一種超超臨界火電機(jī)組蒸發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)吸熱量實(shí)時(shí)估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及火力發(fā)電控制領(lǐng)域的一種超超臨界火電機(jī)組蒸發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)吸熱量的 實(shí)時(shí)估計(jì)方法，具體地，涉及一種基于蒸發(fā)系統(tǒng)機(jī)理模型和DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的蒸發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 吸熱量實(shí)時(shí)估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于超超臨界機(jī)組具有能量轉(zhuǎn)換效率更高、污染物排放更少的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，我國(guó) 已經(jīng)建成和正在建設(shè)的超超臨界機(jī)組的數(shù)量日益增多，然而由于超超臨界機(jī)組容量大，響 應(yīng)速度快，對(duì)超超臨界機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)控也更加嚴(yán)格。
[0003] 蒸發(fā)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)吸熱量，是鍋爐實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程中需要關(guān)注的關(guān)鍵狀態(tài)變量，可以 反映蒸發(fā)系統(tǒng)的傳熱效率，間接反映爐膛燃燒狀況；同時(shí)是實(shí)時(shí)監(jiān)控燃煤總放熱量，進(jìn)而估 計(jì)鍋爐熱效率以及進(jìn)行熱值辨識(shí)的重要環(huán)節(jié)。目前普遍的做法是直接采用蒸發(fā)系統(tǒng)的進(jìn)出 口的焓差來(lái)表征，但是這一估算方法忽略了蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)部的能量和質(zhì)量蓄積，無(wú)法真實(shí)反 映出蒸發(fā)系統(tǒng)吸熱量的動(dòng)態(tài)變化，因此只適用于穩(wěn)態(tài)情況。
[0004] 對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01010553886. 4 (公開日2011-04-27， 授權(quán)日2012-08-22)提出了一種適用于亞臨界機(jī)組的鍋爐水冷壁吸熱量測(cè)量方法，該方法 由汽包水位模型和水冷壁汽液循環(huán)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質(zhì)的流量和焓值，由汽包模型求出汽包慣性常數(shù)，繼而求出水冷壁吸 熱量。與亞臨界機(jī)組不同，超超臨界機(jī)組一般采用直流鍋爐。直流鍋爐由于不存在汽包，蒸 發(fā)系統(tǒng)中的壓力不具有均勻性，這樣工質(zhì)并不是以飽和蒸汽和飽和水的兩相態(tài)存在，而是 以欠飽和水、過(guò)熱蒸汽以及飽和水、飽和蒸汽多種形式存在。超超臨界機(jī)組汽水流程的復(fù)雜 性使系統(tǒng)建模更加復(fù)雜。上述專利提出的方法也無(wú)法解決超超臨界機(jī)組水冷壁吸熱量的實(shí) 時(shí)計(jì)算問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種超超臨界火電機(jī)組蒸發(fā)系統(tǒng)動(dòng) 態(tài)吸熱量的實(shí)時(shí)估計(jì)方法，該方法充分利用DCS控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合蒸發(fā)系統(tǒng)的機(jī)理 模型，通過(guò)優(yōu)化算法，實(shí)時(shí)計(jì)算得到蒸發(fā)系統(tǒng)中三種狀態(tài)工質(zhì)（即欠飽和水、飽和水或飽和 水蒸氣、過(guò)熱蒸汽）的移動(dòng)邊界，進(jìn)而獲得蒸發(fā)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)吸熱量實(shí)時(shí)值，為鍋爐側(cè)全流程 的能量衡算、鍋爐熱效率估計(jì)、爐膛燃燒狀況監(jiān)控等提供技術(shù)支撐。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種超超臨界火電機(jī)組蒸發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)吸熱量的實(shí)時(shí) 估計(jì)方法，該方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一、根據(jù)鍋爐運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)程，獲得超超臨界火電機(jī)組蒸發(fā)系統(tǒng)（包括冷灰斗 水冷壁、螺旋水冷壁、過(guò)渡水冷壁、垂直水冷壁、凝澄管）以下結(jié)構(gòu)參數(shù)：各換熱設(shè)備管道沿 工質(zhì)流動(dòng)方向的長(zhǎng)度、截面積、根數(shù)，并將蒸發(fā)系統(tǒng)各換熱設(shè)備管道等效為單根管道。建立 可在線調(diào)用的適用于超超臨界機(jī)組的工質(zhì)物性參數(shù)（包括工質(zhì)的密度、比焓）數(shù)據(jù)庫(kù)，用于 實(shí)時(shí)計(jì)算工質(zhì)的密度、比焓物性參數(shù)。
[0008] 優(yōu)選地，所述將蒸發(fā)系統(tǒng)各換熱設(shè)備管道等效為單根管道的方法為：并聯(lián)管道等 效為單根，等效截面積為并聯(lián)各管路的截面積之和，等效長(zhǎng)度為并聯(lián)管道中單根管道的長(zhǎng) 度；并聯(lián)管道長(zhǎng)度不一致時(shí)按照管道體積不變拉伸或壓縮為相同長(zhǎng)度；忽略爐外不規(guī)則管 道；將集箱等效為點(diǎn)。
[0009] 步驟二、基于蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量、能量動(dòng)態(tài)平衡，建立蒸發(fā)系統(tǒng)模型，具體包 括亞臨界工況子模型和超臨界工況子模型。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的工況，以蒸發(fā)系統(tǒng) 的熱水段、蒸發(fā)段、過(guò)熱段的長(zhǎng)度為未知變量，將蒸發(fā)系統(tǒng)模型解算過(guò)程等價(jià)為三個(gè)尋優(yōu)命 題：亞臨界工況、超臨界工況以及不定工況的求解；
[0010] 所述蒸發(fā)系統(tǒng)亞臨界工況是指在蒸發(fā)系統(tǒng)中工質(zhì)狀態(tài)存在蒸發(fā)段，即工質(zhì)狀態(tài)包 括熱水段、蒸發(fā)段和過(guò)熱段，其模型包括：
[0011] 熱水段：是指工質(zhì)以欠飽和水的形式存在，質(zhì)量、能量動(dòng)態(tài)平衡方程為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超超臨界火電機(jī)組蒸發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)吸熱量的實(shí)時(shí)估計(jì)方法，其特征在于，該方法 包括以下步驟： 步驟一、根據(jù)鍋爐運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)程，獲得超超臨界火電機(jī)組蒸發(fā)系統(tǒng)以下結(jié)構(gòu)參數(shù)：各換 熱設(shè)備管道沿工質(zhì)流動(dòng)方向的長(zhǎng)度、截面積、根數(shù)，并將蒸發(fā)系統(tǒng)各換熱設(shè)備管道等效為單 根管道；建立可在線調(diào)用的適用于超超臨界機(jī)組的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于實(shí)時(shí)計(jì)算工 質(zhì)的密度、比焓物性參數(shù)； 步驟二、基于蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量、能量動(dòng)態(tài)平衡，建立蒸發(fā)系統(tǒng)模型，包括亞臨界 工況子模型和超臨界工況子模型；根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的工況，以蒸發(fā)系統(tǒng)的熱水段、 蒸發(fā)段、過(guò)熱段的長(zhǎng)度為未知變量，將蒸發(fā)系統(tǒng)模型解算過(guò)程等價(jià)為三個(gè)尋優(yōu)命題：亞臨界 工況、超臨界工況以及不定工況的求解； 步驟三、通過(guò)OPC協(xié)議從DCS(分布式控制系統(tǒng)）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取給定時(shí)刻下的運(yùn)行工 況測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)值，包括：蒸發(fā)系統(tǒng)入口給水壓力、溫度及給水質(zhì)量流量，蒸發(fā)系統(tǒng)出口過(guò)熱蒸 汽壓力、溫度及質(zhì)量流量； 步驟四、在給定時(shí)刻下，根據(jù)步驟三中讀取的蒸發(fā)系統(tǒng)出入口壓力DCS系統(tǒng)的實(shí)測(cè)值， 選擇步驟二中對(duì)應(yīng)的尋優(yōu)命題，采用最優(yōu)化方法求解熱水段、蒸發(fā)段、過(guò)熱段的長(zhǎng)度，然后 將這些長(zhǎng)度代入蒸發(fā)系統(tǒng)模型計(jì)算得到蒸發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)吸熱量，計(jì)算過(guò)程中涉及的工質(zhì)物性 參數(shù)通過(guò)步驟一中建立的工質(zhì)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)得到。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超超臨界火電機(jī)組蒸發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)吸熱量的實(shí)時(shí)估計(jì)方 法，其特征在于，步驟一中，所述將蒸發(fā)系統(tǒng)各換熱設(shè)備管道等效為單根管道的方法為：并 聯(lián)管道等效為單根，等效截面積為并聯(lián)各管路的截面積之和，等效長(zhǎng)度為并聯(lián)管道中單根 管道的長(zhǎng)度；并聯(lián)管道長(zhǎng)度不一致時(shí)按照管道體積不變拉伸或壓縮為相同長(zhǎng)度；忽略爐外 不規(guī)則管道；將集箱等效為點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超超臨界火電機(jī)組蒸發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)吸熱量的實(shí)時(shí)估計(jì)方 法，其特征在于，步驟二中，所述的蒸發(fā)系統(tǒng)模型包括： (1)亞臨界工況子模型 所述蒸發(fā)系統(tǒng)亞臨界工況是指在蒸發(fā)系統(tǒng)中工質(zhì)狀態(tài)存在蒸發(fā)段，即工質(zhì)狀態(tài)同時(shí)包 含熱水段、蒸發(fā)段和過(guò)熱段，其模型包括： 熱水段：是指工質(zhì)以欠飽和水的形式存在，質(zhì)量、能量動(dòng)態(tài)平衡方程為：
蒸發(fā)段：是指工質(zhì)以飽和水或飽和水蒸汽的形式存在，質(zhì)量、能量動(dòng)態(tài)平衡方程為：
過(guò)熱段：是指工質(zhì)以過(guò)熱蒸汽的形式存在，質(zhì)量、能量動(dòng)態(tài)平衡方程為：
輔助方程為：
方程（1)~（8)中，d/dt表示變量對(duì)時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)；蒸發(fā)系統(tǒng)入口定義為界面0,熱水 段與蒸發(fā)段交界面定義為界面1，蒸發(fā)段與過(guò)熱段交界面定義為界面2,蒸發(fā)系統(tǒng)出口定義 為界面3,相應(yīng)位置的參數(shù)標(biāo)有界面下標(biāo)i，i = 0,