锅炉后屏过热器的分布式动态模型及壁温计算

摘要

锅炉的过热器是锅炉热力系统中的组成部分，而后屏过热器又是过热器的主要部件之一，其一般布置在炉膛上部，长期受到高温烟气的冲刷和辐射。换热状况比较恶劣。经常出现超温爆管的现象，为了能够尽可能避免这种现象的出现，必须要知道后屏过热器管屏的金属壁温和管内工质的状态参数的二维分布。这就要求我们建立详细的锅炉后屏过热器分布式动态数学模型。 本文首先介绍了国内外学者在锅炉热力系统建模与仿真方面的研究现状。作为建立模型的前提工作，本文还介绍了关于热力系统建模与仿真的一些基本知识，如建模与仿真的理论基础、建模的基本方法、分布参数模型和集总参数模型和建模与仿真的基本步骤。 为了更好地了解后屏过热器运行的安全性和管子使用寿命，本文建立了后屏过热器中单独一片屏的动态数学模型，其中包括以下几个子模型：烟气侧模型、蒸汽侧和金属管壁的数学模型、流量计算模型和壁温计算模型。 通过建立的动态数学模型，编制计算程序用于仿真计算。以一台300MW控制循环锅炉的后屏过热器为仿真对象，给出其稳态情况下各管蒸汽流量分布；管内蒸汽状态参数、管子外壁温度和管子灰污层温度的二维分布。根据模型的一些关键参数计算值与设计值的比较，证明了模型具有较好的精度。在此基础上，模拟了蒸汽流量、管子入口蒸汽温度和管外烟气侧换热量变化时管内蒸汽温度的变化过程。对仿真结果进行了分析，基本上正确反映了后屏过热器的动态特性；然后通过对管子金属的外壁温度的计算，指出屏内金属管壁最容易发生超温爆管现象的具体部位，给出解决问题的一些方案。 最后，对本文所做的工作进行比较细致的总结，提出了进一步研究的建议和构想。