直流鍋爐啟動過程中熱回收能力的分析與計算

　直流鍋爐啟動過程中熱回收能力的分析與計算馬憲國上海理工大學動力工程學院，上海200093動的調峰任務，因此啟動過程中回收熱量的能力將直接影響火電機組的運行經濟性。該文對直流鍋爐啟動過程中熱回收能力作了分析，建立了計算熱回收能力的數學模型，并對模型進行了實驗驗證。在此基礎上對300化從，600化從直流鍋爐啟動系統的熱回收能力作了定量計算，詳細分析了直流鍋爐啟動系統滑壓啟動時分離器水位控制旁路閥前疏水壓力疏水流量等參數變化時除氧器水箱的壓力變化速率，壓力飛升曲線和熱回收能力。理論分析和實驗都說明，直流鍋爐啟動系統的熱回收能力主要取決于啟動分離器和除氧器爐啟動旁路系統的設計與計算具有定的參考價值。

　　1引言由于核電站相繼投入運行，用電負荷和供電形型機組往往要求能快速和頻繁啟動以及兩班制運行，越來越多的火電機組將要承擔在周末停機48 56之后的重新啟動溫態啟動，和深夜停機8后翌日再啟動熱態啟動的調峰任務。通常，在直流鍋爐的啟動系統中，往往用除氧器水箱作為啟動過程中熱回收的主要設備，其工作原理1.

　　5.冷凝器；6.過熱器；7.爐膛；省煤器高壓加熱器10.低壓加熱器；1.凝水泵12.給水泵從啟動分離器1分離出來的高壓飽和疏水，通過熱交換器3回收部分熱量后分成2路，路經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，另路經分離器疏水閥水箱4，通過冷凝器5把熱量排入環境。因此，除氧器水箱在啟動過程中回收熱量的能力直接影響啟動過程的經濟性。另外，由于啟動分離器的壓力很高，其溫態啟動時般為3，熱態啟動時大于57，山而除氧器水箱的工作壓力較低，般小于1.5，3.因此，大量疏水進入除氧器水箱會引起水箱內壓力飛升，當壓力飛升超過除氧器水箱的工作壓力時，將引起安全閥動作，直接影響除氧器水箱工作箱的壓力飛升動態特性和熱回收能力作定量分析。

　　2除氧器水箱動態特性與熱回收能力的理論分析蒸汽焓，1；+.，為進入除氧器水箱的疏水焓，14，+為除氧頭的凝結水焓，成1免；2.，為除氧器的散熱量，財為不穩定工況下參與蓄熱過程的金屬質量，1；0為金屬的比熱，在飽和狀態下，工質的焓密度和溫度均為壓力0的函數，因此可得dT pdTdT pdT dT pdT水體積廠和蒸汽體積廠之和應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存除氧后的冷凝水和接受由啟動分離器來的疏水，并作為鍋爐的給水源，其形狀類似于1只大型低壓汽包，2是除氧器水箱的簡化物理模型。

　　在進行除氧器水箱動態特性數學模型推導前先作如下的假設在整個啟動過程中，除氧器水箱內各點工質的參數壓力和溫度同步變化；除氧器水箱外壁及內構件等有效金屬的溫度與工質溫度同步變化；由于只有當除氧器水箱內的工質達到飽和狀態后才會產生顯著的壓力飛升，因此假定除氧器水箱內的工質處于飽和狀態。

　　在不穩定工況下，除氧器水箱內的質量平衡方從式1式5可導出除氧器水箱壓力變化動態特性微分方程密度，1以；為時間，8.

　　在不穩定工況下，除氧器水箱內的能量平衡方dp程為除氧頭的凝結水量，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由于外界原因使除氧器水箱內進入的熱量和排出的熱量不平衡時，其壓力就會發生變化。壓力變化的速率與進入除氧器水箱的疏水量疏水壓力，除氧器水箱內工質等因素有關。即與進入除氧器水箱的總熱量成正比，與水箱內工質及金屬的總蓄熱能力隨壓力的變化值成反比。

　　分析式6可發現，其所有的流量參數乃。，乃5均為時間的函數，所有的物性參數，97，等均為壓力廠的函數散熱損失，可近似認為是溫度的函數，因此式6可簡寫為httpwww.cnki.net從式7可得到壓力和時間1之間的關系式時間。

　　這樣當水箱內的壓力從0，上升到0時，除氧器回收的熱量0為分析以上各式可得到如下結論，除氧器水箱的熱回收能力和水箱內單位工質的汽化潛熱隨壓力變化的增量和水箱內工質總質量有關，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實驗研究實驗裝置主要有兩相流發生裝置鍋筒噴注系統散熱測量系統及數據采集計算和顯系統組從汽水分離器出來的處于飽和狀態的高壓疏水通過人8閥減壓后，會出現自汽化現象，因此進入除氧器水箱的疏水實質上是干度在15之間是為了模擬在不同啟動條件下進入除氧器水箱的疏水工況。

　　實驗用鍋筒參數如下直徑1 200以以；壁厚16爪爪；長度4600爪爪；最大使用壓力2.5實驗條件如下過熱蒸汽壓力溫度為1.2鍋爐容積水容積為4.75爪32.75爪3.

　　實驗所用蒸汽源為熱電廠提供的過熱蒸汽，蒸汽流量由調節閥門控制，并由標準孔板測量其流量。

　　水由水泵加壓，通過出水閥門與回水閥門可調節進入混合器的流量，流量同樣由標準孔板進行測量。經混合后的汽液兩相流經過較長管道的熱與相平衡后再進入鍋筒。

　　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，其散熱量由熱流計測定。

　　用數學模型及所開發的計算機軟件按實驗條件進行仿真模擬，并與實驗所得的數據進行對比，發現當水箱內的工質達到飽和狀態后，其理論計算曲線和實驗數據相當吻合，46.

　　據的對比。在水箱內的工質達到飽和狀態前，由于不滿足建立數學模型時的3個假設條件，因此計算值和實驗數據之間存在差異。而當水箱內的工質達到飽和狀態后，則理論計算曲線和實驗數據基本水質量流量。kg8；鍋筒壓力MPa；的對比。實驗數據是按送入水箱的過熱蒸汽的總熱對比。從中可看到理論計算曲線和實驗數據相當吻合，僅在起始階段略有差別，其原因也是因為在水箱內的工質達到飽和狀態前，不滿足建立數學模型時的3個假設條件而造成的。

　　量與排出水箱的飽和水的熱量和散熱損失之差計算得到的，從中可發現理論計算曲線和實驗數據也是相當吻合的。

　　4應用實例4.1300MW直流鍋爐除氧器水箱壓力動態特性及熱回收能力分析300肘賈除氧器水箱技術參數如下設計壓力1.27肘，印水箱總容積143.5心3；設計溫度1915有效水容積5爪3；安全閥整定壓力1.275肘正常水位時汽空間28爪3.

　　對除氧器水箱動態特性微分方程數值積分，可得除氧器水箱壓力動態變化曲線，7.中3條曲線分別ANB閥前壓力為7MPa，5MPa3肘，3時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時也只需22左右。當考慮啟動過程中的汽水膨脹現象，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，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。在溫態啟動時，次啟動過程中除氧器水箱可回收的熱量大約相當于4.2600觸直流鍋爐除氧器水箱壓力動態特性及熱回收能力分析600肘賈除氧器水箱技術參數如下設計壓力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時也只需24min左右。當考慮啟動過程中的汽水膨脹現象，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態變化曲線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，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。次啟動過程中除氧器水箱可回收的熱量大約相當于51001的標準煤。

　　5結論與建議對于需頻繁啟停的調峰直流鍋爐機組，啟動過程的熱量損失是相當大的，必須在啟動系統中考慮疏水的熱量回收問，以提高機組運行的經濟性。

　　由于除氧器水箱壓力變化的速率與進入除氧器水箱的總熱量成正比，和水箱內工質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的壓力飛升速率就必須有定的水箱容積和有效地控制進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確定除氧器水箱的設計參數時，要充分考慮在啟動過程中回收盡可能多的疏水和熱量。

　　馬憲國，陳之航，趙再MaXianguoChenZhihang，ZhaoZaism1.直流鍋爐啟動時除氧器水箱壓力變化動態特性的實驗馬憲國，趙再，曹偉武MaXianguo，ZhaoZaisan，CaoW.ei0，直流鍋爐啟動時除氧器水箱壓力變化動態特性的仿真研徐漢章，馬憲國，也似1旭313仙，直流鍋爐啟動分離器疏水進入除氧器水箱壓力飛升因素及實驗Experiment作者簡介馬憲國1954，男，工學博士，教授，博士生導師，從事鍋爐水動力與節能技術研究。

　　責任編輯賈瑞君上接第40頁continuedfrompage40數特性較弱的工質壓力，即使不對網絡模型進行改造，動態仿真精度也比較理想。

　　在上述仿真算例中，網絡模型的仿真速度約為機理性仿真模型運行速度的10倍以上。

　　4結論基于神經網絡和過程機理的仿真建模方法，能夠有效地克服系統仿真精度和仿真速度間的矛盾。

　　由于在網絡模型的設計上，較充分地考慮了系統輸入與輸出間的物理基礎，保證了網絡模型具有十分良好的聯想能力時間預報能力和外推效果。