電站鍋爐水冷壁壓降特性研究.pdf

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1、第36卷第4期東北電力大學學報Vo1．36．No．42016年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2016文章編號：1005-2992(2016)04—0043—06電站鍋爐水冷壁壓降特性研究常志達，周云龍(東北電力大學能源與動力工程學院，吉林吉林132012)摘要：通過建立爐內(nèi)單根水冷壁動態(tài)數(shù)學模型及壓降計算的數(shù)學模型，分析水冷壁管段內(nèi)部動態(tài)變化及壓降，利用Matlab／Simulink在70％鍋爐負荷，以人15焓、入口流量及燃燒率為擾動對管內(nèi)的熱水段、蒸發(fā)段、過熱段的長度動態(tài)變化進行了仿真；并對壓流量、入口溫度、熱負荷等運行條件的變化進行

2、了分析。結(jié)果表明：動態(tài)條件下不同的擾動條件，各段的長度變化原因不同，靜態(tài)條件下流動壓降對水冷壁總壓降影響較大，超臨界壓力下，流動壓降明顯高于重位壓降。關(guān)鍵詞：水冷壁；壓降；數(shù)學模型；動態(tài)仿真中圖分類號：TK223文獻標識碼：A隨著我國電網(wǎng)容量的增大，機組裝機量逐年增加并投入商運，電網(wǎng)的峰谷差也有加大的趨勢。當火電機組參與調(diào)峰運行時，鍋爐側(cè)的水動力安全性將受到考驗；當機組降低負荷時，鍋爐內(nèi)部工質(zhì)的參數(shù)發(fā)生變化，鍋爐具有較大的熱容量及熱慣性；在低負荷運行時，水動力的穩(wěn)定性也隨之發(fā)生變化。因此，在鍋爐降負荷運行時控制各參數(shù)的變化是保證機組安全與穩(wěn)定運行的前提。俞谷穎¨介紹了鍋爐在水動力方面的發(fā)

3、展，提出了我國電站鍋爐的發(fā)展趨勢。周云龍對某機組電站鍋爐進行了低負荷調(diào)峰的水循環(huán)安全在線監(jiān)測試驗，并提出低于40％鍋爐負荷時不宜長期運行。華永明建立了計算雙相流動壓力降的模型，運用編程計算確定了不同負荷下水動力足夠穩(wěn)定。在較低的鍋爐負荷運行時，水冷壁內(nèi)部工質(zhì)的壓降曲線斜率呈線性，在下爐膛回路中具有正流量特點，工質(zhì)的壓降和流量的關(guān)系均呈一一對應(yīng)的提高趨勢。在動態(tài)仿真方面，F(xiàn)．J．Guti6rrezOrtiz_5根據(jù)質(zhì)量守恒、能量守恒定理，利用Matlab軟件建立鍋爐系統(tǒng)模型，并模擬仿真了鍋爐啟動過程，仿真結(jié)果與實際過程相符。通過熱力學基本理論知識，得出爐內(nèi)工質(zhì)的參數(shù)數(shù)學算法]，F(xiàn)．P．De

4、．Mello建立了單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的非線性描述。利用集總參數(shù)法建立了單相、雙向受熱管段的數(shù)學模型_8]，從蒸發(fā)、蒸汽過熱的基本特性出發(fā)，可以很好地解釋水冷壁的壓降變化10,11J。根據(jù)目前的研究成果，運用水冷壁的壓力降的計算標準方法，以某廠1000MW超臨界機組直流鍋爐內(nèi)部的受熱水冷壁為研究對象，建立水冷壁內(nèi)部工質(zhì)的動態(tài)數(shù)學模型及鍋爐中單個受熱水冷壁管的壓降計算模型。在70％鍋爐負荷時，根據(jù)計算將水冷壁分為三段，利用相變點、過熱點位移變化來確定汽水區(qū)段的長度變化，并通過工質(zhì)壓力降的計算模型確定水冷壁內(nèi)部工質(zhì)壓降在特定工況下的變化。1水冷壁內(nèi)部分段數(shù)學模型1．1物理模型的建立單個受熱的

5、水冷壁模型，根據(jù)受熱特性，把管段模型分為熱水、蒸發(fā)和過熱三個部分，在直流鍋爐運收稿日期：2016—04—12作者簡介：常志達(1990一)，男，吉林省松原市人，東北電力大學能源與動力工程學院在讀碩士研究生，主要研究方向：鍋爐水動力抒陛東北電力大學學報第36卷行過程中，汽水之間不存在固定的邊界，不同工況工質(zhì)的狀態(tài)不同，導(dǎo)致各段邊界發(fā)生移動，得出移動的邊界集總參數(shù)的數(shù)學模型，圖1為直流鍋爐水冷壁單管模型，管段1一管段3為熱水段，管段3一管段5為蒸發(fā)段，管段5一管段7為過熱段。tIIl弓至一一一一一巖一一一一一至縣I．．I-tIt，圖1直流鍋爐水冷壁的單管模型在建模過程中，需要做出以下假設(shè)2。

6、：(1)每段內(nèi)部壓力均勻分布，在每段的人口處取流動阻力參數(shù)；(2)不考慮軸向?qū)幔豢紤]工質(zhì)與管壁的對流換熱；水冷壁吸收的煙氣輻射熱流密度是均勻分布的；(3)不考慮每段中工質(zhì)的加速壓降和相對位置的重位壓差；(4)管段內(nèi)部工質(zhì)沿軸向的流動是一維的，流動截面參數(shù)均勻一致；1．2數(shù)學模型的建立熱水段數(shù)學模型：dp2D1一D3質(zhì)量守恒方程一(1)F’d(p2M2)D1hl—D3h3+Q27一能量守恒方程一(2)F動量守恒方程P1一P3=z2·z13／p2，(3)金屬熱平衡方程=Q一Q：，(4)管內(nèi)傳熱方程Q：=k·z·Do·。(一)．(5)在對蒸發(fā)段及過熱段建立數(shù)學模型的過程中，利用集總參數(shù)法，

7、與熱水段建立模型的方式類似。因此，所建立的數(shù)學模型及其驗證方法不作詳細描述，具體模型的建立以及所用參數(shù)的選取可參考文獻[15]。2仿真試驗在70％鍋爐負荷時確定邊界條件，運用Matlab／墨Simulink創(chuàng)建模擬模塊，使人口焓值、入口流量及燃燒率作為單獨的擾動條件，分別進行仿真。2．1入口焓階躍減少1O％入口給水焓值減小階躍減小10％，燃燒率及人口流量不變，熱水區(qū)長度逐漸增加，在蒸發(fā)區(qū)段內(nèi)，飽和水量減少，而流進過熱區(qū)的飽和蒸汽量降