大容量超临界直流锅炉数学模型的研究

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1、第24卷第8期电力科学与工程Vo1．24．No．8522008年l0月ElectricPowerScienceandEngineeringOct．，2008大容量超临界直流锅炉数学模型的研究贡献，孙志英(华北电力大学仿真控制技术研究所，河北保定071003)摘要：采用模块化建模方法开发了大容量超临界直流锅炉动态仿真数学模型。根据超临界直流锅炉的工作机理和特性，以能量和质量守恒原理为基础，详细论述了其蒸发系统的教学模型算法，并结合其它相关模块算法，利用华北电力大学STAR-90仿真系统开发平台，建立了600Mw超临界直流锅炉

2、的实时仿真模型。仿真试验表明，所开发的数学模型能够正确反映对象的动态特性，可为大容量超临界仿真系统的开发及超临界直流锅炉控制系统的设计提供参考。关键词：超临界直流锅炉；模型；仿真；动态特性中图分类号：TK221；TK229．2；TK229．54文献标识码：A方法，结合其它相关模块算法，建立了600MW0引言超临界直流锅炉集总参数数学模型，避免了模型之间的切换，并将其应用于全范围实时仿真系统。随着我国电力工业的发展及电力结构的调整，大型超临界机组已逐渐成为我国电网的主力机组。1仿真对象概述超临界机组与临界机组相比，工质压力要

3、在超临界到亚临界的J’泛力范围内变化。由于工质物性锅炉由北京巴布科克·威尔科克斯有限公司制的剧烈变化，超临界机组的动态特性随负荷大范围造，型号为B&WB．1903／25．4，彤式：单炉膛、变化，呈现更强的非线性特性和变参数特性。为保一次再热、固态排渣、超临界参数变压直流炉。证锅炉的安全经济运行，深入对超临界机组的动态锅炉在MCR工况下的额定参数为：特性的研究是一项非常必要的工作⋯。主蒸汽流量，1910t／h；超临界直流锅炉数学模型的研究重点是蒸发系主蒸汽压力，25．40MPa；统。对于超临界和超超临界直流锅炉，一般采用最主

4、蒸汽温度，571℃：大比热点或临界比容点作为超临界压力下锅炉再热蒸汽流量，l554．4t／h；蒸发受热面内热水段与蒸汽段的分界。文献【3】按再热蒸汽压力(进口／出E1)，4．73／4．54MPa；照热水段、汽水段、和蒸汽段建立三段式数学模再热蒸汽温度(进LI／出u)，324．5／569℃；型，而且对亚临界和超临界工况分别进行处理，从给水温度，288℃。而在仿真应用中存在模型切换问题。文献[4]给H{了一种非线性集总参数移动边界的数学模型，并2锅炉模型介绍且给}}{了几种工况下的仿真结果；但是，该研究并不是存全T况的实时仿真

5、环境中进行的。2．1STAR-90模块化建模和仿真支撑平台简介本文以水冷壁、分离器等典型环节为仿真对仿真机模型的开发是建立在STAR一90模块化象，依据质量守恒、能量守恒和动量守恒，以建模和仿真支撑甲台f：的。STAR一90模块化建模STAR·9O仿真支持系统为荩础，采用模块化建模方法来源于系统分解的思想。由于实际系统设备众收稿日期：2008-05-l0．作者简介：贝献(1970一)，，北电／J人仿制技术究所I：师第8期页献，等大容量超临界直流锅炉数学模型的研究多，连接关系复杂，难以刑单一的函数或程序来模长度与并联管‘样。

6、拟。根据系统分解的思想，将系统分解为若干个功(2)忽略沿管壁的轴向换热，换热，l、q．，．"径向进能独立、可分别调试的模块；各个模块完成‘定的行，径向传热强度是均匀的。功能，由支撑系统完成模块之问的连接。采用这种(3)管壁径向导热系数无穷人，金属温度只沿方法降低了建模的难度，便于模型的有错、调试和管长方向有变化。修改，而且各种模块所使用的算法可以重复使削，(4)管内介质为允分混合的流体，同横截而提高软件开发的效率。模型建立的基础是模型算法}：有均匀的流速。库。模型算法是以电厂中的设备、管道、控制逻辑水冷壁会属壁温为为对象编

7、制的了程序，具有通用性。这些算法分为tm=+(Qco+Qo—Qr)dr／(MCp)过程算法和通用算法两类。过程算法是针对电厂中式中，分别为水冷壁受热由金属温度和前一时刻的设备、管道，根据物质守恒、能量守恒、动量平的金属温度；cP分别为受热嘶金属质量1比热；衡的原理，严格按照物理过程，利用欧拉法对微分QMr，QRm分别为金属传给¨[质的热鼙、辐射方程进行差分而建立的，如分离器算法、水冷壁算吸热量和对流吸热量；出为积分步距。法、贮水箱、单相介质换热器算法等。通用算法完金属传给工质的热量：成逻辑运算功能，如逻辑与算法、逻辑非算法

8、。STAR一90模块化建模和仿真支撑系统支持多个模Q×w×(一)型同时运行，存线模块化建模、线调试、扩充和式中为工质侧换热系数。南于同工况卜，二I：质修改，可以大大缩短仿真机的建设怙J期，是‘种先的传热特性有明变化，采用固定换热系数徽难适进的仿真支撑软件。应全工’／兄仿真；因此，根据锅炉J家提供的热力计