汽—液两相流表面式高压加热器动态数学模型的建立与仿真.pdf

6 电站辅机 第 4期 1 9 9 9年 1 2月 汽 一液两相流表面式高压加热器 动态数学模 型的建 立与仿真 龇 心 7 1 0 0 3 2 西北 电力仿真培训 中心 0 摘要 本 文介 招 了汽 一液 两相 流表 面 式 高压加 热 器动 态教 学模 型建立 的方 法与过程 井对 几种典 型 r T高压加热器的仿真结果进行分析与研完 该模型具有很 高的精度和通 用一 肚 可用于对 不同 容量机组高压加热嚣的仿真 而且对高压加热嚣的优化设计具有一定的指导意艾 0引 言 高压加热器是热力发 电厂最 重要的辅机 奎一 它的主要任务是利用抽汽凝结放热将 去锅炉的给水 加热 到一定 的温度 从 而 满足 机组带负荷对 给水温度 的要求 以及运行工况 变化的需求 所 以高加的正常运行是保证整 个机组完全经济运行的关键 建立高压加热 器的数学仿 真模 型 有助于 运行人 员全 面 了 解高加 的工 作特性 熟练掌握 高加投 入 解列 的操作方法 并对 高加所在系统的相关参数 的变化规律具有一定的认识 l 建立数学模型的简化原则以及假设 条件 1 1 视管内给水为不可压缩流体 1 2 数学模型内参数采用集总参数 1 3 高加 内所有 并 联管路 用 一根 等效 管子代替 1 4 沿管内给水流动方向无传热 换热 仅发生在径 向 1 5 管侧换热系数与管 内给水流速有关 1 6 忽略商加 向外散热 爷 叮 f 1 7 忽 略高加启动时 的抽气 过程 不 考 虑非凝结性气体对换热 的影响 2 动态数学模型描述 如 图 1 所 示 表 面式高 压 加热 器按其 热 力工作特性可分为三个工作区域 疏水侧 管 侧 汽坝4 Wo T i L 圄 1 高压加热器工作区域示意图 2 1 汽侧 该区质量平衡方程为 警 一 一 式 中 疋一蒸 汽压力 系数e d P p 一蒸汽密度 0 一 维普资讯 第 4期 1 9 9 9年 l 2月 电站辅机 高压加热器汽侧容积 一 进人 高压加热器抽 汽流量 B B 一抽汽 阀门导纳 P 一抽汽压 力 一 蒸汽凝结流 量 P 一 高加工作压力 安 全 阀 动 作 时 高 加 泄 汽 量 汽侧对 管侧 的换热 方程 Q A 1 一 一 式 中 壳侧换 热系数 A 一 高加总的换 热面积 一 加热 器相对水位 L HB 一HT HB 一 工作水位 一 高 加 底 层 管 子 到 底 部 的 高 度 高 加 顶 层 管 子 到 底 部 的 高 度 蒸 汽 的 加 权 平 均 温 度 0 2 5 0 7 5 一 抽汽温度 一 加热 器工 作 压力 下对 应 的 饱 和蒸 汽温度 一 管子的平均温度 蒸汽凝结 流量 一 式中 一 高加工 作压力下 饱和水焓 一 进 人高 压加 热器抽汽焓 2 2 疏 水侧 质量平衡方程 警 一 式 中 帆 一加 热器 疏水侧 的存水 量 评 一其 它各级到本级 的疏 水量 耽 一 高加的泄褊量 评 本 级的疏水 量 高加水位L 巩 式 中 一高加 水位转换 系数 琉水对金属 的换热方程 Q K 肛 一 式 中 一琉水与金属间的换热系数 一 疏水 温度 2 3 管侧 根据参考文献 1 金属管壁对管内 介质的放热系数主要取决于介质的流速 流 量 并与它的 0 7 5次方成正 比 所 以金 属对 给水的传热量为 Q 蛐 A 一7 式 中 金 属 管 子 对 给 水 的 总换 热 系数 一 高加人 口水流量 一 给水出人 口的平 均温度 管侧的能量平 衡方程 M C Q 一 式中 金属管子总质量 金 属 比热 给水侧 的能量平衡方程 M P WnT t C P W T 2 CP Q F 式 中 M 一 管子 内的存水重 量 c 一 水的比热 一 给水人 口温度 一 给水出 口温 度 加热器 内总的能量平衡方程 巩 一 i 一i 一i 式中 一 本级 疏水 焓 一 上级疏水惦 一 高加 所泄漏 的 给水焓 可 近似认为它 等于给水的平均焙 维普资讯 电站辅机 第 4期 1 9 9 9年 1 2月 采用欧拉法将 以上微分方程转 化为差分 方程 通过 n7语 言将 描述 加热 器工 作 特性 的数 学模 型 编写 为仿 真模 型 由于这 几个 方程 中的未知基是相互关联 封闭的 所 以只 要给予所有未知量赋予适当的初 始值 就可 通过迭代计算求得加热器工作压力 水位 疏 水络 温度及给水 出口温度 仿真程 序略 3 仿真结果及分析 根据除氧给水 系统的具体特点 将 高压 加热器仿 真模 型 的输 入 输 出与 相 应 的操 作 开关及表计 连结 并 在计算机 上进行 所 在热 力系统 和设 备 的仿 真 通过 仿真 可 达 到下 列效果 1 此模型能够满足对高压加热器起动 懈 列的仿真操作的要求 2 能够反 映高 压 加热器 投入 解列时 给亦温度 工作 压力 疏水 温度 水 位 等相 关 参数 的变 化规 律 3 能正确表现高加故障时相应保护动 作的逻辑关系及动态特性 下面给出几 种典型工 况下给水 出 口温度 T 1 的响应曲线 如图 2 所示 并进行分析 给水流 量增加时 当给水流量突增大 抽汽流量维持不变 此时管内给水流速加快 传热加强 蒸汽凝结 率略增 加热器工作压力 略降 管 子温度降 低 给水出口温度降低 经过一段时间动态 调整后 各参数趋于稳定 重新达到新的平衡 状 态 见图 2一 1 所示 抽汽流量减少时 当给水 流量一 定 抽 汽流量 突然减 少 5 0 加热器 内换 热减少 管子金属温度降 低 给水出口温度降低 经过一段时间动态 调整后 各参数趋于稳定 重新达到另一种平 衡状态 见图 2一 2 所示 疏水 水位 升高时 当给水流量一定时 由于某种 原因 如 高加管侧泄漏 水位升高 部分管子被淹没 汽侧换热 面积减少 汽水 间总 的换 热变 小 蒸汽凝结率 下降 汽侧压 力升高 金属温度 降低 给水出口温度下降 见图 2 一 3 所 示 下面是某 3 0 0 MV 机组 在几种工况 下 1 高压加热器给水出 口温度的仿真 结果 固 2给水 出 口温度 的 响 应曲线 维普资讯 第 4期 1 9 9 9年 1 2月 电站辅机 9 从高 压加 热器 动态响应特性及稳态关键 参数 的测试结果可以看出 此 模型可全工况 实 时 的摸拟高压加 热器 的工作过程 及热 力特 性 具有很 高的精确度和通用性 参考文献 1 华北电力学院 锅炉设备及系统的建摸与仿真 讲义 l 9 9 0年 2 c E n m I N C r g l n t A L G O R 1 T H 1 2 l 9 8 收稿 日期 1 9 9 9 0 4 2 2 上接 第 5页 从某种程度上讲也是国有资产的流失 应该认 为 只要强度上得到满足 应力分 布合理 制造工艺 正确 检验严 格 这 样 的压 力容器就是台 乎要求 的 因此 作 为一个 设 计人员 应当合理 有效 地选 取焊 接接 头 系数 既不可过于考 虑可 靠性 而牺 牲经 济 性 也 不可 贪恋经济性而牺牲 可靠 性 应 当兼顾 设 计 采购 制造 检验各个环节 仔细权衡 以 实现 可靠 性 与经 济 性 的完 美 统一 只有 这 样 才能更好地适应社会主义市场经济 提高 产品的市场竞争 能力 这对 企业 的投标报 价 提高质量 降本增效 准时交货都有着 巨 大的现实 意义 参考文献 1 G B 1 5 0 1 9 9 8 钢制压力容器 2 A S M E 第 v 卷压力容器第 册 3 电站压力式除氧器安全技术规定 4 钢制压力容器 一 设计制造与检验 丁伯民 编著 华 东理工大学出版社 9 3 1 收稿 日期 1 9 9 9 0 9一O 7 2简 讯 世界电力工业的发展动 向 世 界电力工业 的发展 动向如下 1 世界发电量增长率继续 下降 2 火 电机组 继 续 向高 参 数 大 容量 发 展 3 家庭和商业用 电比重逐 年增加 4 火 电厂规模和数量不断增 大 5 清洁煤发 电技术 日新月异 6 大型 火 电站 继续 增 加 核 电比重仍 在逐 年增大 7 输变 电和 电网技术有所发展 8 2 0 1 5年世界电力消费将达 l 9 O h 据美国能源部能源信息管理局 E L A 所 发表展望信息 在今后 2 o年 电力将是全球 增长最快 的终 端 能源 到 2 0 1 5年 电力 需求 将增长到 1 9