CN107577859A

CN107577859A - 一种凝汽器污垢度在线监测方法

Info

Publication number: CN107577859A
Application number: CN201710757914.6A
Authority: CN
Inventors: 李建兰; 翟兆银; 吴至易; 王际洲
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2018-01-12

Abstract

本发明属于凝汽器监测技术领域，并具体公开了一种凝汽器污垢度在线监测方法，包括：建立汽轮机变工况性能模型，根据汽轮机变工况性能模型计算获得凝汽器汽水参数，根据凝汽器汽水参数计算获得凝汽器的整体换热热阻；计算凝汽器冷却管水侧对流换热热阻、冷却管管壁导热热阻以及凝汽器气侧凝结换热系数，并对所述气侧凝结换热系数进行修正，获得气侧凝结传热热阻；根据凝汽器的整体换热热阻、冷却管水侧对流换热热阻、冷却管管壁导热热阻和气侧凝结传热热阻求出凝汽器的污垢热阻，以该污垢热阻的大小表示凝汽器的水侧清洁程度，进而实现凝汽器污垢度的在线监测。本发明可实现凝汽器污垢度的实时在线监测，具有稳定、准确、容错的优点。

Description

一种凝汽器污垢度在线监测方法

技术领域

本发明属于凝汽器监测技术领域，具体地，涉及一种凝汽器污垢度在线监测方法，特别是一种基于软测量技术的凝汽器污垢度在线监测方法。本发明可应用于具有凝汽器***的火力发电厂或核电厂污垢度的在线监测以及凝汽器***热力性能的预测和分析。

背景技术

凝汽器是电厂换热的重要设备，其清洁程度直接影响电厂运行的经济性，目前，大多数火力发电厂的SIS***(Supervisory Information System in plant level，厂级监控信息***)中，已经集成了凝汽器管腐蚀在线监测装置。这种凝汽器污垢度监测方法基于流量测量，即通过安装在除氧器进口的ASME(美国机械工程师协会(American Society ofMechanical Engineers))标准孔板，测量主凝结水流量，再根据高压加热器的运行推算出主蒸汽流量，其凝汽器污垢度在线监测精度与主凝结水流量的测量精度高度相关。

在实际使用时发现，SIS***所监测的凝汽器污垢度波动较大，准确性较低。是因为ASME标准孔板流量计的流量计算公式中除流量计压差为实际测量取值外，其他各参数一般通过实验标定。但机组的实际运行状况经常偏离标定工况，尤其当机组出力变化，即机组变负荷时，实际工况会与实验标定工况偏离得更远，这种实际工况与实验标定的偏差是造成现场流量测量不准确的主要原因之一。并且流量孔板随着机组运行，容易发生弯曲变形，入口边缘磨损或受腐蚀发生缺口，会进一步加剧流量测量值与真实值的偏差。

此外，有学者提出将传感器安装在凝汽器外部的测量支路上进行监测，这种传感器的优势在于传感器出现问题时便于发现和处理，并且能够模拟凝汽器的热负荷、测量生物附着速率和积垢速率，缺点是传感器内表面与实际铜管的流动状态不同，测量的腐蚀状态不能准确代表实际铜管的腐蚀情况。另外，通过停机检查也可以判断凝汽器的清洁度，其是最准确的检测方法，但这种方法在很大程度上不符合电厂的实际生产情况。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种凝汽器污垢度在线监测方法，其基于汽轮机变工况性能模型获得的凝汽器汽水参数，分别计算获得整体换热热阻、水侧对流换热热阻、气侧凝结传热热阻和管壁导热热阻，最后求得污垢热阻，然后用该污垢热阻的大小表示凝汽器的水侧清洁程度，由此完成凝汽器***污垢度的在线监测，具有稳定、准确、容错的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种凝汽器污垢度在线监测方法，其包含以下步骤：

(1)建立汽轮机变工况性能模型，根据该汽轮机变工况性能模型计算获得凝汽器汽水参数，根据所述凝汽器汽水参数计算获得所述凝汽器的整体换热热阻；

(2)计算凝汽器冷却管水侧对流换热热阻、冷却管管壁导热热阻以及凝汽器气侧凝结换热系数，并对所述气侧凝结换热系数进行修正，获得气侧凝结传热热阻；

(3)根据所述凝汽器的整体换热热阻、冷却管水侧对流换热热阻、冷却管管壁导热热阻和气侧凝结传热热阻求出凝汽器的污垢热阻，以该污垢热阻的大小表示凝汽器的水侧清洁程度，进而实现凝汽器污垢度的在线监测。

作为进一步优选的，所述根据汽轮机变工况性能模型计算获得的凝汽器汽水参数包括低压缸排汽流量D_c、流入凝汽器的疏水流量凝结水流量D_n和低压缸排汽焓h_c。

作为进一步优选的，所建立的汽轮机变工况性能模型由公式Ⅰ到公式Ⅳ构成：

低压缸排汽流量D_c按公式Ⅰ计算：

式中，D₀、D_rhsp、D_i、D_f、D_mg、D_sgi、m和n分别表示主蒸汽流量、再热器减温水流量、i号加热器进汽流量、中压缸冷却转子用汽量、高压门杆漏汽量、i段轴封漏汽的流量、加热器的个数、轴封漏汽的段数；

流入凝汽器的疏水流量按公式Ⅱ计算：

式中，D_i+1、D_w(i+1)分别表示i号加热器疏水流量、i+1号加热器进汽流量、i+1号加热器进口水流量，h_(i+1)、h_w(i+1)、h_wi、和分别表示i+1号加热器进汽焓、进口水焓、出口水焓、疏水焓和i号加热器疏水焓；

凝结水流量D_n按公式Ⅲ计算：

式中，D₀、D_shsp、D_p、D_s、D_i和j分别表示主蒸汽流量、过热器减温水流量、锅炉排污量、***不明泄漏量、i号加热器进汽流量和除氧器的编号；

低压缸排汽焓h_c按公式Ⅳ计算：

h_c＝h_LP-η_LP(h_LP-h′_c) 公式Ⅳ

式中，h_c、η_LP、h_LP和h′_c分别表示低压缸排汽焓、低压缸效率、低压缸进汽焓和低压缸等熵焓。

作为进一步优选的，所述凝汽器的整体换热热阻优选按以下步骤获得：

(1.1)计算凝汽器整体换热量Q：

式中：D_c、D_b、D_n和D_z分别表示汽轮机低压缸排汽流量、流入凝汽器的疏水流量、热井补水量、凝结水流量和真空泵抽汽流量；h_c、h_b、h_n和h_z分别表示低压缸排汽焓、低压加热器疏水焓、热井补水焓、凝结水焓和真空泵抽汽焓；

(1.2)计算凝汽器对数温差Δt_m：

式中：t_xi、t_xo和t_s分别表示循环水进口水温、循环水出口水温和汽轮机排汽凝结时的饱和温度；

(1.3)根据所述凝汽器整体换热量和对数温差计算凝汽器的整体换热系数k：

式中：A_o表示凝汽器的换热面积；

(1.4)对所述凝汽器的整体换热系数进行修正：

式中：k_a为修正后的整体换热系数，为循环水进口水温对整体换热系数的修正系数，为循环水流程数对整体换热系数的修正系数；

(1.5)计算凝汽器的整体换热热阻R_a：

作为进一步优选的，所述水侧对流换热热阻优选按以下步骤获得：

(2.1)计算循环水的流速u：

式中：m、n、ρ和d_i分别表示循环水质量流量、冷却管总根数、循环水密度和冷却管内径；

(2.2)获取管内循环水的努塞尔数Nu_f：

Nu_f＝0.023Re_f ^0.8Pr_f ^0.4；

式中：υ_f为循环水在定性温度下的运动粘度，Pr_f为普朗特常数；

(2.3)计算管内对流换热系数k_m：

式中：λ_f为循环水在定性温度下的导热系数；

(2.4)计算循环水与污垢接触壁面的温度t_wi：

式中：c_p为比热容，A_i为冷却管内表面总面积；

(2.5)计算管内循环水的努塞尔数Nu_f1：

式中：f为管内湍流流动的Darcy阻力系数，f＝(1.82lgRe_f-1.64)^-2，Pr_w为普朗特数，L为冷却管长度；

(2.6)计算水侧对流换热热阻R_i：

作为进一步优选的，所述气侧凝结传热热阻优选按以下步骤获得：

(3.1)计算凝结传热系数k_o：

式中：r、g分别表示在t_s温度下蒸汽凝结的汽化潜热和重力加速度；λ_l、ρ_l、η_l分别表示在t_o温度下水的密度、导热系数和动力粘度，t_o为液膜的平均温度，t_wo为冷却管外管壁温度，t_s为汽轮机排汽凝结时的饱和温度，d_o为冷却管外径；

(3.2)计算不凝结气体的质量含量m_n：

式中：X为低压缸排汽干度，b为凝结水的含氧量，p_c为水面上混合气体的全压力，M为空气的摩尔质量，ρ_g为在压力p_n和温度t_s下湿蒸汽密度，p_n为不凝结气体在凝结水水面上的分压力，V_b为氧气在空气中的体积分数，K为氧气的重量溶解系数，R为气体常量，T为体系温度；

(3.3)计算气侧凝结传热热阻：

式中：f(m_n)为不凝结气体对凝结换热的修正系数函数，A_o为冷却管外表面积。

作为进一步优选的，所述冷却管管壁导热热阻优选按以下步骤获得：

(4.1)计算冷却管管壁导热热阻：

式中：λ为冷却管在定性温度t_d下的导热热阻，t_wd为冷却管内壁温度。

作为进一步优选的，所述凝汽器的污垢热阻R_f按下式计算获得：

R_f＝R_a-R_i-R_d-R_o。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

本方法基于汽轮机变工况性能模型计算获得的凝汽器汽水参数结合现场实时测量的其他参数数据，分别计算获得整体换热热阻、水侧对流换热热阻、气侧凝结传热热阻和管壁导热热阻，最后求得污垢热阻，然后用该污垢热阻的大小表示凝汽器的水侧清洁程度，由此完成凝汽器***污垢度的在线监测，具有稳定、准确、容错的优点。

相比现有的大多数火电厂采用凝汽器管腐蚀在线监测装置进行凝汽器污垢度的监测，在实际使用中存在的SIS***监测的凝汽器污垢度波动较大，准确性较低的问题，基于本发明的方法进行测量具有测量结果波动性小，监测结果稳定，准确性高的优点，通过本发明方法基于软测量技术可对现场的测量结果进行合理的校验和预测，可以排除现场测量的错误、失准结果，使本发明监测的污垢度结果具有一定的抗扰动和容错能力。

总之，本发明方法具有稳定、准确、容错的特点，可以克服传统基于流量测量的污垢度监测方法的技术缺陷，为凝汽器***的在线监测提供准确、稳定的污垢度监测结果。

附图说明

图1是本发明的污垢度在线监测方法的流程简图；

图2是某发电厂原则性热力***示意图；

图3是某发电厂污垢度实时监测结果示意图。

图中：1-锅炉、2-高压缸、3-中压缸、4-低压缸、5-凝汽器、6-高压加热器、7-除氧器、8-低压加热器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提出的一种凝汽器污垢度在线监测方法，其是一种基于软测量的凝汽器污垢度在线监测方法，该方法可以克服间接测量法无法直接测量凝汽器重要汽水参数而导致误差和波动较大的技术缺陷，为凝汽器***的在线监测提供准确、稳定的污垢度监测结果。该方法具体利用传热学原理建立了凝汽器清洁度模型，用水侧污垢热阻的大小来表示凝汽器的清洁程度；通过凝汽器进口水温和管程数对整体换热热阻的影响，以及不凝结气体对气侧凝结换热的影响，预测凝汽器运行现场未采集的参数数据，完成凝汽器污垢度的在线监测。

如图1所示，本发明的凝汽器污垢度在线监测方法具体包括如下步骤：

第一步：首先建立汽轮机变工况性能模型，根据该汽轮机变工况性能模型计算获得凝汽器汽水参数，根据所述凝汽器汽水参数计算获得所述凝汽器的整体换热热阻。

具体根据汽轮机运行机理、设计性能参数、维修历史资料，建立汽轮机变工况性能模型，建立的汽轮机变工况性能模型具体由公式Ⅰ到公式Ⅳ构成，其中公式Ⅰ到公式Ⅳ中涉及的参数均可实际测得：

低压缸排汽流量D_c按公式Ⅰ计算：

式中，D₀、D_rhsp、D_i、D_f、D_mg、D_sgi、m和n分别表示主蒸汽流量(t/h)、再热器减温水流量(t/h)、i号加热器进汽流量(t/h)、中压缸冷却转子用汽量(t/h)、高压门杆漏汽量(t/h)、i段轴封漏汽的流量(t/h)、加热器的个数、轴封漏汽的段数；

流入凝汽器的疏水流量按公式Ⅱ计算：

式中，D_i+1、D_w(i+1)分别表示i号加热器疏水流量(t/h)、i+1号加热器进汽流量(t/h)、i+1号加热器进口水流量(t/h)，h_(i+1)、h_wi、和分别表示i+1号加热器进汽焓(kJ/kg)、进口水焓(kJ/kg)、出口水焓(kJ/kg)、疏水焓(kJ/kg)和i号加热器疏水焓(kJ/kg)；

凝结水流量D_n按公式Ⅲ计算：

式中，D₀、D_shsp、D_p、D_s、D_i和j分别表示主蒸汽流量(t/h)、过热器减温水流量(t/h)、锅炉排污量(t/h)、***不明泄漏量(t/h)、i号加热器进汽流量(t/h)和除氧器的编号；

低压缸排汽焓h_c按公式Ⅳ计算：

h_c＝h_LP-η_LP(h_LP-h′_c) 公式Ⅳ

式中，h_c、η_LP、h_LP和h′_c分别表示低压缸排汽焓(kJ/kg)、低压缸效率、低压缸进汽焓(kJ/kg)和低压缸等熵焓。

本步骤首先需要采集的信号为凝汽器相关的汽水参数，之后输入凝汽器换热模型和对数温差模型，得到凝汽器换热量和对数温差，接着将对数温差和凝汽器换热量输入凝汽器整体换热模型中得到凝汽器整体换热系数，由于循环水进口水温和冷却水流程数均会对凝汽器的整体换热系数产生影响，因此，本发明考虑了循环水进口温度和冷却水流程数的影响，对循环水进口水温和循环水流程数进行修正，最后得到凝汽器的整体换热热阻。

具体的，凝汽器换热模型根据凝汽器相关的汽水参数(具体包括D_c、D_b、D_n、D_z、h_c、h_b、h_n和h_z)采用式(1)进行凝汽器整体换热量Q(GJ/h)的计算：

式(1)中，D_c、D_b、D_n和D_z分别表示、汽轮机低压缸排汽流量(t/h)、流入凝汽器的疏水流量(t/h)、热井补水量(t/h)、凝结水流量和真空泵抽汽流量(t/h)；h_c、h_b、h_n和h_z分别表示低压缸排汽焓(kJ/kg)、低压加热器疏水焓(kJ/kg)、热井补水焓(kJ/kg)、凝结水焓(凝汽器出口)(kJ/kg)和真空泵抽汽焓(kJ/kg)，这些参数均可实际测得。由于D_z通常未纳入到监测范围，且D_z与D_c的数量级相差很大，故D_z可取真空泵设计吸入量。其中，汽轮机低压缸排汽流量D_c、流入凝汽器疏水流量凝结水流量D_n、h_c低压缸排汽焓(kJ/kg)均由汽轮机变工况性能模型计算得到，其他参数可通过现场传感器测量得到。

由凝汽器的压力可得到汽轮机排汽凝结时的饱和温度t_s，对于冷却水(循环水)流程数为1的凝汽器，对数温差模型采用式(2)进行对数温差的计算：

式(2)中，Δt_m、t_xi和t_xo和分别表示凝汽器的对数温差(℃)、循环水进口水温(℃)和循环水出口水温(℃)。

凝汽器整体换热模型根据凝汽器整体换热量和对数温差，采用式(3)可得到凝汽器的整体换热系数k为：

式(3)中，k和A_o分别表示凝汽器的整体换热系数(kJ/(m₂×h×℃)和凝汽器的换热面积(m²)。

对循环水进口水温和循环水流程数进行修正，得到凝汽器整体换热热阻，其采集的信号为循环水流程数，循环水进口水温，输入循环水进口水温修正模型和循环水流程数模型，得到循环水进口水温修正系数和循环水流程数修正系数。进一步的，结合凝汽器整体换热系数和循环水进口水温修正系数以及循环水流程数修正系数，得到凝汽器的整体热阻。

由于循环水进口水温随季节呈周期性变化，而循环水进口水温会对凝汽器整体换热系数产生影响，为准确得到凝汽器整体换热系数，对循环水进口水温进行修正，循环水进口水温修正模型采用式(4)获得循环水进口水温对整体换热系数的修正系数为：

循环水的流程数也会对整体换热系数产生影响，循环水流程数模型采用式(5)获得循环水的流程数对整体换热系数的修正系数为：

式(5)中，z为循环水流程数。

对循环水进口水温和循环水的流程数修正后，得到修正后的整体换热系数，见式(6)。

式(6)中，k_a为修正后的整体换热系数(kJ/(m₂×h×℃)。

根据传热学热阻的定义，凝汽器的整体换热热阻为：

在式(7)中，R_a为凝汽器整体热阻(K/W)，由式(7)可知，R_a与凝汽器的整体换热量Q、凝汽器的换热面积A_o、对数温差Δt_m、循环水进口水温t_xi和循环水的流程数z有关。

第二步：计算凝汽器冷却管水侧对流换热热阻、冷却管管壁导热热阻以及凝汽器气侧凝结换热系数，并对所述气侧凝结换热系数进行修正，获得气侧凝结传热热阻；

本步骤需要采集的信号为循环水出口水温、循环水进口水温，根据相关公式计算得到水侧管内对流换热热阻和气侧凝结换热系数。

冷却管管内为循环水(冷却水)，循环水与冷却管之间存在对流换热，循环水的定性温度为循环水进、出口水温的算术平均值，循环水相关的物性参数也可得到。具体求解过程如下：

循环水的定性温度为：

式(8)中，t_f为循环水的定性温度(℃)。

根据t_f查水的热物理性质表即可得到循环水在定性温度下的导热系数λ_f(W/(m×K))，运动粘度υ_f(m²/s)，普朗特常数Pr_f，密度ρ_f(kg/m³)和比热容C_p(kJ/(kg×K))。

在循环水的质量流量和冷却管参数已知的情况下，管内循环水的流速为：

式(9)中，u、m、n、ρ和d_i分别表示管内循环水的流速(m/s)、循环水质量流量(kg/s)、冷却管总根数、海水密度(kg/m³)和冷却管内径(m)。

根据管内循环水的流速得到管内循环水的雷诺数为：

式(10)中，Re_f为管内循环水在定性温度下的雷诺数。

由Dittus-Boelter(迪图斯-贝尔特)模型得到管内循环水的努塞尔数为：

Nu_f＝0.023Re_f ^0.8Pr_f ^0.4 (11)

式(11)中，Nu_f为管内循环水在定性温度下的努塞尔数。

由努塞尔数的定义得到管内循环水的对流换热系数为：

式(12)中，k_m为管内对流换热系数(W/(m²×K))。

联立公式(9)-(12)化简得：

求出k_m后，分析循环水每秒中的吸热量，可求出冷却管内壁温度。

循环水的每秒中的吸热量为：

φ＝c_pm(t_xo-t_xi) (14)

式(14)中，φ为每秒中循环水的吸热量(W)，c_p为比热容。

由公式(8)、(13)和(14)求出循环水与污垢接触壁面的温度为：

式(15)中，t_wi、A_i分别表循环水与污垢所接触壁面的温度(℃)和冷却管内表面总面积(m²)。

根据t_wi查水的热物理性质表即可得到流体在该温度下的普朗特数Pr_w，再根据Gnielinski(格尼林斯基)模型，得到管内循环水的努塞尔数Nu_f1：

式(16)中，f为管内湍流流动的Darcy阻力系数，且f＝(1.82lgRe_f-1.64)^-2，L为冷却管长度。

根据努塞尔数的定义得到管内对流换热系数k_i为：

由k_i得到管内对流换热热阻为：

由公式(16)-(18)得管内对流换热热阻R_i(即水侧对流换热热阻)：

凝汽器的气侧换热是指蒸汽与冷却管之间的凝结传热，由于不凝结气体的存在，蒸汽与冷却管换热效果会变差。因此，在计算气侧凝结传热系数时，需要考虑不凝结气体的影响，最终得到气侧凝结传热热阻。

在计算气侧凝结传热系数时，通常以膜状凝结的方式来处理，液膜的平均温度t_o可根据式(20)来求解。

在式(20)中，t_wo为冷却管外管壁温度(℃)。

为提高凝结传热系数，凝汽器冷却管的布置方案通常采用横管(水平管)，由水平管膜状凝结模型得到凝结传热系数为：

式(21)中，r、g分别表示在t_s温度下蒸汽凝结的汽化潜热(kJ/kg)和重力加速度(N/kg)；λ_l、ρ_l、η_l分别表示在t_o温度下水的密度(kg/m³)、导热系数(W/(m×K))和动力粘度(Pa×s)，d_o为冷却管外径。

再次利用凝结水含氧量得到不凝结气体的质量含量，对气侧凝结换热系数的进行修正，得到气侧凝结传热热阻。其需要采集凝结水含氧量，凝汽器饱和温度。在冷却管附近，随着蒸汽的大量凝结，不凝结气体的分压力急剧增大，蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在冷却管附近的不凝结气体层，故不凝结气体的存在增加了传热热阻，使凝结传热传热系数下降。因此，不凝结气体对凝结换热系数的影响必须考虑。为分析不凝结气体对凝结换热系数的影响，需先求不凝结气体的质量含量。不凝结不凝结气体的质量含量的求解见公式(22)-(27)。

现场调研发现电厂虽然存在凝结水含氧量的测点，但凝结水含氧量受外界影响很大，如凝结水泵轻微泄漏、冷却水管轻微泄漏、疏水管轻微泄漏等均会使含氧量急剧增大，却不会影响凝汽器的压力。究其原因，主要是因为凝汽器压力取决于冷却水进口水温和真空泵的工作效率。因此，电厂对含氧量的关注程度不大。结合现场发现，通常情况下含氧量测点是不准确的。本发明考虑到大修时会对该测点做校核，故认为机组刚大修后含氧量测点是准确的。

氧气在水中的溶解度主要由氧气的分压力和水的温度决定；在相同温度下，氧气在水中的溶解度与氧气的分压力呈正比；在氧气分压相同的情况下，温度越高氧气的溶解度越小。对于凝汽器，其压力越大，不凝结气体的含量越大，即氧气的分压力越大，同时氧气在水中的溶解度也越大。理论分析，凝汽器的压力与氧气在水中的溶解度成正比，故根据大修后所测的凝汽器压力和含氧量，可得到其他压力下凝结水的含氧量。

首先，利用亨利定律，得到氧气在凝结水水面上的分压力为：

式(22)中，p_c、p_b、b、K分别表示水面上混合气体的全压力(凝汽器的压力)(MPa)、平衡状态下水面上氧气在的分压力(MPa)、凝结水的含氧量(mg/L)和氧气的重量溶解系数(mg/L)。

其次，根据不凝结气体的成分，求出不凝结气体在凝结水水面上的分压力p_n为：

式(23)中，V_b为氧气在空气中的体积分数。

再次将不凝结气体看成理想气体(压强不太大，温度不太低)。由理想气体状态方程得：

式(24)中：M、R、T、ρ_n分别表示空气的摩尔质量(g/mol)、气体常量(J/(mol·K))、体系温度(K)和不凝结气体密度(g/m³)。

然后，根据干饱和水蒸气的热物理性质得到干蒸汽的密度，进而根据干度得到湿蒸汽的密度。其密度为：

式(25)中，ρ_s、ρ_g分别表示在压力p_n和温度t_s下干饱和蒸汽密度(g/m3)和湿蒸汽密度(g/m3)；X为低压缸排汽干度，其由低压缸排汽焓h_c查表得出。

最后，根据气体分压定律得到不凝结气体的质量含量：

式(26)中，m_n为不凝结气体的质量含量。

联立公式(22)-(26)得：

根据m_n和空气中不凝结气体性能曲线(该性能曲线为已知曲线)可得到不凝结气体对凝结传热的修正系数为：

式(28)中，为不凝结气体对凝结传热的修正系数，函数f()为不凝结气体对凝结换热的修正系数函数，即查询相应不凝结气体含量可得到不凝结气体对凝结换热的修正系数。

则气侧凝结传热热阻为：

接着计算冷却管管壁导热热阻，具体为：

冷却管管壁定性温度t_d为：

式(30)中，t_wd为冷却管内壁温度。

根据圆筒壁度的定义，冷却管管壁度为：

式(31)中，λ为冷却管在定性温度t_d下的导热热阻(W/(m×k))。

第三步：根据所述凝汽器的整体换热热阻、冷却管水侧对流换热热阻、冷却管管壁导热热阻和气侧凝结传热热阻求出凝汽器的污垢热阻，以该污垢热阻的大小表示凝汽器的水侧清洁程度，进而实现凝汽器污垢度的在线监测。

根据凝汽器整体换热热阻与各个热阻之间的关系，所求的污垢热阻(即污垢度)为：

R_f＝R_a-R_i-R_d-R_o (32)。

上述方法中涉及到的所有公式嵌入到同一个模型中以构建凝汽器清洁度模型，实际监测时，只需将相应的监测数据输入到该凝汽器清洁度模型中即可得到相应的污垢热阻值，监测简单、方便、可靠。

下面以某电厂的600MW机组凝汽器为例，对本发明进一步进行阐述。在2013年10月8日-2014年4月4日期间，对一台600MW机组每天至少测量一组数据，根据本发明所提出的算法求出凝汽器污垢热阻如图3所示。

根据污垢热阻的变化趋势，可将图3中的污垢变化过程分为6个区域。区域①表示从2013/10/8到2013/11/23期间，污垢热阻从1.25×10^-4KW^-1增长到1.82×10^-4KW^-1，污垢平均增长率为1.27×10^-6KW^-1d^-1。然而在区域②污垢热阻从1.82×10^-4KW^-1下降到1.52×10^- ⁴KW^-1。维修记录表明，机组在区域③进行了临时检修，发现在凝汽器进口水室穿孔漏水，从而导致区域②污垢热阻下降。区域④中污垢热阻从1.23×10^-4KW^-1增长到1.65×10^-4KW^-1，污垢平均增长率为1.05×10^-6KW^-1d^-1。区域⑤对凝汽器进行了彻底清洗，清洗后污垢度降到了0.85×10^-4KW^-1，此后随着机组运行，污垢又开始呈现增长趋势，到了区域⑥中的2014/4/4，污垢热阻增长到1.41×10^-4KW^-1，污垢平均增长率为1.00×10^-6KW^-1d^-1。

通过以上分析，本发明提出的凝汽器清洁度监测方法可以反映出凝汽器水侧的清洁程度，可用于表示水侧沾污程度。

本发明不仅仅应用于作为一个实施例的特定660MW一次再热火力发电机组，所有具有凝汽器的火力发电厂或核电厂污垢度的在线监测以及凝汽器预测和评价，都适用本发明所述方法。本发明方法避免了传统的凝结水流量测量，具有对现场实测数据的校验和预测功能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种凝汽器污垢度在线监测方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.如权利要求1所述的凝汽器污垢度在线监测方法，其特征在于，所述根据汽轮机变工况性能模型计算获得的凝汽器汽水参数包括低压缸排汽流量D_c、流入凝汽器的疏水流量凝结水流量D_n和低压缸排汽焓h_c。

3.如权利要求1或2所述的凝汽器污垢度在线监测方法，其特征在于，所建立的汽轮机变工况性能模型由公式Ⅰ到公式Ⅳ构成：

低压缸排汽流量D_c按公式Ⅰ计算：

流入凝汽器的疏水流量按公式Ⅱ计算：

式中，D_i+1、D_w(i+1)分别表示i号加热器疏水流量、i+1号加热器进汽流量、i+1号加热器进口水流量，h_(i+1)、h_wi、和分别表示i+1号加热器进汽焓、i+1号加热器进口水焓、i+1号加热器出口水焓、i+1号加热器疏水焓和i号加热器疏水焓；

凝结水流量D_n按公式Ⅲ计算：

低压缸排汽焓h_c按公式Ⅳ计算：

h_c＝h_LP-η_LP(h_LP-h'_c) 公式Ⅳ

式中，h_c、η_LP、h_LP和h'_c分别表示低压缸排汽焓、低压缸效率、低压缸进汽焓和低压缸等熵焓。

4.如权利要求1所述的凝汽器污垢度在线监测方法，其特征在于，

所述凝汽器的整体换热热阻优选按以下步骤获得：

(1.1)计算凝汽器整体换热量Q：

(1.2)计算凝汽器对数温差Δt_m：

<mrow> <msub> <mi>&Delta;t</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>ln</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

<mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1000</mn> <mi>Q</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mi>o</mi> </msub> <msub> <mi>&Delta;t</mi> <mi>m</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

式中：A_o表示凝汽器的换热面积；

(1.4)对所述凝汽器的整体换热系数进行修正：

(1.5)计算凝汽器的整体换热热阻R_a：

5.如权利要求1所述的凝汽器污垢度在线监测方法，其特征在于，所述水侧对流换热热阻优选按以下步骤获得：

(2.1)计算循环水的流速u：

(2.2)获取管内循环水的努塞尔数Nu_f：

Nu_f＝0.023Re_f ^0.8Pr_f ^0.4；

(2.3)计算管内对流换热系数k_m：

<mrow> <msub> <mi>k</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>f</mi> </msub> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>Nu</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>0.023</mn> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>f</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mn>4</mn> <mi>m</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>n&rho;&pi;d</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>&upsi;</mi> <mi>f</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>0.8</mn> </msup> <msup> <msub> <mi>Pr</mi> <mi>f</mi> </msub> <mn>0.4</mn> </msup> <mo>;</mo> </mrow>

式中：λ_f为循环水在定性温度下的导热系数；

(2.4)计算循环水与污垢接触壁面的温度t_wi：

<mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>&phi;</mi> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mi>m</mi> </msub> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>&phi;</mi> <mrow> <mfrac> <mrow> <mn>0.023</mn> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>f</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mn>4</mn> <mi>m</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>n&rho;&pi;d</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>&upsi;</mi> <mi>f</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>0.8</mn> </msup> <msup> <msub> <mi>Pr</mi> <mi>f</mi> </msub> <mn>0.4</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

式中：φ＝c_pm(t_xo-t_xi)，c_p为比热容，A_i为冷却管内表面总面积；

(2.5)计算管内循环水的努塞尔数Nu_f1：

(2.6)计算水侧对流换热热阻R_i：

<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>f</mi> </msub> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>Nu</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>f</mi> </msub> <msub> <mi>Nu</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

6.如权利要求1所述的凝汽器污垢度在线监测方法，其特征在于，所述气侧凝结传热热阻优选按以下步骤获得：

(3.1)计算凝结传热系数k_o：

<mrow> <msub> <mi>k</mi> <mi>o</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>0.729</mn> <msup> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <msub> <mi>rg&lambda;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mn>3</mn> </msup> <msup> <msub> <mi>&rho;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>d</mi> <mi>o</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>4</mn> </mrow> </msup> <mo>;</mo> </mrow>

(3.2)计算不凝结气体的质量含量m_n：

(3.3)计算气侧凝结传热热阻：

7.如权利要求1所述的凝汽器污垢度在线监测方法，其特征在于，所述冷却管管壁导热热阻优选按以下步骤获得：

(4.1)计算冷却管管壁导热热阻：

<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>o</mi> </msub> <mo>/</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&pi;</mi> <mi>&lambda;</mi> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

8.如权利要求1所述的凝汽器污垢度在线监测方法，其特征在于，所述凝汽器的污垢热阻R_f按下式计算获得：

R_f＝R_a-R_i-R_d-R_o。