电站锅炉水冷壁压降特性研究.pdf

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1、第36卷第4期东北电力大学学报Vo1．36．No．42016年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2016文章编号：1005-2992(2016)04—0043—06电站锅炉水冷壁压降特性研究常志达，周云龙(东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012)摘要：通过建立炉内单根水冷壁动态数学模型及压降计算的数学模型，分析水冷壁管段内部动态变化及压降，利用Matlab／Simulink在70％锅炉负荷，以人15焓、入口流量及燃烧率为扰动对管内的热水段、蒸发段、过热段的长度动态变化进行了仿真；并对压流量、入口温度、热负荷等运行条件的变化进行

2、了分析。结果表明：动态条件下不同的扰动条件，各段的长度变化原因不同，静态条件下流动压降对水冷壁总压降影响较大，超临界压力下，流动压降明显高于重位压降。关键词：水冷壁；压降；数学模型；动态仿真中图分类号：TK223文献标识码：A随着我国电网容量的增大，机组装机量逐年增加并投入商运，电网的峰谷差也有加大的趋势。当火电机组参与调峰运行时，锅炉侧的水动力安全性将受到考验；当机组降低负荷时，锅炉内部工质的参数发生变化，锅炉具有较大的热容量及热惯性；在低负荷运行时，水动力的稳定性也随之发生变化。因此，在锅炉降负荷运行时控制各参数的变化是保证机组安全与稳定运行的前提。俞谷颖¨介绍了锅炉在水动力方面的发

3、展，提出了我国电站锅炉的发展趋势。周云龙对某机组电站锅炉进行了低负荷调峰的水循环安全在线监测试验，并提出低于40％锅炉负荷时不宜长期运行。华永明建立了计算双相流动压力降的模型，运用编程计算确定了不同负荷下水动力足够稳定。在较低的锅炉负荷运行时，水冷壁内部工质的压降曲线斜率呈线性，在下炉膛回路中具有正流量特点，工质的压降和流量的关系均呈一一对应的提高趋势。在动态仿真方面，F．J．Guti6rrezOrtiz_5根据质量守恒、能量守恒定理，利用Matlab软件建立锅炉系统模型，并模拟仿真了锅炉启动过程，仿真结果与实际过程相符。通过热力学基本理论知识，得出炉内工质的参数数学算法]，F．P．De

4、．Mello建立了单元机组协调控制系统的非线性描述。利用集总参数法建立了单相、双向受热管段的数学模型_8]，从蒸发、蒸汽过热的基本特性出发，可以很好地解释水冷壁的压降变化10,11J。根据目前的研究成果，运用水冷壁的压力降的计算标准方法，以某厂1000MW超临界机组直流锅炉内部的受热水冷壁为研究对象，建立水冷壁内部工质的动态数学模型及锅炉中单个受热水冷壁管的压降计算模型。在70％锅炉负荷时，根据计算将水冷壁分为三段，利用相变点、过热点位移变化来确定汽水区段的长度变化，并通过工质压力降的计算模型确定水冷壁内部工质压降在特定工况下的变化。1水冷壁内部分段数学模型1．1物理模型的建立单个受热的

5、水冷壁模型，根据受热特性，把管段模型分为热水、蒸发和过热三个部分，在直流锅炉运收稿日期：2016—04—12作者简介：常志达(1990一)，男，吉林省松原市人，东北电力大学能源与动力工程学院在读硕士研究生，主要研究方向：锅炉水动力抒陛东北电力大学学报第36卷行过程中，汽水之间不存在固定的边界，不同工况工质的状态不同，导致各段边界发生移动，得出移动的边界集总参数的数学模型，图1为直流锅炉水冷壁单管模型，管段1一管段3为热水段，管段3一管段5为蒸发段，管段5一管段7为过热段。tIIl弓至一一一一一岩一一一一一至县I．．I-tIt，图1直流锅炉水冷壁的单管模型在建模过程中，需要做出以下假设2。

6、：(1)每段内部压力均匀分布，在每段的人口处取流动阻力参数；(2)不考虑轴向导热，只考虑工质与管壁的对流换热；水冷壁吸收的烟气辐射热流密度是均匀分布的；(3)不考虑每段中工质的加速压降和相对位置的重位压差；(4)管段内部工质沿轴向的流动是一维的，流动截面参数均匀一致；1．2数学模型的建立热水段数学模型：dp2D1一D3质量守恒方程一(1)F’d(p2M2)D1hl—D3h3+Q27一能量守恒方程一(2)F动量守恒方程P1一P3=z2·z13／p2，(3)金属热平衡方程=Q一Q：，(4)管内传热方程Q：=k·z·Do·。(一)．(5)在对蒸发段及过热段建立数学模型的过程中，利用集总参数法，

7、与热水段建立模型的方式类似。因此，所建立的数学模型及其验证方法不作详细描述，具体模型的建立以及所用参数的选取可参考文献[15]。2仿真试验在70％锅炉负荷时确定边界条件，运用Matlab／墨Simulink创建模拟模块，使人口焓值、入口流量及燃烧率作为单独的扰动条件，分别进行仿真。2．1入口焓阶跃减少1O％入口给水焓值减小阶跃减小10％，燃烧率及人口流量不变，热水区长度逐渐增加，在蒸发区段内，饱和水量减少，而流进过热区的饱和蒸汽量降