[发明专利]一种蒸汽发生系统和换热器动态模型

权利要求书

1.一种蒸汽发生系统，其特征在于：包括预热器，蒸发器，过热器和再热器；其中，给水泵入预热器中，然后通过预热器加热到饱和温度；然后给水在蒸发器中气化成高质量饱和蒸汽；然后进入过热器和再热器中形成过热蒸汽；最后给水对过热蒸汽进行调温以满足涡轮机入口的温度要求。

2.一种基于权利要求1所述的蒸汽发生系统的换热器动态模型，其特征在于：包括：

蒸发器：

从熔盐到管束的热传递为

Q_s＝U_iA_i(T_S-T_t) (2)

式中，U_i为管束入口的表面传热系数(kW/m²℃)；A_i为管束入口的换热面积(m²)；T_t为管束的温度(℃)；

从管束到水和蒸汽的热传递为

Q_w＝U_oA_o(T_t-T_w) (3)

式中，Q_w为水的热流密度(kW)；U_o为管束出口的表面传热系数(kW/m²℃)；A_o为管束出口的换热面积(m²)；T_w为水的温度(℃)；

管束中的能量平衡

式中，c_{p_t}为管束的恒压比热(kJ/kg℃)；X_t为管束的质量(kg)。

水侧的质量平衡

式中，X_w为给水的质量(kg)；为给水的质量流量(kg/s)；为冷凝的质量流量(kg/s)；m_evap为蒸发的质量流量(kg/s)；为流出的质量流量(kg/s)；

蒸汽侧的质量平衡

式中，X_v为蒸汽的质量(kg)；为出口处蒸汽的质量流量(kg/s)；

管壳侧的质量平衡

式中，V_v为蒸汽在管壳侧的体积(m³)；ρ_v为蒸汽的密度(kg/m³)；V_w为给水在管壳侧的体积(m³)；ρ_w为水的密度(kg/m³)；

管壳侧的能量平衡

式中，h_f为给水的焓(kJ/kg)；h_v为蒸汽的焓(kJ/kg)；h_w为水的焓(kJ/kg)；

在式(7)和式(8)中，V_w+V_v＝V＝constant，h_w+r＝h_v，故

式中，P为压力(MPa)；r为水的潜热(kJ/kg)；

在Q_w＝0和的前提下，动态模型的初始条件为则式(9a)可以转化为

通过比较式(9a)和式(9b)可以知道，通过饱和水和蒸汽的参数即可获得ε₁，ε₂，ε₃，ε₄和ε₅，它们均是关于压力的函数；

冷凝

其中b代表了当给水进入时，蒸发器中产生的蒸汽的比例。

蒸发

其中，P_d为连续放电率(％)。

式中，P_e为蒸发器的压力(MPa)；P_s为熔盐的压力(MPa)；ξ是蒸发器的导纳。

外管的传热系数可以表示为

式中，λ_w为水的热导率(W/m℃)；D_o为管外径(m)；

式中，μ_w为水的动态粘度(Pa s)；

内管的传热系数为

过热器、再热器和预热器

过热器、再热器和预热器中的换热工质均是单相的；在运行过程中，两个换热器都没有发生相变；因此，它们具有如下相同的数学模型；不同之处在于工质的相变和工作温度范围；

蒸汽/水的质量平衡

蒸汽/水的能量平衡

从管束到蒸汽/水的热传递

Q_v＝A_oU_o(T_t-T_v) (20)

蒸汽/水的动量平衡

其中，k_d为管束阻力系数。

管束处的能量平衡

从熔盐到管束的热传递

Q_s＝A_iU_i(T_s-T_t) (23)

盐侧的能量平衡