化工学报 ›› 2025, Vol. 76 ›› Issue (6): 2638-2651.DOI: 10.11949/0438-1157.20241494
娄嘉诚1(), 常福城2, 刘也铭1, 李志斌1, 李熙1, 李会雄1(
)
收稿日期:
2024-12-24
修回日期:
2025-01-03
出版日期:
2025-06-25
发布日期:
2025-07-09
通讯作者:
李会雄
作者简介:
娄嘉诚(2000—),男,博士研究生,3121103075@stu.xjtu.edu.cn
基金资助:
Jiacheng LOU1(), Fucheng CHANG2, Yeming LIU1, Zhibin LI1, Xi LI1, Huixiong LI1(
)
Received:
2024-12-24
Revised:
2025-01-03
Online:
2025-06-25
Published:
2025-07-09
Contact:
Huixiong LI
摘要:
超超临界锅炉因其高效和低排放特性,在化工领域有着重要应用。水冷壁的瞬态响应特性对超临界机组的安全和高效运行至关重要。通过引入移动边界理论,提出了一种能够统一描述超临界锅炉水冷壁不同工质状态的移动边界模型。模型无须对各种工质状态分开进行建模与求解,一定程度上简化了计算。提出的网格移动方案可实现临界压力点的追踪,与以往采用静态近似的计算方法相比减小了误差,可更为简便、合理地解决各工质状态间的切换问题,继而实现全工况仿真。对1000 MW超超临界锅炉水冷壁的瞬态响应特性进行了动态仿真研究,通过与实验数据进行对比验证了模型的正确性和可靠性。结果表明,在扰动参数阶跃变化幅度相同时,出口压力阶跃变化后重新达到稳态所需的时间偏短,而进口焓值阶跃变化后重新达到稳态所需的时间偏长。在相同的输入扰动条件下,低负荷工况扰动后重新达到稳态所需时间较长,而高负荷时的过渡时间较短。
中图分类号:
娄嘉诚, 常福城, 刘也铭, 李志斌, 李熙, 李会雄. 1000 MW超超临界直流锅炉水冷壁瞬态响应特性的建模与仿真研究[J]. 化工学报, 2025, 76(6): 2638-2651.
Jiacheng LOU, Fucheng CHANG, Yeming LIU, Zhibin LI, Xi LI, Huixiong LI. Modeling and simulation study on transient response characteristics of water wall in 1000 MW ultra-supercritical once-through boiler[J]. CIESC Journal, 2025, 76(6): 2638-2651.
年份 | 作者 | 计算研究对象 | 使用的模型 | 模型的不足 |
---|---|---|---|---|
1989 | 王广军等[ | HG-670/140锅炉 | 集总参数模型 | 无法实现全工况实时仿真 |
1993 | 吕子安等[ | 受热单管 | 集总参数模型 | 无法实现全工况实时仿真 |
2003 | 任挺进等[ | 某锅炉 | 链式结构集总参数模型 | 无法实现全工况实时仿真 |
2010 | 王志刚等[ | 600 MW超临界直流锅炉 | 集总参数模型 | 无法实现全工况实时仿真 |
2014 | 史一涛[ | 660 MW超临界直流锅炉 | 集总参数模型 | 模型不符合实际情况的假设偏多 |
1998 | 范永胜等[ | 600 MW超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型切换时采用静态近似法导致误差增大 |
2001 | 王伟等[ | 某超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型切换时采用静态近似法导致误差增大 |
2012 | 黄永和[ | 600 MW超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型切换时采用静态近似法导致误差增大 |
2014 | Hou等[ | 1000 MW超超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型只能计算出特定条件下热参数的主要趋势 |
2018 | 康英伟等[ | 660 MW超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型切换时采用静态近似法导致误差增大 |
表1 锅炉瞬态响应特性模型的研究现状汇总
Table 1 Summary of research status on transient response characteristics models of boilers
年份 | 作者 | 计算研究对象 | 使用的模型 | 模型的不足 |
---|---|---|---|---|
1989 | 王广军等[ | HG-670/140锅炉 | 集总参数模型 | 无法实现全工况实时仿真 |
1993 | 吕子安等[ | 受热单管 | 集总参数模型 | 无法实现全工况实时仿真 |
2003 | 任挺进等[ | 某锅炉 | 链式结构集总参数模型 | 无法实现全工况实时仿真 |
2010 | 王志刚等[ | 600 MW超临界直流锅炉 | 集总参数模型 | 无法实现全工况实时仿真 |
2014 | 史一涛[ | 660 MW超临界直流锅炉 | 集总参数模型 | 模型不符合实际情况的假设偏多 |
1998 | 范永胜等[ | 600 MW超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型切换时采用静态近似法导致误差增大 |
2001 | 王伟等[ | 某超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型切换时采用静态近似法导致误差增大 |
2012 | 黄永和[ | 600 MW超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型切换时采用静态近似法导致误差增大 |
2014 | Hou等[ | 1000 MW超超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型只能计算出特定条件下热参数的主要趋势 |
2018 | 康英伟等[ | 660 MW超临界直流锅炉 | 移动边界模型 | 模型切换时采用静态近似法导致误差增大 |
负荷工况 | 工作压力/MPa | 质量流速/(t·h-1) | 进口温度/℃ |
---|---|---|---|
100% BMCR | 27.62 | 2980 | 325 |
75% BMCR | 25.01 | 1953 | 297 |
30% BMCR | 12.29 | 885 | 266 |
表2 水冷壁运行参数
Table 2 Operating parameters of water-cooled wall
负荷工况 | 工作压力/MPa | 质量流速/(t·h-1) | 进口温度/℃ |
---|---|---|---|
100% BMCR | 27.62 | 2980 | 325 |
75% BMCR | 25.01 | 1953 | 297 |
30% BMCR | 12.29 | 885 | 266 |
图6 30% BMCR负荷和75% BMCR负荷下扰动参数阶跃变化后热水段长度的响应过程
Fig.6 Response process of hot water section length after step change of disturbance parameters under 30% and 75% BMCR loads
图7 30% BMCR负荷和75% BMCR负荷下扰动参数阶跃变化后入口压力的响应过程
Fig.7 Response process of inlet pressure after step change of disturbance parameters under 30% and 75% BMCR loads
图8 30% BMCR负荷和75% BMCR负荷下扰动参数阶跃变化后出口流量的响应过程
Fig.8 Response process of outlet flow rate after step change of disturbance parameters under 30% and 75% BMCR loads
图9 30% BMCR负荷和75% BMCR负荷下扰动参数阶跃变化后出口工质焓值的响应过程
Fig.9 Response process of enthalpy value of outlet working fluid after step change of disturbance parameters under 30% and 75% BMCR loads
图10 30% BMCR负荷和75% BMCR负荷下扰动参数阶跃变化后出口工质温度与管壁温度的响应过程
Fig.10 Response process of outlet working fluid temperature and pipe wall temperature after step change of disturbance parameters under 30% and 75% BMCR loads
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