超临界直流锅炉水冷壁系统建模与仿真

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1、第30卷第1期计算机仿真2013年1月文章编号：1006—9348(2013)01—0314—05超临界直流锅炉水冷壁系统建模与仿真黄永和1’2，杨晨1’2，何航行1’2(1．低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，重庆400044；2．重庆大学动力工程学院，重庆400044)摘要：水冷壁系统的特性对超临界直流锅炉安全、有效运行具有重要影响，为研究超临界直流锅炉水冷壁的性质，从基本的质量守恒、能量守恒、动量守恒等三大守恒方程出发，依据仿真对象的特点，建立其集总参数移动边界动态数学模型，并以建立起的模型对直流锅炉在亚临界和

2、超临界状态下水冷壁各段长度、工质温度、压力和壁温等对各输入量变化的响应进行仿真。仿真结果通过分析得到合理解释，为超临界直流锅炉的设计和研究奠定一定的基础，同时对实际系统的运行起到指导意义。关键词：超临界直流锅炉；水冷壁系统；移动边界模型中图分类号：TM743文献标识码：BModelandSimulationofWaterScreenSystemforSupercriticalOnce-ThroughBoilerHUANGYong—hel”，YANGChenl”，HEHang—xin91'2(1．KeyLaboratoryo

3、fLow-GradeEnergyUtilizationTechnologiesandSystemsofMinistryofEducation，Chongqing400044，China；2。CollegeofPowerEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)ABSTRACT：Thecharacterofwaterscreensystemplaysanimportantpartinsupercriticalonce-throughboiler’Ssafean

4、deffectiverunning．Tostudythecharacter，alumpedparametermovingboundarymodelwasestablishedbasedonmassconservation，energyconservationandmomentumconservation，andthedynamicresponseofmodelwaslearnedwhentheinputsarechangedundersubcriticalandsupercriticalconditions．Thesimu

5、lationresultcanbeexacdyex-plainedbymechanismanalysisandtheresuhlaysatheoreticalfoundationforthestudyanddesignofsupercriticalonce—throughboilers．KEYWORDS：Supercriticalonce—throughboiler；Waterscreensystem；Movingboundarymodel1引言超临界锅炉相比亚临界锅炉具有热效率高、热耗低、启停速度快等优点，受到越来越多的

6、重视，越来越多的学者对超临界锅炉性质进行研究。文献[1]采用非线性固定边界法对超临界直流锅炉蒸发器进行建模，其虽然避免了分段式模型的切换问题，但其只能研究水冷壁进口或出口参数变化特性，而不能研究水冷壁内部参数的变化情况。超临界锅炉和亚临界锅炉建模方法有类似的地方，而亚临界锅炉建模技术相对成熟，因此对超临界锅炉建模时可以借鉴；同时超临界锅炉容量更高、参数更大，在运行的过程中各参数的变化幅度更大，特别是在亚临界向超临界变化的过程中，水冷壁中汽水两相的长度逐渐缩小直至消失，其在负荷变化过程中变化较大，所以适用于小扰动的方法，如固

7、定边界法，已不能很好的仿真超临界锅炉机组的性质。为了更好的表示超临界收稿日期：2012-04—26修回日期：2012—05—06—314一锅炉水冷壁系统中各段长度的变化，直接把相变点位置变化引入模型方程中，即采用的是移动边界法。2水冷壁动态模型超临界直流锅炉运行过程中水冷壁内按工质所处状态的不同可分为热水段、蒸发段和微过热段，如图1所示，因此其有四种运行方式旧J：①只有热水段；②有热水段和蒸发段；③热水段、蒸发段和微过热段均存在；④超临界状态下蒸发段不存在。这四种水冷壁的运行方式中，前两种是在锅炉启动或停止的过程出现的，后

8、两种分别是低负荷和高负荷时出现的，且可认为前两种是第三种特定情况下的特殊形式，因此本文研究的重点是三段同时存在的亚临界状态下和两段存在的超临界状态下直流锅炉水冷壁系统的性质。2．1基本守恒方程在建模过程中将以各段边界之间的区域作为研究的控制体。由于在移动边界法的数学模型中，各段的边界是移动P，一P3：型