DG1900/25.4锅炉系统建模与仿真研究

论文摘要

超临界机组的动态特性复杂,其运行稳定性和经济性强烈地依赖于高性能的控制系统。深入研究和掌握超临界机组的动态特性,并在此基础上探索提高机组性能的运行控制技术,具有重要的现实意义。本文以东方锅炉集团公司的DG1900/25.4-Ⅱ1型超临界直流锅炉为研究对象,进行建模仿真研究,在分析机组结构和特性的基础上,从机组工作机理出发,建立该类型超临界直流锅炉系统的仿真模型,并对其动态特性进行仿真研究。主要内容如下:①建立了超临界直流锅炉系统数学模型,包括水冷壁、汽水分离器、单相受热面、喷水减温器、旁路系统、炉膛及烟气侧、汽机侧七个典型部件的数学模型。水冷壁和汽水分离器组成了锅炉的蒸汽发生系统,是建模的重点和难点。水冷壁采用非线性集总参数移动边界法建立4种不同运行方式下的数学模型,汽水分离器采用集总参数法建立干式和湿式数学模型,为整个锅炉系统全工况、大扰动动态数学模型的建立提供了必要条件。建模过程中,本文不仅给出了基本守恒方程,而且详细介绍了方程求解的处理过程,给出了完备的方程组。②为避免模型切换过程中出现模型stiff问题和计算溢出,本文在相互切换的两模型间增加了准备过渡模型和过渡模型。准备过渡模型中忽略管段贮质变化影响,认为该段内工质流量均匀一致,出口压力根据阻力分配原则求得,避免了模型stiff问题;过渡模型中除流量、压力按准备过渡模型计算外,为避免计算溢出,工质出口焓由静态方程计算求得,管壁金属温度亦取相邻节点处的值,代表点处的工质参数取进出口参数的算术平均值。该处理方法成功解决了超临界直流锅炉在各种运行方式之间切换时可能出现的问题,顺利实现模型切换。③基于模块化建模技术和变步长欧拉算法,建立了超临界直流锅炉系统仿真模型。在整体仿真模型基础上,进行了20%MCR、50%MCR、75%MCR等典型工况下单独变量（燃料量、给水流量和给水温度）阶跃扰动仿真试验以及负荷变化时的模型切换仿真试验,获得了锅炉系统在不同工况下的主要动态特性,并初步验证了仿真模型的有效性。利用本文所建立的仿真模型,能够对超临界直流锅炉系统的主要动态特性进行比较全面的考核与分析,为深入掌握整个机组的运行性能和机组控制系统以及控制方案的优化与改进奠定了必要的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 超临界机组仿真技术的进展情况
• 1.2.1 电站仿真技术的国内外进展
• 1.2.2 超临界机组仿真技术研究进展及存在问题
• 1.3 本文的主要工作
• 2 仿真对象介绍
• 2.1 锅炉整体布置
• 2.2 锅炉主要系统及基本结构
• 2.2.1 锅炉主要界限尺寸
• 2.2.2 汽水系统流程
• 2.2.3 风烟系统流程
• 2.2.4 基本设备结构
• 2.3 本章小结
• 3 蒸汽发生器数学模型
• 3.1 水冷壁动态数学模型
• 3.1.1 运行方式Ⅲ水冷壁数学模型
• 3.1.2 运行方式Ⅳ水冷壁数学模型
• 3.1.3 运行方式Ⅱ水冷壁数学模型
• 3.1.4 运行方式Ⅰ水冷壁数学模型
• 3.1.5 模型切换问题的处理
• 3.2 汽水分离器动态数学模型
• 3.2.1 汽水分离器湿式数学模型
• 3.2.2 汽水分离器干式数学模型
• 3.3 本章小结
• 4 其他部件数学模型
• 4.1 单相受热面数学模型
• 4.2 喷水减温器数学模型
• 4.3 旁路系统简化数学模型
• 4.4 炉膛及烟气侧数学模型
• 4.4.1 燃料的燃烧计算
• 4.4.2 锅炉各受热面吸热量计算
• 4.5 汽机侧简化数学模型
• 4.5.1 高压缸数学模型
• 4.5.2 中、低压缸数学模型
• 4.6 本章小结
• 5 仿真模型与仿真试验
• 5.1 仿真模型
• 5.1.1 仿真语言及仿真算法
• 5.1.2 仿真模型的建立
• 5.2 仿真试验
• 5.2.1 20% MCR 时系统动态仿真试验
• 5.2.2 50% MCR 时系统动态仿真试验
• 5.2.3 75% MCR 时系统动态仿真试验
• 5.2.4 从50% MCR 到75% MCR 升负荷过程系统仿真试
• 5.2.5 从50% MCR 到20% MCR 降负荷过程系统仿真试
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录