基于启动过程优化的直流炉节能方法研究

基于启动过程优化的直流炉节能方法研究

舒畅 邓荣兵

浙江浙能兰溪发电有限责任公司 浙江省兰溪市 321100

摘要：当前，直流炉已经成为各个电力企业中的主力设备，在直流炉的启动和停止过程中常常会存在干湿状态的转换，造成直流炉燃料出现不必要的浪费，严重影响电力企业的绿色环保发展。对此，通过开展基于启动过程优化的直流炉节能方法研究，建立直流炉炉膛燃烧与流动换热函数，确定在启动过程中直流炉内部温度与燃料消耗的关系；再基于启动过程优化对燃料消耗控制，实现对直流炉的节能效果。通过实验进一步证明，该节能方法与传统节能方法相比能够有效降低直流炉消耗的燃料量，在节约能源的同时，为电力企业带来更高的经济效益。

关键词：启动过程优化；直流炉；节能；换热函数；经济效益

中图分类号:TK229.2文献标识码:A

Study On Energy Saving Method Of Once Through Boiler Based On Start Up Process Optimization

Abstract: At present, once through furnace has become the main equipment in various power enterprises. In the process of starting and stopping the once through furnace, there is often a transition between dry and wet state, which causes unnecessary waste of once through furnace fuel and seriously affects the green environmental protection development of power enterprises. In this regard, through the research on the energy-saving method of once through boiler based on the optimization of start-up process, the function of combustion and flow heat transfer of once through furnace is established, and the relationship between the internal temperature of once through furnace and fuel consumption in the start-up process is determined; then, the energy-saving effect of once through boiler is realized based on the control of fuel consumption based on Optimization of start-up process. Through the experiment, it is further proved that the energy-saving method can effectively reduce the fuel consumption of once through furnace compared with the traditional energy-saving method, and bring higher economic benefits to the power enterprises while saving energy.

Key words: Start up process optimization；Once through furnace；energy conservation；method；

0引言

直流炉与自然循环汽包炉相比，由于缺少汽包结构，因此具有启动和停止用时短的优势，适用于需要进行调峰的电网运行当中。当前随着电力建设的稳步发展，电网容量不断增加，直流炉的调峰任务逐渐加重，因此直流炉在各类复杂工况要求的促使下，需要进行更加频繁的启动和停止动作，使其进行急剧变负荷运动[1]。同时，在调峰的过程中，需要不断促使机组经常在温度变化以交变机械应力的条件下进行运作。因此，如何能够在直流炉使用年限以内，达到多调峰作用，并且保证在启动的过程中具有一定的安全性和高效性是当前该领域研究人员重点研究的问题。对此，本文开展基于启动过程优化的直流炉节能方法研究。

1基于启动过程优化的直流炉节能方法设计

1.1建立直流炉炉膛燃烧与流动换热函数

由于直流炉的能量是随时间进行动态变化的，因此在对直流炉在启动过程中进行节能处理，首先要确定直流炉能量随启动时间变化的变化关系，建立直流炉炉膛燃烧与流动换热函数。函数建立主要针对炉膛部分以及过热器。再热器等内在的受热部分[2]。对内在受热部分建立函数前要先对炉膛内的燃烧情况进行计算，从而获取需要的烟气参数，因此，直流炉炉膛燃烧与流动换热函数共分为两步，先对直流炉燃烧进行计算，再对流动换热进行计算。直流炉炉膛燃烧函数需要将炉膛结构划分为两个计算区域，图1为直流炉炉膛结构分区示意图。

图1 直流炉炉膛结构分区示意图

由图1可知，燃烧器区域即为辐射区域，在该区域中只需要考虑直流炉烟气与炉壁结构的辐射换热，而不需要考虑二者之间的对流换热。而在对流区的炉膛结构其余部分，不仅需要考虑到辐射换热，同时还要考虑到烟气流动而引起的对流换热模式。因此，根据上述分析得出，高温烟气在直流炉入射区域内的放热热平衡方程应如公式（1）所示：

（1）

公式（1）中，表示为直流炉的保热系数；R表示为燃料消耗量大小；W1表示为以每千克燃料作为基准下，送入直流炉炉膛结构内的有效热量值；h表示为在直流炉辐射区域内出口烟气焓值；W2表示为在直流炉辐射区域内火焰与炉壁结构的辐射换热量大小。

对于直流炉内部工质与金属传热系数较大的部位，在计算过程中不可忽视其工质以及金属的温差变化[3]。而对于直流炉的过热器等零部件，不仅需要考虑其温差，同时还要对其金属蓄热的微分方程进行计算，从而获取金属温度随时间的分布情况。直流炉金属蓄热的微分方程为：

（2）

公式（2）中，w1表示为在单位时间内直流炉高温烟气与金属壁的换热量大小；w2表示为在单位时间内直流炉金属壁结构对工质的换热量大小；c表示为直流炉金属材质的比热容；m表示为单位管长的金属质量；表示为直流炉管道的倾斜角度；t表示为时间。根据直流炉内烟气在辐射区域放热的热平衡方程，通过逐次逼近的方法获取在直流炉辐射区域出口处烟气的温度及焓值。在直流炉内部的各个部件的工质参数可以通过对上述方程组成的函数进行求解[4]。根据当前直流炉炉膛结构出口处的烟气参数以及能量守恒定律，得出在单位时间内烟气在直流炉各个部件位置的温度分布，通过温度分布情况，确定直流炉内的燃料消耗。

1.2基于启动过程优化的燃料消耗控制

根据本文上述建立的直流炉炉膛燃烧与流动换热函数得出，直流炉在启动过程中的温度能够影响其燃料消耗量。本文采用汽泵前置泵，在直流炉启动前进行上水，并采用整炉换水的方法将锅炉水质达到热态冲洗标准[5]。首先当直流炉具备进水条件后，加入投氧器装置对其进行加热，并开启汽泵前置泵进行循环。当除氧器周围水温达到55°C~75°C范围内时，高侧水走旁路，并将汽泵前置泵开启，在出口处准备上水。再开启直流炉给水平台主给水电动门向直流炉内上水[6]。对于直流炉启动过程中的抽真空及油封设备，本文采用辅汽联箱汽源冲动一组汽动给水泵组，将其转速提高到750r/min，保持暖机时间为35min。再利用汽泵出处的压力对直流炉进行上水[7]。当直流炉的旁路开启后，直流炉中的水分蒸发量逐渐增加，汽泵处理无法满足直流炉的供水需求后，将汽泵组的转速提高到2500r/min，再对直流炉进行供水，从而保障在直流炉开启过程中，气温都始终保持在一定范围内，降低由于温度升高造成的燃料消耗增加，从而实现对直流炉的节能效果。

2实验论证分析

本文提出的基于启动过程优化的直流炉节能方法在实际应用前需要进行实用性验证。将某电力企业的锅炉由点火到达最小直流负荷这一阶段的冷态启动过程作为仿真实验对象，利用本文提出的基于启动过程优化的直流炉节能方法进行模拟实验，比较在启动过程中燃料量、高压旁路阀门开度以及给水质量流量均相同的情况下，本文方法与传统方法对直流炉的节能情况。并根据实验结果绘制本文方法与传统方法在直流炉启动过程中燃料量随时间的变化曲线对比图。

图2 两种方法燃料量随时间的变化曲线

由图2可以看出，本文方法在对直流炉启动过程优化后，消耗的燃料量明显小于传统方法消耗的燃料量，在600min时本文方法中直流炉燃料量消耗为38.24t/h；传统方法中直流炉燃料量消耗为75.38t/h，节省将近一半燃料量。以此，通过对比实验证明，本文提出的基于启动过程优化的直流炉节能方法可以有效对直流炉在启动过程中燃料进行控制，实现节能效果，为电力企业的可持续发展提供条件。

3结束语

本文通过对直流炉在启动过程中的实际情况，对其燃料的消耗进行可控制。通过本文提出的节能方法一方面减少了燃料的消耗，解决了直流炉在启动过程中各类消耗品的用量。更重要的是，可以有效保障直流炉在运行过程中的稳定性。在后续的研究中还将对直流炉所在的机组进行更加深入的研究，从机组启动的节能及安全运行策略角度，保障电力企业的节能减排以及安全运行。

参考文献

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