直流鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中熱回收能力的分析與計(jì)算

直流鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中熱回收能力的分析與計(jì)算馬憲國(guó)上海理工大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，上海200093動(dòng)的調(diào)峰任務(wù)，因此啟動(dòng)過(guò)程中回收熱量的能力將直接影響火電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。該文對(duì)直流鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中熱回收能力作了分析，建立了計(jì)算熱回收能力的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上對(duì)300化從，600化從直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的熱回收能力作了定量計(jì)算，詳細(xì)分析了直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)滑壓?jiǎn)��?dòng)時(shí)分離器水位控制旁路閥前疏水壓力疏水流量等參數(shù)變化時(shí)除氧器水箱的壓力變化速率，壓力飛升曲線和熱回收能力。理論分析和實(shí)驗(yàn)都說(shuō)明，直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的熱回收能力主要取決于啟動(dòng)分離器和除氧器爐啟動(dòng)旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算具有定的參考價(jià)值。

　　1引言由于核電站相繼投入運(yùn)行，用電負(fù)荷和供電形型機(jī)組往往要求能快速和頻繁啟動(dòng)以及兩班制運(yùn)行，越來(lái)越多的火電機(jī)組將要承擔(dān)在周末停機(jī)48 56之后的重新啟動(dòng)溫態(tài)啟動(dòng)，和深夜停機(jī)8后翌日再啟動(dòng)熱態(tài)啟動(dòng)的調(diào)峰任務(wù)。通常，在直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)中，往往用除氧器水箱作為啟動(dòng)過(guò)程中熱回收的主要設(shè)備，其工作原理1.

　　5.冷凝器；6.過(guò)熱器；7.爐膛；省煤器高壓加熱器10.低壓加熱器；1.凝水泵12.給水泵從啟動(dòng)分離器1分離出來(lái)的高壓飽和疏水，通過(guò)熱交換器3回收部分熱量后分成2路，路經(jīng)分離器水位控制旁路閥人8閥送入除氧器水箱2作為鍋爐給水的部分，另路經(jīng)分離器疏水閥水箱4，通過(guò)冷凝器5把熱量排入環(huán)境。因此，除氧器水箱在啟動(dòng)過(guò)程中回收熱量的能力直接影響啟動(dòng)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。另外，由于啟動(dòng)分離器的壓力很高，其溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)般為3，熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)大于57，山而除氧器水箱的工作壓力較低，般小于1.5，3.因此，大量疏水進(jìn)入除氧器水箱會(huì)引起水箱內(nèi)壓力飛升，當(dāng)壓力飛升超過(guò)除氧器水箱的工作壓力時(shí)，將引起安全閥動(dòng)作，直接影響除氧器水箱工作箱的壓力飛升動(dòng)態(tài)特性和熱回收能力作定量分析。

　　2除氧器水箱動(dòng)態(tài)特性與熱回收能力的理論分析蒸汽焓，1；+.，為進(jìn)入除氧器水箱的疏水焓，14，+為除氧頭的凝結(jié)水焓，成1免；2.，為除氧器的散熱量，財(cái)為不穩(wěn)定工況下參與蓄熱過(guò)程的金屬質(zhì)量，1；0為金屬的比熱，在飽和狀態(tài)下，工質(zhì)的焓密度和溫度均為壓力0的函數(shù)，因此可得dT pdTdT pdT dT pdT水體積廠和蒸汽體積廠之和應(yīng)等于除氧器水箱總體積廠即in將上式微分可得直流鍋爐的除氧器水箱的主要作用是儲(chǔ)存除氧后的冷凝水和接受由啟動(dòng)分離器來(lái)的疏水，并作為鍋爐的給水源，其形狀類似于1只大型低壓汽包，2是除氧器水箱的簡(jiǎn)化物理模型。

　　在進(jìn)行除氧器水箱動(dòng)態(tài)特性數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)前先作如下的假設(shè)在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，除氧器水箱內(nèi)各點(diǎn)工質(zhì)的參數(shù)壓力和溫度同步變化；除氧器水箱外壁及內(nèi)構(gòu)件等有效金屬的溫度與工質(zhì)溫度同步變化；由于只有當(dāng)除氧器水箱內(nèi)的工質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后才會(huì)產(chǎn)生顯著的壓力飛升，因此假定除氧器水箱內(nèi)的工質(zhì)處于飽和狀態(tài)。

　　在不穩(wěn)定工況下，除氧器水箱內(nèi)的質(zhì)量平衡方從式1式5可導(dǎo)出除氧器水箱壓力變化動(dòng)態(tài)特性微分方程密度，1以；為時(shí)間，8.

　　在不穩(wěn)定工況下，除氧器水箱內(nèi)的能量平衡方dp程為除氧頭的凝結(jié)水量，kgs；Dgs為除氧器送出的鍋爐給水量，13；廠，分別為除氧器水箱中的水體積和蒸汽體積3；9，9分別為飽和水和飽和蒸汽的從上述微分方程式可以看出當(dāng)由于外界原因使除氧器水箱內(nèi)進(jìn)入的熱量和排出的熱量不平衡時(shí)，其壓力就會(huì)發(fā)生變化。壓力變化的速率與進(jìn)入除氧器水箱的疏水量疏水壓力，除氧器水箱內(nèi)工質(zhì)等因素有關(guān)。即與進(jìn)入除氧器水箱的總熱量成正比，與水箱內(nèi)工質(zhì)及金屬的總蓄熱能力隨壓力的變化值成反比。

　　分析式6可發(fā)現(xiàn)，其所有的流量參數(shù)乃。，乃5均為時(shí)間的函數(shù)，所有的物性參數(shù)，97，等均為壓力廠的函數(shù)散熱損失，可近似認(rèn)為是溫度的函數(shù)，因此式6可簡(jiǎn)寫為httpwww.cnki.net從式7可得到壓力和時(shí)間1之間的關(guān)系式時(shí)間。

　　這樣當(dāng)水箱內(nèi)的壓力從0，上升到0時(shí)，除氧器回收的熱量0為分析以上各式可得到如下結(jié)論，除氧器水箱的熱回收能力和水箱內(nèi)單位工質(zhì)的汽化潛熱隨壓力變化的增量和水箱內(nèi)工質(zhì)總質(zhì)量有關(guān)，即和水箱的最大工作壓力及水箱的容積特別是水容積的大小成正比。

　　3實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)裝置主要有兩相流發(fā)生裝置鍋筒噴注系統(tǒng)散熱測(cè)量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集計(jì)算和顯系統(tǒng)組從汽水分離器出來(lái)的處于飽和狀態(tài)的高壓疏水通過(guò)人8閥減壓后，會(huì)出現(xiàn)自汽化現(xiàn)象，因此進(jìn)入除氧器水箱的疏水實(shí)質(zhì)上是干度在15之間是為了模擬在不同啟動(dòng)條件下進(jìn)入除氧器水箱的疏水工況。

　　實(shí)驗(yàn)用鍋筒參數(shù)如下直徑1 200以以；壁厚16爪爪；長(zhǎng)度4600爪爪；最大使用壓力2.5實(shí)驗(yàn)條件如下過(guò)熱蒸汽壓力溫度為1.2鍋爐容積水容積為4.75爪32.75爪3.

　　實(shí)驗(yàn)所用蒸汽源為熱電廠提供的過(guò)熱蒸汽，蒸汽流量由調(diào)節(jié)閥門控制，并由標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量其流量。

　　水由水泵加壓，通過(guò)出水閥門與回水閥門可調(diào)節(jié)進(jìn)入混合器的流量，流量同樣由標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行測(cè)量。經(jīng)混合后的汽液兩相流經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)管道的熱與相平衡后再進(jìn)入鍋筒。

　　所有的蒸汽管道和汽水混合物管道及鍋筒都給予良好的保溫，以減少散熱損失，其散熱量由熱流計(jì)測(cè)定。

　　用數(shù)學(xué)模型及所開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件按實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行仿真模擬，并與實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水箱內(nèi)的工質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后，其理論計(jì)算曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相當(dāng)吻合，46.

　　據(jù)的對(duì)比。在水箱內(nèi)的工質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)前，由于不滿足建立數(shù)學(xué)模型時(shí)的3個(gè)假設(shè)條件，因此計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間存在差異。而當(dāng)水箱內(nèi)的工質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后，則理論計(jì)算曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本水質(zhì)量流量。kg8；鍋筒壓力MPa；的對(duì)比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是按送入水箱的過(guò)熱蒸汽的總熱對(duì)比。從中可看到理論計(jì)算曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相當(dāng)吻合，僅在起始階段略有差別，其原因也是因?yàn)樵谒�箱�?nèi)的工質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)前，不滿足建立數(shù)學(xué)模型時(shí)的3個(gè)假設(shè)條件而造成的。

　　量與排出水箱的飽和水的熱量和散熱損失之差計(jì)算得到的，從中可發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也是相當(dāng)吻合的。

　　4應(yīng)用實(shí)例4.1300MW直流鍋爐除氧器水箱壓力動(dòng)態(tài)特性及熱回收能力分析300肘賈除氧器水箱技術(shù)參數(shù)如下設(shè)計(jì)壓力1.27肘，印水箱總?cè)莘e143.5心3；設(shè)計(jì)溫度1915有效水容積5爪3；安全閥整定壓力1.275肘正常水位時(shí)汽空間28爪3.

　　對(duì)除氧器水箱動(dòng)態(tài)特性微分方程數(shù)值積分，可得除氧器水箱壓力動(dòng)態(tài)變化曲線，7.中3條曲線分別ANB閥前壓力為7MPa，5MPa3肘，3時(shí)除氧器水箱的壓力飛升曲線。從中可看到，除氧器水箱壓力上升速度是很快的，ANB閥前壓力為7肘，3時(shí)從零壓到安全閥起跳1.27肘，3僅需12min左右；ANB閥前壓力為3MPa時(shí)也只需22左右。當(dāng)考慮啟動(dòng)過(guò)程中的汽水膨脹現(xiàn)象，則除氧器水箱壓力上升速度將更快。

　　條曲線分別ANB閥前壓力P，為7MPa，5肘，3肘，3時(shí)，在不同的除氧器工作壓力下水箱的熱回收能力曲線。從中可看到，除氧器水箱的熱回收能力和其最大工作壓力成正比，和ANB閥前的疏水壓力成反比。在溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)，次啟動(dòng)過(guò)程中除氧器水箱可回收的熱量大約相當(dāng)于4.2600觸直流鍋爐除氧器水箱壓力動(dòng)態(tài)特性及熱回收能力分析600肘賈除氧器水箱技術(shù)參數(shù)如下設(shè)計(jì)壓力1.40肘，3；水箱有效容積235爪3；最高工作壓力1.2肘，有效水容積195心3；安全閥整定壓力1.2肘3；正常水位時(shí)汽空間40爪3.

　　線分別ANB閥前疏水壓力Pi，為15MPa MPa流量為125kgs時(shí)從零壓到安全閥起跳1.2 MPa僅需10min左右；ANB閥前壓力為MPa流量為70kgs時(shí)也只需24min左右。當(dāng)考慮啟動(dòng)過(guò)程中的汽水膨脹現(xiàn)象，則除氧器水箱壓力上升速度將更快。

　　600肘賈除氧器水箱壓力動(dòng)態(tài)變化曲線9.中4條曲線分別ANB閥前壓力為15肘，3和肘，決疏水流量分別為125讓客8，和70kgs溫度分別為300C時(shí)，除氧器水箱的壓力飛升曲線。從中可看到，ANB閥前壓力為15，和6，辦溫度為330，300，和260，時(shí)在不同的除氧器工作壓力下水箱的熱回收能力曲線。同樣可從中看到，除氧器水箱的熱回收能力和其最大工作壓力成正比，和ANB閥前的疏水壓力成反比。次啟動(dòng)過(guò)程中除氧器水箱可回收的熱量大約相當(dāng)于51001的標(biāo)準(zhǔn)煤。

　　5結(jié)論與建議對(duì)于需頻繁啟停的調(diào)峰直流鍋爐機(jī)組，啟動(dòng)過(guò)程的熱量損失是相當(dāng)大的，必須在啟動(dòng)系統(tǒng)中考慮疏水的熱量回收問(wèn)，以提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

　　由于除氧器水箱壓力變化的速率與進(jìn)入除氧器水箱的總熱量成正比，和水箱內(nèi)工質(zhì)及金屬的總蓄熱能力隨壓力的變化值成反比，因此要控制除氧器水箱內(nèi)的壓力飛升速率就必須有定的水箱容積和有效地控制進(jìn)入除氧器水箱的熱量。

　　除氧器水箱的熱回收能力和其最大工作壓力成正比，和分離器水位控制閥前的疏水壓力成反比，因此在根據(jù)分離器的工作壓力疏水流量和除氧器的允許壓力飛升值來(lái)確定除氧器水箱的設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，要充分考慮在啟動(dòng)過(guò)程中回收盡可能多的疏水和熱量。

　　馬憲國(guó)，陳之航，趙再M(fèi)aXianguoChenZhihang，ZhaoZaism1.直流鍋爐啟動(dòng)時(shí)除氧器水箱壓力變化動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)馬憲國(guó)，趙再，曹偉武MaXianguo，ZhaoZaisan，CaoW.ei0，直流鍋爐啟動(dòng)時(shí)除氧器水箱壓力變化動(dòng)態(tài)特性的仿真研徐漢章，馬憲國(guó)，也似1旭313仙，直流鍋爐啟動(dòng)分離器疏水進(jìn)入除氧器水箱壓力飛升因素及實(shí)驗(yàn)Experiment作者簡(jiǎn)介馬憲國(guó)1954，男，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事鍋爐水動(dòng)力與節(jié)能技術(shù)研究。

　　責(zé)任編輯賈瑞君上接第40頁(yè)continuedfrompage40數(shù)特性較弱的工質(zhì)壓力，即使不對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行改造，動(dòng)態(tài)仿真精度也比較理想。

　　在上述仿真算例中，網(wǎng)絡(luò)模型的仿真速度約為機(jī)理性仿真模型運(yùn)行速度的10倍以上。

　　4結(jié)論基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程機(jī)理的仿真建模方法，能夠有效地克服系統(tǒng)仿真精度和仿真速度間的矛盾。

　　由于在網(wǎng)絡(luò)模型的設(shè)計(jì)上，較充分地考慮了系統(tǒng)輸入與輸出間的物理基礎(chǔ)，保證了網(wǎng)絡(luò)模型具有十分良好的聯(lián)想能力時(shí)間預(yù)報(bào)能力和外推效果。

　　在輸入矢量中引入適當(dāng)?shù)闹匾�性系�?shù)，可以明顯地改善網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)分布參數(shù)對(duì)象的仿真精度。