超临界直流锅炉内置式汽水分离器数学模型及仿真

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1、2009年第l2期东北电力技术．'’’’’、：击：超临界直流锅炉内置式汽水分离器^、<¨^V^数学模型及仿真；论i^t‘tttMathematicalModelandSimulationonBuilt—inWaterSeparatorforSupercriticalOnce—throughBoilers綦明明，冷杰，俞辉(1．东北电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳110006；2．东北电网，厶＼司大连培训中心，辽宁大连116023)摘要：结合工质物理特性，依据质量、能量平衡原理，建立了超临界直流锅炉汽水分离器的机理型数学模型。根据分离器不同的工作状态，模型包括湿态、干湿态转换和干态

2、3个部分。仿真试验以STAR一90仿真支撑系统为平台，搭建了汽水分离器系统模型，以机组启动、升负荷和停机、降负荷为工况进行试验，验证了数学模型的准确性。关键词：超临界；直流锅炉；汽水分离器；数学模型；仿真Abstract：mechanicalmathmodelonwaterseparatorforsupercriticalonce—throughboilersissetuptogetherwithworkingmediumandbyqualityandenergybalancingprinciples．Accordingtodifferentstatusoftheseparato

3、r，themodelcomprisesthreecomponents：wet，dryanddry一wettransformation．TheplatformfortestsimulationisSTAR一90supportingsystem，settingmodelforwaterseparator．system，testsarebasedOnunitstart-up，loadrisingandshut—downtoimprovetheaccuracyofthemode1．Keywords：Supercritical；Once—throughboiler；Waterseparat

4、or；Mathmodel；Simulation[中图分类号]TK223．4；TP39t．9[文献标志码]A[文章编号]1004—7913(2009)12—0001—05随着全球能源紧张趋势日益加重，环保减排任务日趋严峻，超临界火电机组以其较高的经济性和环保方面的优势正成为我国主力火电机组。由于超临界锅炉为直流锅炉，与常规锅炉相比一个重要的不同点是汽水系统未设置汽包，取而代之的是汽水分离器。汽水分离器在整个机组启动、升负荷过程中的作用类似于汽包。研究汽水分离器在启动和停机过程中的动态特性对于超临界机组的稳定运行有着重要的意义。1汽水分离器工作原理超临界锅炉内置式启动系统可以分为大气

5、扩容式启动系统、非大气扩容式启动系统、带启动疏水热交换器启动系统及带再循环泵启动系统。本文研究对象为带再循环泵的汽水分离器，其系统配置见图1带再循环泵内置式汽水分离器系统图1。I——给水调节阀；2——旁路给水调节阀；3——再循环泵；直流锅炉点火，机组升负荷过程中水冷壁中的4——流量调节泵；5——混合器；6——省煤器；7——水冷壁；工质被不断加热，其出口工质从未饱和水逐渐变为8——启动分离器；9——疏水和水位调节阀饱和水，直到变为微过热蒸汽的过程中，分离器的程是不同的，但3个状态之间的过渡是连续的。工作状态经过湿态、干湿态转换、干态3个状态的水冷壁出口工质为未饱和汽水混合物，进入分

6、变化。转换过程中分离器内工质的物理状态变化过离器内即发生汽水分离。此时汽水分离器工作在湿2东北电力技术2009年第12期态。当水冷壁出口工质达到饱和或微过热(水冷壁内微过热段的出现)，导致进入分离器的工质不再简单被分离为饱和水与饱和蒸汽，此时分离器进入湿态转干态的工作状态。由于进入分离器内工质的过热度不断增加和分离器内水容积的限制，干湿态转换是分离器进入干态前一个很短的过程，在对分离器的研究中很少被单独研究，在有些火电仿真系统中甚至将其简化为一个瞬间完成的过程(在仿真过程中认为分离器瞬间进入干态，饱和水的容积瞬间变为0)。对于全工况的实时仿真有失真实。当分离器内的水容积变为0，进

7、入和流出分离器的工质全是过热蒸汽时，分离器进入干态运行。与升负荷过程类似，降负荷分离器依次经过干态、湿态2个状态。降负荷与升负荷过程分离器内图2汽水分离器简化模型状态变化机理的区别在于干态过渡到湿态时，分离器内压力和水位的变化是由于水冷壁出口工质由微AD舶一△D扣一AD=蒜(rp+rp”)(1)过热变为未饱和，分离器由工质通道重新变为发挥式中l，，、r-—饱和水与饱和蒸汽容积，m；汽水分离作用，未饱和的工质进入分离器发生汽水p、p”——饱和水与饱和蒸汽密度，kg／m。分离，重新产