化学回热循环实验系统建模仿真及控制研究

论文摘要

燃气轮机化学回热循环是一种先进循环方式,既可以充分利用燃气轮机排气余热提高循环热效率,又可以解决简单燃气轮机循环NOx排放物过多等造成的环境问题。本文是在我校已有的燃气轮机化学回热循环实验台的基础之上,对各个部件建模仿真并对该实验台进行了控制研究。本文首先借助于通用的仿真平台Matlab/SimuLink,采用了模块化建模方法,建立了化学回热循环实验系统的仿真模型,并对其整体系统进行仿真。仿真结果表明,燃油供给量和补给水量的合理匹配,不仅会防止闪蒸室出口蒸汽的流量会产生较大的波动,而且有利于整个实验系统废热利用效率的提高。其次,在仿真的基础之上,采用数字PID控制器对补给水温度、压缩空气流量和温度、以及燃气温度的控制过程进行了仿真分析。仿真结果表明,数字PID控制器控制效果良好,满足实验台对被控量的控制要求。同时,在控制仿真过程中发现,由于受热惯性的影响,燃气温度和补给水温度的变化滞后于燃烧室中燃油供油量的变化,喷水冷却器中喷水量的变化,空气预热器中压缩空气的变化。空气流量的控制结果表明,由于无热惯性部件的参与和电磁阀的响应速度较快,空气流量变化的响应过程比较迅速最后,提出了采用SIEMENS WINCC监控组态软件和S7-300 PLC作为控制系统总体的解决方案。且根据实验台的实验功能的不同,制定了相应的实验流程为后续的监控组态和PLC程序的编写提供指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 建模与仿真技术在国内外的发展状况
• 1.2.2 燃气轮机控制技术在国内外发展状况
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 化学回热循环实验台数学建模
• 2.1 化学回热循环实验台组成及其功能
• 2.1.1 化学回热实验台组成
• 2.1.2 化学回热实验台的功能
• 2.2 实验台各模块数学模型
• 2.2.1 换热器数学模型
• 2.2.2 燃烧室数学模型
• 2.2.3 喷水冷却器数学模型
• 2.2.4 化学回热器数学模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 实验台系统仿真分析
• 3.1 水和蒸汽热力性质计算模型
• 3.2 烟气的热力计算模型
• 3.3 实验台整体系统仿真
• 3.3.1 实验台仿真模型
• 3.3.2 实验台仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验台各系统控制过程仿真
• 4.1 数字PID控制器
• 4.2 水系统控制过程仿真
• 4.3 空气系统控制过程仿真
• 4.3.1 空气流量控制过程仿真
• 4.3.2 空气温度控制过程仿真
• 4.4 燃气系统控制过程仿真
• 4.4.1 多级闪蒸实验控制过程仿真
• 4.4.2 燃料裂解实验控制过程仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验台控制系统硬件设计及典型实验流程
• 5.1 实验台控制系统硬件设计
• 5.1.1 控制系统硬件设计要求
• 5.1.2 控制系统硬件组成
• 5.2 实验台典型实验流程
• 5.2.1 多级闪蒸实验
• 5.2.2 燃料裂解实验
• 5.2.3 燃烧室燃烧实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 1.本文的主要结论
• 2.工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢