一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量实时估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火力发电控制领域的一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量的 实时估计方法，具体地，涉及一种基于蒸发系统机理模型和DCS实时数据的蒸发系统动态 吸热量实时估计方法。
【背景技术】
[0002] 由于超超临界机组具有能量转换效率更高、污染物排放更少的优点，近年来，我国 已经建成和正在建设的超超临界机组的数量日益增多，然而由于超超临界机组容量大，响 应速度快，对超超临界机组的运行监控也更加严格。
[0003] 蒸发系统的动态吸热量，是锅炉实时运行过程中需要关注的关键状态变量，可以 反映蒸发系统的传热效率，间接反映炉膛燃烧状况；同时是实时监控燃煤总放热量，进而估 计锅炉热效率以及进行热值辨识的重要环节。目前普遍的做法是直接采用蒸发系统的进出 口的焓差来表征，但是这一估算方法忽略了蒸发系统内部的能量和质量蓄积，无法真实反 映出蒸发系统吸热量的动态变化，因此只适用于稳态情况。
[0004] 对现有技术的检索发现，中国专利申请号201010553886. 4 (公开日2011-04-27， 授权日2012-08-22)提出了一种适用于亚临界机组的锅炉水冷壁吸热量测量方法，该方法 由汽包水位模型和水冷壁汽液循环比模型求得汽包和水冷壁中的汽水比例，由下降管流量 型求出下降管出口工质的流量和焓值，由汽包模型求出汽包惯性常数，继而求出水冷壁吸 热量。与亚临界机组不同，超超临界机组一般采用直流锅炉。直流锅炉由于不存在汽包，蒸 发系统中的压力不具有均匀性，这样工质并不是以饱和蒸汽和饱和水的两相态存在，而是 以欠饱和水、过热蒸汽以及饱和水、饱和蒸汽多种形式存在。超超临界机组汽水流程的复杂 性使系统建模更加复杂。上述专利提出的方法也无法解决超超临界机组水冷壁吸热量的实 时计算问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超超临界火电机组蒸发系统动 态吸热量的实时估计方法，该方法充分利用DCS控制系统实时数据，结合蒸发系统的机理 模型，通过优化算法，实时计算得到蒸发系统中三种状态工质（即欠饱和水、饱和水或饱和 水蒸气、过热蒸汽）的移动边界，进而获得蒸发系统的动态吸热量实时值，为锅炉侧全流程 的能量衡算、锅炉热效率估计、炉膛燃烧状况监控等提供技术支撑。
[0006] 为实现以上目的，本发明提供一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量的实时 估计方法，该方法包括以下步骤：
[0007] 步骤一、根据锅炉运行设计规程，获得超超临界火电机组蒸发系统（包括冷灰斗 水冷壁、螺旋水冷壁、过渡水冷壁、垂直水冷壁、凝澄管）以下结构参数：各换热设备管道沿 工质流动方向的长度、截面积、根数，并将蒸发系统各换热设备管道等效为单根管道。建立 可在线调用的适用于超超临界机组的工质物性参数（包括工质的密度、比焓）数据库，用于 实时计算工质的密度、比焓物性参数。
[0008] 优选地，所述将蒸发系统各换热设备管道等效为单根管道的方法为：并联管道等 效为单根，等效截面积为并联各管路的截面积之和，等效长度为并联管道中单根管道的长 度；并联管道长度不一致时按照管道体积不变拉伸或压缩为相同长度；忽略炉外不规则管 道；将集箱等效为点。
[0009] 步骤二、基于蒸发系统内工质的质量、能量动态平衡，建立蒸发系统模型，具体包 括亚临界工况子模型和超临界工况子模型。根据实际运行中可能出现的工况，以蒸发系统 的热水段、蒸发段、过热段的长度为未知变量，将蒸发系统模型解算过程等价为三个寻优命 题：亚临界工况、超临界工况以及不定工况的求解；
[0010] 所述蒸发系统亚临界工况是指在蒸发系统中工质状态存在蒸发段，即工质状态包 括热水段、蒸发段和过热段，其模型包括：
[0011] 热水段：是指工质以欠饱和水的形式存在，质量、能量动态平衡方程为：
【主权项】
1. 一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量的实时估计方法，其特征在于，该方法 包括以下步骤： 步骤一、根据锅炉运行设计规程，获得超超临界火电机组蒸发系统以下结构参数：各换 热设备管道沿工质流动方向的长度、截面积、根数，并将蒸发系统各换热设备管道等效为单 根管道；建立可在线调用的适用于超超临界机组的工质物性参数数据库，用于实时计算工 质的密度、比焓物性参数； 步骤二、基于蒸发系统内工质的质量、能量动态平衡，建立蒸发系统模型，包括亚临界 工况子模型和超临界工况子模型；根据实际运行中可能出现的工况，以蒸发系统的热水段、 蒸发段、过热段的长度为未知变量，将蒸发系统模型解算过程等价为三个寻优命题：亚临界 工况、超临界工况以及不定工况的求解； 步骤三、通过OPC协议从DCS(分布式控制系统）实时数据库读取给定时刻下的运行工 况测点实时值，包括：蒸发系统入口给水压力、温度及给水质量流量，蒸发系统出口过热蒸 汽压力、温度及质量流量； 步骤四、在给定时刻下，根据步骤三中读取的蒸发系统出入口压力DCS系统的实测值， 选择步骤二中对应的寻优命题，采用最优化方法求解热水段、蒸发段、过热段的长度，然后 将这些长度代入蒸发系统模型计算得到蒸发系统动态吸热量，计算过程中涉及的工质物性 参数通过步骤一中建立的工质物性参数数据库得到。
2. 根据权利要求1所述的一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量的实时估计方 法，其特征在于，步骤一中，所述将蒸发系统各换热设备管道等效为单根管道的方法为：并 联管道等效为单根，等效截面积为并联各管路的截面积之和，等效长度为并联管道中单根 管道的长度；并联管道长度不一致时按照管道体积不变拉伸或压缩为相同长度；忽略炉外 不规则管道；将集箱等效为点。
3. 根据权利要求1所述的一种超超临界火电机组蒸发系统动态吸热量的实时估计方 法，其特征在于，步骤二中，所述的蒸发系统模型包括： (1)亚临界工况子模型 所述蒸发系统亚临界工况是指在蒸发系统中工质状态存在蒸发段，即工质状态同时包 含热水段、蒸发段和过热段，其模型包括： 热水段：是指工质以欠饱和水的形式存在，质量、能量动态平衡方程为：
蒸发段：是指工质以饱和水或饱和水蒸汽的形式存在，质量、能量动态平衡方程为：
过热段：是指工质以过热蒸汽的形式存在，质量、能量动态平衡方程为：
辅助方程为：
方程（1)~（8)中，d/dt表示变量对时间t的导数；蒸发系统入口定义为界面0,热水 段与蒸发段交界面定义为界面1，蒸发段与过热段交界面定义为界面2,蒸发系统出口定义 为界面3,相应位置的参数标有界面下标i，i = 0,