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 http:/ 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 MP ：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 http:/ 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 http:/ 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 90 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 0 0 0 T W h：(9)化石燃 料 将继 续 主宰 世 界 能源，煤 将依旧作为主要发电燃料，特别是印度和中 国。煤将 占世界发 电燃料 的 3 6，随着天然 气变得日益重要，核电发电量将下降。天然 气所 占比例将从 1 9 9 3年 的 1 6 上升 到 2 0 1 5 年的 2 3。摘 自上海动力设备有限心司怠工程师办套室 信皂简讯 第 2 5期 维普资讯 http:/