电站凝汽器静态和动态换热特性的研究

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电站凝汽器是凝汽式汽轮发电机组的重要辅助设备之一,对整个电厂的安全经济运行有着重要的影响。深入研究凝汽器的静态和动态传热特性,建立其静态与动态传热模型,对实施故障诊断和提高机组经济运行水平有着重要的理论意义和工程实用价值。本文在分析凝汽器换热特性的基础上,根据稳定工况下传热平衡原理,建立了凝汽器静态传热数学模型,编制了凝汽器静态性能评价程序。并以某300MW机组凝汽器为例,定性定量的分析冷却水进口温度、冷却水流量、汽轮机排汽量变化以及冷却管内表面结垢时对凝汽器压力、传热系数和传热端差等凝汽器性能参数的影响,得出各影响因素与凝汽器压力的变化关系,做出稳定工况下凝汽器的静态特性曲线,得到真空开始恶化时各影响因素的变化极限。计算发现,当冷却水进口温度升至26℃、冷却水流量降为额定水量的49%、蒸汽负荷增为额定负荷的160%、冷却管内表面污垢厚度达0.7mm时,凝汽器真空开始恶化。本文运用能量守恒和质量守恒原理,将凝汽器的工作过程用微分方程来表述,建立了凝汽器的动态传热数学模型。动态数学模型主要考虑两个方面:一是管侧循环水量扰动模型;二是壳侧蒸汽负荷扰动模型。管侧循环水量扰动模型由三个环节串联组成:冷却水温对循环水量的动态响应模型、冷却管壁温对冷却水温的动态响应模型、汽侧蒸汽平均温度对冷却管壁温的动态响应模型。壳侧蒸汽负荷扰动模型一方面考虑对凝汽器压力的影响,另一方面考虑对冷却水出口温度的影响。蒸汽负荷对凝汽器压力的扰动过程符合积分环节;对冷却水出口温度的影响包含两个环节:冷却管壁温对蒸汽温度的动态响应、冷却水出口温度对冷却管壁温的动态响应。对某300MW机组凝汽器,根据建立的动态数学模型,计算结果表明:若循环水量增加,凝汽器压力对循环水量的动态响应为实际微分环节;若循环水量减少,凝汽器压力对循环水量的动态响应为惯性环节。若蒸汽负荷阶跃变化,凝汽器压力的动态响应属于积分环节。若凝汽器压力上升,循环冷却水出口温度对凝汽器压力的动态响应为惯性环节;若凝汽器压力下降,循环冷却水出口温度对凝汽器压力的动态响应为实际微分环节。本文的研究成果开辟了凝汽器数学模型研究的新思路,为传热数学模型向纵深方向发展提供了理论依据,同时也为凝汽器传热特性的研究应用提供了有利的支持。
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