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第17卷 第2期动 力 工 程Vol.17No.21997年4月 POWERENGINEERINGApr.1997·37· 启动分离器在超临界压力直流锅炉中的启动特性史绍平 余春平 余圣方王茂华(北京 北京华能仿真技术公司)(华能南京电厂)摘 要 该文根据低负荷水冷壁无延迟跟踪假定建立了超临界压力直流锅炉中启动分离器入口焓方程。以平均比容和平均焓值作为特征变量,模拟了启动分离器在超临界压力直流锅炉从冷态启动至带节流的直流锅炉运行过程中的启动特性。以华能南京电厂的俄罗斯锅炉ТПП2316öco为研究对象,部分结果与现场实际运行参数作了比较。最后,给出了在启动过程中启动分离器主要参数的启动曲线。图7表1参6 主题词:超临界压力锅炉 启动分离器 容积特性 数值模拟 研究及过热器的枢纽。启动分离器的正常工作是0 前言过热器安全运行的重要保障。而且,启动分离 俄罗斯红色锅炉厂生产的300MW超临器的启动特性决定了蒸汽的参数(压力、温界直流锅炉采用双流程对称布置,燃烧器前度)及蒸汽流量。它的稳定性和灵活性决定了后墙为对冲式。水冷壁采用膜式水冷壁,炉膛直流锅炉在低负荷下的调节特性。如何建立分为上、下辐射区。工质经省煤器后进入下辐起正确的数学模型不仅能较好的模拟直流锅射区,混合后进入上辐射区,上辐射区出口经炉的动态特性,而且还能对直流锅炉的运行水平烟道、费斯通管及顶棚仓墙管后通过调调整起指导作用。节门(分进阀)引入启动分离器。与汽包锅炉1 数学模型的描述不同,直流锅炉没有汽包来保证过热器的入口参数,使过热器入口工质为蒸汽。在直流锅1.1 入口焓方程的建立及求解炉的启动过程中,水冷壁与过热器的连通门入口焓方程的建立是在如下假设的基础(顶出门)关闭,工质通过分进阀进入启动分上来完成的:离器后,分离出的蒸汽经分出阀进入过热器(1)以单管模型为基础,锅炉汽水流动加热后送入汽机,水进入点火扩容器扩容后,以单根管内的流动来代替。蒸汽流到除氧器或旁路,水根据其品质的好(2)集中参数法,每一分段均以出口参坏流入地沟或凝汽器。系统简图示于图1。数为特性参数。 启动分离器(图2)在直流锅炉低负荷过(3)传热恶化等事故情况不在此文的考程中起着十分重要的作用。它是连接水冷壁虑之中。(4)在启动时,省煤器及水冷壁中由于19951023来稿,19960716收到修改稿。流动工质侧传热系数相对烟气侧来说很大,©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第2期动 力 工 程 ·39·简估假设:为:(1)忽略流体切向旋转对能量的影响。dmd=∑Fin-∑Fout(4)(2)分离器壁温特性对分离工况的影响t仅考虑管壁散热对能量的影响。图3 容器示意图 式中 M——容器中的质量,kgFin——进入容器的质量流量,kgösFout——流出容器的质量流量,kgös1.2.2 能量平衡方程根据能量守恒原理,能量平衡方程可写为:dE=∑FinHin-∑Fout·Hout-Qe(5)dt 式中 E——容器中总能量,kJHin——进入容器流体的焓,kJökgHout——流出容器流体的焓,图2 直流锅炉启动分离器kJökg(3)对于汽液共存时,两相总是处于饱Qe——容器对外界散热量,kJös和状态。1.2.3 容积混合特性(4)进入过热区时,启动分离器内工质混合物比容按平均比容计算,即参数采用单节点流网计算,容积影响忽略。容Vsp积模型示意图见图3。Vm=(6)M1.2.1 质量平衡方程3 式中 Vsp——容器的体积,m按照质量守恒原理,质量平衡方程可写混合物比焓按平均比焓计算,即©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第2期动 力 工 程 ·41·ТПП2316öco超临界压力直流锅炉的基再热蒸汽压力:3.8MPa本参数如下:再热蒸汽温度:545°C额定负荷:1000töh锅炉热效率:91.53%主蒸汽压力:25MPa燃料消耗量:116.4töh主蒸汽温度:545°C锅炉燃料的主要成份示于表1。表1 锅炉燃料的主要成份种类低位发热量水份(%)灰份(%)碳(%)氢(%)氧(%)挥发份(%)油405603.00.183.010.40.7—煤265507.021.564.093.043.114.91 在启动过程中,低负荷时采用全燃油,至30%后油、煤混烧。当负荷升至20%左右时,稳定参数,汽机开始冲转,至1300römin后暖机,然后升负荷使汽机升速至3000römin后并网,增加负荷转为纯直流运行。锅炉启动参数为:单流程流量:150töh(30%负荷)给水压力:26.0MPa给水温度:105°C2.1 启动过程中锅炉水冷壁出口焓曲线如图4所示,随着时间的增加和燃烧率的提高,锅炉水冷壁出口焓逐步增加,在开始冲转时趋于稳定。曲线没有出现大的波动,趋势合理,说明此解法较好。图5 启动分离器内压力与顶出阀前温度的关系图4 启动过程中的锅炉水冷壁出口焓2.2启动分离器内压力与顶出阀前温度的关系图6 启动分离器内压力与疏水阀开度的关系在图5中给出了启动分离器内压力与顶升高,进入启动分离器工质的焓值变高。而出阀前温度的关系。在启动过程中,顶出阀前且,随着顶出阀前温度升高,启动分离器疏水压力保持在24.5MPa左右。所以随着温度的©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. ·38· 动 力 工 程第17卷 图1 锅炉点火启动部件系统图因此认为局部壁温总能够无延迟地跟踪局部即认为在时间t～t+$t内,所有关于时间的工质温度。函数均为常数,于是方程变成了线性偏微分 这样,外界传递的热量,一部分被工质和方程。金属管壁蓄积;另一部分用来加热流动工质。将管道分为若干个子段,每段长度为假设微元段dx在时间dt内温升为dH,单位$x,则可得到第k+1管段出口焓为:t+$ttt+$t时间内单位管长输入热量为q,单位管长工Hk+1=(1-A)Hk+1+(1-B)Hkt质和金属质量分别为mw、mm,工质质量流量+(B+B·A-1)Hk+B为F。设工质和金属的比热为Cw及Cm,并设·($töC)·Q(3)mm与Cm和时间无关且为常数,由热平衡关其中:系可得:D=Fõ$tCwmw+Cmmmq·dx·dt=(Cwmw+Cmmm)dx·dH+C=õ$xCwCwF·dt·dHA=DöC5H5H∴ q=(Cwmw+Cmmm)+CwF(1)15t5xE=-1öA-A1-e设dH=CwdH 则得焓方程:115F=-A-H5H1-eACwq=(Cwmw+Cmmm)+CwF5t5x1(2)B=E+AF显然,在上面方程中q、Cw、mw,F都是时 式中 Q——单位时间内加在第k+1间的函数,这是一个非线性偏微分方程。管段上的总热量计算中采用了混合解法来求解焓方程,1.2 容积特性模型的建立和求解©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. ·40· 动 力 工 程第17卷 E 节点i的动量守恒方程:Hm=(7)MdGmLa=INPij(Pj-Pi+INPijHm)-1.2.4 压力方程的建立dt对容器内的蒸汽干度可以有如下两种表RmGmûGmû(14)达方式:Lm2 式中 La=称为支路的惯性,RmGmHm-HlAmX=(8)Hg-Hl为支路阻力 或不考虑支路惯性,即令La=0,可以直接Vm-Vl(9)从(14)中求出流量。X=Vg-VlGm=INPij(Pj-Pi+INPijHm)öRmûGmû 式中 X——蒸汽干度 将上式代入质量方程,得到:Hl——饱和液体比焓,kJökgkdPiHg——饱和汽体比焓,kJökgCidt=(6(Pj-Pi)+INPijHm)öj=13Vl——饱和液体比容,mökgRmûGmû(15)3Vg——饱和汽体比容,mökg 上式即是求节点i的压力方程,对此式由(8)式,(9)式可得到进行隐式欧拉积分,可以得到:(Hm-Hl)õ(Vg-Vl)-(Hg-Hl)t+1tktPi-Pit+1t+1Ci=6(Pj-pi+õ(Vm-Vl)=0(10)$tj=1ttt 我们都知道,在饱和状态下,Hl,Hg,Vl,INPijHm)öRmûGmûVg均是压力P的单值函数,这样方程(10)可 整理后得:tt+1t写成:[A][P]=[B](16)ttf(p)=(Hm-Hl)õ(Vg-Vl)- 式中 aij=-1öRmûGmû(kHg-Hl)õ(Vm-Vl)tttaii=(Ciö$t+61öRmûGmû)=0(11)j=1k 饱和压力P就可以应用已有的水蒸汽t+1ttbi=6PjöRmûGmû+性质程序,采用二分法求解得到。j=Nk1.3 过热蒸汽的单节点流网计算ttt6INPijHmöRmûGmû+当启动分离器进入过热汽工况j=1(即里面tCit工质全为蒸汽,X≥1),采用单相流体单节点õPi$t流网计算如下 式中 N——与i相连的内节点数节点i的质量守恒方程:K——总节点数kdQiVi=6INPijGm(12)这样,分离器内压力Pi可直接解得。dtj=1 式中 j——第j外节点2 算例及结果INPij——方向为i→j时,=1以俄罗斯生产安装在华能南京电厂方向为j→i时,=-1ТПП2316öco为研究对象,分析计算了锅炉Qi设Ci=Vi,式(12)可以简化为Pi从冷态启动至分离器内工质为过热蒸汽的整kdPi个过程动态特性,并与现场实际运行数据作Ci=6INPijGm(13)dtj=1了部分比较。©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. ·42· 动 力 工 程第17卷 门得相应的关小。这两方面的效果都是促使2.4冷态启动过程中分离器内主要参数曲启动分离器内工质压力升高。图中同时给出线了现场实际的曲线,由图可以看出相差较小。在图7中,给出了启动分离器内饱和蒸2.3启动分离器内压力与疏水阀开度的关汽量、疏水量、锅炉给水量、燃烧率的启动曲系线。如图6所示,随着疏水阀的关闭,疏水量3 结论减少,启动分离器压力升高。这过程在现场获取的点较少(仅有3点),所以我们把它们拟本文提出了分析超临界压力直流锅炉启合成曲线。从图中可以看出,变化趋势和精度动特性的数学模型。通过分析和比较,证明了都是与现场较符合的。模型是正确的。图7 冷态启动中启动分离器内主要参数曲线ofForced2flowOnce2throughBoilerasaMeansofOp2参考文献timizingtheSystemLayoutandProcessControl.Sulz2erTechnicalReview,1975(3)[1]陈学俊,陈听宽主编.锅炉原理.机械工业出版社,1981[5]西安交通大学.直流锅炉.水利电力出版社[2]章臣樾主编.锅炉动态特性及数学模型.水利电力出版[6]华能南京电厂.超临界压力直流锅炉培训教材.1992社,1987[3]西安交通大学.600MW超临界锅炉启动特性计算程序第一作者简介 史绍平,男,生于1968年,毕业于西安的开发.1993交通大学,研究生,硕士。现在华能仿真技术公司工作,从事[4]EbertK,FasslerP.CaculatingtheStart2upBehaviour电厂锅炉模型方面的开发研究。©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. ·70· 动 力 工 程第17卷 TurbulentDirectFlowPulverizedCoalBurnerswithDualAirControl.PowerEngineer-ing,1997,17(2):21～26ColdstatemodelizingflowfieldtestshavebeenconductedwithShanxiShentouNo.2PowerPlant's500MWset'sturbulentdirectflowpulverizedcoalburnerswithdualaircon2trol.Themainfactorsthatinfluencethepulverizedcoal'scombustionprocesswerestudiedandthecontrolmechanismoftheswirlervaneshasbeencompletelyrebuilt.Aftercompre2hensivecyclingtests,thelowestload,atwhichthesetcanexclusivelyrunoncoal,hasbeenreducedfrom350MWto300MWwithremarkableeconomicbenefits.Figs6,tables5andrefs2.LiZheng-qi(Harbin,HarbinUniversityofTechnology),WuShao-hua,SunRui,ChenLi-zhe,SunZhao-zheng,QiuPeng-hua,SunEn-zhao,QinYu-kun.TheInfluenceofAirSupplyonNOxFormationandBurnOffRatewhenUsingSwirlBurnersandPulverizedCoal.PowerEngineering,1997,17(2):27～31,11ForthepurposeofstudyingNOxformation,swirlburners,weretestedfortheirprop2ertiesonacoldstatetestrigandabituminouscoalfining220töhboilerwasequippedwithradiallydense2sparsepulverisedcoalswirlburners.Theinfluenceofprimaryaironthejet'sangleofdivergence,ontherecirculatingzoneandonthemixingconditionswithsecondaryairwasstudied.TherulesofNOxformationfordifferentratiosofchemicalequivalencewerestudiedwithasingleburner,herewithobtainingNOxformationandburnoffpropertiesoftheboilerwithdifferentairsupplyconditionsforlowerandupperrowburners.Figs10,table1andrefs9.ChangBao-cheng(Beijing,QinghuaUniversity),WuZhan-song,XuLi-dong.One-Dimen-sionalTemperatureDistributionModelforBoilerFaultDiagnosis.PowerEngineering,1997,17(2):32～36Byapplyingtheprincipleofregionalization,usedinthreedimensionalheattransfercal2culationoffurnacestoonedimensionalfurnacemodels,aonedimensionalfurnacetempera2turedistributionmodelisestablishedforwhicharealtimesolutioncanbefound.Withthismodel,theone2dimensionaltemperatureofafurnacecanbeobtainedfordifferentcoalfeed2ing,airsupply,airtemperaturesandwallfoulingconditions,andtherewiththelocationandtemperatureofthefurnace'sflamecenterfound,whichisimportantwhendiagnosingcom2bustionfaults.Actualcalculationsshowthatthismodelprovidesquickconversionandmeetstherequirementsofonsitefaultanalyses.Figs2andrefs2.ShiShao-ping(Beijing,BeijingHuanengSimulationTechnologyCo.),YuChun-ping,YuShen-fang,WangMao-hua.LaunchingCharacteristicsofStartingSeparatorsinSupercrit-icalOnce-ThroughBoilers.PowerEngineering,1997,17(2):37～42Thepaperpresentstheenthalpyequationattheentranceofstartingseparatorsinsuper2criticalonce2throughboilers,undertheassumption,that,atlowload,thewaterwallsfol2lowwithoutretardation.Takingthemeanenthalpyandthemeandensityasthecharacteris2ticvariables,launchingbehaviorofastartingseparatorinasupercriticalonce2throughboilerissimulatedfromacoldstartuptothrottlingoperation.TakingtheRussionBoilerTПП2316öCOofHuanengNanjingPowerPlantasanobjectofstudy,someresultsarecompared©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第2期动 力 工 程 ·71·withactualonsiteoperationalparameters.Intheclosing,theauthorspresentcurvesofmainparametersofastartingseparatorinthecourseofastartingprocess.Figs7,table1andrefs6.WangQing-fu(Shenzhen,ShenzhenMawanPowerLtd.Co.).OptionoftheMotivePoweroftheDomestic300MWFossilFiredUnit'sFeedWaterPump.PowerEngineering,1997,17(2):43～46,20Thepresentuseofanauxiliarysteamturbinefordrivingthefeedwaterpumpofdomes2ticmanufactured300MWfossilfiredunitsisbeinganalyzedwiththeconclusionthatnoton2lyfromthepointofviewofsimplifyingthesetsthermalsystemandreducingcapitalinvest2mentbutalsofromthepointofviewofreliabilityandeconomy,wouldequippinggeneratingsetsofthe300MWclasswithmotordrivingfeedwaterpumpsbetechnicallymoreappropri2ateandmoreeconomicinaddition.MaXian-guo(Shanghai,EastChinaUniversityofTechnology),ZhaoZai-san,ChenZhi-hang.ExperimentalStudyandSimulationoftheDynamicPressureResponseofDeaera-torWaterTanksofOnce-ThroughBoilersduringStarts.PowerEngineering,1997,17(2):47～51,26Differentialequationsforthedynamicpressureresponseofdeaerators'watertanksdur2ingstartupofoncethroughboilersarederived,verifiedbyexperimentsfortheircorrectnessaswellasrangeofvalidityandthenappliedtothesimulatedcalculationofthedynamicpres2surerampofthewatertanksofa300MWoncethroughboiler'sdeaeratoraswellastothevolumetricdesignofwatertandsofdeaeratorsanditsquantitativeanalysisforcontrolpur2posesduringoperation.Figs8,table1andrefs5.XuShi-shen(Xi'an,InstituteofThermalEngineering,MinistryofPower),XuJin-yuan,XuChuan-kai.StudyoftheInfluenceofTemperatureandPressureonHighTemperatureDustSeparationPropertiesofCycloneSeparators.PowerEngineering,1997,17(2):52～58,36HightemperaturedustseparationisoneofthecrucialproblemsinadvancedcoalfirningcombinedcyclepowergenerationsystemslikePFBC2CCandIGCC.Becauseoftheirstruc2turalsimplicity,heatenduranceandlowoperationalcost,cycloneseparatorshavebecomein2dispensablefirststageseparationfacilitiesofcoalfiringcombinedcyclesystems.Thepaper,basedontheoreticalandexperinentalstudies,disclosestheinfluenceofthetwoimportantparameterstemperatureandpressure,onhightemperaturedustremovalpropertiesofcy2cloneseparators,presentsthetheoreticalequationswhichrepresentthisrelationshipandde2scribestheevidentiaryexperiments.Figs10andrefs9.ZhaoZhong-ping(Shanghai,ShanghaiPowerEquipmentResearchInstitute),HuangWei-hao.OptimizedPropertyAdjustmentofSteelforHigh-TemperatureSteamTurbineBlades.PowerEngineering,1997,17(2):59～63Hightemperatureturbinebladesteelshouldhavehighcreeprupturestrengh,goodstructuralstabilityandfavorabledampingproperty.TestresultsshowthatthetwobladesteelsC422and1Cr12Moshould,foroptimizedcomprehensiveproperties,havetheirfinalannealingtemperatureraisedasmuchaspossibleundertheprovisionthatthedesignstrengh©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.
