[发明专利]一种超超临界锅炉通用水动力计算方法

说明书

本发明公开了一种超超临界锅炉通用水动力计算方法，提出了在计算机上应用的非线性模型组成的流动网络系统法。本计算方法适用于各种锅炉整体布置形式、各种管圈型式、各种燃烧技术、各种质量流速组合方式下的超超临界直流锅炉水动力计算和壁温安全分析。该方法根据水冷壁的结构特点和炉膛热负荷分布将水冷壁简化为由连接管回路、受热回路和压力节点等元件组成的流动网络系统，根据质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程建立流量分配的非线性计算模型。通过对非线性方程组的直接求解，确定各受热回路和连接管中的流量分配及节点压力分布，在此基础上，进行锅炉水冷壁流动和金属壁温安全校验，可以为锅炉的设计和安全校核进行指导计算。

技术领域

本发明属于热能工程领域，涉及超超临界锅炉水冷壁系统的设计和安全性校核。特别涉及一种通用的可以使用到各种形式的超超临界锅炉水冷壁系统的设计和安全性校核方法。

背景技术

超超临界锅炉水冷壁水动力特性研究是超超临界锅炉的关键技术之一，对于水冷壁优化设计和保证锅炉的安全可靠运行具有十分重要的意义。目前水动力计算方法主要包括弦截法计算模型、多项式拟合模型。弦截法采用弦截法求解非线性的动量守恒方程，为二阶收敛。从数学方法来看，因为需要求解方程组的偏导数，计算量较大，只能用于解决简单的回路问题。对工作在相同入口集箱和出口集箱之间的并联回路来说，多项式拟合方法是通过逐步计算，获得同一热负荷下各回路(包括节流元件、局部阻力元件、管子)在不同流量下的压降，得到这些流量下的压降－流量关系。然后，根据已经得到的压降－流量关系，采用多项式拟合的方法，得到压降随流量变化的计算多项式，也即得到了这些并联回路的水动力曲线。根据并联回路“压降相等，流量相加”的原则，可以得到并联管屏的总水动力曲线，并将并联管屏用一根当量管来代替。按照上述方法，水冷壁总是可以简化为由串联回路组成的管路系统，按照串联回路“流量相等，压降相加”的原则，可以得到水冷壁总的水动力曲线，即水冷壁系统总压降与进口流量的关系。最后，采用与上述计算相反的顺序，根据水冷壁入口流量已知这一条件，就可先后求出水冷壁总压降、各串联回路压降、并联管屏中各回路压降与流量等参数。在对并联管屏各回路的水动力曲线进行拟合时，一般采用具有较高精度的切比雪夫方法。但是这种多项式拟合计算模型，只能对简单的串并联回路组合进行计算。在复杂的水冷壁结构时，需要对其进行简化，大大的限制了模型的适用范围，也影响了模型的精度。

为了克服复杂超超临界锅炉的水动力计算的困难，不少学者使用计算机编写过水动力计算程序但是大多针对某一种特定的超超临界锅炉。也有学者提出了“一种锅炉水动力通用设计和校核方法”，这种方法采用部件压力法作为水动力的基本方法，该方法忽略了锅炉水冷壁吸热过程中工质热物性变化对阻力的影响且水冷壁壁温计算。随着现在超超临界锅炉参数的运行参数的提高，水冷壁出口汽温偏差及壁温的安全裕度变的变的越来越小，需要一种可应用于计算机且全方位考虑锅炉水冷壁系统内工质状态变化、系统质量守恒、系统能量守恒和系统动量守恒的通用超超临界锅炉水动力计算方法。

发明内容

本发明的目是克服上述现有方法的不足，提出了在计算机上应用的非线性模型组成的流动网络系统法。本计算方法适用于各种锅炉整体布置形式(П型、塔式、T型)、各种管圈型式(螺旋管圈水冷壁、垂直水冷壁)、各种燃烧技术(切向燃烧方式、墙式燃烧方式、W火焰方式、循环流化床燃烧方式)、各种质量流速组合方式下的超超临界直流锅炉水动力计算和壁温安全分析。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种超超临界锅炉通用水动力计算方法，该方法将水冷壁简化为由连接管、受热回路和节点等元件组成的流动网络系统，根据质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程建立流量分配的非线性计算模型。通过对非线性方程组的求解，确定各受热回路和连接管中的流量分配及节点压力分布，在此基础上，进行锅炉水冷壁流动和壁温安全校验，指导锅炉设计。包括下列步骤：

1)划分回路与管段：