一种引起凝汽器真空恶化的临界漏空气量的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种引起凝汽器真空恶化的临界漏空气量的计算方法。
【背景技术】
[0002] 凝汽器是火电机组的重要辅机，在电厂热力循环中起着举足轻重的作用，其运行 状况恶化将直接引起汽轮机排汽压力上升，机组热耗汽耗增大，出力下降，危害机组的安 全、经济运行，因此凝汽器的正常运行对火电厂的安全、经济的运行有着决定性的影响。
[0003] 凝汽器的换热过程比较特殊，壳侧工质在流动换热过程中伴随着相变。而且因为 凝汽器壳侧处于真空状态，外界空气不可避免的随着蒸汽或是通过管道缝隙漏入凝汽器的 壳侧。空气的相对含量会随着蒸汽沿流程的凝结而不断增加，逐步形成了壳侧的多组分复 杂蒸汽流。不凝结空气的存在也增加了壳侧的传热热阻，在管道表面形成一层气膜，从而降 低了传热系数。
[0004] 漏入凝汽器设备的空气量对蒸汽凝结放热的影响不仅是漏空气量大小的影响，还 取决于汽气混合物的流动速度，也就是空气抽气器的抽吸能力。抽气器工作状况直接影响 空气在凝汽器中的积聚程度。图1是典型的抽气器和凝汽器的特性曲线图，曲线1是抽气 压力的特性曲线，曲线2是凝汽器压力的特性曲线，曲线2由三段组成：AB段是一条水平 直线，称为热工特性区，在该区内凝汽器内的压力基本保持不变，压力主要与排入的蒸汽流 量、冷却水流量、冷却水入口温度和管壁污垢等有关系，漏空气量的增大对凝汽器压力的影 响很小，可以忽略不计。该区是凝汽器的最佳工作区。
[0005] 在漏空气量继续增大并达到一个临界值，即B点时，漏空气开始影响蒸汽的凝 结换热，凝汽器压力和抽气压力曲线逐渐开始趋近。BC段称为恶化过渡区，凝汽器压力随着 漏空气量增大开始增大；当漏气量继续增大到G a.2，即C点时，凝汽器压力和抽气压力曲线 基本趋于平行一致。CF段称为真空恶化区，随着漏空气量继续增大，真空急剧恶化。
[0006] 由上可知，漏空气量对凝汽器的影响存在一个临界值，在临界值之前，凝汽器能维 持正常的真空，达到临界值之后，凝汽器真空开始恶化。因此，确定引起凝汽器真空恶化的 临界漏空气量，能够为电厂凝汽器的安全经济运行提供指导。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的就是解决上述问题，提供一种引起凝汽器真空恶化的临界漏空气量 的计算方法，该方法在负荷及抽气器容积出力不变的情况下，通过建立凝汽器的一维稳态 换热模型，计算漏空气量变化时凝汽器真空的变化情况，从而确定引起凝汽器真空恶化的 临界漏空气量。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案，包括：
[0009] -种引起凝汽器真空恶化的临界漏空气量的计算方法，包括以下步骤：
[0010] ⑴给定漏空气量^的初始值，设定初始的迭代参数：凝汽器压力对应的饱和蒸 汽温度ts。，由汽侧温度减去冷却水进口温度得到凝汽器的初始温差；
[0011] (2)计算初始传热系数K，根据所述初始传热系数K计算冷却水进出口温差At和 冷却水管的蒸汽凝结量G。；
[0012] (3)根据给定漏空气量Ga的初始值和排入凝汽器蒸汽流量G s，计算蒸汽流过第一 根冷却管后的相对空气含量ε 1;
[0013] (4)通过实验测得纯蒸汽的放热系数as。;根据实验数据拟合出代表含气蒸汽放热 系数占纯蒸汽放热系数的百分比与空气相对含量关系的多项式，进而得到蒸汽流过第一根 冷却管后的相对空气含量ε i对应的含气蒸汽放热系数；
[0014] (5)根据得到的蒸汽流过第一根冷却管后的相对空气含量ε i对应的含气蒸汽放 热系数，重新计算传热系数K、冷却水进出口温差以及冷却水管的蒸汽凝结量；
[0015] (6)将步骤（5)中计算的冷却水管的蒸汽凝结量与步骤（2)中计算的冷却水管的 蒸汽凝结量进行比较，如果两者差值大于设定阈值，则取两步计算的冷却水管的蒸汽凝结 量的平均值，返回步骤（3)计算；否则，得到迭代后的相对空气含量ε i，传热系数K、冷却水 出口水温t2,凝汽器端差以及排入凝汽器蒸汽流量Gs;
[0016] (7)根据步骤（4)中得到的蒸汽流过第一根冷却管后的相对空气含量ε i，计算当 前蒸汽分压力下的饱和温度ts，并作为下一步迭代计算的初始温度，所述饱和温度减去冷 却水进水温度得到下一步迭代计算的初始温差；
[0017] (8)返回步骤（3)，按相同的方法对每根冷却管进行迭代计算，迭代次数为冷却管 总数量；迭代到抽气口处，计算抽气口处汽气混合物质量流量G nilx'和抽气器最大抽吸流量 G_H，当GnJ = GnilxH时，未凝结汽气混合物全部被抽气器吸出，凝汽器能维持给定温度对应 的真空，输出ts。及对应的凝汽器压力，此压力对应的凝汽器真空即为在漏空气量G a、凝汽 器热负荷和抽气器抽气容积下能维持的真空；如果Gnil/ WnilxH不相等，则返回步骤（1)，重新 设定迭代初值，一直到满足条件为止。
[0018] (9)改变漏空气量Ga的数值，并重复步骤（1)到步骤（8)的计算过程，得到不同漏 空气量下凝汽器能维持的真空，绘制出凝汽器真空和漏空气量的关系曲线，其中曲线拐点 对应的漏空气量就是引起凝汽器真空恶化的临界漏空气量。
[0019] 所述步骤⑵中，
[0020] 取汽侧放热系数as为纯蒸汽放热系数，初始传热系数K为：
[0022] 其中，&3为汽侧放热系数；aw为冷却水侧的放热系数；λ为冷却管材的导热系数； (I 1为冷却管外径；d2为冷却管内径；Rf为管内污垢系数。
[0023] 所述冷却水进出口温差Δ t为：
[0025] 冷却水管的蒸汽凝结量Gc为：
[0027] 其中，S为换热面积山为冷却水进口温度；t s为凝汽器蒸汽分压力对应的饱和温 度；〇"为冷却水的流量；CW为冷却水比热容；he为蒸汽比焓；he'为凝结水比焓。
[0028] 所述步骤（3)中蒸汽流过第一根冷却管后的相对空气含量ε i具体为：
[0030] 所述步骤（4)的具体方法为：
[0031] 根据实验数据拟合出代表含气蒸汽放热系数占纯蒸汽放热系数的百分比与空气 相对含量关系的多项式具体为：
[0032] y = ax5+bx4+cx3+dx2+ex+f ；
[0033] 其中，y代表含气蒸汽放热系数占纯蒸汽放热系数的百分比，X代表空气相对含 量，a、b、c、d、e、f分别为常数；
[0034] 则蒸汽流过第一根冷却管后的相对空气含量ε i对应的含气蒸汽放热系数as具体 为 as= y*a s。，X = ε 1〇
[0035] 所述步骤（6)中凝汽器端差具体为：
[0037] 其中，h为冷却水进口温度；ts为凝汽器蒸汽分压力对应的饱和温度；K为步骤 (5)中重新计算传热系数；S为换热面积；0"为冷却水的流量；c w为冷却水比热容。
[0038] 所述步骤（7)中计算现在蒸汽分压力下的饱和温度ts的方法为：
[0039] 当前时刻的蒸汽分压力为：
[
[0041] 其中，X为凝气器中蒸汽干度，
为空气量与蒸汽量之比，P。为凝汽器的绝对压 力。
[0042] 根据上式求得当前时刻的蒸汽分压力，通过查水蒸气表可得当前时刻蒸汽分压力 下的饱和温度，即混合气体的温度t s。
[0043] 所述步骤（8)中计算抽气口处汽气混合物质量流量Gnilx'和抽气器最大抽吸流量 GnilxH的方法具体为：
[0044] Gnilx' =G' S+Ga;
[0045] 抽气器的抽气出力VH，则抽气器抽出的汽气混合物流量为：
[0046] GnixH= P /Vh;
[0047] 其中，Gs'为抽气口处未凝结蒸汽量，Ga为给定漏空气量初始值，P' s为抽气口处蒸 汽分压力。
[0048] 所述步骤（8)中，当相对空气含量大于设定值7 %以后，蒸汽放热系数\取相对空 气含量为7%时蒸汽放热系数的一半。
[0049] 本发明有益效果：
[0050] 本发明是在负荷及抽气器容积出力不变的情况下，通过建立凝汽器的一维稳态换 热模型，计算漏空气量变化时凝汽器真空的变化情况，从而确定引起凝汽器真空恶化的临 界漏空气量，为电厂凝汽器的安全经济运行提供指导。
【附图说明】
[0051] 图1为凝汽器和抽气器典型特性曲线；
[0052] 图2为空气含量对汽气混合物放热系数的影响示意图。
【具体实施方式】
[0053] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0054] -种引起凝汽器真空恶化的临界漏空气量的计算方法，包括以下步骤：
[0055] 1)冷却水流量Dw，冷却水进口温度L，抽气器出力VH，排入凝汽器蒸汽流量G s为实 测值，假设在任意给定的漏空气量GaT，设定凝汽器压力对应的饱和蒸汽温度t s。为初始迭 代参数，由汽侧温度减去冷却水进口温度得到凝汽器的初始温差。
[0056] 2)根据（2-21)式，\先取为纯蒸汽放热系数17500计算初始传热系数K，并据此 按（2-17) (2-18)依次计算冷却水温升At和蒸汽凝结量G。。
[0057] 3)按（2-20)计算蒸汽流过第一根冷却管后的相对空气含量ε i，根据图2拟合的 公式计算ε i对应的a s。代入（2-21)式再次计算K，按（2-17) (2-18)重新计算At，G。。并 与第二步计算的G。进行比较，如果相差大于1 %，则取两步计算的G。的平均值返回第三步 去计算，直到符合条件为止。得到第一步迭代后的相对空气含量，传热系数K，出口水温 t2 (出口水温为进口水温加温