基于單個(gè)無量綱數(shù)的凝汽器傳熱系數(shù)計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)，特別是涉及一種基于單個(gè)無量綱數(shù)的凝汽器傳熱 系數(shù)計(jì)算方法的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 凝汽器及其輔助系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組冷端，其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行具 有重要意義，因此關(guān)于凝汽器運(yùn)行診斷及優(yōu)化的研究與應(yīng)用一直受到廣泛的重視。凝汽器 運(yùn)行診斷及優(yōu)化的關(guān)鍵問題是確定機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下應(yīng)達(dá)到的換熱系數(shù)（換熱熱阻)。
[0003] 目前凝汽器傳熱系數(shù)的確定方法有以下三種： 1)理論計(jì)算方法 凝汽器基本傳熱過程是管外凝結(jié)放熱，管壁導(dǎo)熱以及管內(nèi)對(duì)流傳熱過程。因 此，理論上單管凝汽器總傳熱系數(shù)為總熱阻的倒數(shù)，那么凝汽器正常傳熱系數(shù) 可表不為：
其中，$、竭為換熱管外徑、內(nèi)徑，:?為水側(cè)對(duì)流放熱系數(shù)，，為蒸汽側(cè)凝結(jié)放熱系 數(shù)，_為冷卻管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，1為管道的長度； 實(shí)際中凝汽器是多根換熱管的復(fù)雜組合，在凝汽器換熱面的不同區(qū)段，由于蒸汽參數(shù)、 空氣相對(duì)含量、冷卻水參數(shù)和局部冷卻管的排列形式等不相同，凝汽器各區(qū)段內(nèi)換熱狀態(tài) 也不相同，單管的換熱模型顯然不能描述實(shí)際凝汽器的換熱。
[0004] 2)工程計(jì)算方法 由于理論方法的不足，工程中往往通過經(jīng)驗(yàn)公式來確定凝汽器傳熱系數(shù)，目前應(yīng)用較 廣的是美國傳熱學(xué)會(huì)（HEI)推薦的公式、前蘇聯(lián)熱工院的別爾曼經(jīng)驗(yàn)公式和英國BEAM公 式。
[0005] 但上述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算方法都未能考慮實(shí)際凝汽器冷卻管束布置以及汽側(cè)空氣泄 漏和清潔系數(shù)變化的影響，因此針對(duì)具體的機(jī)組計(jì)算中也存在一定的誤差。
[0006] 3)試驗(yàn)確定法 工程中也可通過試驗(yàn)方法來確定凝汽器傳熱系數(shù)：按照《汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程》以及 《凝汽器性能試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，測量在不同機(jī)組負(fù)荷下的循環(huán)水流量、凝汽器壓力、冷卻水 進(jìn)口溫度及出口水溫等主要性能參數(shù)，通過查表或者軟件的方式獲得各工況下的循環(huán)水密 度和凝汽器壓力下的飽和壓力，進(jìn)而求得凝汽器總傳熱系數(shù)。
[0007] 然而，凝汽器性能試驗(yàn)較為復(fù)雜，操作不便，因此只能確定有限工況的傳熱系數(shù)， 并不能獲得在優(yōu)化過程所需要的各個(gè)工況下凝汽器傳熱系數(shù)，因此此種方法在實(shí)際應(yīng)用中 具有局限性。
[0008] 綜上所述，雖然從理論到工程實(shí)際都有方法來確定凝汽器的傳熱系數(shù)，但實(shí)際針 對(duì)某臺(tái)確定的機(jī)組，在任意工況下，其正常傳熱系數(shù)還是很難方便、準(zhǔn)確、快速確定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能在任 意工況條件下方便、準(zhǔn)確、快速的確定凝汽器正常傳熱系數(shù)的基于單個(gè)無量綱數(shù)的凝汽器 傳熱系數(shù)計(jì)算方法。
[0010] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種基于單個(gè)無量綱數(shù)的凝汽器傳熱系 數(shù)計(jì)算方法，涉及凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，其特征在于，具體步驟如下： 1) 定義一個(gè)無量綱數(shù)為：
其中，M為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的無量綱數(shù)，馬為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷，_ 為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水流量，為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水比熱容，為 凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水進(jìn)口溫度； 2) 定義無量綱數(shù)與凝汽器正常傳熱系數(shù)之間的關(guān)系為：
其中，匕為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器正常傳熱系數(shù)，I ?均為冷卻水流量相關(guān) 系數(shù)； 3) 采用多項(xiàng)式擬合方法擬合冷卻水流量相關(guān)系數(shù)〇與冷卻水流量^的關(guān)系，及冷卻 水流量相關(guān)系數(shù)與冷卻水流量^的關(guān)系，得到冷卻水流量相關(guān)系數(shù)b與冷卻水流 量_|的關(guān)系式為：
其中，H為冷卻水流量相關(guān)系數(shù)輝的擬合點(diǎn)的數(shù)量，為冷卻水流量相關(guān)系數(shù)拐的擬合 點(diǎn)的數(shù)量，it為第i個(gè)擬合點(diǎn)的冷卻水流量，1|為第j個(gè)擬合點(diǎn)的冷卻水流量，為確 定自的第i個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)，1為確定福.的第i個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)； 4) 獲取當(dāng)前工況下凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷石、冷卻水流量、冷卻水比熱容 、冷卻水進(jìn)口溫度; 5) 先計(jì)算當(dāng)前工況下的無量綱數(shù)，并根據(jù)步驟3所得到的冷卻水流量相關(guān)系數(shù) 與冷卻水流量Dw的關(guān)系式，計(jì)算出當(dāng)前工況下的冷卻水流量相關(guān)系數(shù)CK ; 再根據(jù)步驟2定義的無量綱數(shù)與凝汽器正常傳熱系數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)前工況下 的凝汽器正常傳熱系數(shù)_。
[0011] 本發(fā)明提供的基于單個(gè)無量綱數(shù)的凝汽器傳熱系數(shù)計(jì)算方法，通過一個(gè)無量綱參 數(shù)來確定凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組在任意工況下的凝汽器正常傳熱系數(shù)，具有計(jì)算方便、準(zhǔn)確、 快速的特點(diǎn)，只需要測量有限的工況就可以推廣到該機(jī)組的其它工況，使得凝汽器工作狀 況的判定更為簡單。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例所涉及的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合【附圖說明】對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限 制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明 中的頓號(hào)均表示和的關(guān)系。
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種基于單個(gè)無量綱數(shù)的凝汽器傳熱系數(shù)計(jì)算方法，涉及 凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，其特征在于，具體步驟如下： 1) 定義一個(gè)無量綱數(shù)為：
其中，為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的無量綱數(shù)，馬為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷，_ 為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水流量，cP為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水比熱容，為 凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水進(jìn)口溫度； 2) 定義無量綱數(shù)與凝汽器正常傳熱系數(shù)之間的關(guān)系為：
其中，轉(zhuǎn)為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器正常傳熱系數(shù)，均為冷卻水流量相關(guān) 系數(shù)； 3) 采用試驗(yàn)法測量凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組在多種工況下的工作數(shù)據(jù)，并計(jì)算凝汽式汽輪 發(fā)電機(jī)組在每一種試驗(yàn)工況下的無量綱數(shù)及凝汽器正常傳熱系數(shù)； 在試驗(yàn)中，采用的冷卻水流量有至少兩種，且每種冷卻水流量至少在兩種試驗(yàn)工況中 米用； 凝汽器正常傳熱系數(shù)的計(jì)算公式為：
其中，￥為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器正常傳熱系數(shù)，為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組 的冷卻水流量，為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水比熱容，為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的 凝汽器換熱面積，4為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的飽和溫度，％1為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻 水進(jìn)口溫度，為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水出口溫度； 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多項(xiàng)式擬合方法擬合冷卻水流量相關(guān)系數(shù)也與冷卻水流量_的 關(guān)系，及冷卻水流量相關(guān)系數(shù)叛與冷卻水流量Ap的關(guān)系，得到冷卻水流量相關(guān)系數(shù)&辦 與冷卻水流量^的關(guān)系式為：
其中，P為冷卻水流量相關(guān)系數(shù)線的擬合點(diǎn)的數(shù)量，M為冷卻水流量相關(guān)系數(shù)的擬合 點(diǎn)的數(shù)量，為第i個(gè)擬合點(diǎn)的冷卻水流量，4為第j個(gè)擬合點(diǎn)的冷卻水流量，為確 定議的第i個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)，1為確定E的第i個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)； 4) 獲取當(dāng)前工況下凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷右、冷卻水流量1?、冷卻水比熱容 、冷卻水進(jìn)口溫度; 5) 先計(jì)算當(dāng)前工況下的無量綱數(shù)，并根據(jù)步驟3所得到的冷卻水流量相關(guān)系數(shù)心辦 與冷卻水流量的關(guān)系式，計(jì)算出當(dāng)前工況下的冷卻水流量相關(guān)系數(shù)& ^ ; 再根據(jù)步驟2定義的無量綱數(shù)與凝汽器正常傳熱系數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)前工況下 的凝汽器正常傳熱系數(shù)轉(zhuǎn)。
[0015] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例所涉及的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，凝 汽式汽輪發(fā)電機(jī)組工作時(shí)，蒸汽1進(jìn)入蒸汽輪機(jī)2膨脹做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)3發(fā)電，排汽進(jìn)入凝 汽器12,被冷卻水冷卻成為凝結(jié)水11，冷卻水升溫后通過冷卻水出口管道7離開凝汽器12 ; 在發(fā)電機(jī)的輸電線路5上安裝第一測點(diǎn)4可以測量凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷，在凝汽器 的冷卻水入口管道8上安裝第二測點(diǎn)9,可以測量冷卻水入口溫度，在凝汽器的冷卻水入口 管道8上安裝第三測點(diǎn)10,可以測量冷卻水流量，將三個(gè)測點(diǎn)的測量值送入計(jì)算單元6,可 以根據(jù)凝汽器正常傳熱系數(shù)和無量綱數(shù)的計(jì)算模型，計(jì)算確定凝汽器在該工況下的正常傳 熱系數(shù)。
[0016] 本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算方法通過330MW汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器進(jìn)行了例證，該汽輪 發(fā)電機(jī)組配套的凝汽器型號(hào)為N-16300-1，冷卻面積為16300 m2,其冷卻水流量只有兩種； 采用試驗(yàn)法測量了汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器在5個(gè)工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并計(jì)算了 5個(gè)工 況下的無量綱數(shù)麵遷汽器正常傳熱系數(shù)％，具體數(shù)據(jù)如表1所示； 表1 CN 105184043 A 說明書 5/5 頁
依據(jù)& 的冪函數(shù)關(guān)系擬合&和^的關(guān)系式如表2所示；
由于只有兩種流量，因此冷卻水流量相關(guān)系數(shù)^ ^是冷卻水流量^的線性函數(shù)，擬 合關(guān)系如下：
則％和:_::的關(guān)系式為：
在機(jī)組運(yùn)行過程中，計(jì)算當(dāng)前工況下的凝汽器正常傳熱系數(shù)時(shí)，根據(jù)測點(diǎn)測得的運(yùn)行 數(shù)據(jù)：凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為270MW，冷卻水流量為9. 8125 m3/s，冷卻水進(jìn)口溫度 為 33. 65 cC ; 則：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于單個(gè)無量綱數(shù)的凝汽器傳熱系數(shù)計(jì)算方法，涉及凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，其 特征在于，具體步驟如下： 1) 定義一個(gè)無量綱數(shù)為：其中，JI1T為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的無量綱數(shù)，I為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷， 為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水流量，為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水比熱容，為 凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水進(jìn)口溫度； 2) 定義無量綱數(shù)與凝汽器正常傳熱系數(shù)之間的關(guān)系為：其中，匕為凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器正常傳熱系數(shù)，&:植均為冷卻水流量相關(guān) 系數(shù)； 3) 采用多項(xiàng)式擬合方法擬合冷卻水流量相關(guān)系數(shù)〇與冷卻水流量Ap的關(guān)系，及冷卻 水流量相關(guān)系數(shù)枳與冷卻水流量Ap的關(guān)系，得到冷卻水流量相關(guān)系數(shù)CK力與冷卻水流 量_的關(guān)系式為：其中，η為冷卻水流量相關(guān)系數(shù)·的擬合點(diǎn)的數(shù)量，_為冷卻水流量相關(guān)系數(shù)i的擬合 點(diǎn)的數(shù)量，1?為第i個(gè)擬合點(diǎn)的冷卻水流量，^為第j個(gè)擬合點(diǎn)的冷卻水流量，麵為確 定從的第i個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)，釋為確定灰的第i個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)； 4) 獲取當(dāng)前工況下凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷巧、冷卻水流量、冷卻水比熱容C/1 、冷卻水進(jìn)口溫度; 5) 先計(jì)算當(dāng)前工況下的無量綱數(shù)，并根據(jù)步驟3所得到的冷卻水流量相關(guān)系數(shù)心i? 與冷卻水流量的關(guān)系式，計(jì)算出當(dāng)前工況下的冷卻水流量相關(guān)系數(shù):氣; 再根據(jù)步驟2定義的無量綱數(shù)與凝汽器正常傳熱系數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)前工況下 的凝汽器正常傳熱系數(shù)_。
【專利摘要】一種基于單個(gè)無量綱數(shù)的凝汽器傳熱系數(shù)計(jì)算方法，涉及汽輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是現(xiàn)有方法確定凝汽器傳熱系數(shù)困難的技術(shù)問題。該方法先定義一個(gè)無量綱數(shù)，并建立無量綱數(shù)與凝汽器正常傳熱系數(shù)之間的關(guān)系，并采用多項(xiàng)式擬合方法擬合冷卻水流量相關(guān)系數(shù)與冷卻水流量的關(guān)系，再根據(jù)當(dāng)前工況下的測量數(shù)據(jù)及無量綱數(shù)，計(jì)算出當(dāng)前工況下的凝汽器正常傳熱系數(shù)。本發(fā)明提供的方法，適用于凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號(hào)】CN105184043
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510410557
【發(fā)明人】鄭莆燕, 姚秀平, 王建剛, 盧冬冬
【申請(qǐng)人】上海電力學(xué)院
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年7月14日