Lämmöntalteenottokattilan dynaaminen simulointimalli

Abstract

Työssä mallinnettiin kombivoimalaitoksen lämmöntalteenottokattila Apros-simulointiohjelmalla. Simulointimalli valmistettiin vastaamaan Helsingin Energian Vuosaari B:n voimalaitoksen lämmöntalteenottokattilaa, joka toimii kahdella painetasolla. Kattila on Foster Wheelerin valmistama. Ennen mallinnuksen aloittamista tutustuttiin laitoksen termodynamiikkaan, jolloin saatiin riittävä teoreettinen tieto koko laitoksen toiminnasta. Kattilan reunaehtoina ovat kaasuturbiiniprosessi ja laitoksen höyrykierto. Kaasuturbiini korvattiin laskentayhtälöillä, jotka antavat alkuarvot mm. savukaasun massavirralle ja lämpötilalle ennen kattilaa kaasuturbiinin tehon funktiona. Kattila liitetään höyrykiertoon tuorehöyry- ja syöttövesilinjasta, jolloin reunaehtoina annetaan lämpötilat ja paineet massavirroille. Valmistettua mallia testattiin ylösajo- ja kuormanmuutostilanteessa. Ylösajotilanteessa saatuja laskentatuloksia verrattiin todellisen laitoksen mittaustuloksiin, jolloin varmistuttiin simulointimallin oikeasta fysikaalisesta toiminnasta. Kuormanmuutostilanteissa kaasuturbiinin tehoa muutettiin ja samalla seurattiin kattilan reagointia muutostilanteessa. Kuormanmuutosmittauksessa varmistettiin vielä, että kattila reagoi kuormanmuutokseen oikealla tavalla, eikä muutos aiheuta kattilan toiminnalle haitallista värähtelyä.

A heat recovery steam generator, HRSG, of a combined cycle is modeled in this work by Apros. The simulation model is made to meet the characteristics of the HRSG, working on two pressure levels, at Vuosaari B power plant owned by Helsingin Energia. The HRSG is manufactured by Foster Wheeler. Before beginning modeling works the author familiarized oneself with the thermodynamics of the whole plant, during which necessary theoretical knowledge of function of the whole plant was received. The gas turbine process and the steam cycle are the boundary conditions of the HRSG. Gas turbine was replaced by equations, which gives the initial values for example to the mass flow and temperature of the flue gas before the HRSG as function of the power of the gas turbine. The HRSG was connected to the steam cycle at living steam and feed water pipes, to which temperature and pressure was given as initial values. The model was tested in start-up and load change. The results calculated by the model were compared with the measured ones of the real plant, so it came evident, that the physical functions of the model were correct. In load change situation the power of the gas turbine was changed, and the reactions of the HRSG was examined. In load change situation reassured, that the HRSG reacts in correct way to changes and the change doesn't cause any harmful oscillation in the HRSG.