鍋爐及鍋爐系統仿真

1、 鍋爐、鍋爐系統及仿真一、 鍋爐鍋爐是把化學能轉換成熱能，為生產和生活提供合格蒸汽或熱水的設備。汽機：熱能 機械能發(fā)電機：機械能 電能分類按用途：電站鍋爐，工業(yè)鍋爐 按燃燒方式：層燃爐，室燃爐，旋風爐 按燃料：燃煤爐，燃油爐，燃氣爐按工質流動特性：自然循環(huán)鍋爐，強制循環(huán)鍋爐，直流鍋爐按鍋爐容量：小、中、大容量鍋爐，或小、中、大型鍋爐按蒸汽參數：低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界鍋爐工業(yè)鍋爐：壓力0.73.9MPa 容量0.135t/h或更大亞臨界及以下電站鍋爐：壓力2.517.5MPa 容量202008t/h從電功率看：3MW： 2.5MPa, 400 20t/h6MW： 3.9MPa,

2、 450 35t/h12MW： 3.9MPa, 450 65t/h25MW： 3.9MPa, 450 130t/h50MW： 9.9MPa, 540 220t/h100MW： 9.9MPa, 540 410t/h125MW：13.8MPa, 540 420t/h200MW：13.8MPa, 540 670t/h300MW：16.8MPa, 540 1025t/h300MW：17.5MPa, 540 1025t/h600MW：17.5MPa, 540 2008t/h習慣上，蒸汽壓力1.4MPa以下，為低壓鍋爐； 2.6MPa為次中壓鍋爐； 3.9MPa為中壓鍋爐； 9.9MPa為高壓鍋爐； 13

3、.8MPa為超高壓鍋爐；16.817.5MPa亞臨界壓鍋爐；22.19MPa(臨界壓力)以上為超臨界壓力鍋爐。圖一和圖二分別簡單介紹火力發(fā)電廠的生產流程和電站鍋爐二、 鍋爐系統鍋爐系統是完成一定生產功能的設備的組合；仿真工作中劃分系統時還考慮建模和流網計算的特點。電廠的鍋爐一般可分為如下系統：過熱蒸汽系統再熱蒸汽系統汽包和蒸發(fā)系統二次風系統送風機液壓油、潤滑油系統一次風系統煙氣系統省煤器系統空氣預熱器系統制粉系統磨煤機潤滑油系統燃油及霧化蒸汽系統底部加熱(蒸汽推動)系統爐內燃燒系統及火焰檢測系統壓縮空氣系統鍋爐疏水及排污系統吹灰系統現在的仿真鍋爐一般可分為如下系統：風煙系統蒸汽系統燃油系統燃油

4、的霧化蒸汽系統底部加熱(蒸汽推動)系統鍋爐排污系統送風機液壓油、潤滑油系統磨煤機潤滑油系統吹灰系統壓縮空氣系統火焰檢測系統三、 鍋爐的仿真仿真或模擬，英語：emulate，simulate 模仿，仿效，模擬，仿真，偽裝美國國防部關鍵技術計劃中定義：仿真是一個模型或一套模型的形成和運行?？梢?，仿真和建模密不可分。計算機仿真或數字仿真最早應用于歐美國家的游戲行業(yè)，它的歷史幾乎伴隨著計算機的發(fā)展史。核電和火電的數字仿真始于上世紀60年代，大規(guī)模應用則在70年代及以后。鍋爐的數字仿真，就是建立與鍋爐有關的各種設備，如汽包、水冷壁、下降管、過熱器、再熱器、省煤器、空氣預熱器、爐膛、燃燒器、磨煤機、給煤機

5、、風機、管道、閥門等等的數學模型，并用它們組成鍋爐的各個系統，最后使這些系統在一定的計算平臺上運行(包括輸入合適的數據進行預處理，以確定它們的常數和初值)。模型的運行還涉及流體網絡的計算和仿真支撐平臺等內容。下面以對流過熱器為例介紹我們現在使用的圖形化自動建模條件下對流過熱器模塊的建立過程： 分析對象：過熱器分為輻射過熱器、半輻射半對流過熱器、對流過熱器；它們的作用是使蒸汽受熱升溫，達到一定的過熱度。 工作原理：高溫煙氣流過對流過熱器表面，把熱量傳導給金屬，金屬再把熱量傳給流過的蒸汽。 計算任務已知：入、出口蒸汽壓力、煙氣壓力，蒸汽流量、煙氣流量，入口蒸汽溫度、煙氣溫度等參數，及過熱器的金屬質

6、量、容積等結構參數求解：出口煙溫，出口汽溫，金屬溫度比較：設計計算是已知過熱器的入、出口熱工參數，求取其結構參數，其傳熱系數的計算復雜；仿真計算是已知過熱器的額定入、出口參數和結構參數，求取其出口參數，其傳熱系數的計算簡單。 建立數學模型1、 用數學公式描述傳熱過程煙氣熱平衡方程 其中 煙氣放熱量 煙氣放熱量的修正系數 煙氣流量 煙氣比熱容過熱器進、出口煙氣溫度煙氣對金屬對流放熱方程 其中煙氣對金屬的對流放熱系數煙氣的計算溫度金屬的計算溫度 依流動情況而定的常數，管外流動取0.65, 管內流動取0.8。這里取0.65假設為進、出口煙氣溫度的平均溫度，則可由上二式求得煙氣的出口溫度金屬向工質的放

7、熱方程 其中 金屬對工質的傳熱量 金屬對工質的傳熱系數 出口蒸汽流量 管內流動取0.8金屬的計算溫度蒸汽的計算溫度工質的能量平衡方程 其中 過熱器的蒸汽質量出口蒸汽焓 入口蒸汽流量入口蒸汽焓 上式歐拉積分可得 其中 本次計算的出口蒸汽焓 上次計算的出口蒸汽焓 上次計算的入口蒸汽焓由蒸汽壓力和蒸汽焓即可求得出口蒸汽溫度。金屬的能量平衡方程 其中 過熱器的金屬質量 過熱器金屬比熱容 過熱器金屬溫度即至此，過熱器的金屬溫度、出口汽溫、出口煙溫全部表示清楚。 建立仿真模型1、建立圖標用機器提供的繪圖工具畫圖標：開始程序附件畫圖，用圖形表示清楚設備，并把它保存在SimuBuildermodlibSubB

8、oilermrdicon下，在SimuManager內選“讀入圖標”把此圖標填入。2、 填寫運行代碼打開SimuManager，在合適的模塊資源組（如：鍋爐（亞臨界）模塊）下的合適的模塊類（如：過熱器）下，選“新建模塊”，填入新模塊的名稱后，選：運行代碼編輯源代碼，用Fortran語言表示上述數學模型。如果SimuManager中還沒有合適的模塊資源組或模塊類，則須先依次建立。注意： 源代碼中只需寫入可執(zhí)行語句，無需在程序開頭寫入子例行子程序名SUBROUTINE,也無需在程序最后寫入結束語句名END； 我們的模型是全工況模型，必須在上述正常計算的基礎上加入冷態(tài)工況和事故工況的計算； 另外，對

9、流過熱器的物質支路的流網屬性是“阻力型”的，所以模型中還須加入流網計算所必須的“RB1,RB2,CB,RV,WLK”等參數的計算； 最后，數學模型中的變量應符合規(guī)則和習慣，以便于使用。3、 填寫變量根據運行代碼，依次填寫下列端口的變量：物質端口、信息端口、內部變量、常變量、系統變量、故障變量、流網支路。注意： 物質端口和信息端口是模塊和外部連系的端口，在圖標上的位置要合適，要方便使用時連線； 變量的“PRT”欄是指變量的初值是如何得到的：PI代表需要輸入數據；PO代表預處理自動輸出數據；PM代表內部自有的數據(節(jié)點才有)。總的原則是：容易得到的數據選PI，難得到的數據選PO。4、 預處理代碼預

10、處理代碼編輯源代碼，由“PRT”欄為PI的變量,用Fortran語言寫出全部變量中“PRT”欄為PO的變量的計算程序。注意：一個變量在不同工況下可能有不同的數值，系統默認物質端口變量、信息端口變量、內部變量、故障變量、流網支路變量為下標下限為1的有10個數組元素的一維數組，所以在預處理代碼中，這些變量都表示為一維數組元素的形式，例如過熱器出口煙溫,在運行代碼中寫為TGL，而在預處理代碼中寫為TGL(I)，即：這些變量應該在一個在 I=1,NUM的循環(huán)體里計算，計算步長為1，系統給定NUM=10。常變量和系統變量是常數，各個工況下的數值是一樣的，所以不用循環(huán)計算。有時需要在預處理代碼中把臨時變量(局部變量)定義為數組，這需要在“頭定義”中進行，例如：預處理代碼編輯頭定義，寫入：DIMENSION