第22卷第4期計(jì)算機(jī)仿真2005年4月文章編號:006-934X2005)4-0043-03三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器通用模塊化仿真模型高建強(qiáng)馮良玉王兵樹宋之平(華北電力大學(xué)河北保定071003)擿要狂培訓(xùn)用仿真模型的基礎(chǔ)上將工程上性能計(jì)算方法融λ回轉(zhuǎn)式空預(yù)器動態(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(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)旳通用算法模塊。采用模塊化建模方法復(fù)用此算法模塊并通過眢模塊輸岀、輸入變量名的連接的方式建立了三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的多段仿真模型從而校正了單段集中參數(shù)模型動態(tài)趨勢中存在的某些錯(cuò)誤響應(yīng)。所建仿真模型既可用于電站仿真機(jī)的開發(fā)又可用于工程上對空預(yù)器的性能設(shè)計(jì)、分析。關(guān)鍵詞洄轉(zhuǎn)式空預(yù)器癘真模型糢塊化中圖分類號:P2l7TK323文獻(xiàn)標(biāo)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(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的計(jì)算方法。文獻(xiàn)4建立了回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器具有換熱量大、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)因用于電站技術(shù)人員培訓(xùn)的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的動態(tài)仿真模型。而在大中型電站鍋爐機(jī)組上得到普遍地應(yīng)用?；剞D(zhuǎn)式空預(yù)文獻(xiàn)12逮建立的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器模型精度高然而形式復(fù)雜。器的工作性能直接關(guān)系到整個(gè)鍋爐機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。文獻(xiàn)3的模型適于靜態(tài)特性分析并將工質(zhì)的物性參數(shù)取影響回轉(zhuǎn)式空預(yù)器工作性能的因素較多其中有設(shè)計(jì)方面為常數(shù)不能分析回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的動態(tài)特性。文獻(xiàn)4建立的也有運(yùn)行方面的。因此需要全面分析其性能的影響因的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的動態(tài)仿真模型簡單易用可以實(shí)時(shí)運(yùn)算素以提高整個(gè)機(jī)組的設(shè)計(jì)、運(yùn)行水平。以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)但只適用于培訓(xùn)用仿真模型開發(fā)不能用于系統(tǒng)的性能設(shè)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展為回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的性能分析提供計(jì)。了有利的手段通過計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)可以方便地分析研究系本文在文獻(xiàn)4J建立的培訓(xùn)用仿真模型的基礎(chǔ)上鮚合統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能工程設(shè)計(jì)計(jì)算方法建立了一個(gè)形式簡單、模型精度高、通用許多學(xué)者從不同的角度分析了回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的工作機(jī)化的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器仿真模型。該仿真模型既可用于仿真培理并建立了其數(shù)學(xué)物理模型。文獻(xiàn)12]針對冶金工業(yè)加訓(xùn)亦可用于機(jī)組的性能設(shè)計(jì)、分析。熱爐的二分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器進(jìn)行了研究對回轉(zhuǎn)式換熱器周期性動態(tài)換熱過程進(jìn)行了理論分析建立了其一維動態(tài)數(shù)學(xué)2數(shù)學(xué)模型建立模型并應(yīng)用數(shù)值方法對模型進(jìn)行了求解同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證如圖1所示為三分倉式回轉(zhuǎn)式空預(yù)器結(jié)構(gòu)示意圖。建了其模型的精度。文獻(xiàn)3建立了再生式空氣預(yù)熱器換熱的模時(shí)采用集總參數(shù)法忽略軸向的熱交換動態(tài)過程只考慮數(shù)學(xué)模型并針對三分倉式空氣預(yù)熱器進(jìn)行了求解驗(yàn)證得空預(yù)器金屬的蓄熱作用。1)煙/風(fēng)出口流量計(jì)算)煙/風(fēng)出口溫度計(jì)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(cè)可以得出出口煙溫、一二次風(fēng)溫的計(jì)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(yù)器漏風(fēng)量。一般情況下,空預(yù)器的攜帶結(jié)構(gòu)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(jì)。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)按如下方法簡化計(jì)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(shù)(即漏風(fēng)導(dǎo)納)其值,=-H可以根據(jù)設(shè)計(jì)或?qū)崪y的漏風(fēng)系數(shù)推算得到2)傳熱系數(shù)計(jì)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(cè)的熱量HHH,分別為煙(7)氣區(qū)、一次風(fēng)區(qū)和二次風(fēng)區(qū)的換熱面積;n2Jm分別為煙c,scAvdeyP≈sGm氣區(qū)、一次風(fēng)區(qū)和二次風(fēng)區(qū)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(qū)蓄熱片璧溫計(jì)算aa2為煙氣、一次風(fēng)以及二次風(fēng)側(cè)的對流換熱系數(shù)P回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的換熱過程是由蓄熱元件與各區(qū)工質(zhì)的A分別為普朗特?cái)?shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和運(yùn)動粘度減eC為空預(yù)器熱交換并通過蓄熱元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而將熱量由高溫?zé)煔庖来蔚漠?dāng)量直徑和結(jié)構(gòu)修正系數(shù)為非穩(wěn)定換熱修正系數(shù)和空預(yù)傳給一次風(fēng)和二次風(fēng)的。因此模型假設(shè)因蓄熱元件的連續(xù)器的利用系數(shù)xgCC為溫度修正系數(shù)當(dāng)煙氣被冷卻時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而產(chǎn)生一定的蓄熱片金屬流量M。設(shè)各區(qū)的蓄熱元C=1其它情況按下式計(jì)算件當(dāng)量質(zhì)量分別為MMM,則各區(qū)動態(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(qū)的散熱量Cm為蓄熱片的金屬比熱容簡化為一個(gè)與溫度無關(guān)的常數(shù)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(qū)的換熱量分別由式(17)(18)(19)計(jì)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(zhuǎn)在穩(wěn)定工況下以上數(shù)學(xué)模型的靜態(tài)計(jì)算結(jié)果與工程式空預(yù)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(shè)計(jì)所采用的計(jì)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(jì)算滿足回轉(zhuǎn)式空預(yù)器性能分析的需要。W(t+237)(14)273p43通用模塊化算法的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用W〔tp+237)273p, Ap(15)本文的研究工作是在華北電力大學(xué)開發(fā)的STAR-90DW(1+237)仿真軟件平臺上進(jìn)行的。將上述數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為STAR-902730As16)仿真系統(tǒng)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(shù)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。輸入和輸出參數(shù)主要是工質(zhì)的等其數(shù)值隨運(yùn)行工況和環(huán)境條件而變化涿數(shù)主要包括換計(jì)算量不過多增加的前提下,般分為三到四段為宜熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如煙氣、一次風(fēng)和二次風(fēng)分倉占空預(yù)器的在STAR-90仿真環(huán)境下應(yīng)用本文建立的回轉(zhuǎn)式空預(yù)斷面份額空預(yù)器的當(dāng)量直徑等其數(shù)值不隨運(yùn)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(shè)備的結(jié)構(gòu)形式67建立回轉(zhuǎn)式空預(yù)器各區(qū)段的仿真模塊并通過模塊間輸入輸出變量名的搭接方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞,各模塊中系數(shù)按照結(jié)構(gòu)參數(shù)各段結(jié)構(gòu)參數(shù)選取從而建立起整個(gè)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的多段仿氣參數(shù)模塊的輸出參真模型。若根據(jù)需要調(diào)整所分段數(shù)時(shí)則只需建立或刪除模塊的輸入?yún)K并修改各模塊旳結(jié)構(gòu)參數(shù)。整個(gè)建模過程不再需要用戶入次風(fēng)參數(shù)編制和修改算法源程序,且建模過程是在線進(jìn)行的因此在進(jìn)行模型分段數(shù)量調(diào)整增加或減少)時(shí),可使建模、驗(yàn)?zāi)９ご物L(fēng)參數(shù)二次風(fēng)參作量減少到最低非常便于對各類機(jī)組空預(yù)器性能的仿真分析l圖4所示為某回轉(zhuǎn)式空預(yù)器模塊化仿真模型的模塊連圖2三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器算法模塊結(jié)構(gòu)示意圖接圖。模型將空預(yù)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(diào)用 REAHTR算法建立預(yù)熱器的三個(gè)區(qū)段煙風(fēng)逆向流動換熱。圖5為此空預(yù)器模個(gè)模塊并輸入模塊的結(jié)構(gòu)系數(shù)就可以仿真回轉(zhuǎn)式空預(yù)型在入口煙溫階躍擾動后空預(yù)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(zhuǎn)式空預(yù)器模型次風(fēng)溫的變化趨勢。是以集總參數(shù)為基礎(chǔ)的單段仿真模型模型簡單而且具有較高的靜態(tài)計(jì)算精度。但由于回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的換熱面積大換熱溫壓低如果采用單段集總參數(shù)仿真模型其某些參數(shù)在動態(tài)變化過程會出現(xiàn)與實(shí)際過程不符的現(xiàn)象。如圖3為當(dāng)XP熱風(fēng)冷風(fēng)2空預(yù)器的入口煙溫階躍上升時(shí)其出口煙溫的動態(tài)變化趨勢隨著空預(yù)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)際過程不符。通過仿真試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)解決這個(gè)問題的簡單有效的方法是將回轉(zhuǎn)式空預(yù)器仿真模型沿軸向分為若干個(gè)區(qū)段建立回轉(zhuǎn)圖4模塊化多段空預(yù)器模型連接圖式空預(yù)器的多段集總參數(shù)模型。分段數(shù)量的多少取決于空分析模型過程參數(shù)的動態(tài)變化趨勢曲線,可見分段模塊預(yù)器的換熱量大小換熱量大則分段數(shù)相對多些。模型分段化仿真模型糾正了單段集總參數(shù)模型的某些錯(cuò)誤趨勢提高了模型的動態(tài)逼真度模型的靜態(tài)結(jié)果與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)非常接近,復(fù)雜、模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和過程變量增加。研究表明,對于本文不再列出。此外通過直接修改各模塊的系數(shù)值還可以300MW鍋爐機(jī)組的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器在保證計(jì)算精度和模型分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對回轉(zhuǎn)式空預(yù)器工作性能的影響。4結(jié)論1)本文建立的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器仿真數(shù)學(xué)模型將工程上性能計(jì)算方法融入動SA air tempoutlet gas temp態(tài)仿真模型中使模型充分反映結(jié)構(gòu)特性、工質(zhì)物性等各種因素對設(shè)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法通過仿真模塊的組態(tài)方Exit式建立回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的多段10 Minuter(下轉(zhuǎn)第85頁)[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導(dǎo)師副教授博士研究方向?yàn)橹悄苡?jì)算與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫上接第45頁)[3]胡華進(jìn)徐治皋.三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器傳熱特性的算法研究J]動力工程J998-2.500 Up LimitUp Limitp Limit1145314936,60 Tag Valu[4]韓璞劉長良李長青.火電站仿真機(jī)原理及應(yīng)用M]天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社』9985]鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法PA air temp.SA air temM]北京機(jī)械工業(yè)出版社[6]高建強(qiáng)祁在山,馬良玉王兵樹.鍋爐單相介質(zhì)換熱器的通用性能分析仿真模型[J]北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2001,28Cag Nate,,71王兵樹高建強(qiáng)馮良玉火電比0NmteGo TO機(jī)組仿真器技術(shù)及其發(fā)展方向研究J]華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)圖5多段集總參數(shù)模型的動態(tài)響應(yīng)200128(3)83-88模塊化仿真模型,在提高模型的動態(tài)逼真度的同時(shí)大大減[作者簡介]少了模型開發(fā)工作量高建強(qiáng)(1966年4月-)男漢族)河北定州人3)本文建立的仿真模型,既可以用于電站仿真機(jī)的開博土研究生高級工程師從事熱力系統(tǒng)建模與仿發(fā)又可以用于工程上對機(jī)組空預(yù)器的性能設(shè)計(jì)、分析真工作。4)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的仿真算法通過模塊的系數(shù)設(shè)定無馬良玉(1970年4月-)男漢族)河北井陘人需算法源程序的編碼也可以直接用于二分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器博士研究生工程師從事熱力系統(tǒng)建模與仿真、故的仿真分析診斷工作。王兵樹1966年7月-)默漢族)河北平山人碩士教授、博導(dǎo),參考文獻(xiàn)從事系統(tǒng)仿真、電機(jī)節(jié)能工作。[1]任澤霈王斯永陳啟新.回轉(zhuǎn)蓄熱式換熱器的動態(tài)傳熱分析宋之平(193年7月-)男漢族)北京人教授、博導(dǎo)從事節(jié)能[J]工程熱物理學(xué)報(bào)1984,5(3)269-274.原理、能量系統(tǒng)分析方面的研究[2]任澤霈王斯永陳啟新.回轉(zhuǎn)蓄熱式換熱器傳熱特性J]工程熱物理學(xué)報(bào)1985,6(4)374-377