![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
超临界机组锅炉汽水系统单相受热面动态模型优化及仿真.pdf
《超临界机组锅炉汽水系统单相受热面动态模型优化及仿真.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超临界机组锅炉汽水系统单相受热面动态模型优化及仿真.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 46 卷 第 1 期 2023 年 02 月Vol.46 No.1Feb.2023广 西 电 力GUANGXI ELECTRIC POWER超临界机组锅炉汽水系统单相受热面动态模型优化及仿真覃贵芳1,王恩营2,谢锡锋1(1.广西水利电力职业技术学院,广西 南宁 530023;2.博努力(北京)仿真技术有限公司,河南 郑州 100085)摘要:针对超临界火电机组仿真系统精度不够高的问题,以锅炉汽水系统单相受热面动态模型为研究对象,在给汽水系统单相受热面建立集总参数模型的同时,采用了一种惯性补偿的方法对模型进行修正,从而优化动态模型的算法,让模型能够很好的逼近分布参数对象特性,使模型的动态和静
2、态精度都达到工程要求。依托MSP多学科仿真开发平台,建立超临界机组锅炉汽水系统模型,根据仿真结果发现,该模型仿真结果与设计数据能够有较好的吻合,并且相对误差均控制在技术范围内;在全工况仿真过程中具有较高的精度,动态响应合理,能够很好的反应实际对象的动态特性。关键词:锅炉汽水系统;单相受热面;数学模型;修正;仿真 中图分类号:TM621.2 文献标志码:A 文章编号:1671-8380(2023)01-0056-06Optimize and Simulate the Single Phase Heating Surface of Supercritical Unit Boiler Water S
3、ystem Dynamic ModelQIN Guifang1,WANG Enying2,XIE Xifeng1(1.Guangxi Vocational College of Water Resources and Electric Power,Guangxi Nanning 530023,China;2.Bernouly(Beijing)Simulation Technology Co.Ltd,Henan Zhengzhou 100085,China)Abstract:Aiming at the accuracy problem of supercritical thermal power
4、 unit simulation system,This article begins with the Dynamic model of single phase heating surface in boiler steam water system as a research object,A method of inertia compensation is used to modify the model to optimize the the dynamic models algorithm,so that the model can well approximate the ch
5、aracteristics of the distributed parameter object,and the dynamic and static accuracy of the model can meet the engineering requirements.Based on MSP multidisciplinary simulation and development platform,The boiler water system of supercritical unit is established.According to the simulation results
6、,it is found that the simulation results of the model are in good agreement with the design data,and the relative errors are controlled within the technical range.In the process of full working condition simulation,it has high accuracy,reasonable dynamic response,and can reflect the dynamic characte
7、ristics of actual objects well.Key words:Boiler water system;Single-phase heating surface;Mathematical model;Amend;simulation作为国民经济发展基础行业的电力行业,是衡量一个国家发展水平的重要标志。随着我国科学水平和综合国力不断提高,我国的火电机组容量越来越大,参数越来越高。当今,超临界火力发电是最主流的发电技术,超临界机组能否安全、经济运行在很大程度上依赖于当前的超临界仿真技术。目前,我国对于超临界技术的研究还处于初级阶段,与亚临界机组相比,超临界机组热力系统和设备结构要
8、复杂很多,为了确保机组的安全稳定运行,拥有一套逼真的、高精度的仿真系统用于电厂运行值班员的岗前培训或日常培训是非常有必要的。因此,国内很多学者致力于研究如何提高仿真系统模型精度,使仿真系统更好的服务于电厂运行值班人员。优化子系统关键设备的数学模型可以很好的提高仿真系统的精度。汽水系统是火力发电系统中非常重要的子系统之一,在超临界机组仿真系统中也占非常重要的地位。在汽水系统中,单相受热面收稿日期:2023-01-14 修回日期:2023-02-13基金项目:2021年广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2021KY1094),2023年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2023KY1
9、138)包括省煤器、过热器和再热器等重要的设备,因此,提高仿真系统的精度精度可以从研究汽水系统单相受热面动态特性并优化其模型着手。目前,国内很多学者对单相受热面普遍采用集总参数模型,该模型具有建模简单、计算量小以及基本能反应对象的动态趋势的优势。但是,该模型并不能很好地反应单相受热面对象的分布参数特性。关于如何提高单相区段集总参数模型的精度的问题,已有学者做了很多颇有成效的研究,文献1根据直流锅炉过热器和再热器系统的特点,采用三种不同的建模方法,建立了单相受热面的模型,最后通过仿真结果对比,验证其修正模型的仿真精度较高;文献2对单相受热面采用链式结构的集总参数模型,通过仿真验证该模型在精度上能
10、够很好地满足工程要求;文献3采用集总参数法建立单相受热数学模型;文献4对单相受热面采用集总参数修正模型,通过仿真验证模型的动静态精度达到工程要求。本文在给汽水系统单相受热面采用集总参数模型的同时,采用了一种惯性补偿的方法对模型进行修正,从而优化动态模型的算法,使模型能够很好的逼近分布参数对象特性,使动态和静态精度都达到工程要求。1 仿真对象简介锅炉汽水系统由省煤器、汽水分离器、水冷壁、过热器和再热器等主要设备组成,汽水流程如图1所示,其中,省煤器、再热器和过热器是该系统的重要组成部分,它们均为单相受热面,均由许多管子并排而成,其结构和工作原理相同。本仿真对象均为顺列布置的单相受热管,冷流体工质
11、在管内流动,热烟气在管外流动,工质在管内流动的同时吸收管外烟气的热量,使自身的温度、压力、焓值和密度均随着空间和时间而变化,是典型的分布参数对象。但是如果采用分布参数模型,则计算积分步长较小、计算工作量较大,运算速度较慢,满足不了工程上对仿真系统实时性的要求,所以不适用于全工况仿真系统4。因此,建立数学模型时一般不采用分布参数模型,而是合理的简化仿真对象,采用集总参数模型近似描述该对象特性。图1 直流锅炉汽水流程图Fig.1 Steam-water flow chart of once-through boiler2 典型对象数学模型对于锅炉单相区段,集总参数模型的精度差,不能很好的反应分布参
12、数对象特性,主要是因为其焓温通道的动态响应较慢。所以在建模时,一般分开建立压力流量通道和焓温通道的数学模型。本文只讨论焓温通道数学模型的建立和修正。在建立数学模型时,将过热器、再热器和省煤器系统划分为前屏过热器、后屏过热器、高温过热器、高温再热器、顶棚包墙过热器、低温再热器、低温过热器和省煤器八个对象。每个对象均用一根等效受热管来表示,并选对象模型的出口点作为集总参数5-15。2.1 温焓通道数学模型1,3,9,16-17金属壁面热平衡式:(1)式中,Q1、Q2分别为管外烟气向管壁金属的放热热量和管壁金属向管内工质放热量,单位均为kJ/kg;Tj、Cj、Mj分别为金属壁面温度、比热和质量。管内
13、工质吸热量:Q2=KDm(Tj -T2)(2)式中,k是比例系数,其值取决于物性和传热面积;Dm是工质的体积流量,取m=0.8;T2为工质出口温度。能量平衡方程:(3)?dTj1dtMj CjQ1Q2d(v2H2)dt?D(H1?H2)?Q2第 46 卷 第 1 期57广 西 电 力式中,V为管内工质容积;H1、H2分别为工质进、出口焓值;为工质出口密度。此外为了便于分析,引入以下参量:TD=KDm/(DCp0)(4)t0=V20/D0 (5)Tm=Mj Cj/(kDm)(6)式中,下标0表示稳态工况;TD为动态参数,k为常数,其值取决于物性和传热面积;t0为管内工质流过全部受热管的时间,Tm
14、为金属蓄热时间常数。2.2 修正模型1、3-4用惯性补偿的方法对原有的模型式(1)至式(3)进行动态修正后得到的模型方程式如下:(7)(8)(9)Q2=KDm(Tj-T2)(10)(11)(12)(13)(14)(15)式(7)是管内工质流量扰动的惯性补偿方程式;式(8)是管外烟气热流量扰动的惯性补偿方程式;式(11)式(14)是管内工质入口焓扰动的惯性补偿方程式;式(9)中Rj以及式(15)中R均为动态修正因子;TH为工质入口焓扰动的惯性补偿时间常数,TQ为管外热流量扰动惯性补偿时间常数,TD为工质流量扰动惯性补偿时间常数。通过适当的调整惯性补偿时间常数TH和动态修正因子Rj、R,并增加惯性
15、补偿方程式(11)式(14),对原集总参数模型反映的惯性和模型的结构进行补偿或修正,使修正模型更好地逼近于分布参数模型。将式(7)式(15)进行线性化变换,可得到三种不同扰动下对象的传递函数,并将三个传递函数和线性化分布参数模型的传递函数分别在0点作泰勒级数展开,对应于各种输入扰动,分别使修正模型的展开式接近分布参数模型的展开式,同时增加一个约束条件,即假定在管外热流量扰动下,使修正后的对象传递函数式逼近于二阶惯性环节(文献1说明假定是合理的)。如此可得到动态修正因子Rj和R,工质入口焓扰动的惯性补偿时间常数TH,管外热流量扰动惯性补偿时间常数TQ,工质流量扰动惯性补偿时间常数TD分别为:(1
16、6)(17)(18)(19)(20)上式中,式(16)式(18)的动态修正因子均大于0,对于锅炉单相受热面来说,大多数情况式(19)和式(20)的各扰动补偿时间均大于0;但在某些特殊情况下,式(19)和式(20)的值小于0,则取等于0,说明该入口焓扰动不需要进行惯性补偿。n通常取29,本文取4。以上式(4)式(20)就是锅炉单相受热面动态修正模型。3 模块化仿真模型超临界火电机组系统流程和设备结构复杂,想要建立整个系统仿真模型,需要将数学模型合理的程序化,以便提高模型的使用率和推广率。本文依托MSP多学科仿真开发平台,利用模块化建模方法建立对象的仿真模型。D?Td?DdD?dtQ?TQ?Q1d
17、D?dtQ?Q?R?M?C?dT?dtx?TH?H1?dx?dtx?TH?x1?dx?dtx?TH?x2?dx?dtH?TH?x3dH?dtd(Rv2H2)dt?D?(H?1?H2)?Q2Tm?(t0?TDTm)4Tm(1?TD)?RjTm?(t0?TDTm)4t0?R14(t0?TDTm)?Tm2?TQ14(t0?TDTm)(m?)Tm12?TD1n4(t0?TDTm)?3Tm2?TH58Vol.46 No.1覃贵芳,等:超临界机组锅炉汽水系统单相受热面动态模型优化及仿真模块化建模最关键的环节是将仿真对象学模型标准化和通用化。以锅炉单相受热面为例,用计算机语言将对象数学模型转换成计算机程序(
18、也称仿真算法),然后将其成变成标准化的输入、输出和系数的形式。用该方法所建立的算法模型可适用于工作原理相同的对象,比如非沸腾式省煤器、再热器和过热器均为单相受热面,可用一个通用的算法模型,通过改变模型系数来体现不同的对象结构特性。基于MSP多学科仿真开发平台,将上述单相受热面数学模型转换成一个通用算法,并放入算法库中。模型的算法结构如图2所示,图中输入和输出量是实际工质的过程参数,它们会随着工况和环境而变化,如流量、压力和温度等参数,系数主要是仿真对象的物性参数和结构数据,它们不随工况而变化,如放热系数、容积和金属质量等。调试模块时,根据实际设备的特性,输入各仿真模块的结构或固有特性参数即系数
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 临界 机组 锅炉 汽水 系统 单相 受热 动态 模型 优化 仿真
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。