动态模型用于PFBC锅炉水冷壁超压差的分析
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发布时间:2018-09-18
1.南京电力高等专科学校仿真部,江苏南京210013;2.东南大学,江苏南京210096仿真试验结果可知,如果锅炉出口处安装防爆片,且其排放量大于锅炉出口总烟气量的50,则当防爆片动作时,有可能引起水冷壁两侧压差超限。5参1贾汪,8试验电站目前正处于调试阶段,所配的锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的60增压流化床锅炉,在国内投产的锅炉中,还没有台这种类型的锅炉。为了保护其投产后的安全运行,对其作些安全性分析是很有必要的。
1系统介绍炉置于个压力罐内,来自压气机的风首先进入压力罐,再经锅炉底部的布风板,进入流化床,使燃料流化燃烧,产生的烟气从悬浮室流出后,经烟气管道顺序通过旋旋进入烟机。在流化床内布置有蒸发埋管蒸发器和过热器,在悬浮室周布置有水冷壁。
给水泵引出,分流进入高压加热器和余热锅炉的低温省煤器省,继而合并进入余热锅炉的高温省煤器1省,然后进入汽包。蒸发区分两路循环路自汽包经下降管至,8锅炉内的膜循环泵至水冷布风板和床内蒸发埋管后回到汽包强制循环。经汽水分离后的饱和蒸汽进入床内过热器产生过热蒸汽,再经喷水减温进入蒸汽联箱,送入蒸汽母管。喷水调温用水来自给泵出口。
在运行过程中,悬浮室处的膜式水冷壁承受着压力罐与悬浮室之间的压差,按设计要求,该压差应不大于0.45bar.正常运行情况下,该压差不会超限,但在异常情况下,是否会超限就不能肯定了。采用,8.动态数学模型1进行仿真试验,可预测异常情况下,水冷壁两侧的压差是否会超限。
2动态数学模型的建立建模时,将锅炉划分为两个子系统烟风系统和汽水系统,每个子系统再划分成若干环节。对每个环节,根据质量能量动量平衡等关系式导出模型方程。将各个环节的模型合理地连接起来便构成了整个系统的动态数学模型。
2.1压力壳假定压力壳内温度分布均匀。
质量平衡压力壳内空气的状态能量平衡压气机来进入压力壳的空气量进入流化床的空气量压力壳漏入炉膛的空气量进入压力壳的空气温度压力壳内的空气温度压力壳内空气密度压力壳内空气压力压力壳容积空气比热,与温度有关理想气体常数流化床部分将燃烧室分成流化床飞溅区和悬浮室个环节,并假定床内温度均匀;壬何截面上流化速度均匀。
床内固体物料的质量平衡为床内燃料量的平衡为dMc床内能量平衡为Mc床内聚集的燃料量Mg床层内烟气量mc给料率,包括正常给料和快加料两部分mr脱硫剂量,假定与所。成正比mb燃烧掉的燃料量me扬析量,与床料量及流化速度有关ms排渣量,包括正常排渣及快排两部分CgCbCs分别为床内烟气床料及排渣的比热燃料热值n燃烧效率分别为空气量比热温度,进入床内的空气包括底部来的主风输煤风和冷渣风部分Qi床层对各受热面的放热量,床内受热面包括布风板水冷壁埋管蒸发器过热器飞溅区模型主要反映离开床层的烟气在飞溅区中向受热面放热后,温度降低的情况。
悬浮室的模型中,采用理想气体定律,将烟气热面的放热与烟温烟气流量烟气压力有关。
2.3汽水系统汽水系统的模型中,较复杂的是蒸发区部分,将其分成六个环节汽包下降管1布风板蒸发埋管下降管膜式水冷壁。对于汽水共存的环节,分别建立汽水质量平衡方程,并假定部分金属温度与工质温度同步变化。
对于汽包有水平衡汽平衡能量平衡流量焓干度Dih2Hih2Xlh2水冷壁出口工质流量焓干度下降管1入口工质流量焓Dx2Hx2下降管入口工质流量焓Dqh汽包出口蒸汽流量Dlp连续排污量Dn蒸汽凝结量Dfj附加蒸发量V,汽包中水容积Vqh汽包中汽容积Vqh汽包容积Mqh汽包的金属重量PH饱和水的密度和焓thh饱和温度Gj金属比热P压力A系数埋管蒸发器和水冷壁的建模与汽包类似,分别建立汽平衡水平衡和能量平衡,同时还要考虑管壁金属与工质之间的传热以及管内的含汽率。
埋管蒸发器和水冷壁金属环节主要计算金属壁温2.4其它部分要正确地模拟锅炉的动态性能,还要建立8中其它设备系统的模型。
压气机模型是根据其特性线,利用插值方法得到的组关系式,所涉及的量有进出口压力温度功率效率静叶开度。
进入烟机的烟气流量成烟机进出口压力入口温度的函数,烟机的功率与进出口烟气的状态及烟气流量有关。
余热炉部分的建模与常规锅炉中省煤器的建模相似。
3异常工况的仿真试验在本文中考虑种异常情况水冷壁泄漏压力罐上的安全阀启座锅炉出口与旋之间烟气管路上防爆设备动作此处假定是防爆片。
以下的组仿真试验都是从满负荷工况开始力压力罐
与悬浮室之间的压差。
3.1水冷壁泄漏在试验中,认为泄漏发生在悬浮室周的水冷壁烟气侧即漏出的蒸汽进入悬浮室。3,水冷壁泄漏时,悬浮室压力上升,压力罐与悬浮室之间的压差减小,进入流化床的风量减小,床高降低,床温的升高是由于床高降低的结果受热面面积减少。泄漏量越大,水冷壁两侧的压差减小程度越大。
3.2压力罐上的安全门启座目前还不清楚何种情况下压力罐内的压力会升至安全门动作值,所以,在试验中是强行开启安全门。
安全门启座后,压力罐的压力将降低,压力罐与悬浮室之间的压差降低,进入流化床的风量减少,床高降低。由于风量的减少,床内产生的烟气量减少,使悬浮室压力降低,而压力罐与悬浮室之间的压差变小。床温的变化受床高和燃烧率的影响,床高的降低使床温趋于升高,而安全门动作后,进入流化床的风量减少又可能使床内燃烧率降低,从而使床温趋于降低。在单个安全门动作时,床温未出现下降现象,而多个安全门动作时,由于床内燃烧所需的空气量不足,床
温出现较大室之间的压差有所回升在如中只给出了安全门动作后24,3的情况,未反映出压差回升的过程,进入床内空气量有所增大的结果。
3.3锅炉出口烟气管路上防爆片动作假定锅炉出口烟气管路上安装的保护设备是防爆片,在试验中强行使防爆片动作。
防爆片动作后,悬浮室内的烟气大量排出,使悬浮室压力降低。压力罐与悬浮室之间的压差增大,后又因压力罐压力的下降而有所减小压力罐压力的下降是由于流入床层的风量增大。床高于压力罐的压力下降,进入床层的风量减小而下降。床温初始的升高是因进入床层风量猛增燃烧率增大引起的,后阶段的降低是由于燃烧率降低与初始时相比床高增大引起的。5.
4分析与结论从以上的组仿真试验可知,在水冷壁泄漏压力罐上安全门动作情况下,压力罐与悬浮室之间的压差是变小的,不存在压差超限的可能;而当管路出口烟气管路上的防爆片动作时,压差是增大的,当防爆片的排放量为锅炉出口总烟气量的50时,最大的压差达0.485超过限值0.45 1泄漏量为20以2泄漏量为4013泄漏量为601 1个安全门启座;22个安全门启座;33个安全门启座;44个安全门启座3防爆片排放量为总烟气量的40;4防爆片排放量为总烟气量的50装置时,在满负荷下该装置的排放能力不应大于锅炉出口总烟气量的50.1朱金荣,章名耀,陈晓平。6,1增压流化床锅炉负荷调节的仿真研究,燃烧科学与技术,1995,No.3