三分倉回轉式空預器通用模塊化仿真模型

第22卷第4期計算機仿真2005年4月文章編號:006-934X2005)4-0043-03三分倉回轉式空預器通用模塊化仿真模型高建強馮良玉王兵樹(shù)宋之平(華北電力大學(xué)河北保定071003)擿要狂培訓用仿真模型的基礎上將工程上性能計算方法融λ回轉式空預器動(dòng)態(tài)仿真模型中從而提髙了模型的精度。在STAR-90仿真支撐軟件提供的建模環(huán)境下將將所建立的數學(xué)模型轉化成一個(gè)具有標準化結構旳通用算法模塊。采用模塊化建模方法復用此算法模塊并通過(guò)眢模塊輸岀、輸入變量名的連接的方式建立了三分倉回轉式空氣預熱器的多段仿真模型從而校正了單段集中參數模型動(dòng)態(tài)趨勢中存在的某些錯誤響應。所建仿真模型既可用于電站仿真機的開(kāi)發(fā)又可用于工程上對空預器的性能設計、分析。關(guān)鍵詞洄轉式空預器癘真模型糢塊化中圖分類(lèi)號:P2l7TK323文獻標識碼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前言到了三分倉回轉式空氣預熱器的計算方法。文獻4建立了回轉式空氣預熱器具有換熱量大、結構緊湊等特點(diǎn)因用于電站技術(shù)人員培訓的回轉式空預器的動(dòng)態(tài)仿真模型。而在大中型電站鍋爐機組上得到普遍地應用?；剞D式空預文獻12逮建立的回轉式空預器模型精度高然而形式復雜。器的工作性能直接關(guān)系到整個(gè)鍋爐機組的安全經(jīng)濟運行。文獻3的模型適于靜態(tài)特性分析并將工質(zhì)的物性參數取影響回轉式空預器工作性能的因素較多其中有設計方面為常數不能分析回轉式空預器的動(dòng)態(tài)特性。文獻4建立的也有運行方面的。因此需要全面分析其性能的影響因的回轉式空預器的動(dòng)態(tài)仿真模型簡(jiǎn)單易用可以實(shí)時(shí)運算素以提高整個(gè)機組的設計、運行水平。以數學(xué)模型為基礎但只適用于培訓用仿真模型開(kāi)發(fā)不能用于系統的性能設的計算機仿真技術(shù)的發(fā)展為回轉式空預器的性能分析提供計。了有利的手段通過(guò)計算機仿真試驗可以方便地分析研究系本文在文獻4J建立的培訓用仿真模型的基礎上鮚合統的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能工程設計計算方法建立了一個(gè)形式簡(jiǎn)單、模型精度高、通用許多學(xué)者從不同的角度分析了回轉式空預器的工作機化的回轉式空預器仿真模型。該仿真模型既可用于仿真培理并建立了其數學(xué)物理模型。文獻12]針對冶金工業(yè)加訓亦可用于機組的性能設計、分析。熱爐的二分倉回轉式空預器進(jìn)行了研究對回轉式換熱器周期性動(dòng)態(tài)換熱過(guò)程進(jìn)行了理論分析建立了其一維動(dòng)態(tài)數學(xué)2數學(xué)模型建立模型并應用數值方法對模型進(jìn)行了求解同時(shí)通過(guò)實(shí)驗驗證如圖1所示為三分倉式回轉式空預器結構示意圖。建了其模型的精度。文獻3建立了再生式空氣預熱器換熱的模時(shí)采用集總參數法忽略軸向的熱交換動(dòng)態(tài)過(guò)程只考慮數學(xué)模型并針對三分倉式空氣預熱器進(jìn)行了求解驗證得空預器金屬的蓄熱作用。1)煙/風(fēng)出口流量計算)煙/風(fēng)出口溫度計算Wo=WI-WI+Wipe由能量守恒方程式中W2,即2,2分別為煙氣、一次風(fēng)a H(4-Iml)=Wg -We2 Cpe2lR2+Qip +Qi (17和二次風(fēng)出囗流量;W,W,W為煙HA Im2-tp)=W,C(18)氣、一次風(fēng)和二次風(fēng)入口流量;WasH( Im3 -ts )=W, Casi's-Ws2 Cas2ls-Qus +Qim (19)W4分別為一次風(fēng)、二次風(fēng)漏到煙氣側可以得出出口煙溫、一二次風(fēng)溫的計算式的漏風(fēng)量;W為一次風(fēng)漏到二次風(fēng)的圖1三分倉空預器漏風(fēng)量。一般情況下,空預器的攜帶結構示意圖Wgr C/g/ -a,H (2-Iml )+Q+20)漏風(fēng)量相對較小可忽略不計。因此,各漏風(fēng)量與煙氣壓力P、一次風(fēng)壓力P以及二次風(fēng)壓力P有關(guān)按如下方法簡(jiǎn)化計算H)-Q-QrC.,,H,(21)W1=C1、P、-PWIa= Cln/Po-FCC.Cφ為反映漏風(fēng)程度大小的參數(即漏風(fēng)導納)其值,=-H可以根據設計或實(shí)測的漏風(fēng)系數推算得到2)傳熱系數計算51其中Q。Qm為因漏風(fēng)造成一次風(fēng)帶入煙氣、二次風(fēng)帶入煙氣以及一次風(fēng)帶入二次風(fēng)側的熱量HHH,分別為煙(7)氣區、一次風(fēng)區和二次風(fēng)區的換熱面積;n2Jm分別為煙c,scAvdeyP≈sGm氣區、一次風(fēng)區和二次風(fēng)區的蓄熱片平均壁溫C2Cm為煙(8)氣出入口的比熱C2C為一次風(fēng)出入口的比熱C2,C=C3()8P.‘C2(9)為二次風(fēng)出入口的比熱。4)各區蓄熱片璧溫計算aa2為煙氣、一次風(fēng)以及二次風(fēng)側的對流換熱系數P回轉式空預器的換熱過(guò)程是由蓄熱元件與各區工質(zhì)的A分別為普朗特數、導熱系數和運動(dòng)粘度減eC為空預器熱交換并通過(guò)蓄熱元件的旋轉運動(dòng)而將熱量由高溫煙氣依次的當量直徑和結構修正系數為非穩定換熱修正系數和空預傳給一次風(fēng)和二次風(fēng)的。因此模型假設因蓄熱元件的連續器的利用系數xgCC為溫度修正系數當煙氣被冷卻時(shí)旋轉運動(dòng)而產(chǎn)生一定的蓄熱片金屬流量M。設各區的蓄熱元C=1其它情況按下式計算件當量質(zhì)量分別為MMM,則各區動(dòng)態(tài)能量守恒方程為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為各區的散熱量Cm為蓄熱片的金屬比熱容簡(jiǎn)化為一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的常數x。RnQ為煙氣、一次風(fēng)和二tb4h分別為煙氣、一次風(fēng)、二次風(fēng)和蓄熱片的平均溫次風(fēng)區的換熱量分別由式(17)(18)(19)計算。度XX。X為煙氣、一次風(fēng)和二次風(fēng)隔倉通流面積占回轉在穩定工況下以上數學(xué)模型的靜態(tài)計算結果與工程式空預器總通流面積的份額。VH為煙氣、一次風(fēng)和二上進(jìn)行性能設計所采用的計算模型一致因而靜態(tài)精度可以次風(fēng)的平均流速按下式計算滿(mǎn)足回轉式空預器性能分析的需要。W(t+237)(14)273p43通用模塊化算法的實(shí)現與應用W〔tp+237)273p, Ap(15)本文的研究工作是在華北電力大學(xué)開(kāi)發(fā)的STAR-90DW(1+237)仿真軟件平臺上進(jìn)行的。將上述數學(xué)模型轉化為STAR-902730As16)仿真系統算法庫的一個(gè)通用算法( REAHTR)其輸入、輸出AAA為煙氣、一次風(fēng)和二次風(fēng)的通流面積pp,為及系數的結構如圖2所示。輸入和輸出參數主要是工質(zhì)的等其數值隨運行工況和環(huán)境條件而變化涿數主要包括換計算量不過(guò)多增加的前提下,般分為三到四段為宜熱器的結構數據如煙氣、一次風(fēng)和二次風(fēng)分倉占空預器的在STAR-90仿真環(huán)境下應用本文建立的回轉式空預斷面份額空預器的當量直徑等其數值不隨運行工況變化,器仿真算法采用工程模塊化建模方法按照工質(zhì)流程分別而取決于設備的結構形式67建立回轉式空預器各區段的仿真模塊并通過(guò)模塊間輸入輸出變量名的搭接方式實(shí)現數據的傳遞,各模塊中系數按照結構參數各段結構參數選取從而建立起整個(gè)回轉式空預器的多段仿氣參數模塊的輸出參真模型。若根據需要調整所分段數時(shí)則只需建立或刪除模塊的輸入參塊并修改各模塊旳結構參數。整個(gè)建模過(guò)程不再需要用戶(hù)入次風(fēng)參數編制和修改算法源程序,且建模過(guò)程是在線(xiàn)進(jìn)行的因此在進(jìn)行模型分段數量調整增加或減少)時(shí),可使建模、驗模工次風(fēng)參數二次風(fēng)參作量減少到最低非常便于對各類(lèi)機組空預器性能的仿真分析l圖4所示為某回轉式空預器模塊化仿真模型的模塊連圖2三分倉回轉式空預器算法模塊結構示意圖接圖。模型將空預器分為了三段圖中T、T2和T3三個(gè)模塊使用同一算法模塊 REAHTR分別代表按煙氣流程劃分的在STAR-∞0集成仿真環(huán)境下調用 REAHTR算法建立預熱器的三個(gè)區段煙風(fēng)逆向流動(dòng)換熱。圖5為此空預器模個(gè)模塊并輸入模塊的結構系數就可以仿真回轉式空預型在入口煙溫階躍擾動(dòng)后空預器的岀口煙溫及岀口-、二器各種工況下的工作性能。這樣建立的回轉式空預器模型次風(fēng)溫的變化趨勢。是以集總參數為基礎的單段仿真模型模型簡(jiǎn)單而且具有較高的靜態(tài)計算精度。但由于回轉式空預器的換熱面積大換熱溫壓低如果采用單段集總參數仿真模型其某些參數在動(dòng)態(tài)變化過(guò)程會(huì )出現與實(shí)際過(guò)程不符的現象。如圖3為當XP熱風(fēng)冷風(fēng)2空預器的入口煙溫階躍上升時(shí)其出口煙溫的動(dòng)態(tài)變化趨勢隨著(zhù)空預器入口煙溫快速升高其出口煙溫先下降之后REAHTRREAHTR才逐漸升高這顯然與實(shí)際過(guò)程不符。通過(guò)仿真試驗發(fā)現解決這個(gè)問(wèn)題的簡(jiǎn)單有效的方法是將回轉式空預器仿真模型沿軸向分為若干個(gè)區段建立回轉圖4模塊化多段空預器模型連接圖式空預器的多段集總參數模型。分段數量的多少取決于空分析模型過(guò)程參數的動(dòng)態(tài)變化趨勢曲線(xiàn),可見(jiàn)分段模塊預器的換熱量大小換熱量大則分段數相對多些。模型分段化仿真模型糾正了單段集總參數模型的某些錯誤趨勢提高了模型的動(dòng)態(tài)逼真度模型的靜態(tài)結果與設計數據非常接近,復雜、模型結構數據和過(guò)程變量增加。研究表明,對于本文不再列出。此外通過(guò)直接修改各模塊的系數值還可以300MW鍋爐機組的回轉式空預器在保證計算精度和模型分析結構參數對回轉式空預器工作性能的影響。4結論1)本文建立的回轉式空預器仿真數學(xué)模型將工程上性能計算方法融入動(dòng)SA air tempoutlet gas temp態(tài)仿真模型中使模型充分反映結構特性、工質(zhì)物性等各種因素對設備性能的影響提高了靜態(tài)精度。2)采用模塊化建模方EAR/2AHR/刮sAmR法通過(guò)仿真模塊的組態(tài)方Exit式建立回轉式空預器的多段10 Minuter(下轉第85頁(yè))[2]J R Hernandez, F Perez-Gonzalez and J Me im- [8] I Cox, J Kilian. 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