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现场给力机加热变工况特性的研究 0 基于量纲分析的数值积分方法 现代大型消防员使用回热系统减少冷源损失，提高机组的循环工作效率。一般来说，热节约可提高10%20%。给水加热器是回热系统的核心, 其运行性能的好坏对整个机组产生极大的影响, 现场通常采用端差的大小来评价加热器运行特性。 在机组实际运行过程中, 虽然设有加热器的出水和疏水温度测点, 可以获得其变工况特性, 但因其运行条件恶劣、检修维护薄弱等原因, 普遍存在测量可靠性和经济性较差的问题:热工测量系统中常采用电阻式传感器, 与之相应的数据采集系统测量成本较高;工况变化较大时, 水温响应表现出较大的热惯性, 影响测量精度;现场安装位置复杂, 一旦传感器出现故障会导致测量数据错误或缺失。因此需要一种适用于现场快速测算端差的方法。 有学者在机组负荷、加热器入口水温等条件变化时, 假设加热器传热系数不变, 虽然计算过程简化, 但与实际情况不符, 有一定误差。文献用传热学原理及热平衡理论, 考虑到加热器入口水温、汽轮机负荷等对传热系数的影响, 提出低加上、下端差应达值的计算方法, 但没有考虑高加的过热蒸汽冷却段, 只适用于低压加热器。还有学者在计算端差时将加热器各段分界点处汽侧参数进行假定, 影响到计算的精度。其它的研究亦或局限于两段式低压加热器, 或局限于上端差的求解。 为此, 本文基于量纲分析, 对加热器的三段进行了模块化建模, 既适用于三段式高加, 又适用于不含过热段的两段式低加;模型最终可求得加热器进出口各热力参数, 得到上、下端差。分别以某330MW机组的1号高加和5号低加为例进行计算, 与大修后试验数据的对比证明了模型的准确性。最后通过计算的结果对加热器运行特性进行了分析, 为确定加热器的变工况性能提供参考。 1 蒸汽凝结段的工作 典型卧式三段式U形管加热器中, 给水从给水进口管进入水室, 通过U形管下端进入传热区段, 首先进入疏水冷却段, 再进入蒸汽凝结段, 最后是过热蒸汽冷却段进入水室上部后完成该级的加热工作。蒸汽首先进入过热蒸汽冷却段, 将一部分过热度传给给水, 蒸汽流出过热蒸汽冷却段后进入加热器的主要传热区段蒸汽凝结段, 将蒸汽的潜热传给给水, 蒸汽凝结后成为凝结水进入疏水冷却段, 通过疏水冷却段使疏水具有一定的过冷度。 1.1 数的求取 根据疏冷段传热效能方程, 有: 其中, M= (GsCpl1apos;) / (GwCpl1) , NTU= (K1F1) / (GsCpl1apos;) 。 式中, ε为加热器效能;NTU为传热单元数;th为饱和温度, ℃, 由式 (1) 中加热器压力查得;tod为疏水温度, ℃;tw1为给水进口温度, ℃;Cpl1apos;和Cpl1分别为疏冷段管外和管内水的平均定压比热, J/ (kg·℃) ;Gw为给水流量, kg/s;K1为疏冷段总体传热系数, W/ (m2·℃) ;F1为换热面积, m2。 对于疏水冷却段, 管外疏水比热容Cpl1apos;与管内给水比热容Cpl1数量级相同, 给水流量Gw比抽汽量Gs大一个数量级, 因此式中M一般小于0.1。则式 (1) 可近似化简为: 对于传热系数的求取, 美国传热学会 (HEI) 提出以下公式: 式中, c为管位有关的参数;ui为管内水流速度;ue788c为清洁系数;ue788m为管材修正系数;ue788w为管内水温修正系数。 在不考虑疏冷段结构参数和管路污染的前提下, 传热系数K1可以看作给水流量和平均水温的函数。根据传热单元数NTU的定义, 其管外疏水比热容Cpl1apos;项在加热器工作压力范围主要受水温影响, 通过以上量纲分析, 可知NTU可近似表示为Gs、Gw和平均水温tm的函数。文献指出, 给水平均温度tm主要受给水流量Gw的影响, 平均水温tm在较大变化范围内对NTU的影响可归结为Gw的影响, 因此疏冷段NTU可近似表示为: 式中, C、k1和k2均为系数。 根据量纲分析理论对式 (4) 中的物理量做无因次化分析, 等式左边的NTU项为无因次量, 故等式右边需保持无因次, 可以得到式中k1+k2=0, 则式 (4) 亦可化为: 式中, 令∏1=NTU, ∏2=Gs/Gw, 则式 (5) 最终可以写成∏1=f (∏2) 。以某330MW机组1号高加为例, 利用详细计算模型在23个试验工况下的结果对式 (5) 中系数进行拟合, 得到∏1与∏2的关系如图1所示。 可以看出, ∏1与∏2基本呈线性关系, 因此, 对于疏冷段, 式 (5) 中两个无因次量可写成一次线性的表达式: 式中, C1和C2为常数。 利用详细计算模型结果对式 (6) 中系数进行拟合, 即可得到C1和C2的具体数值, 对于某一确定加热器, 其C1和C2的数值在一定变工况范围内也是固定的。 对于任一工