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1、第22卷 第6期动 力 工 程Vol.22No.6 ·2078·2002年12月POWERENGINEERINGDec2002文章编号:100026761(2002)0622078206余热锅炉的动态数学模型及数字仿真121裘浔隽, 杨瑜文, 林中达(1.东南大学,南京210096;2.南京汽轮电机集团公司,南京210037)摘 要:余热锅炉动态数学模型是分析联合循环系统动态特性的必要环节。作者着重对联合循环中的余热锅炉的各部件进行了理论建模和模型简化,对燃气轮机出口烟气温度变化和汽机调节汽阀开度变化时余热锅炉的动态特性进行数字仿真,并对仿真结果进行了分析。图12参3关键词:余热锅炉;模
2、型;数字仿真;动态特性中图分类号:TK229.92文献标识码:A路流经低压蒸发受热面后又回到给水箱;一路经0 前言高压给水泵压力升高后,流经高压省煤器,进入高在燃气2蒸汽联合循环发电技术中,余热锅炉压汽包,在高压蒸发受热面中循环受热蒸发,产生(HRSG)是连接Brayton循环和Rankine循环的饱和蒸汽。高压汽包中的大部分饱和蒸汽经两级重要环节,是联合循环总能系统中的一个重要的高压过热器,成为过热蒸汽进入汽机作功,其余饱有机组成部分。它的结构、参数和性能是联合循环和蒸汽注入除氧器,加热凝结水,维持除氧器的常整体优化和各子系统相互匹配的关键。余热锅炉压。为防止过热器金属管壁超温,少量低
3、压饱和水与单纯Rankine循环中的蒸汽锅炉的运行方式和进入喷水减温器和过热蒸汽混合,降低过热蒸汽动态特性有不同之处,其动态数学模型的建立是的温度,烟气和汽水系统的流程图示于图1。分析和研究燃气2蒸汽联合循环或其它相关发电2 余热锅炉各部件的数学模型技术的动态品质及其控制策略的基础和条件。本文针对燃气2蒸汽联合循环中使用较多的由于在余热锅炉中,管外烟气流速高、热容双压余热锅炉,采用理论建模和数字仿真的方法小,而管内工质流速相对较低、热容大,烟气放热来讨论余热锅炉的建模和仿真。过程相对于工质吸热过程而言延迟小,反应快,是动态快过程。因此,本文在研究交换的两个侧面1 余热锅炉的汽水系统和烟气
4、系统时,烟气的放热过程相对于工质的吸热过程来讲,双压余热锅炉由高温过热器、高压汽包、高压认为是一个“零”动态过程,反之是一个“无限长时蒸发受热面、高压省煤器、除氧器(低压汽包)和低间”过程。所以,在余热锅炉各部件的热交换过程压蒸发受热面组成。燃气轮机排出的高温烟气顺中,通常将烟气放热过程和工质吸热过程分开讨次流经两级高压过热器、高压蒸发受热面、高压省论。煤器及低压蒸发受热面,温度逐渐降低,最后从烟2.1 烟气放热模型囱排出。为了使HRSG有较高的热回收效率,受根据传热原理可知:在稳态传热过程中,烟气热面一般布置为逆流形式。的辐射放热量:44由热井来的冷凝水经凝结水泵加压后注入到Qf=Rõ
5、(T1-T2)=Afõ(T1-T2)除氧器的给水箱,由给水箱出来的低压饱和水一 其中,T1、T2分别为烟气和金属管壁的温度;Qf为单位面积的辐射换热量;Af为折合辐射换热收稿日期:2001208224修订日期:200122系数,R为常数。余热锅炉的入口烟气是燃气轮机作者简介:裘浔隽(1977-),女,东南大学热能工程专业博士研究生。目前,主要研究方向为:热力系统的建模、仿真和控的排气,烟气温度一般在580℃以下,而与过热蒸制。[2]汽的出口温度的温差一般小于60℃。温度低,©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsres
6、erved. 第6期动 力 工 程 ·2079·图1 余热锅炉汽水及烟气流程图温差小,折合的辐射换热系数更小,一般小于对流数。由式4可以得到烟气放热侧的数学模型如图传热系数的1ö6。所以,本文在考虑烟气模型时忽2。略在变工况下辐射传热系数的变化对传热过程的影响,认为烟气对管壁的放热是对流传热,换热系数满足对流传热关系,即:0.65A1=k1õG(1) 其中,A1是烟气与管壁的换热系数;G为烟气的质量流量;k1为常数。由烟气侧的换热方程和能量守恒方程可得:Q1=A1õTwcõA1(2)Q1=UõGõCyõ(T′y-T″y)(3)图2 烟气放热数学模型式中 Q1——烟气与管壁的对流传
7、热量2.2 过热器、省煤器的吸热模型A1——外管壁的对流传热面积过热器、省煤器均属于单相管受热面,吸热数U——锅炉的保温系数,认为是常数学模型可以分为焓2温通道和压力2流量通道来研Cy、G——烟气的热容和流量究。单相管的焓2温通道模型由管内工质的质量守Twc——烟气的传热温差,$Twc=[($T′y+恒、能量守恒、工质吸热方程和金属管壁的热平衡$T″y)-($t′gz+$t″gz)]ö2方程组成。t′gz、t″gz、T′y、T″y为
