動態(tài)模型用于PFBC鍋爐水冷壁超壓差的分析

　1.南京電力高等專科學(xué)校仿真部，江蘇南京210013；2.東南大學(xué)，江蘇南京210096仿真試驗(yàn)結(jié)果可知，如果鍋爐出口處安裝防爆片，且其排放量大于鍋爐出口總煙氣量的50，則當(dāng)防爆片動作時(shí)，有可能引起水冷壁兩側(cè)壓差超限。5參1賈汪，8試驗(yàn)電站目前正處于調(diào)試階段，所配的鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的60增壓流化床鍋爐，在國內(nèi)投產(chǎn)的鍋爐中，還沒有臺這種類型的鍋爐。為了保護(hù)其投產(chǎn)后的安全運(yùn)行，對其作些安全性分析是很有必要的。 　　1系統(tǒng)介紹爐置于個(gè)壓力罐內(nèi)，來自壓氣機(jī)的風(fēng)首先進(jìn)入壓力罐，再經(jīng)鍋爐底部的布風(fēng)板，進(jìn)入流化床，使燃料流化燃燒，產(chǎn)生的煙氣從懸浮室流出后，經(jīng)煙氣管道順序通過旋旋進(jìn)入煙機(jī)。在流化床內(nèi)布置有蒸發(fā)埋管蒸發(fā)器和過熱器，在懸浮室周布置有水冷壁。 　　給水泵引出，分流進(jìn)入高壓加熱器和余熱鍋爐的低溫省煤器省，繼而合并進(jìn)入余熱鍋爐的高溫省煤器1省，然后進(jìn)入汽包。蒸發(fā)區(qū)分兩路循環(huán)路自汽包經(jīng)下降管至，8鍋爐內(nèi)的膜循環(huán)泵至水冷布風(fēng)板和床內(nèi)蒸發(fā)埋管后回到汽包強(qiáng)制循環(huán)。經(jīng)汽水分離后的飽和蒸汽進(jìn)入床內(nèi)過熱器產(chǎn)生過熱蒸汽，再經(jīng)噴水減溫進(jìn)入蒸汽聯(lián)箱，送入蒸汽母管。噴水調(diào)溫用水來自給泵出口。 　　在運(yùn)行過程中，懸浮室處的膜式水冷壁承受著壓力罐與懸浮室之間的壓差，按設(shè)計(jì)要求，該壓差應(yīng)不大于0.45bar.正常運(yùn)行情況下，該壓差不會超限，但在異常情況下，是否會超限就不能肯定了。采用，8.動態(tài)數(shù)學(xué)模型1進(jìn)行仿真試驗(yàn)，可預(yù)測異常情況下，水冷壁兩側(cè)的壓差是否會超限。 　　2動態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立建模時(shí)，將鍋爐劃分為兩個(gè)子系統(tǒng)煙風(fēng)系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)再劃分成若干環(huán)節(jié)。對每個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)質(zhì)量能量動量平衡等關(guān)系式導(dǎo)出模型方程。將各個(gè)環(huán)節(jié)的模型合理地連接起來便構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。 　　2.1壓力殼假定壓力殼內(nèi)溫度分布均勻。 　　質(zhì)量平衡壓力殼內(nèi)空氣的狀態(tài)能量平衡壓氣機(jī)來進(jìn)入壓力殼的空氣量進(jìn)入流化床的空氣量壓力殼漏入爐膛的空氣量進(jìn)入壓力殼的空氣溫度壓力殼內(nèi)的空氣溫度壓力殼內(nèi)空氣密度壓力殼內(nèi)空氣壓力壓力殼容積空氣比熱，與溫度有關(guān)理想氣體常數(shù)流化床部分將燃燒室分成流化床飛濺區(qū)和懸浮室個(gè)環(huán)節(jié)，并假定床內(nèi)溫度均勻；壬何截面上流化速度均勻。 　　床內(nèi)固體物料的質(zhì)量平衡為床內(nèi)燃料量的平衡為dMc床內(nèi)能量平衡為Mc床內(nèi)聚集的燃料量Mg床層內(nèi)煙氣量mc給料率，包括正常給料和快加料兩部分mr脫硫劑量，假定與所。成正比mb燃燒掉的燃料量me揚(yáng)析量，與床料量及流化速度有關(guān)ms排渣量，包括正常排渣及快排兩部分CgCbCs分別為床內(nèi)煙氣床料及排渣的比熱燃料熱值n燃燒效率分別為空氣量比熱溫度，進(jìn)入床內(nèi)的空氣包括底部來的主風(fēng)輸煤風(fēng)和冷渣風(fēng)部分Qi床層對各受熱面的放熱量，床內(nèi)受熱面包括布風(fēng)板水冷壁埋管蒸發(fā)器過熱器飛濺區(qū)模型主要反映離開床層的煙氣在飛濺區(qū)中向受熱面放熱后，溫度降低的情況。 　　懸浮室的模型中，采用理想氣體定律，將煙氣熱面的放熱與煙溫?zé)煔饬髁繜煔鈮毫τ嘘P(guān)。 　　2.3汽水系統(tǒng)汽水系統(tǒng)的模型中，較復(fù)雜的是蒸發(fā)區(qū)部分，將其分成六個(gè)環(huán)節(jié)汽包下降管1布風(fēng)板蒸發(fā)埋管下降管膜式水冷壁。對于汽水共存的環(huán)節(jié)，分別建立汽水質(zhì)量平衡方程，并假定部分金屬溫度與工質(zhì)溫度同步變化。 　　對于汽包有水平衡汽平衡能量平衡流量焓干度Dih2Hih2Xlh2水冷壁出口工質(zhì)流量焓干度下降管1入口工質(zhì)流量焓Dx2Hx2下降管入口工質(zhì)流量焓Dqh汽包出口蒸汽流量Dlp連續(xù)排污量Dn蒸汽凝結(jié)量Dfj附加蒸發(fā)量V，汽包中水容積Vqh汽包中汽容積Vqh汽包容積Mqh汽包的金屬重量PH飽和水的密度和焓thh飽和溫度Gj金屬比熱P壓力A系數(shù)埋管蒸發(fā)器和水冷壁的建模與汽包類似，分別建立汽平衡水平衡和能量平衡，同時(shí)還要考慮管壁金屬與工質(zhì)之間的傳熱以及管內(nèi)的含汽率。 　　埋管蒸發(fā)器和水冷壁金屬環(huán)節(jié)主要計(jì)算金屬壁溫2.4其它部分要正確地模擬鍋爐的動態(tài)性能，還要建立8中其它設(shè)備系統(tǒng)的模型。 　　壓氣機(jī)模型是根據(jù)其特性線，利用插值方法得到的組關(guān)系式，所涉及的量有進(jìn)出口壓力溫度功率效率靜葉開度。 　　進(jìn)入煙機(jī)的煙氣流量成煙機(jī)進(jìn)出口壓力入口溫度的函數(shù)，煙機(jī)的功率與進(jìn)出口煙氣的狀態(tài)及煙氣流量有關(guān)。 　　余熱爐部分的建模與常規(guī)鍋爐中省煤器的建模相似。 　　3異常工況的仿真試驗(yàn)在本文中考慮種異常情況水冷壁泄漏壓力罐上的安全閥啟座鍋爐出口與旋之間煙氣管路上防爆設(shè)備動作此處假定是防爆片。 　　以下的組仿真試驗(yàn)都是從滿負(fù)荷工況開始力壓力罐與懸浮室之間的壓差。 　　3.1水冷壁泄漏在試驗(yàn)中，認(rèn)為泄漏發(fā)生在懸浮室周的水冷壁煙氣側(cè)即漏出的蒸汽進(jìn)入懸浮室。3，水冷壁泄漏時(shí)，懸浮室壓力上升，壓力罐與懸浮室之間的壓差減小，進(jìn)入流化床的風(fēng)量減小，床高降低，床溫的升高是由于床高降低的結(jié)果受熱面面積減少。泄漏量越大，水冷壁兩側(cè)的壓差減小程度越大。 　　3.2壓力罐上的安全門啟座目前還不清楚何種情況下壓力罐內(nèi)的壓力會升至安全門動作值，所以，在試驗(yàn)中是強(qiáng)行開啟安全門。 　　安全門啟座后，壓力罐的壓力將降低，壓力罐與懸浮室之間的壓差降低，進(jìn)入流化床的風(fēng)量減少，床高降低。由于風(fēng)量的減少，床內(nèi)產(chǎn)生的煙氣量減少，使懸浮室壓力降低，而壓力罐與懸浮室之間的壓差變小。床溫的變化受床高和燃燒率的影響，床高的降低使床溫趨于升高，而安全門動作后，進(jìn)入流化床的風(fēng)量減少又可能使床內(nèi)燃燒率降低，從而使床溫趨于降低。在單個(gè)安全門動作時(shí)，床溫未出現(xiàn)下降現(xiàn)象，而多個(gè)安全門動作時(shí)，由于床內(nèi)燃燒所需的空氣量不足，床溫出現(xiàn)較大室之間的壓差有所回升在如中只給出了安全門動作后24，3的情況，未反映出壓差回升的過程，進(jìn)入床內(nèi)空氣量有所增大的結(jié)果。 　　3.3鍋爐出口煙氣管路上防爆片動作假定鍋爐出口煙氣管路上安裝的保護(hù)設(shè)備是防爆片，在試驗(yàn)中強(qiáng)行使防爆片動作。 　　防爆片動作后，懸浮室內(nèi)的煙氣大量排出，使懸浮室壓力降低。壓力罐與懸浮室之間的壓差增大，后又因壓力罐壓力的下降而有所減小壓力罐壓力的下降是由于流入床層的風(fēng)量增大。床高于壓力罐的壓力下降，進(jìn)入床層的風(fēng)量減小而下降。床溫初始的升高是因進(jìn)入床層風(fēng)量猛增燃燒率增大引起的，后階段的降低是由于燃燒率降低與初始時(shí)相比床高增大引起的。5. 　　4分析與結(jié)論從以上的組仿真試驗(yàn)可知，在水冷壁泄漏壓力罐上安全門動作情況下，壓力罐與懸浮室之間的壓差是變小的，不存在壓差超限的可能；而當(dāng)管路出口煙氣管路上的防爆片動作時(shí)，壓差是增大的，當(dāng)防爆片的排放量為鍋爐出口總煙氣量的50時(shí)，最大的壓差達(dá)0.485超過限值0.45 1泄漏量為20以2泄漏量為4013泄漏量為601 1個(gè)安全門啟座；22個(gè)安全門啟座；33個(gè)安全門啟座；44個(gè)安全門啟座3防爆片排放量為總煙氣量的40；4防爆片排放量為總煙氣量的50裝置時(shí)，在滿負(fù)荷下該裝置的排放能力不應(yīng)大于鍋爐出口總煙氣量的50.1朱金榮，章名耀，陳曉平。6，1增壓流化床鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)的仿真研究，燃燒科學(xué)與技術(shù)，1995，No.3