三分仓回转式空预器通用模块化仿真模型

第22卷第4期计算机仿真2005年4月文章编号:006-934X2005)4-0043-03三分仓回转式空预器通用模块化仿真模型高建强冯良玉王兵树宋之平(华北电力大学河北保定071003)擿要狂培训用仿真模型的基础上将工程上性能计算方法融λ回转式空预器动态仿真模型中从而提髙了模型的精度。在STAR-90仿真支撑软件提供的建模环境下將将所建立的数学模型转化成一个具有标准化结构旳通用算法模块。采用模块化建模方法复用此算法模块并通过眢模块输岀、输入变量名的连接的方式建立了三分仓回转式空气预热器的多段仿真模型从而校正了单段集中参数模型动态趋勢中存在的某些错误响应。所建仿真模型既可用于电站仿真机的开发又可用于工程上对空预器的性能设计、分析。关键词洄转式空预器疠真模型糢块化中图分类号:P2l7TK323文献标识码Modular Simulation Model of Tri-sector Regenerative Air preheaterGAO Jian-qiang MA Liang-yu, WANG Bing-shu, SONG Zhi-pingNorth China Electric Power University Baoding Hebei 071003 ChinaABSTRACT The paper developed a new simulation model by combining the engineering property analysis formulaswith dynamic mathematical model. With the STAR-90 simulation software environment developed by North China E-lectric Power University China the dynamic math model is transferred into a model block algorithm and designwith standard inputs, outputs and coefficients. With the algorithm a multi-segments modular simulation model isdeveloped by means of block configuration without any program coding. The simulation model not only can be used fortraining simulators but also for regenerative air preheater characteristics analyKEYWORDS Regenerative air preheater Simulation model Modular1前言到了三分仓回转式空气预热器的计算方法。文献4建立了回转式空气预热器具有换热量大、结构紧凑等特点因用于电站技术人员培训的回转式空预器的动态仿真模型。而在大中型电站锅炉机组上得到普遍地应用。回转式空预文献12逮建立的回转式空预器模型精度高然而形式复杂。器的工作性能直接关系到整个锅炉机组的安全经济运行。文献3的模型适于静态特性分析并将工质的物性参数取影响回转式空预器工作性能的因素较多其中有设计方面为常数不能分析回转式空预器的动态特性。文献4建立的也有运行方面的。因此需要全面分析其性能的影响因的回转式空预器的动态仿真模型简单易用可以实时运算素以提高整个机组的设计、运行水平。以数学模型为基础但只适用于培训用仿真模型开发不能用于系统的性能设的计算机仿真技术的发展为回转式空预器的性能分析提供计。了有利的手段通过计算机仿真试验可以方便地分析研究系本文在文献4J建立的培训用仿真模型的基础上鲒合统的动态和静态性能工程设计计算方法建立了一个形式简单、模型精度高、通用许多学者从不同的角度分析了回转式空预器的工作机化的回转式空预器仿真模型。该仿真模型既可用于仿真培理并建立了其数学物理模型。文献12]针对冶金工业加训亦可用于机组的性能设计、分析。热炉的二分仓回转式空预器进行了研究对回转式换热器周期性动态换热过程进行了理论分析建立了其一维动态数学2数学模型建立模型并应用数值方法对模型进行了求解同时通过实验验证如图1所示为三分仓式回转式空预器结构示意图。建了其模型的精度。文献3建立了再生式空气预热器换热的模时采用集总参数法忽略轴向的热交换动态过程只考虑数学模型并针对三分仓式空气预热器进行了求解验证得空预器金属的蓄热作用。1)烟/风出口流量计算)烟/风出口温度计算Wo=WI-WI+Wipe由能量守恒方程式中W2,即2,2分别为烟气、一次风a H(4-Iml)=Wg -We2 Cpe2lR2+Qip +Qi (17和二次风出囗流量;W,W,W为烟HA Im2-tp)=W,C(18)气、一次风和二次风入口流量;WasH( Im3 -ts )=W, Casi's-Ws2 Cas2ls-Qus +Qim (19)W4分别为一次风、二次风漏到烟气侧可以得出出口烟温、一二次风温的计算式的漏风量;W为一次风漏到二次风的图1三分仓空预器漏风量。一般情况下,空预器的携带结构示意图Wgr C/g/ -a,H (2-Iml )+Q+20)漏风量相对较小可忽略不计。因此,各漏风量与烟气压力P、一次风压力P以及二次风压力P有关按如下方法简化计算H)-Q-QrC.,,H,(21)W1=C1、P、-PWIa= Cln/Po-FCC.Cφ为反映漏风程度大小的参数(即漏风导纳)其值,=-H可以根据设计或实测的漏风系数推算得到2)传热系数计算51其中Q。Qm为因漏风造成一次风带入烟气、二次风带入烟气以及一次风带入二次风侧的热量HHH,分别为烟(7)气区、一次风区和二次风区的换热面积;n2Jm分别为烟c,scAvdeyP≈sGm气区、一次风区和二次风区的蓄热片平均壁温C2Cm为烟(8)气出入口的比热C2C为一次风出入口的比热C2,C=C3()8P.‘C2(9)为二次风出入口的比热。4)各区蓄热片璧温计算aa2为烟气、一次风以及二次风侧的对流换热系数P回转式空预器的换热过程是由蓄热元件与各区工质的A分别为普朗特数、导热系数和运动粘度减eC为空预器热交换并通过蓄热元件的旋转运动而将热量由高温烟气依次的当量直径和结构修正系数为非稳定换热修正系数和空预传给一次风和二次风的。因此模型假设因蓄热元件的连续器的利用系数xgCC为温度修正系数当烟气被冷却时旋转运动而产生一定的蓄热片金属流量M。设各区的蓄热元C=1其它情况按下式计算件当量质量分别为MMM,则各区动态能量守恒方程为Ce =()(10)Qg +M Cpun -M Cpm I -Q1Cm=(-).(11)M,Com =M,pm mod-M Cpu Im2-QN-Q2(24)(12)d uM Cpm drM, Cpmtm2-M, Cpm -Q3t,.+tpx +t,x,X+x+X(13)Q1Q2Q3为各区的散热量Cm为蓄热片的金属比热容简化为一个与温度无关的常数x。RnQ为烟气、一次风和二tb4h分别为烟气、一次风、二次风和蓄热片的平均温次风区的换热量分别由式(17)(18)(19)计算。度XX。X为烟气、一次风和二次风隔仓通流面积占回转在稳定工况下以上数学模型的静态计算结果与工程式空预器总通流面积的份额。VH为烟气、一次风和二上进行性能设计所采用的计算模型一致因而静态精度可以次风的平均流速按下式计算满足回转式空预器性能分析的需要。W(t+237)(14)273p43通用模块化算法的实现与应用W〔tp+237)273p, Ap(15)本文的研究工作是在华北电力大学开发的STAR-90DW(1+237)仿真软件平台上进行的。将上述数学模型转化为STAR-902730As16)仿真系统算法库的一个通用算法( REAHTR)其输入、输出AAA为烟气、一次风和二次风的通流面积pp,为及系数的结构如图2所示。输入和输出参数主要是工质的等其数值随运行工况和环境条件而变化涿数主要包括换计算量不过多增加的前提下,般分为三到四段为宜热器的结构数据如烟气、一次风和二次风分仓占空预器的在STAR-90仿真环境下应用本文建立的回转式空预断面份额空预器的当量直径等其数值不随运行工况变化,器仿真算法采用工程模块化建模方法按照工质流程分别而取决于设备的结构形式67建立回转式空预器各区段的仿真模块并通过模块间输入输出变量名的搭接方式实现数据的传递,各模块中系数按照结构参数各段结构参数选取从而建立起整个回转式空预器的多段仿气参数模块的输出参真模型。若根据需要调整所分段数时则只需建立或删除模块的输入参块并修改各模块旳结构参数。整个建模过程不再需要用户入次风参数编制和修改算法源程序,且建模过程是在线进行的因此在进行模型分段数量调整增加或减少)时,可使建模、验模工次风参数二次风参作量减少到最低非常便于对各类机组空预器性能的仿真分析l图4所示为某回转式空预器模块化仿真模型的模块连图2三分仓回转式空预器算法模块结构示意图接图。模型将空预器分为了三段图中T、T2和T3三个模块使用同一算法模块 REAHTR分别代表按烟气流程划分的在STAR-∞0集成仿真环境下调用 REAHTR算法建立预热器的三个区段烟风逆向流动换热。图5为此空预器模个模块并输入模块的结构系数就可以仿真回转式空预型在入口烟温阶跃扰动后空预器的岀口烟温及岀口-、二器各种工况下的工作性能。这样建立的回转式空预器模型次风温的变化趋势。是以集总参数为基础的单段仿真模型模型简单而且具有较高的静态计算精度。但由于回转式空预器的换热面积大换热温压低如果采用单段集总参数仿真模型其某些参数在动态变化过程会出现与实际过程不符的现象。如图3为当XP热风冷风2空预器的入口烟温阶跃上升时其出口烟温的动态变化趋势随着空预器入口烟温快速升高其出口烟温先下降之后REAHTRREAHTR才逐渐升高这显然与实际过程不符。通过仿真试验发现解决这个问题的简单有效的方法是将回转式空预器仿真模型沿轴向分为若干个区段建立回转图4模块化多段空预器模型连接图式空预器的多段集总参数模型。分段数量的多少取决于空分析模型过程参数的动态变化趋势曲线,可见分段模块预器的换热量大小换热量大则分段数相对多些。模型分段化仿真模型纠正了单段集总参数模型的某些错误趋势提高了模型的动态逼真度模型的静态结果与设计数据非常接近,复杂、模型结构数据和过程变量增加。研究表明,对于本文不再列出。此外通过直接修改各模块的系数值还可以300MW锅炉机组的回转式空预器在保证计算精度和模型分析结构参数对回转式空预器工作性能的影响。4结论1)本文建立的回转式空预器仿真数学模型将工程上性能计算方法融入动SA air tempoutlet gas temp态仿真模型中使模型充分反映结构特性、工质物性等各种因素对设备性能的影响提高了静态精度。2)采用模块化建模方EAR/2AHR/刮sAmR法通过仿真模块的组态方Exit式建立回转式空预器的多段10 Minuter(下转第85页)[2]J R Hernandez, F Perez-Gonzalez and J Me im- [8] I Cox, J Kilian. 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Image Representation, Sept 1998, 9194-210导师副教授博士研究方向为智能计算与网络数据库上接第45页)[3]胡华进徐治皋.三分仓回转式空气预热器传热特性的算法研究J]动力工程J998-2.500 Up LimitUp Limitp Limit1145314936,60 Tag Valu[4]韩璞刘长良李长青.火电站仿真机原理及应用M]天津:天津科学技术出版社』9985]锅炉机组热力计算标准方法PA air temp.SA air temM]北京机械工业出版社[6]高建强祁在山,马良玉王兵树.锅炉单相介质换热器的通用性能分析仿真模型[J]北电力大学学报,2001,28Cag Nate,,71王兵树高建强冯良玉火电比0NmteGo TO机组仿真器技术及其发展方向研究J]华北电力大学学报图5多段集总参数模型的动态响应200128(3)83-88模块化仿真模型,在提高模型的动态逼真度的同时大大减[作者简介]少了模型开发工作量高建强(1966年4月-)男汉族)河北定州人3)本文建立的仿真模型,既可以用于电站仿真机的开博土研究生高级工程师从事热力系统建模与仿发又可以用于工程上对机组空预器的性能设计、分析真工作。4)回转式空预器的仿真算法通过模块的系数设定无马良玉(1970年4月-)男汉族)河北井陉人需算法源程序的编码也可以直接用于二分仓回转式空预器博士研究生工程师从事热力系统建模与仿真、故的仿真分析诊断工作。王兵树1966年7月-)默汉族)河北平山人硕士教授、博导,参考文献从事系统仿真、电机节能工作。[1]任泽霈王斯永陈启新.回转蓄热式换热器的动态传热分析宋之平(193年7月-)男汉族)北京人教授、博导从事节能[J]工程热物理学报1984,5(3)269-274.原理、能量系统分析方面的研究[2]任泽霈王斯永陈启新.回转蓄热式换热器传热特性J]工程热物理学报1985,6(4)374-377