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1、第25卷第2期华 北 电 力 大 学 学 报Vol.25No.21998年4月JournalofNorthChinaElectricPowerUniversityApr.1998W型火焰锅炉动态特性的数值计算与研究樊泉桂 马晓琴(华北电力大学动力系,保定 071003)摘 要 对W型火焰锅炉的蒸发系统、过热器系统的动态特性进行了数值计算与研究。详细分析了上安电厂W型火焰锅炉在不同负荷、不同运行方式、不同卫燃带面积等条件下的蒸发特性及汽温特性的动态变化过程,论述了其变负荷性能差的主要原因。计算数据反映的
2、规律符合实际运行情况。关键词 W型火焰锅炉 蒸发 过热 动态特性 数值计算中图分类号 TK223引 言大功率机组锅炉的动态特性不仅影响着机组的变负荷性能,而且影响着运行调节。近年来,我国引进的燃用无烟煤的W型火焰锅炉,由于技术不够成熟,对中国煤质的燃烧特性掌握不够充分,过分强调低负荷下的无油稳燃能力,设计时布置了过多的卫燃带;同时在炉型结构上缺乏充足的理论研究与经验数据,对结渣程度的估计偏差太大,对锅炉热惯性的影响考虑不足,因而导致运行中出现下述问题:(1)蒸发速度低,升压速度,慢变负荷运行时,汽压达
3、不到要求值;(2)过热蒸汽升温速度快,过热器超温,减温水量过大,汽温波动大;(3)变压运行时,汽温变动速度更快,汽温不易控制,被迫降低变荷速度,锅炉升温升压时间延长。对于上述问题的分析,可参见文献[1]、[2]。本文重点对上安电厂的锅炉进行了动态数值计算,探讨了影响其动态特性的主要因素,这对提高设计与运行水平,改善锅炉的运行性能无疑是具有实际意义的。2数值计算模型及求解方法2.1 蒸发系统的数学模型为了分析锅炉在大扰动下的动态特性,采用变系数的非线性模型;将蒸发系统分为下降管环节、汽包及上升管环节,水
4、冷壁金属环节,而将汽包压力作为一个集总参数;卫燃带区域水冷壁7=0。采用的数学方程为常微分方程组,并表示为可直接进行数值积分的显式格式。方程如下:收稿日期:1997-07-10。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第2期樊泉桂等:W型火焰锅炉动态特性的数值计算与研究61dH″xjD′xjH′xj-D″xjH″xj=(1)dSMxjdTbjQlb-Qzf=(2)dSMlbCjsdpQzf+(E1-Hqh)Dgs-E
5、2Ckp-DpwE1-D′xjH′xj+D″xjHxz=(3)dSE3v′0+E4v″0+E5Mqb(3)式中,取Ek为定数,即汽机调节阀门开度不变。212 过热器系统的数学模型过热器作为一个集总参数模型,并分为压力-流量通道和焓-温通道,采用分层次计算方法解决了两个通道耦合计算中的稳定性与刚性问题,采用的数学方程为:压力-流量通道方程:5QcdPcDj-Dc+W1+W2=V(4)5PcdS2DjPj-Pc=N(5)Qj 焓-温通道方程:mdQcHcK2D(tj-tc)+DjHj-DcHc=V(6)
6、dSdTjsQjw-Qjn=MCjs(7)dS 焓—温通道中考虑了减温水的影响。过热器系统以两级喷水减温为界,分为三个环节,以便于分析减温水量扰动时的汽温特性,并便于利用实测数据进行分析。213 求解方法为了在大扰动条件下求解上述非线动态微分方程,并提高计算精度,本文采用四阶龙格库塔(R-K)法进行数值求解。将上述方程归纳成下列形式:aX(S)=F[X(S),U(S),Z(S)]aZ(S)=G[X(S),X(S),U(S)](8)Y(S)=H[X(S),U(S),Z(S)]式中:aX(S)为系统状态
7、参数,包括蒸发区段状态参数及各段过热器出口处蒸汽压力与焓值;X(S)为微分量;U(S)为输入扰动量,包括各环节吸热量扰动值;Y(S)为系统输出量,包括汽包出口蒸汽压力,流量及过热器出口汽压,汽温值;Z(S)为中间变量。3 蒸发系统的动态数值计算与分析©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.62华 北 电 力 大 学 学 报1998年311 不同卫燃带面积时的汽包压力动态特性5P图1的计算表明,曲线a、b对应的压力变动
8、速度(以下用表示)为01232MPaömin,5S01272MPaömin。后者接近于曲线c的数值01279MPaömin。可见,当卫燃带面积由原设计22的1023m减少到763m后,实际运行值才能接近设计要求。计算与实测表明,减少30à的卫燃带面积后,可使蒸发量增加约40töh,蒸发速度由01069(kgös)ös提高到01106(kgös)ö5Ps。值可提高0104MPaömin。显见,卫燃带数量是决定蒸发速度的主导因素。5S312 不同负荷时的汽包
