根据火力发电的生产流程,其基本组成包括燃烧系统、 汽水系统(燃气轮机发电和柴油机发电无此系统,但这二者在火力发电中所占比重都不大)、电气系统、控制系统。
火力发电的燃烧系统主要由锅炉的燃烧室(即炉膛)、送风装置,送煤(或油、天然气)装置、灰渣排放装置等组成。主要功能是完成燃料的燃烧过程,将燃料所含能量以热能形式释放出来,用于加热锅炉里的水。主要流程有烟气流程、通风流程、排灰出渣流程等。对燃烧系统的基本要求是:尽量做到完全燃烧,使锅炉效率≥90%;排灰符合标准规定。
对于燃烧系统而言,先进的煤气化燃烧、CFB循环流化床燃烧等是提高燃烧效率,降低排放的有力手段。采用CFB循环流化床燃烧器具有排放低、燃料选择灵活的优点。许多客户成功地应用Barracuda分析复杂的CFB炉内特性,如燃料-空气驻留时间、固体循环、床夹带速率及局部冲蚀。同样也可以优化循环流化床装置的大型旋流器,减轻回路密封的倒置特性。
煤气化炉Barracuda仿真模型
坐落在德国杜伊斯堡的140MW CFB 发电站采用Barracuda软件,结合化学反应动力学和准确的颗粒-流体流动状态预测,深入分析了CFB的工作特性,并优化了设计。
美国国防部国家能源技术实验室应用Barracuda研究气化炉的复杂气-固流动现象。此外,他们还应用Barracuda模拟床高超过30m的大型深床气化炉。
[$page] 生物质能发电也是当前广受欢迎的火力发电方式之一。作为三大生物质气化器的技术提供者之一,TRI公司将Barracuda应用于生物质气化器的仿真。TRI所用的气化方法是建立在自身间接加热蒸气重整基础上的。过热蒸汽和生物质中的含碳组分反应产生燃料气体:氢气和一氧化碳(又叫合成气体)。在发生蒸汽重整反应时,同时发生水-气转换作用并产生额外的氢气和二氧化碳。TRI的“脉冲增强”蒸汽重整器是一项专*技术,它可以产生含有中等Btu热值的合成气,并能规定合成气的组成以满足下一步工艺的需要。它能够处理广泛的含碳给料,并能利用部分合成气作为“脉冲增强”加热交换器的燃料从而达到能量自给,该加热交换器能提供所需的吸收热,且本身具有很好的稳地性和安全性。TRI利用专*技术为蒸汽重整反应提供吸收热,该技术比传统技术能多转换30%-40%的热,从而能提高性能、降低成本。TRI的脉冲燃烧加热器是一个热交换装置,它能够利用脉冲燃烧技术去燃烧广范围的燃料为蒸汽重整器提供热。
TRI生物质气化炉Barracuda仿真模型
同时,在采用煤炭作为能源的热电厂中,利用皮带传送技术,向锅炉输送经处理过的煤粉。如何提高传输效率,也是值得深入研究的课题。国内外许多用户采用EDEM分析颗粒传输系统。
颗粒传送系统EDEM仿真模型
火力的汽水系统主要由给水泵、循环泵、给水加热器、凝汽器、除氧器、水冷壁及管道系统等组成。其功能是利用燃料的燃烧使水变成高温高压蒸汽,并使水进行循环。主要流程有汽水流程、补给水流程、冷却水流程等。对汽水系统的基本要求是汽水损失尽量少;尽可能利用抽汽加热凝结水,提高给水温度。
[$page] 下图所示为大型电厂汽水热力管网系统模型图,如何针对该热流体系统进行建模、仿真,进而提高汽水系统工作效率,是电厂设计中面临的难题。
大型电厂汽水热力管网系统
复杂的大型热力管网系统一直是工程中计算的一个难点,由于分支众多,变量繁多,很难进行匹配和分析,在传统的设计思路中,无法进行定量的计算,基本上是以实验以及工程师经验判断为主,而在核电工程中对安全性、可靠性的要求非常高,所以工程师必须对管网系统进行定量分析和计算,及时的改进、优化系统设计才能提高设计质量。
复杂管网系统的Flowmaster模型
Flowmaster可以分析任意复杂程度的管网系统,从简单的局部管网到复杂的整体管网Flowmaster都能够快速精确的进行建模。丰富的元件库、强大的数据库和良好的建模界面使工程师在建模过程中得心应手。