300MW电站回热加热器仿真模型建立及经济运行分析

r'?r?cg(tg?ts) (3-1)

式中 r'—修正后的汽化潜热，kj/kg； cg—过热蒸汽的比热，kj/(kg.0C)； tg—过热蒸汽的温度，.0C；

ts—蒸汽的饱和温度，.0C；

（5）物性参数的影响

膜状凝结换热主要受凝结液膜热阻的控制，冷凝液膜的密度越大，粘度越小，液膜的厚度越小，凝结换热系数越大；冷凝液膜的导热系数越大，凝结换热系数越大；蒸汽的潜热越大，在同样热负荷下冷凝液量减少，液膜减薄，凝结换热系数越大。

（6）受热面排列方式的影响

如果在单位面积上的凝结液量相同，立式加热器的凝结液膜厚度比卧式加热器的厚，因此在一般情况下，卧式加热器的凝结换热系数比立式的高。通过对加热器传热的影响因素进行分析，在传热计算和仿真模型的建立过程对上述的影响因素进行考虑，从而保证模型有较高的精确度。

3.3加热器的传热计算

加热器的传热计算可分为设计计算和校核计算两种，传热设计计算一般是根据汽轮机制造厂等提供的热平衡图或热平衡数据表来进行加热器的结构设计，而传热校核计算则是针对已有的加热器进行一些典型负荷工况的换热性能的校核计算。为了全面地反映加热器的传热过程，假设所研究的加热器同时具有饱和蒸汽凝结段、过热蒸汽冷却段和疏水冷却段三个传热区段。在三个传热区段中，其基本传热机理是一样的，但由于各段的工质的物性在传热过程并不一样，传热系数的差别较大，计算方法也各不相同，故本文在以下加热器的传热计算中，对加热器的三个传热区段分别加以考虑，换热计算采用平均温差法。相应的物理模型和传热示意图如图3.1。

考虑到后面加热器及其系统建模的特点，本文只阐述传热设计部分主要的理论计算公式，其它计算式在编制算法程序时根据需要，从有关文献中直接取用。下面就加热器各个传热区段分别加以研究[3]。

1 凝结段

(l)凝结段传热量的计算

在图3.1所示的加热器模型中的凝结段，加热器内的蒸汽由接近于饱和蒸汽状态被冷凝成饱和水，该过程属于层流膜状凝结传热。凝结换热是伴随有相变的对流换热，对流换热的基本计算式是牛顿冷却公式：

QCOND?KCONDACOND?tmCOND （3-2）

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沈阳工程学院毕业设计(论文)

式中 QCOND—凝结段传热量，W；

m2； ACON—凝结段传热面积，D?tmCOND—凝结段对数平均温差，0C；

KCOND—凝结段传热系数，W/(m,20C)；

1过热段2凝结段3疏冷段T1T2t3t3't2t4TsT4t1T1H1t4h4t3h3t2h2t1h1T2H2TsHsT4H4

图3.1三段式加热器模型及传热示意图

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300MW电站回热加热器仿真模型建立及经济运行分析

根据能量平衡原理，如果不考虑加热器散热损失和金属的热容的影响，则加热器壳侧的蒸汽的放热量与管侧的给水吸热量有如下热平衡方程式：

QCOND?G(h3?h2)X103?D(H2?Hs)X103 （3-3） 式中 G—给水流量，kg/s；

h2—凝结段给水进口焓，kj/kg； h3—凝结段给水出口焓，kj/kg； D—凝结段蒸汽流量，kg/s； H2—凝结段蒸汽进口焓，kj/kg； Hs—凝结段疏水饱和焓，kj/kg；

在热力发电厂中，回热系统中的加热器一般是串联布置，加热器疏水多采用逐级自流方式，疏水由压力高的加热器向压力低的加热器逐级疏出，上级疏水进入本级加热器壳体内因压力降低而闪蒸形成扩容蒸汽，它排挤了加热本级加热器的抽汽量，因而，加热器的传热量也包括上级疏水所具有的热量，则有：

QCOND?D(H2?Hs)X103?GD(HD?Hs)X103 （3-4）

GD—上级加热器来疏水流量，kg/s； HD—上级加热器来疏水焓，kj/kg； (2)传热温差

为了较准确地反映加热器传热效果，一般工程上采用对数平均温差，其表达式如下：

?tm?t3?t2 （3-5） Ts?t2lnTs?t3 式中 Ts—加热器中蒸汽的饱和温度，0C；

t2—凝结段给水进口温度， 0C；

t3—凝结段给水出口温度，0C；

（3）传热系数

在加热器中，传热面为圆管，以圆管的外表面为基准，考虑污垢热阻的影响，由此可得出其传热系数KCOND的计算式如下：

KCOND?11 （3-6） d01d0??()??Rh()?2di?di?1COND20W/(m式中 ?1CON—凝结段管外蒸汽至管壁凝结传热分系数，,C)； D?2—管内给水对流传热分系数，W/(m,20C)

d0—管外径，m； di—管内径，m；

?—管壁厚度，m；

?—管壁热导率，W/(m,20C)；

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沈阳工程学院毕业设计(论文)

Rh—污垢热阻，m20C/W

(4)蒸汽至管壁传热分系数的计算

在加热器中，传热管的布置与加热器的型式有关，立式加热器的传热管为竖管束，卧式加热器的传热管为水平管束，对于不同的管束型式，蒸汽至管壁的传热分系数的计算方法也不一样。

竖管束的蒸汽至管壁的凝结传热系数计算式如下：

?1COND1r?0.9187B[]4 （3-7）

l(Ts?twCOND) 式中 r—蒸汽的汽化潜热，kj/kg；考虑到进入凝结段的蒸汽尚具有一定的过热度，实际应用时，常用r'代替r来考虑蒸汽过热度对蒸汽凝结换热的影响，r'?r?cP(T2?Ts)，cP为过热蒸汽的比热。

Ts—加热器中蒸汽的饱和温度，0C；

twCOND—凝结段汽侧管壁温度，0C；根据加热器的具体条件，管壁温度

可采用twCOND?Ts?0.4?tmCOND来计算；

l—竖管束在汽侧二隔板间的平均高度，m； B—与凝结液膜平均温度有关的系数； 水平管束蒸汽至管壁传热分系数计算式如下：

1r?0.5894B[]4 （3-8）

nd0(Ts?twCOND)?1COND式中 n—水平管束在蒸汽侧沿垂直方向的管子平均排数，它是指管子外表的凝结液膜垂直下流经过的管排数。 d0—管外径，m；

(5) 自管壁至给水对流传热分系数的计算

热器换热管中，给水的流动可能呈层流流动或紊流流动，由于层流流动的传热系数太小，所有一般都力求给水为紊流流动，故加热器水侧的流动可按紊流流动来计算。

自壁至水的传热分系数计算可按管内紊流换热公式计算：

?2?1.163Aw0.8di?0.2 （3-9）

式中 w—管内给水流速，m/s，其可由公式(3—10)计算：

GV （3-10） w??2diNw4di—管内径，m；

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