300MW电站回热加热器仿真模型建立及经济运行分析
KDC=11a1DCd1d0d+()++Rh(0)a2dildi （3-26）
式中 a1DC——疏冷段管外蒸汽至管壁传热分系数W/(m2.0C)；
a2——管内给水对流传热分系数W/(m2.0C)； d0 ——管外径，m； di——管内径，m； d——管壁厚度，m；
l——管壁热导率，W/(m2.0C)； Rh——污垢热阻，m2.0C/W； (4) 疏水至管壁传热分系数的计算
疏水纵掠叉排管束(立式加热器)的传热分系数计算式如下：
a1DC=0.023lD0.80.4RePr （3-27） de该式的适用范围：Re>104，Pr=0.7-120，l/de350。定性温度取用疏水的平均温度，定性尺寸为疏水通道的当量直径de。
式中 lD——以平均温度计算的疏水热导率，W/(m2.0C)；
l——管子长度，m；
de——疏水通道的当量直径，m，de=4AD/UD；As为通流截面积，m2，；UD为润湿周长，m；
Re——雷诺数，Re=d0wD/vD；wD为疏水流速，按纵掠管束的最小
截面积AD计算：wD=(D+GD)uD/AD，m/s，uD为疏水比容，m3/kg，通过查水蒸汽性质表可得；vD为疏水的运动粘度，vD=mDuD，m2/s；mD为疏水的动力粘度，pa.s，可通过查水蒸汽性质表得出。
Pr—普朗特数，可通过查水蒸汽性质表得；
疏水横掠叉排管束(卧式加热器)的传热分系数计算式如下：
a1DC=0.35lD0.60.36RePr （3-28） de该式的适用范围： 102 式中 lD——以平均温度计算的疏水热导率，W/(m2.0C)； Re——雷诺数，Re=d0wD/vD； wD为疏水流速，按纵掠管束的最小截面积AD计算： wD=(D+GuD/AD，m/s，uD为疏水比容，m3/kg，通过查水蒸汽性质表D)可得;vD为疏水的运动粘度，vD=mDuD，m2/s；mD为疏水的动力粘度，pa.s，可通过查水蒸汽性质表得出。 Pr——普朗特数，可通过查水蒸汽性质表得； - 19 - 沈阳工程学院毕业设计(论文) (5) 自壁至给水的对流传热分系数 过热段管内给水对流传热分系数与凝结段管内给水分系数的计算完全相同，这里不再列出。 3.4加热器的水力计算 加热器的水力计算包括水侧的给水阻力计算和壳侧的阻力损失，这两种阻力损失必须分别计算。给水阻力主要给水流经加热器各区段的摩擦阻力损失和局部阻力损失的总和。壳侧的阻力损失主要是过热蒸汽冷却段的过热蒸汽阻力损失和疏水冷却段的疏水阻力损失，凝结段由于流体发生相变，一般不考虑该段的阻力损失。 阻力损失的计算方法可以从有关文献中得到，因本文主要研究任务是加热器的热力过程的仿真研究和分析，研究过程中需要计算阻力损失时根据具体情况采用相应的计算式，故加热器的水力计算在本文中不再多加叙述。 3.5小结 了解和掌握加热器换热机理和影响因素，对于加热器的传热计算、加热器系统仿真建模是十分必要的环节。对加热器静态性能计算的研究为建立加热器动态数学模型奠定了坚实的基础，其中许多静态计算公式和方法可以在动态数学模型的过程中使用。 具有过热蒸汽冷却段、饱和蒸汽凝结段、疏水冷却段三个传热区段的U型管式加热器在现代大型火电机组回热加热系统中是很典型的加热设备，使用十分广泛。因此，无论是本章的加热器静态性能计算，还是下面即将建立的加热器动态数学模型都是以三段式加热器为研究对象来进行计算与建模的。本章根据该类加热器各传热分段的特点分别计算传热系数，在计算过程中，充分考虑了加热器结构参数、工质物性参数对传热过程的影响。 - 20 - 300MW电站回热加热器仿真模型建立及经济运行分析 第四章 加热器动态数学模型的建立与验证 4.1 电站设备数学模型概述 随着电力产业的飞速发展，电力生产的安全性和经济性己成为电力发展的关键问题之一。由于火电厂的实际生产过程涉及到大量的电力生产设备和复杂的生产工艺过程，因此对运行人员的运行和操作水平以及专业素质提出很高的要求，特别在当今企业正在进行减员增效，更要求每一个运行人员都要具备一种综合能力，能够进行各种常规操作和紧急事故处理。电站仿真机的应用，可以在短时间内，对运行人员进行各种操作和事故处理培训，有效地提高了运行人员的综合素质，并在电厂实际生产中取得了明显的效果。 仿真机的培训效果的关键是仿真机模型软件应具有良好的动态特性，能够准确地反映实际生产中设备与过程的特性。因此在电站仿真机软件研制时，仿真数学模型至少应满足两点要求，一是应保证仿真过程的实时性，即要求仿真动态过程与电站热力设备的实际过程动态特性相一致;二是仿真数学模型所描述的物理现象在仿真计算过程中是稳定的，并具有一定的仿真精度。 4.2 加热器仿真模型的建立 4.2.1 建模基础和简化原则 由于加热器的动态过程较为复杂，描述该过程的参数不仅是时间的函数，还是空间的函数，即该设备的系统具有分布特性。在动态过程中，工质的状态参数间呈非线性关系;工质与金属壁面的热物性和换热系数都在改变，使反映设备特性的动态方程变的很复杂，数学模型的阶数很高，给方程的求解带来相当大的困难。为了适应仿真模型的需要，必须进行加热器设备动态模型的简化。 动态模型的简化是根据应用时对模型的要求做出的。简化遵循的原则是:保留其主要的和起支配作用的因素，忽略次要的因素，使动态模型能够用最少的变量描述仿真对象的特点，并且在不失其本身特性又能保证系统稳定性的情况下，尽可能降低模型的阶数。按此简化原则，在建立加热器模型的过程中，特作如下假设与简化: （1）加热器模型按划分为过热蒸汽冷却段、饱和蒸汽凝结段、疏水冷却段三段模型。模型内部采用集中参数进行计算 - 21 - 沈阳工程学院毕业设计(论文) （2）在加热器的每一个区域内，蒸汽的状态（压力、温度、焓值、密度）是均匀的； （3）忽略凝结过程中不可凝气体的影响； （4）壳体与周围环境之间无热交换； （5）模型中所考虑的加热器泄漏点设在凝结段给水中段，泄漏到加热器壳侧的给水温度取该段的给水平均温度。 为准确和全面地模拟加热器的动态特性，根据第三章中对影响加热器换热因素的分析讨论，在传热计算中，将充分考虑工质的物性、加热器的结构、金属的热容、加热器的脏污、加热器的水位、加热器中的空气以及加热器的泄漏等因素对换热的影响，以求对加热器的动态特性进行准确仿真[6]。 4.2.2 加热器动态数学模型的描述 根据上节所述，结合加热器结构特点，参照仿真模型的建模过程，建立如图4.1示的加热器仿真模型。 4.1三段式加热器仿真模型图 图中各变量物理意义说明如下： Fs1——过热段入口蒸汽流量，kg/h； Ps1——过热段入口蒸汽压力，MPa； Hs1——过热段入口蒸汽烩，kJ/kg； Fw1——疏冷段入口给水流量，kg/h； Tw1——疏冷段入口给水温度，0C； Pw1——疏冷段入口给水压力，MPa； Fw4——过热段出口给水流量，kg/h； Tw4——过热段出口给水温度，0C； Fdin——进入凝结段的上级加热器疏水流量，kg/h； - 22 -