根據火力發電的生產流程,其基本組成包括燃燒系統、 汽水系統(燃氣輪機發電和柴油機發電無此系統,但這二者在火力發電中所占比重都不大)、電氣系統、控制系統。
火力發電的燃燒系統主要由鍋爐的燃燒室(即爐膛)、送風裝置,送煤(或油、天然氣)裝置、灰渣排放裝置等組成。主要功能是完成燃料的燃燒過程,將燃料所含能量以熱能形式釋放出來,用于加熱鍋爐里的水。主要流程有煙氣流程、通風流程、排灰出渣流程等。對燃燒系統的基本要求是:盡量做到完全燃燒,使鍋爐效率≥90%;排灰符合標準規定。
對于燃燒系統而言,先進的煤氣化燃燒、CFB循環流化床燃燒等是提高燃燒效率,降低排放的有力手段。采用CFB循環流化床燃燒器具有排放低、燃料選擇靈活的優點。許多客戶成功地應用Barracuda分析復雜的CFB爐內特性,如燃料-空氣駐留時間、固體循環、床夾帶速率及局部沖蝕。同樣也可以優化循環流化床裝置的大型旋流器,減輕回路密封的倒置特性。
煤氣化爐Barracuda仿真模型
坐落在德國杜伊斯堡的140MW CFB 發電站采用Barracuda軟件,結合化學反應動力學和準確的顆粒-流體流動狀態預測,深入分析了CFB的工作特性,并優化了設計。
美國國防部國家能源技術實驗室應用Barracuda研究氣化爐的復雜氣-固流動現象。此外,他們還應用Barracuda模擬床高超過30m的大型深床氣化爐。
[$page] 生物質能發電也是當前廣受歡迎的火力發電方式之一。作為三大生物質氣化器的技術提供者之一,TRI公司將Barracuda應用于生物質氣化器的仿真。TRI所用的氣化方法是建立在自身間接加熱蒸氣重整基礎上的。過熱蒸汽和生物質中的含碳組分反應產生燃料氣體:氫氣和一氧化碳(又叫合成氣體)。在發生蒸汽重整反應時,同時發生水-氣轉換作用并產生額外的氫氣和二氧化碳。TRI的“脈沖增強”蒸汽重整器是一項專*技術,它可以產生含有中等Btu熱值的合成氣,并能規定合成氣的組成以滿足下一步工藝的需要。它能夠處理廣泛的含碳給料,并能利用部分合成氣作為“脈沖增強”加熱交換器的燃料從而達到能量自給,該加熱交換器能提供所需的吸收熱,且本身具有很好的穩地性和安全性。TRI利用專*技術為蒸汽重整反應提供吸收熱,該技術比傳統技術能多轉換30%-40%的熱,從而能提高性能、降低成本。TRI的脈沖燃燒加熱器是一個熱交換裝置,它能夠利用脈沖燃燒技術去燃燒廣范圍的燃料為蒸汽重整器提供熱。
TRI生物質氣化爐Barracuda仿真模型
同時,在采用煤炭作為能源的熱電廠中,利用皮帶傳送技術,向鍋爐輸送經處理過的煤粉。如何提高傳輸效率,也是值得深入研究的課題。國內外許多用戶采用EDEM分析顆粒傳輸系統。
顆粒傳送系統EDEM仿真模型
火力的汽水系統主要由給水泵、循環泵、給水加熱器、凝汽器、除氧器、水冷壁及管道系統等組成。其功能是利用燃料的燃燒使水變成高溫高壓蒸汽,并使水進行循環。主要流程有汽水流程、補給水流程、冷卻水流程等。對汽水系統的基本要求是汽水損失盡量少;盡可能利用抽汽加熱凝結水,提高給水溫度。
[$page] 下圖所示為大型電廠汽水熱力管網系統模型圖,如何針對該熱流體系統進行建模、仿真,進而提高汽水系統工作效率,是電廠設計中面臨的難題。
大型電廠汽水熱力管網系統
復雜的大型熱力管網系統一直是工程中計算的一個難點,由于分支眾多,變量繁多,很難進行匹配和分析,在傳統的設計思路中,無法進行定量的計算,基本上是以實驗以及工程師經驗判斷為主,而在核電工程中對安全性、可靠性的要求非常高,所以工程師必須對管網系統進行定量分析和計算,及時的改進、優化系統設計才能提高設計質量。
復雜管網系統的Flowmaster模型
Flowmaster可以分析任意復雜程度的管網系統,從簡單的局部管網到復雜的整體管網Flowmaster都能夠快速精確的進行建模。豐富的元件庫、強大的數據庫和良好的建模界面使工程師在建模過程中得心應手。
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