锅炉及锅炉系统仿真

1、锅炉、锅炉系统及仿真一、锅炉锅炉是把化学能转换成热能，为生产和生活提供合格蒸汽或热水的设备。汽机：热能f机械能发电机：机械能f电能分类按用途：电站锅炉，工业锅炉按燃烧方式：层燃炉，室燃炉，旋风炉按燃料：燃煤炉，燃油炉，燃气炉按工质流动特性：自然循环锅炉，强制循环锅炉，直流锅炉按锅炉容量：小、中、大容量锅炉，或小、中、大型锅炉按蒸汽参数：低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界锅炉工业锅炉：压力0.73.9MPa容量0.135t/h或更大亚临界及以下电站锅炉：压力2.517.5MPa容量202008t/h从电功率看：3MW：2.5MPa,40020t/h6MW：3.9MPa,45035t/h6M

2、W：3.9MPa,45035t/h12MW：3.9MPa,45065t/h25MW：3.9MPa,450130t/h50MW：9.9MPa,540220t/h100MW：9.9MPa,540410t/h125MW：13.8MPa,540420t/h200MW：13.8MPa,540670t/h300MW：16.8MPa,5401025t/h300MW：17.5MPa,5401025t/h600MW：17.5MPa,5402008t/h习惯上，蒸汽压力1.4MPa以下，为低压锅炉；2.6MPa为次中压锅炉;3.9MPa为中压锅炉；9.9MPa为高压锅炉；13.8MPa为超高压锅炉；16.817.

3、5MPa亚临界压锅炉；22.19MPa（临界压力）以上为超临界压力锅炉。图一和图二分别简单介绍火力发电厂的生产流程和电站锅炉、锅炉系统锅炉系统是完成一定生产功能的设备的组合；仿真工作中划分系统时还考虑建模和流网计算的特点。电厂的锅炉一般可分为如下系统：过热蒸汽系统再热蒸汽系统汽包和蒸发系统二次风系统送风机液压油、润滑油系统一次风系统烟气系统省煤器系统空气预热器系统制粉系统磨煤机润滑油系统燃油及雾化蒸汽系统底部加热（蒸汽推动）系统炉内燃烧系统及火焰检测系统压缩空气系统锅炉疏水及排污系统吹灰系统现在的仿真锅炉一般可分为如下系统：风烟系统蒸汽系统燃油系统燃油的雾化蒸汽系统底部加热（蒸汽推动）系统锅炉

4、排污系统送风机液压油、润滑油系统磨煤机润滑油系统吹灰系统压缩空气系统火焰检测系统三、锅炉的仿真仿真或模拟，英语：emulate,simulate模仿，仿效，模拟，仿真，伪装美国国防部关键技术计划中定义：仿真是一个模型或一套模型的形成和运行。可见，仿真和建模密不可分。计算机仿真或数字仿真最早应用于欧美国家的游戏行业，它的历史几乎伴随着计算机的发展史。核电和火电的数字仿真始于上世纪60年代，大规模应用则在70年代及以后。锅炉的数字仿真，就是建立与锅炉有关的各种设备，如汽包、水冷壁、下降管、过热器、再热器、省煤器、空气预热器、炉膛、燃烧器、磨煤机、给煤机、风机、管道、阀门等等的数学模型，并用它们组成

5、锅炉的各个系统，最后使这些系统在一定的计算平台上运行（包括输入合适的数据进行预处理，以确定它们的常数和初值）。模型的运行还涉及流体网络的计算和仿真支撑平台等内容。下面以对流过热器为例介绍我们现在使用的图形化自动建模条件下对流过热器模块的建立过程：分析对象：过热器分为辐射过热器、半辐射半对流过热器、对流过热器；它们的作用是使蒸汽受热升温，达到一定的过热度。工作原理：高温烟气流过对流过热器表面，把热量传导给金属，金属再把热量传给流过的蒸汽。计算任务已知：入、出口蒸汽压力、烟气压力，蒸汽流量、烟气流量，入口蒸汽温度、烟气温度等参数，及过热器的金属质量、容积等结构参数求解：出口烟温，出口汽温，金属温度

6、比较：设计计算是已知过热器的入、出口热工参数，求取其结构参数，其传热系数的计算复杂；仿真计算是已知过热器的额定入、出口参数和结构参数，求取其出口参数，其传热系数的计算简单。建立数学模型1、用数学公式描述传热过程烟气热平衡方程其中a烟气放热量烟气放热量的修正系数G烟气流量烟气比热容JI/贝过热器进、出口烟气温度烟气对金属对流放热方程其中烟气对金属的对流放热系数烟气的计算温度金属的计算温度依流动情况而定的常数，管外流动取0.65,管内流动取0.8。这里取0.65假设为进、出口烟气温度411贝的平均温度，则可由上二式求得烟气的出口温度t=1221+金属向工质的放热方程Q：二W)其中白金属对工质的传热

7、量跖金属对工质的传热系数出口蒸汽流量n管内流动取0.8金属的计算温度I蒸汽的计算温度工质的能量平衡方程二卬盟+2其中M过热器的蒸汽质量%出口蒸汽焓DI入口蒸汽流量H入口蒸汽焓上式欧拉积分可得其中电,1本次计算的出口蒸汽焓上次计算的出口蒸汽焓上次计算的入口蒸汽焓由蒸汽压力和蒸汽焓即可求得出口蒸汽温度。金属的能量平衡方程其中过热器的金属质量过热器金属比热容过热器金属温度Pij.i-Qm至此，过热器的金属温度、出口汽温、出口烟温全部表示清楚。建立仿真模型1、建立图标用机器提供的绘图工具画图标：开始一程序一附件一画图，用图形表示清楚设备，并把它保存在SimuBuildermodlibSubBoiler

8、mrdicon下，在SimuManager内选“读入图标”把此图标填入。填写运行代码打开SimuManager，在合适的模块资源组（如：锅炉（亚临界）模块）下的合适的模块类（如：过热器）下，选“新建模块”，填入新模块的名称后，选：运行代码一编辑源代码，用Fortran语言表示上述数学模型。如果SimuManager中还没有合适的模块资源组或模块类，则须先依次建立。、，、，、.,、,广注意：源代码中只需写入可执行语句，无需在程序开头写入子例行子程序名SUBROUTINE,也无需在程序最后写入结束语句名END；我们的模型是全工况模型，必须在上述正常计算的基础上加入冷态工况和事故工况的计算；另外，对

9、流过热器的物质支路的流网属性是“阻力型”的，所以模型中还须加入流网计算所必须的“RB1,RB2,CB,RV,WLK”等参数的计算；最后，数学模型中的变量应符合规则和习惯，以便于使用。填写变量根据运行代码，依次填写下列端口的变量：物质端口、信息端口、内部变量、常变量、系统变量、故障变量、流网支路。注意：物质端口和信息端口是模块和外部连系的端口，在图标上的位置要合适，要方便使用时连线；2变量的“PRT”栏是指变量的初值是如何得到的：PI代表需要输入数据；PO代表预处理自动输出数据；PM代表内部自有的数据（节点才有）。总的原则是：容易得到的数据选PI，难得到的数据选PO。预处理代码预处理代码f编辑源

10、代码，由“PRT”栏为PI的变量,用Fortran语言写出全部变量中“PRT”栏为PO的变量的计算程序。一个变量在不同工况下可能有不同的数值，系统默认物质端口变量、信息端口变量、内部变量、故障变量、流网支路变量为下标下限为1的有10个数组元素的一维数组，所以在预处理代码中，这些变量都表示为一维数组元素的形式，例如过热器出口烟温，在运行代码中写为TGL,而在预处理代码中写为TGL(I),即：这些变量应该在一个在I=1,NUM的循环体里计算，计算步长为1,系统给定NUM=10。常变量和系统变量是常数，各个工况下的数值是一样的，所以不用循环计算。有时需要在预处理代码中把临时变量(局部变量)定义为数组，这需要在“头定义”中进行，例如：预处理代码f编辑头定义，写入