660MW超临界压力直流锅炉机组数学模型及仿真

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1、第37卷第1期华电技术VolI37No．12015年1月HuadianTechnologyJan．2015660MW超临界压力直流锅炉机组数学模型及仿真李关宝’，史一涛(1．国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，郑州450008；2．华电电力科学研究院，杭州310030)摘要：在分析660MW超临界直流锅炉机组热力特性基础上，根据能量守恒、质量守恒、动量守恒定律，建立了660MW超临界直流锅炉的动态仿真模型。对机组给水量扰动、功率扰动和燃料量扰动进行了动态试验，试验结果表明，该模型能够准确地

2、模拟实际机组的动态特性。关键词：直流锅炉；仿真建模；动态特性中图分类号：TK112：TK22文献标志码：A文章编号：1674—1951(2015)01—0013—03左O引言中间一一网冈一一随着科学技术的不断进步，火力发电机组不断圉省煤-水集箱前水分离器A}_—炉—黼后_一末给器冷中冷顶屏级向大容量、高参数的方向发展，超临界机组具有高水出壁一间壁过过过去汽口下集上热热轮机来效、清洁的特点，其装机容量也在不断增大。机组锅炉的结构越来越复杂，从汽水系统、风烟系统到燃烧堕集箱_——集箱一箱后由集箱_{

3、分离器B}●器——栅器_一一器一间LL二系统都有较大的改进。因此，建立超临界直流锅炉集箱单相受热面的仿真模型对机组运行的安全性和经济右由性具有重要的指导意义。间集箱省煤器、过热器、再热器等受热面可简化为一根单相介质换热器模型。本文采用模块化建模思想，图1锅炉汽水系统建立压力流量、焓温通道的集中参数数学模型，该模器、再热器及其相连管系具有管道较长、蒸汽存储容型具有物理意义明确、模型简单、求解方便且能保证积较大的特点，是典型的分布参数对象。在锅炉受一定精度的优点。热面中，过热器、再热器、省煤器、空气

4、预热器内的工质都为单相介质，换热过程及特点是相似的，为了更1仿真对象好地说明这个问题，需要建立一个通用的单相介质本文研究对象为马鞍山发电厂660MW超临界换热器模型，管道的物理模型如图2所示。变压运行螺旋管圈直流锅炉，该锅炉为单炉膛四角¨lllIQ切圆燃烧方式、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Ⅱ型燃煤锅炉。锅炉额定负荷给水流量为2101t／h，主蒸汽压力为25．4MPa，主蒸汽温度为571℃，再热蒸汽压力为4．53MPa，再热蒸汽温度为569℃，锅炉汽水系统如图1图2

5、管道的物理模型所示。图2中：Q为管道换热量；g¨为蒸汽进口流量；日为蒸汽进口焓；g为蒸汽出VI流量；为蒸汽出2超临界直流锅炉数学模型口焓。2．1模型的简化假设蒸汽系统是超临界压力直流锅炉仿真中的重要组成部分之一，锅炉主蒸汽温度、再热蒸汽温度、蒸(1)并联管道等效为一根受热管，通流面积为各个管道之和。汽压力等是锅炉运行的重要参数。大型锅炉的过热(2)烟气侧参数变化快速，换热热流均匀分布。收稿日期：2014—05—30；修回日期：2014—09—01．(3)管道中的蒸汽流动阻力集中于联箱入口，·14

6、·华电技术第37卷联箱内的压力分布均匀。2．3．4金属蓄热量(4)管道内外侧换热强度均匀，只考虑径向dTQ=mc=Q一Q，(12)传热。U(5)忽略管道壁厚的影响，内外管壁无温差。式中：C为金属定压比热；m为金属管质量；Q烟气2．2压力流量通道数学模型吸热量；Q蒸汽吸热量；Q为金属蓄热量。2．2．1蒸汽出口质量流量3超临界直流锅炉仿真模型‰=gmI—A，(1)本文采用模块化建模思想，所谓模块化建模是式中：q，为蒸汽出口质量流量；g为蒸汽人口质量根据电站的系统构成，建立电站仿真模型的单元流量；4为

7、管道截面面积；p为蒸汽密度；为蒸汽流(给水泵、风机、加热器等)。在每一个算法中，有温速；t为时间。度、压力、流量等参数输入、输出，通过改变模块的物2．2．2蒸汽出口质量流量和焓理特性系数，建立机组的仿真模型。2n对660MW超临界压力直流锅炉而言，通过分巩=，一，(2)析直流锅炉燃烧传热过程的物理特性，搭建电站系统中的流体网络，各个流体网络模块构成不同的子q：——一，(3j)，系统(如给水系统、抽气系统、风烟系统等)，最终建式中：。为蒸汽入口焓；为蒸汽出15焓；g为蒸立电站热力过程快慢不同的压力

8、一流量通道和汽平均质量流量；f为阻力系数。焓一温通道仿真模型。根据模型通道的时问常数进2．3焓温通道数学模型行离散积分，以提高仿真模型的效率。2．3．1蒸汽出口焓本文建立的660MW超临界压力直流锅炉仿真=(gml一+Q)，(4)模型具有较好的静态精度，表1列出了机组100％工况的模拟值与实际设计值之间的比较结果。从表式中：Q为蒸汽吸热量；为比焓。1中的数据可以看出，各受热面的出口温度相对误2．3．2蒸汽与金属问放热量差不超过0．5％，各出口压力的相对误差不超过Q=Kf(rm—Tf)，(5)0．