船用蒸汽动力系统功率大扰动过程特性仿真

发布时间：2020-07-03 02:41

【摘要】：船舶蒸汽动力系统组成设备众多,热力耦合性强,船用汽轮发电机组功率大扰动将引起动力系统蒸汽量的大幅波动,对系统造成较大冲击。合理的系统设计以及控制策略是保障系统在功率大扰动过程中安全稳定运行的必要条件。本文以船用蒸汽动力系统为研究对象,根据传热学、工程热力学等相关理论基础,运用集总参数法对增压锅炉、涡轮增压机组、辅助系统、控制系统进行了模块化建模;基于SimuWorks仿真平台,将各个模块集成蒸汽动力系统,对汽轮发电机组的功率大扰动过程进行了仿真研究,分析了功率大扰动条件下船舶蒸汽动力系统的动态运行特性,并给出了不同操作条件对动力系统动态性能的影响规律。研究结果表明:流量线性增加策略与进汽阀快开策略相比,功率大扰动过程中系统稳定性较好,并能较稳定地维持最大功率,不会出现功率不足或者超调的现象,同时能减小对蒸汽动力系统的扰动,燃油消耗量更少,具有较好的燃油经济性,锅炉产量增加率为0.764(t/h)/s低于快开策略下的0.782(t/h)/s,锅炉运行的安全稳定性更高。基于流量线性增加策略给出了功率大扰动过程中不同操作条件对系统特性的影响规律:若开阀时间相同,操作条件3下最大功率保持时间最长,系统参数波动最剧烈,燃油相对消耗量31.68最多,燃油经济性最差,锅炉产量增加率0.772(t/h)/s最高,锅炉运行安全性最低,但是扰动周期内产生36.45kW·h的蓄电量最多;若最大功率保持时间相同,系统参数波动幅度差别不大,操作条件4下开阀时间最短,开阀时间最快,燃油相对消耗量32.04最多,燃油经济性最差,锅炉产量增加率0.769(t/h)/s最高,锅炉运行安全性最低,但是扰动周期内产生36.3kW·h的蓄电量最多;若关阀时间相同,操作条件7下最大功率保持时间最长,系统参数波动最剧烈,燃油消耗量32.21最多,燃油经济性最差,锅炉产量增加率0.773(t/h)/s最高,锅炉运行安全性最低,但是扰动周期内产生的37.21kW·h最多。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.11
【图文】：

共同保障整个系统的稳定运行。本文选取一套机组进行仿真分析和研究。动力单元组成如图2.1 所示。2.1.1 增压锅炉装置蒸汽动力系统汽源是增压锅炉，增压锅炉的立体结构图如下图 2.2 所示。增压锅炉中的流动工质主要包括空气、蒸汽和燃油，各工质之间完成各自独立的循环过程。涡轮增压机组为锅炉提供压缩空气，空气进入炉膛内与燃油混合燃烧，并向水冷壁进行热辐射和对流换热，形成的烟气流经过热器、经济器与汽水进行能量交换，然后进入涡轮作功，最后排入大气，完成烟气工作循环。水由给水系统进入锅炉经济器预热而后进入汽包，在自然循环锅炉中经过水冷壁下降管进入下锅筒，与下锅筒相连的蒸发管束中的水吸收炉膛内高温火焰的热量形成汽水混合物上升至汽包，经分离后形成饱和蒸汽。生成的饱和蒸汽一部分引出锅炉供给饱和蒸汽用户，剩余部分进入过热器继续吸收烟气热能形成过热蒸汽，提供给主汽轮机、汽轮发电机组、辅助汽轮机等过热蒸汽用户。作功之后的过热蒸汽品质降低，成为废汽进入冷凝器，凝结的水进入除氧器除氧后，经给水泵加压进入经济器预热，完成汽水循环。涡轮增压机组与锅炉之

图 2.2 增压锅炉立体结构图 图 2.3 增压锅炉工作流程示意图2.1.2 涡轮增压机组涡轮增压机组主要由烟气涡轮、辅助汽轮机和压气机组成。压气机的主要功为锅炉提供压缩空气，空气压缩升压后送入炉膛与燃油混合燃烧，提升锅炉热效率锅炉在非额定负荷下运行的时候，压气机需要根据锅炉燃烧的需要，改变进入锅压缩空气参数。一般情况下，研究人员都会通过不同工况的实验，得出压气机不数之间的关系曲线，通过分析曲线的趋势来确定压气机的工作特性。烟气涡轮的特性和压气机基本一致，也需要满足锅炉不同负荷的运行要求。烟气涡轮和辅助机为压气机提供功率，锅炉经济器出口的烟气进入烟气涡轮驱动其做功，当烟气提供功率不足以推动压气机正常工作时，过热器出来的少量过热蒸汽进入辅助汽做功来保证压气机的正常运行，提供锅炉燃烧需求的压缩空气。涡轮增压机组与

【参考文献】

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本文编号：2739055