锅炉及锅炉系统仿真

锅炉、锅炉系统及仿真

一、锅炉

锅炉是把化学能转换成热能，为生产和生活提供合格蒸汽或热水的设备。

汽机：热能→机械能

发电机：机械能→电能

分类

●按用途：电站锅炉，工业锅炉

●按燃烧方式：层燃炉，室燃炉，旋风炉

●按燃料：燃煤炉，燃油炉，燃气炉

●按工质流动特性：自然循环锅炉，强制循环锅炉，直流锅炉

●按锅炉容量：小、中、大容量锅炉，或小、中、大型锅炉

●按蒸汽参数：低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界锅炉

工业锅炉：压力0.7~3.9MPa 容量0.1~35t/h或更大

亚临界及以下电站锅炉：压力 2.5~17.5MPa 容量20~2008t/h

从电功率看：

3MW： 2.5MPa, 400℃20t/h

6MW： 3.9MPa, 450℃35t/h

12MW： 3.9MPa, 450℃65t/h

25MW： 3.9MPa, 450℃130t/h

50MW：9.9MPa, 540℃220t/h

100MW：9.9MPa, 540℃410t/h

125MW：13.8MPa, 540℃420t/h

200MW：13.8MPa, 540℃670t/h

300MW：16.8MPa, 540℃1025t/h

300MW：17.5MPa, 540℃1025t/h

600MW：17.5MPa, 540℃2008t/h

习惯上，蒸汽压力 1.4MPa以下，为低压锅炉； 2.6MPa为次中压锅炉；

3.9MPa为中压锅炉；9.9MPa为高压锅炉；13.8MPa为超高压锅炉；

16.8~17.5MPa亚临界压锅炉；22.19MPa(临界压力)以上为超临界压力锅炉。

图一和图二分别简单介绍火力发电厂的生产流程和电站锅炉

二、锅炉系统

锅炉系统是完成一定生产功能的设备的组合；仿真工作中划分系统时还考虑建模和流网计算的特点。

电厂的锅炉一般可分为如下系统：

●过热蒸汽系统

●再热蒸汽系统

●汽包和蒸发系统

●二次风系统

●送风机液压油、润滑油系统

●一次风系统

●烟气系统

●省煤器系统

●空气预热器系统

●制粉系统

●磨煤机润滑油系统

●燃油及雾化蒸汽系统

●底部加热(蒸汽推动)系统

●炉内燃烧系统及火焰检测系统

●压缩空气系统

●锅炉疏水及排污系统

●吹灰系统

现在的仿真锅炉一般可分为如下系统：●风烟系统

●蒸汽系统

●燃油系统

●燃油的雾化蒸汽系统

●底部加热(蒸汽推动)系统

●锅炉排污系统

●送风机液压油、润滑油系统

●磨煤机润滑油系统

●吹灰系统

●压缩空气系统

●火焰检测系统

三、锅炉的仿真

仿真或模拟，英语：emulate，simulate 模仿，仿效，模拟，仿真，伪装

美国国防部关键技术计划中定义：仿真是一个模型或一套模型的形成和运行。可见，仿真和建模密不可分。

计算机仿真或数字仿真最早应用于欧美国家的游戏行业，它的历史几乎伴随着计算机的发展史。核电和火电的数字仿真始于上世纪60年代，大规模应用则在70年代及以后。

锅炉的数字仿真，就是建立与锅炉有关的各种设备，如汽包、水冷壁、下降管、过热器、再热器、省煤器、空气预热器、炉膛、燃烧器、磨煤机、给煤机、风机、管道、阀门等等的数学模型，并用它们组成锅炉的各个系统，最后使这些系统在一定的计算平台上运行(包括输入合适的数据进行预处理，以确定它们的常数和初值)。模型的运行还涉及流体网络的计算和仿真支撑平台等内容。

下面以对流过热器为例介绍我们现在使用的图形化自动建模条件下对流过热器模块的建立过程：

●分析对象：过热器分为辐射过热器、半辐射半对流过热器、对流过热器；

它们的作用是使蒸汽受热升温，达到一定的过热度。

●工作原理：高温烟气流过对流过热器表面，把热量传导给金属，金属再

把热量传给流过的蒸汽。

●计算任务

已知：入、出口蒸汽压力、烟气压力，蒸汽流量、烟气流量，入口蒸汽

温度、烟气温度等参数，及过热器的金属质量、容积等结构参数 求解：出口烟温，出口汽温，金属温度

比较： ①设计计算是已知过热器的入、出口热工参数，求取其结构参

数，其传热系数的计算复杂；

②仿真计算是已知过热器的额定入、出口参数和结构参数，求

取其出口参数，其传热系数的计算简单。

● 建立数学模型

1、用数学公式描述传热过程

烟气热平衡方程

)(21'11y y y t t GC K Q -=

其中 1Q ── 烟气放热量

'1K ── 烟气放热量的修正系数

G ── 烟气流量 y C c ── 烟气比热容

21,y y t t ── 过热器进、出口烟气温度

烟气对金属对流放热方程

)(11j y n t t G K Q -=

其中 1K ── 烟气对金属的对流放热系数

y t ── 烟气的计算温度 j t ── 金属的计算温度

n ── 依流动情况而定的常数，

管外流动取0.65, 管内流动取0.8。这里取0.65

假设y t 为进、出口烟气温度21,y y t t 的平均温度，则可由上二式求得烟气的出口温度