直流锅炉启动过程中热回收能力的分析与计算

直流锅炉启动过程中热回收能力的分析与计算

　直流锅炉启动过程中热回收能力的分析与计算马宪国上海理工大学动力工程学院，上海200093动的调峰任务，因此启动过程中回收热量的能力将直接影响火电机组的运行经济性。该文对直流锅炉启动过程中热回收能力作了分析，建立了计算热回收能力的数学模型，并对模型进行了实验验证。在此基础上对300化从，600化从直流锅炉启动系统的热回收能力作了定量计算，详细分析了直流锅炉启动系统滑压启动时分离器水位控制旁路阀前疏水压力疏水流量等参数变化时除氧器水箱的压力变化速率，压力飞升曲线和热回收能力。理论分析和实验都说明，直流锅炉启动系统的热回收能力主要取决于启动分离器和除氧器炉启动旁路系统的设计与计算具有定的参考价值。

　　1引言由于核电站相继投入运行，用电负荷和供电形型机组往往要求能快速和频繁启动以及两班制运行，越来越多的火电机组将要承担在周末停机48 56之后的重新启动温态启动，和深夜停机8后翌日再启动热态启动的调峰任务。通常，在直流锅炉的启动系统中，往往用除氧器水箱作为启动过程中热回收的主要设备，其工作原理1.

　　5.冷凝器；6.过热器；7.炉膛；省煤器高压加热器10.低压加热器；1.凝水泵12.给水泵从启动分离器1分离出来的高压饱和疏水，通过热交换器3回收部分热量后分成2路，路经分离器水位控制旁路阀人8阀送入除氧器水箱2作为锅炉给水的部分，另路经分离器疏水阀水箱4，通过冷凝器5把热量排入环境。因此，除氧器水箱在启动过程中回收热量的能力直接影响启动过程的经济性。另外，由于启动分离器的压力很高，其温态启动时般为3，热态启动时大于57，山而除氧器水箱的工作压力较低，般小于1.5，3.因此，大量疏水进入除氧器水箱会引起水箱内压力飞升，当压力飞升超过除氧器水箱的工作压力时，将引起安全阀动作，直接影响除氧器水箱工作箱的压力飞升动态特性和热回收能力作定量分析。

　　2除氧器水箱动态特性与热回收能力的理论分析蒸汽焓，1；+.，为进入除氧器水箱的疏水焓，14，+为除氧头的凝结水焓，成1免；2.，为除氧器的散热量，财为不稳定工况下参与蓄热过程的金属质量，1；0为金属的比热，在饱和状态下，工质的焓密度和温度均为压力0的函数，因此可得dT pdTdT pdT dT pdT水体积厂和蒸汽体积厂之和应等于除氧器水箱总体积厂即in将上式微分可得直流锅炉的除氧器水箱的主要作用是储存除氧后的冷凝水和接受由启动分离器来的疏水，并作为锅炉的给水源，其形状类似于1只大型低压汽包，2是除氧器水箱的简化物理模型。

　　在进行除氧器水箱动态特性数学模型推导前先作如下的假设在整个启动过程中，除氧器水箱内各点工质的参数压力和温度同步变化；除氧器水箱外壁及内构件等有效金属的温度与工质温度同步变化；由于只有当除氧器水箱内的工质达到饱和状态后才会产生显著的压力飞升，因此假定除氧器水箱内的工质处于饱和状态。

　　在不稳定工况下，除氧器水箱内的质量平衡方从式1式5可导出除氧器水箱压力变化动态特性微分方程密度，1以；为时间，8.

　　在不稳定工况下，除氧器水箱内的能量平衡方dp程为除氧头的凝结水量，kgs；Dgs为除氧器送出的锅炉给水量，13；厂，分别为除氧器水箱中的水体积和蒸汽体积3；9，9分别为饱和水和饱和蒸汽的从上述微分方程式可以看出当由于外界原因使除氧器水箱内进入的热量和排出的热量不平衡时，其压力就会发生变化。压力变化的速率与进入除氧器水箱的疏水量疏水压力，除氧器水箱内工质等因素有关。即与进入除氧器水箱的总热量成正比，与水箱内工质及金属的总蓄热能力随压力的变化值成反比。

　　分析式6可发现，其所有的流量参数乃。，乃5均为时间的函数，所有的物性参数，97，等均为压力厂的函数散热损失，可近似认为是温度的函数，因此式6可简写为httpwww.cnki.net从式7可得到压力和时间1之间的关系式时间。

　　这样当水箱内的压力从0，上升到0时，除氧器回收的热量0为分析以上各式可得到如下结论，除氧器水箱的热回收能力和水箱内单位工质的汽化潜热随压力变化的增量和水箱内工质总质量有关，即和水箱的最大工作压力及水箱的容积特别是水容积的大小成正比。

　　3实验研究实验装置主要有两相流发生装置锅筒喷注系统散热测量系统及数据采集计算和显系统组从汽水分离器出来的处于饱和状态的高压疏水通过人8阀减压后，会出现自汽化现象，因此进入除氧器水箱的疏水实质上是干度在15之间是为了模拟在不同启动条件下进入除氧器水箱的疏水工况。

　　实验用锅筒参数如下直径1 200以以；壁厚16爪爪；长度4600爪爪；最大使用压力2.5实验条件如下过热蒸汽压力温度为1.2锅炉容积水容积为4.75爪32.75爪3.

　　实验所用蒸汽源为热电厂提供的过热蒸汽，蒸汽流量由调节阀门控制，并由标准孔板测量其流量。

　　水由水泵加压，通过出水阀门与回水阀门可调节进入混合器的流量，流量同样由标准孔板进行测量。经混合后的汽液两相流经过较长管道的热与相平衡后再进入锅筒。

　　所有的蒸汽管道和汽水混合物管道及锅筒都给予良好的保温，以减少散热损失，其散热量由热流计测定。

　　用数学模型及所开发的计算机软件按实验条件进行仿真模拟，并与实验所得的数据进行对比，发现当水箱内的工质达到饱和状态后，其理论计算曲线和实验数据相当吻合，46.

　　据的对比。在水箱内的工质达到饱和状态前，由于不满足建立数学模型时的3个假设条件，因此计算值和实验数据之间存在差异。而当水箱内的工质达到饱和状态后，则理论计算曲线和实验数据基本水质量流量。kg8；锅筒压力MPa；的对比。实验数据是按送入水箱的过热蒸汽的总热对比。从中可看到理论计算曲线和实验数据相当吻合，仅在起始阶段略有差别，其原因也是因为在水箱内的工质达到饱和状态前，不满足建立数学模型时的3个假设条件而造成的。

　　量与排出水箱的饱和水的热量和散热损失之差计算得到的，从中可发现理论计算曲线和实验数据也是相当吻合的。

　　4应用实例4.1300MW直流锅炉除氧器水箱压力动态特性及热回收能力分析300肘贾除氧器水箱技术参数如下设计压力1.27肘，印水箱总容积143.5心3；设计温度1915有效水容积5爪3；安全阀整定压力1.275肘正常水位时汽空间28爪3.

　　对除氧器水箱动态特性微分方程数值积分，可得除氧器水箱压力动态变化曲线，7.中3条曲线分别ANB阀前压力为7MPa，5MPa3肘，3时除氧器水箱的压力飞升曲线。从中可看到，除氧器水箱压力上升速度是很快的，ANB阀前压力为7肘，3时从零压到安全阀起跳1.27肘，3仅需12min左右；ANB阀前压力为3MPa时也只需22左右。当考虑启动过程中的汽水膨胀现象，则除氧器水箱压力上升速度将更快。

　　条曲线分别ANB阀前压力P，为7MPa，5肘，3肘，3时，在不同的除氧器工作压力下水箱的热回收能力曲线。从中可看到，除氧器水箱的热回收能力和其最大工作压力成正比，和ANB阀前的疏水压力成反比。在温态启动时，次启动过程中除氧器水箱可回收的热量大约相当于4.2600触直流锅炉除氧器水箱压力动态特性及热回收能力分析600肘贾除氧器水箱技术参数如下设计压力1.40肘，3；水箱有效容积235爪3；最高工作压力1.2肘，有效水容积195心3；安全阀整定压力1.2肘3；正常水位时汽空间40爪3.

　　线分别ANB阀前疏水压力Pi，为15MPa MPa流量为125kgs时从零压到安全阀起跳1.2 MPa仅需10min左右；ANB阀前压力为MPa流量为70kgs时也只需24min左右。当考虑启动过程中的汽水膨胀现象，则除氧器水箱压力上升速度将更快。

　　600肘贾除氧器水箱压力动态变化曲线9.中4条曲线分别ANB阀前压力为15肘，3和肘，决疏水流量分别为125让客8，和70kgs温度分别为300C时，除氧器水箱的压力飞升曲线。从中可看到，ANB阀前压力为15，和6，办温度为330，300，和260，时在不同的除氧器工作压力下水箱的热回收能力曲线。同样可从中看到，除氧器水箱的热回收能力和其最大工作压力成正比，和ANB阀前的疏水压力成反比。次启动过程中除氧器水箱可回收的热量大约相当于51001的标准煤。

　　5结论与建议对于需频繁启停的调峰直流锅炉机组，启动过程的热量损失是相当大的，必须在启动系统中考虑疏水的热量回收问，以提高机组运行的经济性。

　　由于除氧器水箱压力变化的速率与进入除氧器水箱的总热量成正比，和水箱内工质及金属的总蓄热能力随压力的变化值成反比，因此要控制除氧器水箱内的压力飞升速率就必须有定的水箱容积和有效地控制进入除氧器水箱的热量。

　　除氧器水箱的热回收能力和其最大工作压力成正比，和分离器水位控制阀前的疏水压力成反比，因此在根据分离器的工作压力疏水流量和除氧器的允许压力飞升值来确定除氧器水箱的设计参数时，要充分考虑在启动过程中回收尽可能多的疏水和热量。

　　马宪国，陈之航，赵再MaXianguoChenZhihang，ZhaoZaism1.直流锅炉启动时除氧器水箱压力变化动态特性的实验马宪国，赵再，曹伟武MaXianguo，ZhaoZaisan，CaoW.ei0，直流锅炉启动时除氧器水箱压力变化动态特性的仿真研徐汉章，马宪国，也似1旭313仙，直流锅炉启动分离器疏水进入除氧器水箱压力飞升因素及实验Experiment作者简介马宪国1954，男，工学博士，教授，博士生导师，从事锅炉水动力与节能技术研究。

　　责任编辑贾瑞君上接第40页continuedfrompage40数特性较弱的工质压力，即使不对网络模型进行改造，动态仿真精度也比较理想。

　　在上述仿真算例中，网络模型的仿真速度约为机理性仿真模型运行速度的10倍以上。

　　4结论基于神经网络和过程机理的仿真建模方法，能够有效地克服系统仿真精度和仿真速度间的矛盾。

　　由于在网络模型的设计上，较充分地考虑了系统输入与输出间的物理基础，保证了网络模型具有十分良好的联想能力时间预报能力和外推效果。