一种余热锅炉省煤器变工况热力计算方法与流程

1.本发明属于燃气
‑
蒸汽联合循环机组领域，具体涉及一种余热锅炉省煤器变工况热力计算方法。


背景技术：

2.在联合循环机组中，余热锅炉扮演着非常重要的角色，它通过回收燃气轮机的排出的余热，产生不同等级的蒸汽，并供给汽轮机进行热功转换，是联合循环系统中非常重要的组成部分。由于联合循环机组负荷和环境气象条件的变化，燃气轮机时常处于变工况运行状态，因此进入余热锅炉的烟气热量、流量以及烟气组分都将经常变化；此外对于热电联产的联合循环机组，其抽汽供热量的变化，也会导致余热锅炉的蒸汽量发生变化；以上因素都导致余热锅炉时常处于变工况运行状态。因此研究余热锅炉在变工况下的热力计算方法，对于预测、分析余热锅炉甚至联合循环机组的变工况下的热力性能是至关重要的。
3.余热锅炉由省煤器、蒸发器和过热器组成。因此余热锅炉在变工况下的热力计算也由省煤器、蒸发器和过热器的变工况热力计算联立组成。在传统的余热锅炉省煤器变工况热力计算中，烟气侧换热系数需要经过复杂、繁琐的迭代计算，导致传统的省煤器变工况热力计算方法并不适用于快速的热力性能分析场景，如余热锅炉的在线性能监测等。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：针对传统的余热锅炉省煤器变工况热力计算方法中，烟气侧换热系数需要经过复杂的迭代计算，导致余热锅炉省煤器变工况热力计算过程较为繁琐的问题，提供了一种余热锅炉省煤器变工况热力计算方法，该方法无需进行迭代计算，可快速、简便进行余热锅炉省煤器变工况下烟气侧传热系数的计算，且准确性较好，可用于余热锅炉的变工况热力性能分析、在线性能监测等。
5.本发明采用的技术方案具体包括以下步骤：
6.一种余热锅炉省煤器变工况热力计算方法，包括以下步骤：
7.步骤1，在稳态情况下根据基准工况(1)下余热锅炉省煤器的进、出口烟气侧、水侧参数进行热力计算得到该工况下省煤器总体传热系数；
8.步骤2，根据基准工况(1)下余热锅炉省煤器的进、出口水侧参数以及省煤器管束直径等几何参数计算得到省煤器水侧传热系数；
9.步骤3，根据步骤1计算的到的省煤器总体传热系数以及步骤2计算得到的省煤器水侧传热系数、管壁传热系数，并忽略管壁侧传热系数以及管内、外污垢系数，计算得到基准工况(1)下的烟气侧总体传热系数；
10.步骤4，开始进行变工况计算，根据变工况(2)下省煤器内的水量，并基于基准工况(1)下的省煤器水侧传热系数，通过简化公式计算得到变工况(2)下省煤器水侧传热系数；
11.步骤5，根据变工况(2)下通过省煤器的烟气流量，并基于基准工况(1)下的烟气侧总体传热系数，通过简化公式计算得到变工况(2)下省煤器烟气侧传热系数；
12.步骤6，根据步骤4计算得到的变工况(2)下省煤器水侧传热系数、步骤5得到的变工况(2)下省煤器烟气侧传热系数，计算得到变工况(2)下省煤器总体传热系数；
13.步骤7，基于步骤6计算得到的变工况(2)下省煤器总体传热系数、省煤器进口水温、烟温进行省煤器热力计算，迭代计算得到省煤器出口水温、烟温。
14.本发明进一步的改进在于，步骤1中，计算公式如下：
15.根据基准工况余热锅炉省煤器的进、出口烟气侧、水侧参数以及省煤器换热面积等参数进行热力计算得到该工况下省煤器对数平均温差：
[0016][0017]
式中：t
g1
为省煤器进口烟气温度，℃；t
w2
为省煤器出口水温度，℃；t
g2
为省煤器出口烟气温度，℃；t
w1
为省煤器进口水温度，℃；
[0018]
根据对数平均温差计算结果，求解得基准工况省煤器总体传热系数。
[0019]
本发明进一步的改进在于，基准工况省煤器总体传热系数的计算公式如下：
[0020][0021]
式中：u
eco，b
为基准工况省煤器的总体传热系数，w/m2.℃；w
w,b
为省煤器中工质水流量，kg/s；e
w2
为省煤器进口水焓，kj/kg；e
w1
为省煤器出口水焓，kj/kg；a
t
为省煤器换热面积，m2。
[0022]
本发明进一步的改进在于，步骤2中，计算公式如下：
[0023]
根据基准工况余热锅炉省煤器的水侧参数以及省煤器管束直径、管束数量几何参数求解得省煤器水侧换热系数：
[0024][0025]
式中：h
w，b
为基准工况省煤器中水侧换热系数，w/m2.℃；c
pw
为省煤器水侧比热，j/kg.℃；μ
w
为省煤器水侧黏度，kg/m.s；k
w
为省煤器水侧热导率，w/m.℃；d
i
为省煤器管束内径，mm。
[0026]
本发明进一步的改进在于，步骤3中，计算公式如下：
[0027]
忽略管壁侧传热系数以及管内、外污垢系数，则基准工况省煤器烟气侧换热系数由下式求解得：
[0028][0029]
式中：a
i
为省煤器换热管的管内换热面积。
[0030]
本发明进一步的改进在于，步骤4中，计算公式如下：
[0031]
根据变工况下的水侧流量，通过简化公式计算得到变工况下水侧传热系数：
[0032]
[0033]
本发明进一步的改进在于，步骤5中，计算公式如下：
[0034]
根据变工况下的烟气流量，通过简化公式计算得到变工况下烟气侧传热系数：
[0035][0036]
本发明进一步的改进在于，步骤5中，计算公式如下：
[0037][0038]
本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0039]
本发明提供的一种余热锅炉省煤器变工况热力计算方法，该方法可根据基准工况下余热锅炉省煤器的进、出口边界参数，快速、简便进行余热锅炉省煤器变工况下热力计算，避免了繁琐的迭代计算，且准确性较好，可用于余热锅炉的变工况热力性能分析、在线性能监测等。
附图说明
[0040]
图1为基准工况下省煤器总体传热系数、水侧传热系数和烟气传热系数计算方法。
[0041]
图2为变工况下省煤器水侧传热系数、烟气传热系数和总体传热系数计算方法。
具体实施方式
[0042]
下面将结合附图对本发明专利作详细的介绍：
[0043]
如图1所示，根据基准工况余热锅炉省煤器的进、出口烟气侧、水侧参数以及省煤器换热面积等参数进行热力计算得到该工况下省煤器对数平均温差：
[0044][0045]
式中：t
g1
为省煤器进口烟气温度，℃；t
w2
为省煤器出口水温度，℃；t
g2
为省煤器出口烟气温度，℃；t
w1
为省煤器进口水温度，℃。
[0046]
根据对数平均温差计算结果，求解得基准工况省煤器总体传热系数：
[0047][0048]
式中：u
eco，b
为基准工况省煤器的总体传热系数，w/m2.℃；w
w,b
为省煤器中工质水流量，kg/s；e
w2
为省煤器进口水焓，kj/kg；e
w1
为省煤器出口水焓，kj/kg；a
t
为省煤器换热面积，m2。
[0049]
如图1所示，根据基准工况余热锅炉省煤器的水侧参数以及省煤器管束直径、管束数量等几何参数求解得省煤器水侧换热系数：
[0050]
[0051]
式中：h
w，b
为基准工况省煤器中水侧换热系数，w/m2.℃；c
pw
为省煤器水侧比热，j/kg.℃；μ
w
为省煤器水侧黏度，kg/m.s；k
w
为省煤器水侧热导率，w/m.℃；d
i
为省煤器管束内径，mm。
[0052]
忽略管壁侧传热系数以及管内、外污垢系数，则基准工况省煤器烟气侧换热系数可由下式求解得：
[0053][0054]
式中：a
i
为省煤器换热管的管内换热面积。
[0055]
如图2所示，根据变工况下的水侧流量，通过简化公式计算得到变工况下水侧传热系数：
[0056][0057]
如图2所示，根据变工况下的烟气流量，通过简化公式计算得到变工况下烟气侧传热系数：
[0058][0059]
根据计算得的变工况下的水侧传热系数和烟气侧换热系数，计算得变工况下的省煤器总体传热系数：
[0060][0061]
根据计算得变工况下省煤器总体传热系数，并根据省煤器变工况下进口烟气温度、进口水温，通过迭代计算得到出口水温和出口烟气温度。
[0062]
实施例
[0063]
根据某联合循环机组双压余热锅炉100％负荷工况作为基准工况，并基于该工况下的热力性能参数，计算得该工况下的总体传热系数；采用本发明提出的方法计算得75％工况、30％工况下高压和低压省煤器的换热系数，并与采用传统方法计算得的换热系数进行对比可知：两种方法的偏差在0.5％以内，如下表1所示。因此，本发明提出的方法具有较好的准确性，并且可避免传统方法的复杂迭代过程，可快速、简便进行余热锅炉省煤器变工况下热力计算。
[0064]
表1本发明方法变工况计算结果与传统方法的对比结果
[0065][0066]