[发明专利]一种热能动力系统工质燃料比在线计算与修正方法

权利要求书

1.一种热能动力系统工质燃料比在线计算与修正方法，其特征在于：热能动力系统由锅炉系统和汽轮机系统构成，锅炉系统和汽轮机系统之间通过m个工质进、出口相连，其中1股工质由给水吸热变为新蒸汽，给水从最高一级回热加热器流出进入锅炉，新蒸汽从高温过热器流出到达汽轮机新蒸汽入口；其余m-1股为再热蒸汽，从汽轮机某一级抽汽口流出进入锅炉再热器，再热后进入汽轮机再热蒸汽入口；汽轮机系统包括汽轮机、z级回热加热器和凝汽器，z级回热加热器通过管道与汽轮机抽汽口相连，按照抽汽压力由高到低，第1至第k-1级回热加热器为高压加热器，第k级为除氧器，第k+1至第z级为低压加热器，最终汽轮机排汽进入凝汽器；水侧、汽侧连接方式有两种，对于间壁式回热加热器，水在管内流动，蒸汽在管外流动，热量从汽侧通过管壁传递到水侧，给水或凝结水加热升温，抽汽则放热后变为疏水，逐级自流到下一级回热加热器；对于汇集式加热器，水和蒸气在加热器内充分混合换热，合为一股工质沿水侧继续流动；

所述热能动力系统工质燃料比在线计算与修正方法包括如下步骤：

步骤一：数据采集

采集锅炉系统和汽轮机系统之间的m个工质进、出口热力参数，包括m个工质流进入锅炉的温度和压力T_in,i、P_in,i、工质流离开锅炉的温度和压力T_out,i、P_out,i，其中i＝1—m；

采集z级回热加热器的热力参数，包括给水侧各级回热加热器前后的温度T_w,in,i、T_w,out,i；抽汽侧各级抽汽的温度T_s,i、P_s,i与各级回热加热器疏水的温度T_d,i，其中i＝1—z；

采集热能动力系统发电功率W_e和汽轮机低压缸排汽压力P_c,凝结水泵后压力P_cp、除氧器压力P_dea、给水泵后给水压力P_fp和省煤器入口给水压力P_eco,in；

步骤二：数据预处理

将以上采集的参数数据进行数据清洗；

步骤三：计算各点工质焓值

(1)利用温度和压力数据，通过热物性计算得到各点工质焓值，包括锅炉m个工质流进、出口的焓值h_in,i和h_out,i，其中i＝1—m；给水侧各级回热加热器进口水的焓值h_w,in,i和出口水的焓值h_w,out,i；抽汽侧各级抽汽的焓值h_s,i；各级疏水的焓值h_d,i，其中i＝1—z；

首先判断所有的抽汽是处于过热蒸汽或者湿蒸汽，对于过热蒸汽，采用热物性计算方法得到各点的焓值：

h＝f_TP(P,T)

式中，f_TP是热物性函数；

(2)由于低压缸排汽和低压缸部分抽汽在热能动力系统运行过程中处于湿蒸汽区，因此不能简单的采用热物性计算方法得到焓值，应采用以下压比效率拟合法法计算：

选取低压缸排汽压力P_c和第a级抽汽压力P_s,a，使用排汽压力与第a级抽汽压力的比值P_c/P_s,a与汽轮机该段的内效率数据η_a-c进行拟合，得到压比与内效率的函数关系；

再根据热能动力系统实际运行时某负荷工况下的该段前后压比P_c/P_s,a来得到该工况的该段的相对内效率η_a-c；因此，排汽焓通过以下公式得到：

h_c＝h_s,a-η_a-c(h_s,a-h_cs)

式中：h_c为汽轮机低压缸排汽焓，kJ/kg；h_s,a为汽轮机第a级抽汽焓，kJ/kg；η_a-c为汽轮机低压缸第a级抽汽到排汽段的效率；h_cs为汽轮机低压缸理想排汽焓，kJ/kg；

同时对于处于湿蒸汽区的第l级低压缸抽汽的焓值，也采用以上方法进行计算；拟合出第l级抽汽压力与更高的第a级抽汽压力比值与从第a级抽汽口到第l级抽汽口的该段效率的关系曲线；再根据热能动力系统实际运行时某负荷工况下的该段前后压比P_s,l/P_s,a来得到该工况的该段的相对内效率η_a-l；因此，第l级抽汽焓通过以下公式得到：

h_s,l＝h_s,a-η_a-l(h_s,a-h_s,ls)

式中：h_s,l为汽轮机第l级抽汽焓，kJ/kg；h_s,a为汽轮机第a级抽汽焓，kJ/kg；η_a-l为汽轮机低压缸第a级抽汽到第l级抽汽的效率；h_s,ls为汽轮机第l级理想抽汽焓，kJ/kg；

步骤四：计算单位工质的做功量H

式中：h_in,1为锅炉主蒸汽的焓，kJ/kg；σ_j为单位质量再热蒸汽在锅炉每一次再热中的吸热量，kJ/kg；h_c为汽轮机低压缸排汽焓，kJ/kg；τ_r为第r级加热器的给水焓升，kJ/kg；H_r为第r级的抽汽等效热降，kJ/kg；q_r为第r级加热器单位质量抽汽的放热量，kJ/kg；∑Π为各种损失造成的单位工质做功下降量，kJ/kg；

其中，各级抽汽等效热降计算方法如下：

1)所有再热以后的抽汽等效热降为：

2)最后一次再热之前的回热加热器的等效热降：

式中，γ_r为疏水在第r级加热器中的放热量，kJ/kg；mixi代表抽汽压力低于第i级抽汽的最近的汇集式加热器；rhi代表第i级抽汽后的最近的一次再热；

其中，τ_r，q_r，γ_r的计算方法如下：

1)对于疏水放流式加热器：

τ_r＝h_w,out,r-h_gs,in,r

q_r＝h_s,r-h_d,r

γ_r＝h_d,r-1-h_d,r

2)对于汇集式加热器：

τ_r＝h_w,out,r-h_w,in,r

q_r＝h_s,r-h_w,in,r

γ_r＝h_d,r-1-h_w,in,i

步骤五：计算主蒸汽流量D_水

结合工质流量和热能动力系统功率的关系，利用步骤四计算得到的单位工质做功量H，计算热能动力系统的主给水流量D_水；

式中：W_e为热能动力系统的发电功率，MW；W_t为汽轮机功率，MW；η_m为机械效率；η_g为发电机效率；

步骤六：计算单位工质在锅炉中的总吸热量Q

通过计算不同工质流在锅炉中的吸热量，得到单位工质在锅炉中的总吸热量Q；

式中：α_i为第i股进入锅炉的工质流占主给水的份额；h_out,i为第i股工质流出口焓，kJ/kg；h_in,i为第i股工质流进口焓，kJ/kg。

步骤七：计算热能动力系统的工质燃料比λ

通过变换工质燃料比计算公式，得到工质燃料比关于单位工质吸热量的关系，最终计算得到该负荷工况下的工质燃料比λ；

式中：D_煤为煤的流量，kg/s；η_b为锅炉效率；q_net为煤的低位发热量，kJ/kg；

步骤八：

计算热能动力系统多个发电功率下的工质燃料比λ和给水流量D_水，拟合出一条工质燃料比λ关于热能动力系统负荷W_e的曲线；

λ＝f(W_e)

式中：λ为工质燃料比；

当热能动力系统实际运行的工质燃料比λ_w对比曲线对应的工质燃料比λ偏差超过5％时，就需要对工质燃料比曲线予以修正；

结合给水量D_水，也就能够确定该负荷下的热能动力系统对应的给水量和给煤量，对于热能动力系统灵活性的提高和控制策略优化具有重要意义。