[發明專利]一種超臨界鍋爐的啟動計算方法及系統

有效

• 申請號: 201710428811.5
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107292006B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 劉萬宇;楊冬;葉智;張小鋒;趙廣勛;李增旺;黨龍;瞿麗莉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;華電電力科學研究院;陜西華電發電有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 齊書田

本發明公開了一種超臨界鍋爐的啟動計算方法及系統，首先為爐膛燃燒計算：將爐膛分為輻射換熱區與輻射對流區兩個部分，分別對兩個部分進行計算，得到不同燃燒率下爐膛出口煙氣溫度、爐膛吸熱百分比和煙氣比熱；其次為鍋爐受熱面換熱計算：在對鍋爐啟動過程中受熱面中管內工質側與管外煙氣側流動傳熱特性進行分析簡化的基礎上，采用考慮熱力參數隨位置坐標變化的分布參數模型，根據質量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程、金屬蓄熱方程及補充方程建立啟動過程中工質溫度、壓力、焓值、受熱面金屬溫度及煙氣溫度變化規律的數學模型，并進行求解。本發明能對不同鍋爐啟動系統布置型式進行計算比較，為用戶提供最佳的鍋爐啟動系統。

技術領域

本發明屬于鍋爐啟動領域，具體涉及一種超臨界鍋爐的啟動計算方法及系統。

背景技術

超臨界機組上裝設鍋爐啟動系統和汽機旁路系統，能夠大大提高超臨界機組的靈活性及經濟效益。如何根據用戶的投資情況和電廠運行模式設計最佳的鍋爐啟動系統，使得啟動期間熱損失最小；鍋爐啟動時應采取什么樣的升壓曲線，才能使厚壁元件的熱應力以及過熱器、再熱器等金屬壁面溫度在許可范圍內。滿足以上條件的同時，運行人員還需要知道升壓曲線與燃燒率曲線的匹配關系才能使得鍋爐按照預定的升壓曲線進行升壓。解決上述問題的基礎是研究開發能夠準確模擬鍋爐啟動過程的計算方法。現有計算方法多只適用于鍋爐在穩態運行點附近有微小變化時的動態特性計算，用于啟動過程計算時誤差較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超臨界鍋爐的啟動計算方法及系統，以克服上述現有技術存在的缺陷，本發明能對不同鍋爐啟動系統布置型式進行計算比較，為用戶提供最佳的鍋爐啟動系統。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種超臨界鍋爐的啟動計算方法，包括以下步驟：

1)爐膛燃燒計算：將爐膛分為輻射換熱區與輻射對流區兩個部分，分別對兩個部分進行計算，得到不同燃燒率下爐膛出口煙氣溫度、爐膛吸熱百分比和煙氣比熱；

2)鍋爐受熱面換熱計算：在對鍋爐啟動過程中受熱面中管內工質側與管外煙氣側流動傳熱特性進行分析簡化的基礎上，采用考慮熱力參數隨位置坐標變化的分布參數模型，根據質量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程、金屬蓄熱方程及補充方程建立啟動過程中工質溫度、壓力、焓值、受熱面金屬溫度及煙氣溫度變化規律的數學模型，并進行求解。

進一步地，所述輻射換熱區為爐膛底部至燃燒器之間的區域，其傳熱方式為輻射換熱，不考慮煙氣與爐壁的對流換熱；所述輻射對流區為輻射換熱區以上直至爐膛出口的部分，該區內火焰與水冷壁的傳熱以輻射換熱為主，同時考慮煙氣流動引起的對流換熱。

進一步地，步驟1)中對輻射換熱區進行計算，包括：

輻射換熱區內火焰和爐壁的輻射換熱量為：

火焰和輻射換熱區出口截面間的輻射換熱量為：

高溫煙氣在輻射換熱區放熱的熱平衡方程為：

在以上三式中，C_s為火焰和爐壁的輻射換熱系數，ε_f為總輻射率，輻射換熱區爐壁換熱面積A_fw＝2(W+D)L_f+W·D，輻射換熱區出口換熱面積A_I＝W·D，W為爐寬，D為爐深，L_f為輻射換熱區高度，x為火焰對爐壁的角系數，μ為火焰—氣體輻射交換比，T_f與T_w分別為輻射換熱區內火焰溫度與爐壁溫度，為考慮散熱損失后輻射換熱區的保熱系數，B_j為計算燃料消耗量，Q_l為以一公斤計算燃料為基準送入爐膛的有效熱量，h_fo為輻射換熱區出口煙氣焓值；