基于運行參數(shù)的加熱器給水端差簡易計算模型

丁常富，關鑫源，郭江龍

（1.華北電力大學，河北 保定 071003；2.河北省電力研究院，河北 石家莊 050021）

1 概 述

加熱器是汽輪機回熱系統(tǒng)重要設備之一，其給水加熱性能可用給水端差和疏水端差來表示。給水端差是指加熱器進汽壓力對應的飽和溫度和給水出口溫度之差；疏水端差是指離開加熱器殼側的疏水出口溫度和進入管側的給水進口溫度之差［1］。運行機組加熱器端差應達值的確定是困擾技術人員的一個問題。制造廠提供的端差是額定工況下的設計端差，隨著工況不斷變化，加熱器端差應達值也在不斷地變化，理論上端差可通過變工況計算得到。

對于結構設計參數(shù)一定的加熱器，影響運行給水端差的主要參數(shù)是加熱器殼側和管側進口參數(shù)。應用加熱器校核計算方法，可得到此類加熱器變工況時端差的變化情況，但由于詳細校核計算方法所需的結構參數(shù)眾多，在工程中不易獲得，因而使此方法在工程應用中受到了一定的限制。現(xiàn)通過計算加熱器各運行參數(shù)對端差的影響，建立了一種新的只考慮運行參數(shù)的加熱器端差計算模型。

2 給水出口溫度的確定

圖1中：Gw為給水流量，kg／h；Gd為進汽流量，kg／h；Gs為上級疏水流量，kg／h；tw1為給水進口溫度，℃；tw2為凝結段進口水溫度，℃；tw3為凝結段出口水溫度，℃；tw4為給水出口溫度，℃；hw1～hw4為tw1～tw4對應的焓值，kJ／kg；ho為上級疏水焓值，kJ／kg；h2為凝結段進汽焓值，kJ／kg；h3為疏水焓值，kJ／kg；hd為疏水段疏水入口焓值，kJ／kg；ts為過熱蒸汽冷卻段進汽溫度，℃；t0為上級疏水溫度，℃；th為疏水段疏水入口溫度，℃；tod為疏水溫度，℃。

圖1 三段式加熱器示意圖

求解加熱器給水端差，實際上是計算加熱器給水出口溫度。在具有過熱蒸汽冷卻段和疏水冷卻段的三段式加熱器中，對于凝結段和疏水冷卻段有如下方程：

對于過熱蒸汽冷卻段有：

式中：cp為給水定壓比熱容，kJ／（kg·℃）；K 為過熱蒸汽冷卻段傳熱系數(shù)，W／（m·℃）；F1為過熱蒸汽冷卻段面積，m2；t2為凝結段進汽溫度，℃。

本文的計算是在已知汽側、水側入口運行參數(shù)和加熱器結構參數(shù)的情況下，通過熱平衡計算求出tw3，假設一個出口水溫tw4，計算（2）式是否成立，若不成立重新取值。計算時的流程框圖，見圖2所示。

圖2 給水出口溫度和修正系數(shù)的計算框圖

3 給水端差簡易模型和出口水溫修正系數(shù)的確定

3.1 簡易給水端差計算模型

對于結構設計參數(shù)一定的加熱器，在實際運行過程中，隨著機組負荷的不斷變化，影響端差的主要參數(shù)是汽側和水側入口參數(shù)。入口參數(shù)的變化共同影響端差的大小，為此可建立一種基于求解小擾動條件下加熱器給水進口水溫和流量、進汽溫度和流量、上級疏水溫度和流量分別對出口水溫的影響系數(shù)的計算模型，進而求得相應的端差。在已知加熱器額定工況下的進口參數(shù)基礎上可建立（4）式的出口水溫計算模型。

式中：βw—給水流量修正系數(shù)；βd—加熱器進汽流量修正系數(shù)；βs—上級疏水流量修正系數(shù)；βtw1—加熱器給水進口溫度修正系數(shù)；βnt—凝結段進汽溫度修正系數(shù)；βst—上級疏水溫度修正系數(shù)；tw4o—為額定工況下設計出口水溫。

求得給水出口溫度后，加熱器給水端差為：

以某公司生產(chǎn)的660MW超臨界機組三段臥式3號高壓加熱器結構參數(shù)和額定工況下的設計參數(shù)為基礎，通過校核計算得出各參數(shù)的修正系數(shù)。表1為3號高壓加熱器部分結構參數(shù)和額定工況下的設計參數(shù)。

表1 3號高壓加熱器部分結構參數(shù)和額定工況下的設計參數(shù)

3.2 修正系數(shù)的確定

以額定工況下加熱器入口參數(shù)為基準，分別求出進口水溫、給水流量、進汽溫度及流量、上級疏水溫度和流量在小擾動條件下的出口水溫和額定工況出口水溫設計值的比值即可得出相應的修正系數(shù)。在求解各修正系數(shù)時，除所修正的參數(shù)值外，其余各參數(shù)應保持不變［2］。

其中βi為各參數(shù)在小擾動下的修正系數(shù)；θi為各參數(shù)的擾動值；θo為額定工況下的設計值。

以給水流量和入口水溫為例，求解給水流量修正系數(shù)和入口水溫修正系數(shù)。設定給水流量一個擾動值，保持其余各運行參數(shù)不變，按照上文提出的計算流程圖求出相應的給水出口溫度，利用公式（6），求出對應的流量修正系數(shù)，如此重復可得出一組修正系數(shù)，通過數(shù)值擬合即可得到關于給水流量修正系數(shù)的計算公式。進汽流量和上級疏水流量修正系數(shù)的求法與給水流量修正系數(shù)求法類似。

求解給水入口溫度修正系數(shù)時，應先計算出入口水溫擾動時過熱蒸汽冷卻段傳熱系數(shù)的變化，再按框圖中的方法，求得對應修正系數(shù)計算公式。表2和表3為小擾動條件下，對給水流量和給水進口溫度修正系數(shù)的計算結果。

表2 小擾動條件下給水流量修正系數(shù)

表3 小擾動條件下給水進口溫度修正系數(shù)

對計算得出的各組修正系數(shù)進行數(shù)值擬合，可得所建模型中各修正系數(shù)計算公式，如式（7）～（12）所示。

4 實例驗證

利用所建立計算模型，對NZK660－24.2／566／566型和 C300／246－16.7／0.35／537／53型汽輪機的3臺臥式加熱器端差值的計算結果見表4和表5。從表4和表5可以看出，機組變 工況運行中，各加熱器的端差隨著負荷的降低而減小。在額定工況下，所建計算模型與設計廠家給出的端差值基本一致，在負荷變化較大時，端差變化明顯，與設計值相差不斷增大。

表4 NZK660－24.2／566／566型汽輪機的加熱器端差值

表5 C300／246－16.7／0.35／537／537型汽輪機的加熱器端差值

5 結 語

通過計算加熱器各運行參數(shù)對給水端差的影響，建立了一種新的只考慮運行參數(shù)的加熱器給水端差計算模型。詳細求解了各入口參數(shù)對給水端差的影響大小，得出了給水端差的計算模型及各修正系數(shù)的擬合計算公式。利用660MW和300MW機組臥式加熱器運行參數(shù)對模型進行了驗證，計算結果表明該模型精確度高，計算簡單，可快速計算出加熱器給水端差。

［1］蔡錫琮.高壓給水加熱器［M］.北京：水利水電出版社，1995.130－146.

［2］王慶，王培紅，蘭立君.對凝汽器傳熱系數(shù)公式修正的研究［J］.華東電力，2008，36（12）：96－99.

［3］楊世銘，陶文銓.傳熱學［M］.北京：高等教育出版社，1998.332－338.