)；aw為冷卻水側(cè)的放熱系數(shù)；λ為冷卻管材的導(dǎo)熱系數(shù)； (I 1為冷卻管外徑；d2為冷卻管內(nèi)徑；Rf為管內(nèi)污垢系數(shù)。
[0023] 所述冷卻水進(jìn)出口溫差Δ t為：
[0025] 冷卻水管的蒸汽凝結(jié)量Gc為：
[0027] 其中，S為換熱面積山為冷卻水進(jìn)口溫度；t s為凝汽器蒸汽分壓力對應(yīng)的飽和溫 度；〇"為冷卻水的流量；CW為冷卻水比熱容；he為蒸汽比焓；he'為凝結(jié)水比焓。
[0028] 所述步驟（3)中蒸汽流過第一根冷卻管后的相對空氣含量ε i具體為：
[0030] 所述步驟（4)的具體方法為：
[0031] 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出代表含氣蒸汽放熱系數(shù)占純蒸汽放熱系數(shù)的百分比與空氣 相對含量關(guān)系的多項式具體為：
[0032] y = ax5+bx4+cx3+dx2+ex+f ；
[0033] 其中，y代表含氣蒸汽放熱系數(shù)占純蒸汽放熱系數(shù)的百分比，X代表空氣相對含 量，a、b、c、d、e、f分別為常數(shù)；
[0034] 則蒸汽流過第一根冷卻管后的相對空氣含量ε i對應(yīng)的含氣蒸汽放熱系數(shù)as具體 為 as= y*a s。，X = ε 1〇
[0035] 所述步驟（6)中凝汽器端差具體為：
[0037] 其中，h為冷卻水進(jìn)口溫度；ts為凝汽器蒸汽分壓力對應(yīng)的飽和溫度；K為步驟 (5)中重新計算傳熱系數(shù)；S為換熱面積；0"為冷卻水的流量；c w為冷卻水比熱容。
[0038] 所述步驟（7)中計算現(xiàn)在蒸汽分壓力下的飽和溫度ts的方法為：
[0039] 當(dāng)前時刻的蒸汽分壓力為：
[
[0041] 其中，X為凝氣器中蒸汽干度，
為空氣量與蒸汽量之比，P。為凝汽器的絕對壓 力。
[0042] 根據(jù)上式求得當(dāng)前時刻的蒸汽分壓力，通過查水蒸氣表可得當(dāng)前時刻蒸汽分壓力 下的飽和溫度，即混合氣體的溫度t s。
[0043] 所述步驟（8)中計算抽氣口處汽氣混合物質(zhì)量流量Gnilx'和抽氣器最大抽吸流量 GnilxH的方法具體為：
[0044] Gnilx' =G' S+Ga;
[0045] 抽氣器的抽氣出力VH，則抽氣器抽出的汽氣混合物流量為：
[0046] GnixH= P /Vh;
[0047] 其中，Gs'為抽氣口處未凝結(jié)蒸汽量，Ga為給定漏空氣量初始值，P' s為抽氣口處蒸 汽分壓力。
[0048] 所述步驟（8)中，當(dāng)相對空氣含量大于設(shè)定值7 %以后，蒸汽放熱系數(shù)\取相對空 氣含量為7%時蒸汽放熱系數(shù)的一半。
[0049] 本發(fā)明有益效果：
[0050] 本發(fā)明是在負(fù)荷及抽氣器容積出力不變的情況下，通過建立凝汽器的一維穩(wěn)態(tài)換 熱模型，計算漏空氣量變化時凝汽器真空的變化情況，從而確定引起凝汽器真空惡化的臨 界漏空氣量，為電廠凝汽器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0051] 圖1為凝汽器和抽氣器典型特性曲線；
[0052] 圖2為空氣含量對汽氣混合物放熱系數(shù)的影響示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
[0054] -種引起凝汽器真空惡化的臨界漏空氣量的計算方法，包括以下步驟：
[0055] 1)冷卻水流量Dw，冷卻水進(jìn)口溫度L，抽氣器出力VH，排入凝汽器蒸汽流量G s為實(shí) 測值，假設(shè)在任意給定的漏空氣量GaT，設(shè)定凝汽器壓力對應(yīng)的飽和蒸汽溫度t s。為初始迭 代參數(shù)，由汽側(cè)溫度減去冷卻水進(jìn)口溫度得到凝汽器的初始溫差。
[0056] 2)根據(jù)（2-21)式，\先取為純蒸汽放熱系數(shù)17500計算初始傳熱系數(shù)K，并據(jù)此 按（2-17) (2-18)依次計算冷卻水溫升At和蒸汽凝結(jié)量G。。
[0057] 3)按（2-20)計算蒸汽流過第一根冷卻管后的相對空氣含量ε i，根據(jù)圖2擬合的 公式計算ε i對應(yīng)的a s。代入（2-21)式再次計算K，按（2-17) (2-18)重新計算At，G。。并 與第二步計算的G。進(jìn)行比較，如果相差大于1 %，則取兩步計算的G。的平均值返回第三步 去計算，直到符合條件為止。得到第一步迭代后的相對空氣含量，傳熱系數(shù)K，出口水溫 t2 (出口水溫為進(jìn)口水溫加溫