技术领域
[0001] 本
发明属于锅炉启动领域，具体涉及一种超临界锅炉的启动计算方法及系统。
背景技术
[0002] 超临界机组上装设锅炉启动系统和汽机旁路系统，能够大大提高超临界机组的灵活性及经济效益。如何根据用户的投资情况和电厂运行模式设计最佳的锅炉启动系统，使得启动期间
热损失最小；锅炉启动时应采取什么样的升压曲线，才能使厚壁元件的热应
力以及
过热器、再热器等金属壁面
温度在
许可范围内。满足以上条件的同时，运行人员还需要知道升压曲线与燃烧率曲线的匹配关系才能使得锅炉按照预定的升压曲线进行升压。解决上述问题的
基础是研究开发能够准确模拟锅炉启动过程的计算方法。现有计算方法多只适用于锅炉在稳态运行点附近有微小变化时的动态特性计算，用于启动过程计算时误差较大。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种超临界锅炉的启动计算方法及系统，以克服上述
现有技术存在的
缺陷，本发明能对不同锅炉启动系统布置型式进行计算比较，为用户提供最佳的锅炉启动系统。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] 一种超临界锅炉的启动计算方法，包括以下步骤：
[0006] 1)
炉膛燃烧计算：将炉膛分为
辐射换热区与辐射
对流区两个部分，分别对两个部分进行计算，得到不同燃烧率下炉膛出口烟气温度、炉膛吸热百分比和烟气
比热；
[0007] 2)锅炉受热面换热计算：在对锅炉启动过程中受热面中管内工质侧与管外烟气侧流动
传热特性进行分析简化的基础上，采用考虑热力参数随
位置坐标变化的分布参数模型，根据
质量守恒方程、动量守恒方程、
能量守恒方程、金属蓄热方程及补充方程建立启动过程中工质温度、压力、
焓值、受热面金属温度及烟气温度变化规律的数学模型，并进行求解。
[0008] 进一步地，所述辐射换热区为炉膛底部至
燃烧器之间的区域，其传热方式为辐射换热，不考虑烟气与炉壁的对流换热；所述辐射对流区为辐射换热区以上直至炉膛出口的部分，该区内火焰与
水冷壁的传热以辐射换热为主，同时考虑烟气流动引起的对流换热。
[0009] 进一步地，步骤1)中对辐射换热区进行计算，包括：
[0010] 辐射换热区内火焰和炉壁的辐射换热量为：
[0011]
[0012] 火焰和辐射换热区出口截面间的辐射换热量为：
[0013]
[0014] 高温烟气在辐射换热区放热的热平衡方程为：
[0015]
[0016] 在以上三式中，Cs为火焰和炉壁的辐射换热系数，εf为总辐射率，辐射换热区炉壁换热面积Afw＝2(W+D)Lf+W·D，辐射换热区出口换热面积AI＝W·D，W为炉宽，D为炉深，Lf为辐射换热区高度，x为火焰对炉壁的
角系数，μ为火焰—气体辐射交换比，Tf与Tw分别为辐射换热区内火焰温度与炉壁温度，为考虑
散热损失后辐射换热区的保热系数，Bj为计算
燃料消耗量，Ql为以一公斤计算燃料为基准送入炉膛的有效热量，hfo为辐射换热区出口烟气焓值；
[0017] 根据高温烟气在辐射换热区放热的热平衡方程，通过逐次逼近法即可计算得到辐射换热区出口烟气的温度和焓值。
[0018] 进一步地，步骤1)中对辐射对流区进行计算，包括：
[0019] 根据辐射换热区出口截面的辐射热流量为QI计算进入辐射对流区的总热流为：
[0020] Qri＝Yghfo+QI
[0021] 烟气和炉壁间的辐射换热量为：
[0022] Qrw＝αrArwx1Δθ
[0023] 烟气和辐射对流区出口截面间的辐射换热量为：
[0024] QII＝αrAIIx2Δθ
[0025] 以上三式中，平均传热温压Δθ表示为：
[0026]
[0027] 总换热量为：
[0028] Qr＝Qrw+QII+Qc
[0029] 因此炉膛出口的热流为：
[0030] Qro＝Qri-Qr
[0031] 相应的出口烟气焓为：
[0032]
[0033] 由烟气温度与焓的对应关系确定炉膛出口烟温θro后，即可按下式求得炉膛吸热百分比和烟气比热：
[0034] 炉膛吸热百分比为：
[0035]
[0036] 烟气比热为：
[0037]
[0038] 其中：hfo为辐射换热区出口烟气焓，αr为辐射对流区烟气和炉壁的辐射换热系数，Δθ为平均传热温压，θf为辐射对流区内火焰温度，θro为炉膛出口烟气温度，θw为辐射对流区内炉壁温度，x1为烟气对炉壁的角系数，辐射对流区炉壁换热面积Arw＝2(W+D)Lr，其中Lr为辐射对流区长度，x2为烟气对辐射对流区出口截面的角系数，辐射对流区出口换热面积AI＝AII，αc为对流换热系数，Aw为对流换热面积，Q为进入炉膛的总热量，θad为绝热燃烧温度。
[0039] 进一步地，步骤2)中在推
导管内工质与传热规律时，作以下基本假设：
[0040] a)假设并联管热力水力均匀，用一根受
热管表示所有平行并联
管束的受热和流动情况；
[0041] b)壁面沿周界的内外侧均匀地吸热或放热；
[0042] c)考虑到金属管壁很薄，因此不考虑金属壁的径向热阻，而沿金属轴向的热阻为无穷大；
[0043] d)介质与金属壁只在径向方向进行换热，而不考虑轴向换热；
[0044] e)在同一截面内工质温度和速度分布是均匀的，并且管内介质只沿轴向流动，无内部环流。
[0045] 进一步地，基于以上假设，质量连续方程表示为：
[0046]
[0047] 式中：M—工质流量，kg/s；
[0048] l—流动方向坐标，m；
[0049] F—管道横截面积，m2；
[0051] t—时间，s；
[0052] 能量守恒方程：
[0053]
[0054] 式中：q2—单位时间单位长度管壁对工质传热量，W/m；
[0055] h—工质焓值，J/kg；
[0056] mw—单位管长中工质质量，mw＝ρF，kg/m；
[0057] 由于dh＝cwdθ，能量守恒方程还能够表示为：
[0058]
[0059] 式中：cw—工质比
热容，J/(kg K)；
[0060] θ—工质温度，℃；
[0061] 动量守恒方程：
[0062]
[0063] 式中：u—工质流速，m/s；
[0064] p—工质压力，Pa；
[0065] β—管子倾角，rad；
[0066] fp—单位管长摩擦压降，Pa；
[0067] 计算过程中考虑单位长度金属管壁的热平衡，得到金属蓄热方程：
[0068]
[0069] 式中：mM—单位管长金属质量，kg/m；
[0070] cM—金属比热容，J/(kg K)；
[0071] θM—金属温度，℃；
[0072] q1—单位时间烟气对单位长度金属管壁的传热量，W/m；
[0073] q2—单位时间单位长度金属管壁对工质的传热量，W/m；
[0074] q1、q2分别根据烟气侧及工质侧对流传热方程确定：
[0075] q1＝αGF1(θG-θM)
[0076] q2＝αF2(θM-θ)
[0077] 式中：αG—烟气对金属管壁换热系数，W/(m2K)；
[0078] α—工质对流换热系数，W/(m2K)；
[0079] F1—单位管长金属管壁外表面积，m2；
[0080] F2—单位管长金属管壁内表面积，m2；
[0081] θG—烟气温度，℃。
[0082] 对给水箱、给水管道、省
煤器、水冷壁部件管壁金属温度，由于这些部件中工质对金属内壁的换热系数很大，所以认为金属温度与工质温度相同，而对
过热器、再热器部件金属温度，则必须考虑工质温度与金属温度的不同，并通过求解考虑金属蓄热的金属壁温所遵循的微分方程获得启动过程不同时刻的受热面金属温度，对锅炉各处烟气参数，根据当前计算时层燃烧率计算该时刻炉膛出口的烟气流量、温度、比热容参数，而该时刻烟气在过热器、再热器及省煤器部件处的温度分布由烟气所满足的能量守恒方程解出，烟气流量、比热容则认为和炉膛出口相同。
[0083] 一种实现上述方法的超临界锅炉的启动计算系统，包括：
[0084] 燃烧模
块：用于计算不同燃烧率下的炉膛燃烧的炉膛出口烟气温度、烟气量和烟气比热及炉膛吸热百分比；
[0085] 输入模块：用于读入数据文件，所述数据文件包括锅炉总体结构及各部件的详细结构尺寸，启动初始时刻锅炉各处工质、烟气热力参数分布及启动过程的设定值；
[0086] 几何计算模块：用于根据数据文件中数据，对锅炉各部件结构尺寸进行计算得到计算这些部件流动传热时所需要的几何参数；
[0087] 流动换热计算主模块：用于对启动过程中不同时层锅炉启动系统各个部件流动传热情况及汽机冲转后
蒸汽在高压缸中的焓降进行计算；
[0088] 燃烧计算模块：用于根据汽水分离器的运行方式对水冷壁进口工质流量以及省煤器中工质流量进行计算，然后计算当前时层燃烧率所对应的炉膛吸热百分比、烟气流量、炉膛出口烟气温度及比热容，最后计算当前时层燃烧率下炉膛吸热量与100％燃烧率时炉膛吸热量的比值；
[0089] 水流计算模块：用于计算给水箱至省煤器间锅炉部件流动传热，并根据质量守恒原理，当前计算时层水冷壁入口给水流量；
[0090] 水冷壁计算模块：用于计算水冷壁工质焓、压力分布及汽水分离器疏水焓；
[0091] 第一过、再热器计算模块：用于计算没有蒸汽由汽水分离器流入过热器系统时的过热器系统合再热器系统烟气、工质流动传热及金属管壁温度分布；
[0092] 第二过、再热器计算模块：用于计算有蒸汽由汽水分离器流入过热器系统时过热器系统和再热器系统工质、烟气流动传热、金属管壁温度分布及从点火时刻至计算时层的工质损失、热量损失。
[0093] 进一步地，燃烧模块中计算得到的不同燃烧率下的炉膛燃烧的炉膛出口烟气温度、烟气量和烟气比热及炉膛吸热百分比，连同输入的恒定燃烧率的数值和起止时间构成了燃烧计算模块调用的燃烧数据输入值。
[0094] 进一步地，几何计算模块中计算的几何参数包括锅炉各部件每个计算网格对应的管子内、外表面积、容积及金属质量。
[0095] 进一步地，水流程计算模块中根据质量守恒原理，当前计算时层水冷壁入口给水流量Yfw为：
[0096] Yfw＝Ycy-Yxh+YBP+Yp(1)+Yp(2)+Yp(3)
[0097] 式中：Ycy——除
氧器水箱出口流量，kg/s；
[0098] Yxh——当前计算时层汽水分离器疏水再循环流量，kg/s；
[0099] YBP——上一计算时层高压旁路
阀喷水量，在第一过、再热器计算模块中确定，kg/s；
[0100] YP(1)、YP(2)、YP(3)——上一计算时层过热器及再热器各喷水点喷水量，kg/s。
[0101] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0102] 本发明开发了能够模拟锅炉冷态、温态、热态启动过程的计算方法，该方法能对不同锅炉启动系统布置型式进行计算比较，为用户提供最佳的锅炉启动系统，同时该方法可计算启动期间各个时刻锅炉不同部件金属温度分布，以及流经各部件的内外工质温度、焓值分布，综合考虑启动过程工质和热量损失情况，为电厂运行人员提供从锅炉点火到最小直流负荷之间的最佳启动曲线。
[0103] 本发明系统能正确模拟直流锅炉的启动过程，锅炉启动时间越短，启动
费用及启动期间热损失越少，但过快的启动会在集箱及汽水分离器等厚壁元件中引起过大的热
应力，借助于启动计算系统、厚壁元件
热应力及寿命分析程序便可为运行人员提供最佳的锅炉升压及相应的燃烧率变化曲线，从而在保证设备安全的前提下，以最短的时间完成启动过程，最大程度的节省启动费用及减少启动期间工质及热量损失。
附图说明
[0104] 图1为本发明主程序与主要子程序调用关系图；
[0105] 图2为本发明实施案例中冷态启动燃烧率与给水流量变化曲线；
[0106] 图3为本发明实施案例中冷态启动主
蒸汽压力与高压旁路阀开度变化曲线；
[0107] 图4为本发明实施案例中冷态启动汽水分离器储水罐压力变化曲线；
[0108] 图5为本发明实施案例中冷态启动屏式过热器进出口工质温度变化曲线；
[0109] 图6为本发明实施案例中冷态启动末级过热器出口管壁温度变化曲线；
[0110] 图7为本发明实施案例中冷态启动低温过热器出口管壁温度变化曲线。
具体实施方式
[0111] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0112] 一种超临界锅炉的启动计算方法，步骤如下：
[0113] 1)炉膛燃烧计算：为了计算启动过程中不同燃烧率下炉膛出口烟气温度、流量、密度与比热等参数，将炉膛分为辐射换热区与辐射对流区两个部分。其中辐射换热区为炉膛底部至燃烧器之间的区域，其传热方式为辐射换热，不考虑烟气与炉壁的对流换热。辐射对流区为辐射换热区以上直至炉膛出口的部分，该区内火焰与水冷壁的传热以辐射换热为主，同时还必须考虑烟气流动引起的对流换热。
[0114] 辐射换热区内火焰和炉壁的辐射换热量为：
[0115]
[0116] 火焰和辐射换热区出口截面间的辐射换热量为：
[0117]
[0118] 高温烟气在辐射换热区放热的热平衡方程为：
[0119]
[0120] 在以上三式中，Cs为火焰和炉壁的辐射换热系数，εf为总辐射率，辐射换热区炉壁换热面积Afw＝2(W+D)Lf+W·D，辐射换热区出口换热面积AI＝W·D，W为炉宽，D为炉深，Lf为辐射换热区高度，x为火焰对炉壁的角系数，μ为火焰—气体辐射交换比，Tf与Tw分别为辐射换热区内火焰温度与炉壁温度， 为考虑散热损失后辐射换热区的保热系数，Bj为计算燃料消耗量，Ql为以一公斤计算燃料为基准送入炉膛的有效热量，hfo为辐射换热区出口烟气焓值。
[0121] 根据高温烟气在辐射换热区放热的热平衡方程，通过逐次逼近法便可计算得到辐射换热区出口烟气的温度和焓值。
[0122] 辐射对流区出口(炉膛出口)烟气温度的计算：
[0123] 通过辐射换热区出口截面的辐射热流量为QI，因此进入辐射对流区的总热流为：
[0124] Qri＝Yghfo+QI
[0125] 烟气和炉壁间的辐射换热量为：
[0126] Qrw＝αrArwx1Δθ
[0127] 烟气和辐射对流区出口截面间的辐射换热量为：
[0128] QII＝αrAIIx2Δθ
[0129] 烟气和炉壁间的对流换热量为：
[0130] Qc＝αcAwΔθ
[0131] 以上三式中，平均传热温压Δθ可表示为：
[0132]
[0133] 总换热量为：
[0134] Qr＝Qrw+QII+Qc
[0135] 因此炉膛出口的热流为：
[0136] Qro＝Qri-Qr
[0137] 相应的出口烟气焓为：
[0138]
[0139] 由烟气温度与焓的对应关系确定炉膛出口烟温θro后，即可按下式求得炉膛吸热百分比和烟气比热：
[0140] 炉膛吸热百分比为：
[0141]
[0142] 烟气比热按下式计算：
[0143]
[0144] 其中：hfo为辐射换热区出口烟气焓，αr为辐射对流区烟气和炉壁的辐射换热系数，Δθ为平均传热温压，θf为辐射对流区内火焰温度，θro为炉膛出口烟气温度，θw为辐射对流区内炉壁温度，x1为烟气对炉壁的角系数，辐射对流区炉壁换热面积Arw＝2(W+D)Lr，其中Lr为辐射对流区长度，x2为烟气对辐射对流区出口截面的角系数，辐射对流区出口换热面积AII＝AI，αc为对流换热系数，Aw为对流换热面积，Q为进入炉膛的总热量，θad为绝热燃烧温度。
[0145] 2)锅炉受热面换热计算：在对锅炉启动过程中给水箱、给水管道、省煤器、水冷壁、屏式过热器、对流过热器、再热器等受热面中管内工质侧与管外烟气侧流动传热特性进行分析简化的基础上，采用考虑热力参数随位置坐标变化的分布参数模型，根据质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、金属蓄热方程及一些补充方程建立了描述启动过程中工质温度、压力、焓值、受热面金属温度及烟气温度变化规律的数学模型及求解方法。
[0146] 在推导管内工质与传热规律时，作以下基本假设：
[0147] 1、假设并联管热力水力均匀，用一根受热管表示所有平行并联管束的受热和流动情况；
[0148] 2、壁面沿周界的内外侧均匀地吸热或放热；
[0149] 3、考虑到金属管壁很薄，因此不考虑金属壁的径向热阻(即壁的内、外层之间无温差)，而沿金属轴向的热阻为无穷大；
[0150] 4、介质与金属壁只在径向方向进行换热，而不考虑轴向换热；
[0151] 5、在同一截面内工质温度和速度分布是均匀的，并且管内介质只沿轴向流动，无内部环流。
[0152] 基于以上假设可得：
[0153] 质量连续方程：
[0154]
[0155] 式中：M—工质流量，kg/s；
[0156] l—流动方向坐标，m；
[0157] F—管道横截面积，m2；
[0158] ρ—工质密度，kg/m3；
[0159] t—时间，s。
[0160] 能量守恒方程：
[0161]
[0162] 式中：q2—单位时间单位长度管壁对工质传热量，W/m；
[0163] h—工质焓值，J/㎏；
[0164] mw—单位管长中工质质量，mw＝ρF,kg/m；
[0165] 利用dh＝cwdθ，能量守恒方程还有一种形式：
[0166]
[0167] 式中：cw—工质比热容，J/(kg K)；
[0168] θ—工质温度，℃。
[0169] 动量守恒方程：
[0170]
[0171] 式中：u—工质流速，m/s；
[0172] p—工质压力，Pa；
[0173] β—管子倾角，rad；
[0174] fp—单位管长摩擦压降，Pa。
[0175] 计算过程中还应考虑单位长度金属管壁的热平衡可以得到金属蓄热方程：
[0176]
[0177] 式中：mM—单位管长金属质量，kg/m；
[0178] cM—金属比热容，J/(kg K)；
[0179] θM—金属温度，℃；
[0180] q1—单位时间烟气对单位长度金属管壁的传热量，W/m；
[0181] q2—单位时间单位长度金属管壁对工质的传热量，W/m。
[0182] q1、q2可以分别根据烟气侧及工质侧对流传热方程确定：
[0183] q1＝αGF1(θG-θM)
[0184] q2＝αF2(θM-θ)
[0185] 式中：αG—烟气对金属管壁换热系数，W/(m2K)；
[0186] α—工质对流换热系数，W/(m2K)；
[0187] F1—单位管长金属管壁外表面积，m2；
[0188] F2—单位管长金属管壁内表面积，m2；
[0189] θG—烟气温度，℃。
[0190] 对给水箱、给水管道、省煤器、水冷壁等部件管壁金属温度，由于这些部件中工质对金属内壁的换热系数很大，可以认为金属温度与工质温度相同。而对过热器、再热器等部件金属温度，则必须考虑工质温度与金属温度的不同，并通过求解考虑金属蓄热的金属壁温所遵循的微分方程获得启动过程不同时刻的受热面金属温度。对锅炉各处烟气参数，根据当前计算时层燃烧率计算该时刻炉膛出口的烟气流量、温度、比热容等参数，而该时刻烟气在过热器、再热器及省煤器等部件处的温度分布由烟气所满足的能量守恒方程解出，烟气流量、比热容则认为和炉膛出口相同。
[0191] 参见图1，在建立启动过程工质侧与烟气侧热力参数变化数学模型并进行正确求解的基础上，根据超临界锅炉配备的启动系统的结构特点及汽机旁路系统的运行特性，利用上述计算模型及解法，再加上对启动过程中其他一些现象的数学描述及求解，开发能够模拟锅炉冷态、温态、热态启动过程的
计算机程序。
[0192] 该程序采用FORTRAN语言编写，采用模块化结构，主要包含燃烧模块、输入模块、几何计算模块、流动换热计算主模块、燃烧计算模块、水流程计算模块、水冷壁计算模块、第一过、再热器计算模块以及第二过、再热器计算模块等。在一些模块中，还对一些重要的数据设置了自检功能，一旦这些数据的输入值或者计算值超出程序的允许范围，则显示错误信息。程序计算结果文件中数据量较大，不利于结果文件绘图和程序调试，为此还建立了存储某一种或某几种参数计算结果和启动时间的数据文件，如建立汽水分离器储水罐压力和启动时间、过再热器进出口温度和启动时间、主蒸汽温度、压力和启动时间的数据文件等。
[0193] 重复相应计算步骤，当锅炉负进入直流状态后，启动过程模拟计算结束，返回主程序。
[0194] 1.燃烧模块：燃烧模块的任务是计算不同燃烧率下的炉膛燃烧的炉膛出口烟气温度、烟气量和烟气比热及炉膛吸热百分比，连同输入的恒定燃烧率的数值和起止时间构成了子程序燃烧计算模块调用的燃烧数据输入文件。
[0195] 2.输入模块：输入模块的任务是读入数据文件，该数据文件中包括锅炉总体结构及各部件的详细结构尺寸，启动初始时刻锅炉各处工质、烟气热力参数分布及启动过程一些设定值。
[0196] 3.几何计算模块：几何计算模块根据数据文件中数据，对锅炉各部件结构尺寸进行计算以得到计算这些部件流动传热时所需要的几何参数。这些几何参数主要包括各部件每个计算网格对应的管子内、外表面积、容积及金属质量等。
[0197] 4.流动换热计算主模块：流动换热计算主模块的任务是对启动过程中不同时层锅炉启动系统各个部件流动传热情况及汽机冲转后蒸汽在高压缸中的焓降进行计算。
[0198] 5.燃烧计算模块：燃烧计算模块在确定新的时间步长后，首先根据汽水分离器的运行方式(
温度控制或水位控制)对水冷壁进口工质流量以及省煤器中工质流量进行计算，然后计算当前时层燃烧率所对应的炉膛吸热百分比、烟气流量、炉膛出口烟气温度及比热容，最后计算当前时层燃烧率下炉膛吸热量与100％燃烧率时炉膛吸热量的比值。
[0199] 6.水流程计算模块：水流程计算模块计算给水箱至省煤器间锅炉部件流动传热，根据质量守恒原理，当前计算时层水冷壁入口给水流量Yfw为：
[0200] Yfw＝Ycy-Yxh+YBP+Yp(1)+Yp(2)+Yp(3)
[0201] 式中：Ycy——除氧器水箱出口流量，kg/s；
[0202] Yxh——当前计算时层汽水分离器疏水再循环流量，kg/s；
[0203] YBP——上一计算时层高压旁路阀喷水量，在过、再热器计算模块1中确定，kg/s；
[0204] YP(1)、YP(2)、YP(3)——上一计算时层过热器及再热器各喷水点喷水量，kg/s。
[0205] 7.水冷壁计算模块：水冷壁计算模块主要计算水冷壁工质焓、压力分布及汽水分离器疏水焓。
[0206] 8.第一过、再热器计算模块1：该模块主要计算没有蒸汽由汽水分离器流入过热器系统时的过热器系统、再热器系统烟气、工质流动传热及金属管壁温度分布。
[0207] 9.第二过、再热器计算模块2：该模块计算有蒸汽由汽水分离器流入过热器系统时过热器系统、再热器系统工质、烟气流动传热、金属管壁温度分布及从点火时刻至计算时层的工质损失、热量损失。若
汽轮机入口参数达到冲转要求后，还计算蒸汽在高压缸或中压缸中的焓降。
[0208] 下面结合
实施例对本发明作进一步详细描述：
[0209] 以某600MW超临界机组冷态启动由锅炉点火至汽轮机冲转这段时间为算例，对这一启动过程进行计算，比较了启动过程中锅炉重要参数的计算值和测量值，结果表明该程序能够很好的模拟机组启动过程，可用于实际的工程设计。
[0210] 实施步骤如下：
[0211] 1)为了简化计算，将顶棚和包覆受热面等效成两个过热器，按烟气流程
串联在过热器系统中。水冷壁垂直管壁、前屏过热器和后屏过热器也按烟气流程串联布置。这样，烟气流动顺序便依次对螺旋管圈水冷壁、垂直管屏水冷壁、前屏过热器、后屏过热器、高温再热器、末级过热器、顶棚过热器、低温再热器、包覆过热器及省煤器进行对流和辐射传热。
[0212] 2)考虑到本机组启动系统布置，计算程序按工质流程共划分除氧器、给水管道、省煤器、水冷壁、汽水分离器、大气式扩容器、顶棚过热器、包覆过热器、前屏过热器、后屏过热器、末级过热器、低温再热器及高温再热器等13个计算部件，并对每个部件均按长度平均划分成相应个数的计算网格。
[0213] 3)输入各个部件管子结构尺寸、最小直流负荷运行时管内工质对流换热系数及管外烟气对流换热系数、辐射换热系数、点火时刻各个部件金属温度分布及满负荷时主蒸汽流量、温度、压力、再热蒸汽流量、温度、压力、过热器系统压降，输入数据还包括除氧器水箱装满水时水的质量，点火时刻除氧器水箱出口给水焓及除氧器水箱金属质量等。
[0214] 4)根据程序建立的求解启动过程工质侧、烟气侧及金属蓄热所遵循的数学模型，计算出启动期间各个时刻工质侧、烟气侧热力状态和参数及金属温度的分布及启动期间工质及热量损失，并对计算结果进行分析。
[0215] 计算结果分析：
[0216] 图2是本发明实施案例中锅炉冷态启动过程燃烧率随时间变化，燃烧率随时间变化的函数关系作为计算输入条件。启动过程高压旁路阀开度变化如图3中曲线2，计算时作为输入条件将该曲线拟合成阀
门开度与时间的函数关系输入相关子程序。
[0217] 图3中曲线1为程序所计算的启动过程主蒸汽升压曲线。可以看出，程序计算的主蒸汽升压曲线和启动过程实际的主蒸汽升压曲线非常接近，表明以启动过程实际的燃烧率及高压旁路阀开度随时间变化关系作为输入条件，程序能够正确地模拟启动过程主蒸汽压力的变化。程序中采用的根据燃烧率、高压旁路阀开度及其他一些参数计算主蒸汽压力的模型是正确的。据此，利用该程序便可为电厂用户提供最佳的启动曲线。
[0218] 图4为启动过程汽水分离器储水罐压力的计算值与测量值比较。从图中可以看出，18.5min以前，水冷壁中工质尚未
汽化，此刻并无蒸汽流入过热器系统。18.5min时水冷壁出口工质为汽水两相混合物，相应压力为13.7bar，经过汽水分离器分离后，其中
饱和蒸汽流入过热器系统，汽水分离器储水罐压力由13.7bar升至20.6bar，随着燃料量投入的增大，水冷壁出现汽水膨胀，导致大量水蒸汽进入汽水分离器，造成水位突变，并且在49.3min时汽水分离器储水罐压力由20.6bar快速升至44.1bar。该图表明汽水分离器压力计算模型是准确可靠的。
[0219] 图5表示的是分别用程序计算和电厂实际测量获得的启动过程屏式过热器进、出口蒸汽温度，曲线1与曲线2分别为启动过程屏式过热器进、出口蒸汽计算值。它们和测量值基本一致，表明程序采用的管内工质及管外烟气非稳态流动传热计算模型是正确的。
[0220] 图6中曲线为启动过程为末级过热器出口蒸汽
温度计算值，可以看出，它和测量值基本一致。由于只收集到启动过程个别时刻锅炉各参数的测量值，这里假设一些时间区段的喷水设定条件，保证进口蒸汽温度测量值和计算值在采集测量值时刻相等。但是过热器系统内工质流动传热及管外烟气流动传热是一个非稳态过程，这就必然给计算带来一些误差。可以看出，启动时间为49.8min时，末级过热器出口蒸管壁温度计算值为329.8℃，测量值为350.9℃，相对误差达6％。
[0221] 图7为启动过程中低温过热器出口蒸汽温度的计算值及测量值，可以看出，计算值与测量值符合得较好，表明程序采用的管内工质及管外烟气非稳态流动传热模型是正确的。
[0222] 通过全面比较计算结果和实际测量结果，表明该程序能正确模拟直流锅炉的启动过程。
[0223] 锅炉启动时间越短，启动费用及启动期间热损失越少，但过快的启动会在集箱及汽水分离器等厚壁元件中引起过大的热应力。借助于启动计算程序、厚壁元件热应力及寿命分析程序便可为运行人员提供最佳的锅炉升压及相应的燃烧率变化曲线，从而在保证设备安全的前提下，以最短的时间完成启动过程，最大程度的节省启动费用及减少启动期间工质及热量损失。
