基于运行参数的加热器给水端差简易计算模型

丁常富，关鑫源，郭江龙

（1.华北电力大学，河北 保定 071003；2.河北省电力研究院，河北 石家庄 050021）

1 概 述

加热器是汽轮机回热系统重要设备之一，其给水加热性能可用给水端差和疏水端差来表示。给水端差是指加热器进汽压力对应的饱和温度和给水出口温度之差；疏水端差是指离开加热器壳侧的疏水出口温度和进入管侧的给水进口温度之差［1］。运行机组加热器端差应达值的确定是困扰技术人员的一个问题。制造厂提供的端差是额定工况下的设计端差，随着工况不断变化，加热器端差应达值也在不断地变化，理论上端差可通过变工况计算得到。

对于结构设计参数一定的加热器，影响运行给水端差的主要参数是加热器壳侧和管侧进口参数。应用加热器校核计算方法，可得到此类加热器变工况时端差的变化情况，但由于详细校核计算方法所需的结构参数众多，在工程中不易获得，因而使此方法在工程应用中受到了一定的限制。现通过计算加热器各运行参数对端差的影响，建立了一种新的只考虑运行参数的加热器端差计算模型。

2 给水出口温度的确定

图1中：Gw为给水流量，kg／h；Gd为进汽流量，kg／h；Gs为上级疏水流量，kg／h；tw1为给水进口温度，℃；tw2为凝结段进口水温度，℃；tw3为凝结段出口水温度，℃；tw4为给水出口温度，℃；hw1～hw4为tw1～tw4对应的焓值，kJ／kg；ho为上级疏水焓值，kJ／kg；h2为凝结段进汽焓值，kJ／kg；h3为疏水焓值，kJ／kg；hd为疏水段疏水入口焓值，kJ／kg；ts为过热蒸汽冷却段进汽温度，℃；t0为上级疏水温度，℃；th为疏水段疏水入口温度，℃；tod为疏水温度，℃。

图1 三段式加热器示意图

求解加热器给水端差，实际上是计算加热器给水出口温度。在具有过热蒸汽冷却段和疏水冷却段的三段式加热器中，对于凝结段和疏水冷却段有如下方程：

对于过热蒸汽冷却段有：

式中：cp为给水定压比热容，kJ／（kg·℃）；K 为过热蒸汽冷却段传热系数，W／（m·℃）；F1为过热蒸汽冷却段面积，m2；t2为凝结段进汽温度，℃。

本文的计算是在已知汽侧、水侧入口运行参数和加热器结构参数的情况下，通过热平衡计算求出tw3，假设一个出口水温tw4，计算（2）式是否成立，若不成立重新取值。计算时的流程框图，见图2所示。

图2 给水出口温度和修正系数的计算框图

3 给水端差简易模型和出口水温修正系数的确定

3.1 简易给水端差计算模型

对于结构设计参数一定的加热器，在实际运行过程中，随着机组负荷的不断变化，影响端差的主要参数是汽侧和水侧入口参数。入口参数的变化共同影响端差的大小，为此可建立一种基于求解小扰动条件下加热器给水进口水温和流量、进汽温度和流量、上级疏水温度和流量分别对出口水温的影响系数的计算模型，进而求得相应的端差。在已知加热器额定工况下的进口参数基础上可建立（4）式的出口水温计算模型。

式中：βw—给水流量修正系数；βd—加热器进汽流量修正系数；βs—上级疏水流量修正系数；βtw1—加热器给水进口温度修正系数；βnt—凝结段进汽温度修正系数；βst—上级疏水温度修正系数；tw4o—为额定工况下设计出口水温。

求得给水出口温度后，加热器给水端差为：

以某公司生产的660MW超临界机组三段卧式3号高压加热器结构参数和额定工况下的设计参数为基础，通过校核计算得出各参数的修正系数。表1为3号高压加热器部分结构参数和额定工况下的设计参数。

表1 3号高压加热器部分结构参数和额定工况下的设计参数

3.2 修正系数的确定

以额定工况下加热器入口参数为基准，分别求出进口水温、给水流量、进汽温度及流量、上级疏水温度和流量在小扰动条件下的出口水温和额定工况出口水温设计值的比值即可得出相应的修正系数。在求解各修正系数时，除所修正的参数值外，其余各参数应保持不变［2］。

其中βi为各参数在小扰动下的修正系数；θi为各参数的扰动值；θo为额定工况下的设计值。

以给水流量和入口水温为例，求解给水流量修正系数和入口水温修正系数。设定给水流量一个扰动值，保持其余各运行参数不变，按照上文提出的计算流程图求出相应的给水出口温度，利用公式（6），求出对应的流量修正系数，如此重复可得出一组修正系数，通过数值拟合即可得到关于给水流量修正系数的计算公式。进汽流量和上级疏水流量修正系数的求法与给水流量修正系数求法类似。

求解给水入口温度修正系数时，应先计算出入口水温扰动时过热蒸汽冷却段传热系数的变化，再按框图中的方法，求得对应修正系数计算公式。表2和表3为小扰动条件下，对给水流量和给水进口温度修正系数的计算结果。

表2 小扰动条件下给水流量修正系数

表3 小扰动条件下给水进口温度修正系数

对计算得出的各组修正系数进行数值拟合，可得所建模型中各修正系数计算公式，如式（7）～（12）所示。

4 实例验证

利用所建立计算模型，对NZK660－24.2／566／566型和 C300／246－16.7／0.35／537／53型汽轮机的3台卧式加热器端差值的计算结果见表4和表5。从表4和表5可以看出，机组变 工况运行中，各加热器的端差随着负荷的降低而减小。在额定工况下，所建计算模型与设计厂家给出的端差值基本一致，在负荷变化较大时，端差变化明显，与设计值相差不断增大。

表4 NZK660－24.2／566／566型汽轮机的加热器端差值

表5 C300／246－16.7／0.35／537／537型汽轮机的加热器端差值

5 结 语

通过计算加热器各运行参数对给水端差的影响，建立了一种新的只考虑运行参数的加热器给水端差计算模型。详细求解了各入口参数对给水端差的影响大小，得出了给水端差的计算模型及各修正系数的拟合计算公式。利用660MW和300MW机组卧式加热器运行参数对模型进行了验证，计算结果表明该模型精确度高，计算简单，可快速计算出加热器给水端差。

［1］蔡锡琮.高压给水加热器［M］.北京：水利水电出版社，1995.130－146.

［2］王庆，王培红，兰立君.对凝汽器传热系数公式修正的研究［J］.华东电力，2008，36（12）：96－99.

［3］杨世铭，陶文铨.传热学［M］.北京：高等教育出版社，1998.332－338.