基于管网计算理论的余热锅炉水动力性能计算方法及其工程应用浙江大学钟崴研讨.ppt

锅炉水动力计算的经典图解法原理 余热锅炉水动力性能设计的难点 余热锅炉的新型结构层出不穷，回路形式往往不是“经典结构”，而多回路复杂嵌套的复杂结构形式难以用图解法求解； 微倾斜管、W型蒸发受热面的循环特性安全性； 强制循环余热锅炉的节流圈设计问题； 操作工况复杂热负荷变动大（启动过程、工艺操作周期性波动），热负荷分布不均匀性等问题需要认真研究。 复杂模型的计算参数众多，一些软件能够进行计算，但建模和结果显示不直观，一旦发生差错，查错会“焦头烂额”。 特大型垃圾锅炉水动力计算 余热锅炉热负荷不均匀性研究案例 应用1：水平蛇形管蒸发受热面的水动力特性分析 应用1：水平蛇形管蒸发受热面的水动力特性分析 应用2：集箱系统并联管组流量分配不均匀性分析 应用2：集箱系统并联管组流量分配不均匀性分析 * HP template * 基于管网计算理论的余热锅炉水动力性能设计 浙江大学 能源工程学系 钟 崴 副教授 博士 zhongw@ http://www.E * 项目背景 水动力计算 用于分析汽水工质在锅炉内的流动及循环特性，进而确定锅炉的水动力安全性。 课题来源 “十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAF01A46-8)“面向发电设备、汽车行业的分析仿真与集成管理平台的研究与开发”的子课题 。 课题目标 研发能够支持各种复杂水动力结构形式锅炉设计的通用锅炉水动力计算系统。应用通用锅炉水动力计算系统，分析、研究锅炉水动力性能设计当中的关键技术问题。 传统图解法在求解存在多回路嵌套关联的复杂系统时往往难以直接求解，而不得不进行简化处理，致使计算精度难以保证。 * 基于管网计算理论的水动力性能计算 将锅炉理解为“空间立体受热管网”。 借鉴城市自来水、燃气等水平型、不受热管网计算问题的求解思路，解决锅炉水动力计算问题。研发“建模+求解”式的通用型锅炉水动力计算系统。 城市自来水、燃气管网 锅 炉 城市管网计算理论 * 系统功能界面(1) * 系统功能界面(2) * 成果主要应用单位 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 无锡华光锅炉股份有限公司 杭州锅炉集团有限公司 济南锅炉集团有限公司 太原锅炉集团有限公司 四川川润动力股份有限公司 唐山信德锅炉集团有限公司 江苏太湖锅炉股份有限公司 无锡太湖锅炉有限公司 无锡华光工业锅炉股份有限公司 南通万达锅炉股份有限公司 长沙锅炉厂有限责任公司 湘潭锅炉有限责任公司 中国国电集团 宝钢工程技术集团有限公司 中国瑞林工程技术有限公司 内蒙古电力科学研究院 江西江联能源环保股份有限公司 江苏申港锅炉股份有限公司 安徽金鼎锅炉集团有限公司 无锡锡能锅炉股份有限公司 无锡东马锅炉有限公司 中船重工第七〇三研究所 武汉特种锅炉有限责任公司 广州广重企业集团有限公司 …… 关键技术：水动力计算的模型 锅筒、集箱、分汇等被抽象为“节点 V”，连接任意两个节点的存在阻力损失的流程被抽象为“阻力区段 E”，建立以“有向流程图”表达的锅炉水动力计算模型，基于管网计算理论，提出了“基于环路平差流量调节的锅炉水动力计算通用算法” ，具有优良的通用性，可求解任意复杂串并联回路。 计算模型 节点 区段 阻力部件1 阻力部件n …… 关键技术：水动力计算的模型 计算模型是由“节点”和“阻力区段”相互衔接组成的。其中，“阻力区段”又是由若干个阻力部件相互串联组成。 关键技术：算法理论基础 节点流量守恒原理： v1：q=q1+q2 v2：q1=q4 v3：q3=q2 v4：q=q3+q4 回路能量守恒原理： I：ΔP1+ ΔP4= ΔP2 + ΔP3 锅炉水动力系统与电路系统的相似性 1845年，德国人G.R.基尔霍夫提出基尔霍夫第一定律(节点流量守恒)和基尔霍夫第二定律(回路电压代数和为零)。 关键技术：水动力计算的模型及算法 管网平差：初始未平衡状态的流量分配不能使所有环路满足能量守恒，环路上存在闭合差。通过迭代矫正流量，逐步缩减闭合差达到整个管网能量的守恒，得到同时满足连续性(节点)方程组和能量（环）方程组的水动力解。 精细调节阶段的流量矫正算法： 粗略调节阶段的流量矫正算法： * 关键技术：“建模+求解”的技术方案 采用“模块化”、“积木式”的系统研发思路，让系统使用人员自由组合搭建计算模型。研究通用模型的统一求解算法，由一套计算系统完成千变万化、不同类型锅炉的水动力计算工作。 * 关键技术：水动力计算软件模型 任意结构形式锅炉水动力计算的统一软件表达模型 区段 节点 阻力部件 接头 集箱 锅筒 弯头 水泵 管段 * 技术指标：系统通用性 锅炉炉型：室燃锅炉（煤粉室燃炉、高炉煤气锅炉、天然