直流锅炉冷态启动过程仿真分析_产品创新数字化(plm)_cae_1526

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1、直流锅炉冷态启动过程仿真分析_产品创新数字化(PLM)_CAE   1　引言　　启动和停运是火电机组最重要和最基本的动态过程。在启停过程中，既要最小限度地消耗机组的使用寿命，又要尽量地缩短启停时间和减小启停损失以获得最大的热经济性。无疑地，加强大型发电设备合理启停方式的研究，对于保障机组乃至整个电网运行的可靠性和经济性均有十分重要的实际意义。　　本文对某台1900t/h直流锅炉由冷态到纯直流运行阶段的启动过程的动态特性进行了初步的仿真研究，着重分析了燃烧率及高压缸旁通阀开度控制规律对启动过程的影响。   2　过程数学模

2、型及数值方法简介　　图1为某厂600MW火电机组的1900t/h直流锅炉一次汽水系统图。该锅炉水冷壁下部分为螺旋上升管带，上部分采用一次垂直上升管屏。根据锅炉性能设计要求，在35%负荷以上时，锅炉启动系统解列，内置式汽水分离器处于干态运行，仅作为一个蒸汽通道。 1-给水泵；2-省煤器；3-水冷壁；4-内置分离器；5-顶棚及包覆管；6-烟井侧墙；7-前屏；8-一级喷水减温器；9-后屏；10-二级喷水减温器；11-末级过热器；12-汽机进汽调门；13-高压缸；14-高压旁通阀；15-疏水阀图1　1900t/h锅炉一次汽水系

3、统Fig.1Theprimarysteam-watersystemfor1900t/hboiler   2.1　锅炉受热面数学模型及数值方法　　锅炉汽水系统中两类受热面的能量平衡关系可由下面的全微分方程描述[1,2]：（1）   式中　τ及y分别代表系统的时间坐标和空间坐标，Tf为参数f（τ，y）随流动时间τ变化的时间常数。　　对于单相受热面有：f（τ，y）＝t（τ，y）a（τ，y）＝tj（τ，y）Tf（τ，y）＝Fρcp／αnfn对于系统中的双相区段，则f（τ，y）＝x（τ，y）a（τ，y）＝u′／（u′－u″）Tf

4、（τ，y）＝r／（u′－u″）且   式中　t,ρ及p分别为工质的温度、密度和压力，αn、cp和F分别为工质与金属间的换热系数、工质的定压比热和通流面积，tj、fn及qn分别为受热面金属温度、单位长度受热面内的换热面积和换热量，x和r分别为双相工质的质量含汽率和工质的汽化潜热，上标′及″分别表示饱和水及饱和蒸汽。　　给定时间步长Δτ，对式(1)在τ～τ＋Δτ内积分，并假定a（τ，y）及Tf（τ，y）在Δτ内保持不变，则近似为f（τ＋Δτ，y＋Δy）＝a（τ，y）－［a（λ，y）－　f（τ，y）］e－Δτ／Tf（τ，y）

5、（2）式中　Δy为工质在时间Δτ内流过的距离，即Δy＝Δτ*w（τ，y）。　　工质流速w及压力的瞬态分布情况则由质量守恒方程和动量方程确定，详见文献[3]。   2.2　汽水分离器数学模型　　在锅炉由冷态到纯直流运行的启动过程中，分离器的工质将由过冷水逐步过渡为过热蒸汽。定义分离器内工质的干度xfl为xfl＝（Hfl－H′）／（H″－H′）（3）则分离器内工质的压力pfl可分别按下列关系确定：　　　　pfl＝pfl0　　（xfl＜0）(4)（5）(6)   式中　Vfl为分离器容积，D1b、Dfl和Dps分别为水冷壁出

6、口工质流量、由分离器进入过热器的蒸汽流量和分离器的疏水流量，ρfl、Hfl和Hqfl分别为分离器内工质的平均密度、焓和流出分离器的蒸汽焓，pfl0为分离器的启动压力，Ifl为分离器的热惯性系数，其确定方法与自然循环锅炉汽包的热惯性系数相同.　　同理，定义x1b＝（H1b－H′）／（H″－H′）（7）则分离器水位hfl按下式确定：（8）式中　Ffl为分离器的水位面积。　　汽水分离器的疏水量由下式确定：（9）式中　kps、p0和Aps分别为分离器疏水阀的阻力系数、疏水阀后压力及疏水阀的通流面积，g为重力加速度。　　根据机组

7、设计性能，Aps按下式计算：Aps＝kA（hfl－2）（hfl≥2.0m）Aps＝0（hfl≤2.0m）式中　kA为比例系数。   3　高压旁通阀开度设置对启动过程的影响　　该锅炉配有A～F六台磨煤机，对应于A～F层煤粉燃烧器，每两层燃烧器之间设置一层轻油枪和一层重油枪。机组在启动过程中燃烧率η(占额定负荷下燃烧率的份额)、高压旁通阀开度A的变动规律及本文仿真过程所采用的初始条件如下：　　(1)在初始时刻，整个系统处于冷态，系统温度取为30℃，分离器水位为2m，分离器疏水阀关闭。　　(2)在τ=500s时，锅炉开始进水

8、。给水温度为120℃，给水流量为184.7kg/s。　　(3)在τ=800s时，锅炉开始点火。启动运行规程规定：　　①τ=800s时，AB及CD层轻油枪先后点火，轻油流量为2.8×10-3m3/s；　　②τ=1400s时，AB层重油枪点火，重油流量为2.3×10-3m3/s；　　③pfl升至0.5MPa时重油流量增至4.6×10-