凝汽器污脏程度在线监测仪的研制

摘要：提出了一种在线监测凝汽器污脏程度的新方法。该方法将传热端差作为研究对象，综合考虑各因素对端差的影响，运用神经网络建模技术成功地实现了凝汽器污脏、工况参数变化对端差影响的分离，可准确地在线监测凝汽器污脏程度。介绍了根据此方法研制的以DSP为核心的监测仪，并进行了现场试验，试验结果证明了该仪器的有效性。

    关键词：凝汽器污脏 传热端差 在线监测 神经网络 DSP

凝汽器是火力发电厂的大型换热设备，其作用是将汽轮机做功后的低温蒸汽凝结为水，以提高热力循环的效率。图1为表面式凝汽器的结构示意图。

凝汽器运行时，冷却水从前水室的下半部分进来，通过冷却水管（换热管）进入后水室，向上折转，再经上半部分冷却水管流向前水室，最后排出。低温蒸汽则由进汽口进来，经过冷却水管之间的缝隙往下流动，向管壁放热后凝结为水。在此工作过程中，由于冷却水质的不洁净，致使铜管内壁积聚了一些不利于传热的固态混合物（称之为污垢）。污垢的存在降低了换热面的传热能力，从而降低了汽轮机效率，因此必须对其进行清洗。如何定量地测定凝汽器的污脏程度，以便为凝汽器的合理清洗提供依据，是许多学者都在探讨的问题。归纳起来，已提出的方法大致有以下几种：

（1）通过测量污垢热阻来判断凝汽器污脏程度。

（2）通过测量凝汽器出口、入口水室之间的水流阻力来判断凝汽器污脏程度。

（3）通过计算传热系数来判断凝汽器污脏程度。

热阻法能较准确地测定凝汽器的污脏程度，但需在换热管上埋设铠装热以检测管壁温度，凝汽器换热管数量众多，在工程上较难实现；水流阻力可反映污垢的数量，但不能体现出污垢的导热性质，用该方法确定凝汽器污脏程度显示不够准确；传热系数体现了凝汽器的换热性能，但目前计算传热系数均采用传统的经验公式，而且未考虑蒸汽中不凝结气体（空气）对传热效果的影响，因而当凝汽器变工况运行时，存在较大误差。
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    传热端差是反映凝汽器热交换状况的重要性能指标，与传热系数相比，该参数容易测量，能够连续观察其变化而积累数据，因而本文选用它来体现凝汽器的污脏状态。但传热端差除了主要取决于换热面的污脏程度外，还与凝汽器的工况参数如蒸汽流量、冷却水量等密切相关，因此，如何从众多参数中分离出换热面污脏对端差的影响，成为准确测定凝汽器污脏程度的关键。

1 测量原理

传热端差定义为：

δt=ts-two   （1）

式中，δt——凝汽器的传热端差

ts——凝汽器压力所对应的饱和蒸汽温度

two——冷却水出口温度

分析换热过程可知，当冷凝器的冷却面积一定时，δt可表示为：

δt=f(Dc,Dw,c,ε，twi)   （2）

式中，Dc——蒸汽流量

Dw——冷却水流量

c——凝汽器的污脏系数

ε——蒸汽中不凝结气体（空气）的含量

twi——冷却水入口温度

设凝汽器被彻底清洗后，在某一给定的蒸汽流量Dc、冷却水流量Dw、冷却水入口温度twi、空气含量ε下测得的端差为δtd（δtd可看作清洁状态下该工况对应的端差），改变工况并运行一段时间后测得的端差为δtf，显然，δtd与δtf之间的差值Δδ既有因换热面污脏引起的，也有因工况参数变化而引起的，可表示为：

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