第22卷第4期計算機仿真2005年4月文章編號:006-934X2005)4-0043-03三分倉回轉式空預器通用模塊化仿真模型高建強馮良玉王兵樹宋之平(華北電力大學河北保定071003)擿要狂培訓用仿真模型的基礎上將工程上性能計算方法融λ回轉式空預器動態(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)學模型轉化成一個具有標準化結構旳通用算法模塊。采用模塊化建模方法復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式空氣預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誤響應。所建仿真模型既可用于電站仿真機的開發(fā)又可用于工程上對空預器的性能設計、分析。關鍵詞洄轉式空預器癘真模型糢塊化中圖分類號:P2l7TK323文獻標識碼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式空氣預熱器的計算方法。文獻4建立了回轉式空氣預熱器具有換熱量大、結構緊湊等特點因用于電站技術人員培訓的回轉式空預器的動態(tài)仿真模型。而在大中型電站鍋爐機組上得到普遍地應用?；剞D式空預文獻12逮建立的回轉式空預器模型精度高然而形式復雜。器的工作性能直接關系到整個鍋爐機組的安全經濟運行。文獻3的模型適于靜態(tài)特性分析并將工質的物性參數(shù)取影響回轉式空預器工作性能的因素較多其中有設計方面為常數(shù)不能分析回轉式空預器的動態(tài)特性。文獻4建立的也有運行方面的。因此需要全面分析其性能的影響因的回轉式空預器的動態(tài)仿真模型簡單易用可以實時運算素以提高整個機組的設計、運行水平。以數(shù)學模型為基礎但只適用于培訓用仿真模型開發(fā)不能用于系統(tǒng)的性能設的計算機仿真技術的發(fā)展為回轉式空預器的性能分析提供計。了有利的手段通過計算機仿真試驗可以方便地分析研究系本文在文獻4J建立的培訓用仿真模型的基礎上鮚合統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能工程設計計算方法建立了一個形式簡單、模型精度高、通用許多學者從不同的角度分析了回轉式空預器的工作機化的回轉式空預器仿真模型。該仿真模型既可用于仿真培理并建立了其數(shù)學物理模型。文獻12]針對冶金工業(yè)加訓亦可用于機組的性能設計、分析。熱爐的二分倉回轉式空預器進行了研究對回轉式換熱器周期性動態(tài)換熱過程進行了理論分析建立了其一維動態(tài)數(shù)學2數(shù)學模型建立模型并應用數(shù)值方法對模型進行了求解同時通過實驗驗證如圖1所示為三分倉式回轉式空預器結構示意圖。建了其模型的精度。文獻3建立了再生式空氣預熱器換熱的模時采用集總參數(shù)法忽略軸向的熱交換動態(tài)過程只考慮數(shù)學模型并針對三分倉式空氣預熱器進行了求解驗證得空預器金屬的蓄熱作用。1)煙/風出口流量計算)煙/風出口溫度計算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a H(4-Iml)=Wg -We2 Cpe2lR2+Qip +Qi (17和二次風出囗流量;W,W,W為煙HA Im2-tp)=W,C(18)氣、一次風和二次風入口流量;WasH( Im3 -ts )=W, Casi's-Ws2 Cas2ls-Qus +Qim (19)W4分別為一次風、二次風漏到煙氣側可以得出出口煙溫、一二次風溫的計算式的漏風量;W為一次風漏到二次風的圖1三分倉空預器漏風量。一般情況下,空預器的攜帶結構示意圖Wgr C/g/ -a,H (2-Iml )+Q+20)漏風量相對較小可忽略不計。因此,各漏風量與煙氣壓力P、一次風壓力P以及二次風壓力P有關按如下方法簡化計算H)-Q-QrC.,,H,(21)W1=C1、P、-PWIa= Cln/Po-FCC.Cφ為反映漏風程度大小的參數(shù)(即漏風導納)其值,=-H可以根據設計或實測的漏風系數(shù)推算得到2)傳熱系數(shù)計算51其中Q。Qm為因漏風造成一次風帶入煙氣、二次風帶入煙氣以及一次風帶入二次風側的熱量HHH,分別為煙(7)氣區(qū)、一次風區(qū)和二次風區(qū)的換熱面積;n2Jm分別為煙c,scAvdeyP≈sGm氣區(qū)、一次風區(qū)和二次風區(qū)的蓄熱片平均壁溫C2Cm為煙(8)氣出入口的比熱C2C為一次風出入口的比熱C2,C=C3()8P.‘C2(9)為二次風出入口的比熱。4)各區(qū)蓄熱片璧溫計算aa2為煙氣、一次風以及二次風側的對流換熱系數(shù)P回轉式空預器的換熱過程是由蓄熱元件與各區(qū)工質的A分別為普朗特數(shù)、導熱系數(shù)和運動粘度減eC為空預器熱交換并通過蓄熱元件的旋轉運動而將熱量由高溫煙氣依次的當量直徑和結構修正系數(shù)為非穩(wěn)定換熱修正系數(shù)和空預傳給一次風和二次風的。因此模型假設因蓄熱元件的連續(xù)器的利用系數(shù)xgCC為溫度修正系數(shù)當煙氣被冷卻時旋轉運動而產生一定的蓄熱片金屬流量M。設各區(qū)的蓄熱元C=1其它情況按下式計算件當量質量分別為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與溫度無關的常數(shù)x。RnQ為煙氣、一次風和二tb4h分別為煙氣、一次風、二次風和蓄熱片的平均溫次風區(qū)的換熱量分別由式(17)(18)(19)計算。度XX。X為煙氣、一次風和二次風隔倉通流面積占回轉在穩(wěn)定工況下以上數(shù)學模型的靜態(tài)計算結果與工程式空預器總通流面積的份額。VH為煙氣、一次風和二上進行性能設計所采用的計算模型一致因而靜態(tài)精度可以次風的平均流速按下式計算滿足回轉式空預器性能分析的需要。W(t+237)(14)273p43通用模塊化算法的實現(xiàn)與應用W〔tp+237)273p, Ap(15)本文的研究工作是在華北電力大學開發(fā)的STAR-90DW(1+237)仿真軟件平臺上進行的。將上述數(shù)學模型轉化為STAR-902730As16)仿真系統(tǒng)算法庫的一個通用算法( REAHTR)其輸入、輸出AAA為煙氣、一次風和二次風的通流面積pp,為及系數(shù)的結構如圖2所示。輸入和輸出參數(shù)主要是工質的等其數(shù)值隨運行工況和環(huán)境條件而變化涿數(shù)主要包括換計算量不過多增加的前提下,般分為三到四段為宜熱器的結構數(shù)據如煙氣、一次風和二次風分倉占空預器的在STAR-90仿真環(huán)境下應用本文建立的回轉式空預斷面份額空預器的當量直徑等其數(shù)值不隨運行工況變化,器仿真算法采用工程模塊化建模方法按照工質流程分別而取決于設備的結構形式67建立回轉式空預器各區(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現(xiàn)數(shù)據的傳遞,各模塊中系數(shù)按照結構參數(shù)各段結構參數(shù)選取從而建立起整個回轉式空預器的多段仿氣參數(shù)模塊的輸出參真模型。若根據需要調整所分段數(shù)時則只需建立或刪除模塊的輸入參塊并修改各模塊旳結構參數(shù)。整個建模過程不再需要用戶入次風參數(shù)編制和修改算法源程序,且建模過程是在線進行的因此在進行模型分段數(shù)量調整增加或減少)時,可使建模、驗模工次風參數(shù)二次風參作量減少到最低非常便于對各類機組空預器性能的仿真分析l圖4所示為某回轉式空預器模塊化仿真模型的模塊連圖2三分倉回轉式空預器算法模塊結構示意圖接圖。模型將空預器分為了三段圖中T、T2和T3三個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)境下調用 REAHTR算法建立預熱器的三個區(qū)段煙風逆向流動換熱。圖5為此空預器模個模塊并輸入模塊的結構系數(shù)就可以仿真回轉式空預型在入口煙溫階躍擾動后空預器的岀口煙溫及岀口-、二器各種工況下的工作性能。這樣建立的回轉式空預器模型次風溫的變化趨勢。是以集總參數(shù)為基礎的單段仿真模型模型簡單而且具有較高的靜態(tài)計算精度。但由于回轉式空預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)與實際過程不符的現(xiàn)象。如圖3為當XP熱風冷風2空預器的入口煙溫階躍上升時其出口煙溫的動態(tài)變化趨勢隨著空預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際過程不符。通過仿真試驗發(fā)現(xiàn)解決這個問題的簡單有效的方法是將回轉式空預器仿真模型沿軸向分為若干個區(qū)段建立回轉圖4模塊化多段空預器模型連接圖式空預器的多段集總參數(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)模型的某些錯誤趨勢提高了模型的動態(tài)逼真度模型的靜態(tài)結果與設計數(shù)據非常接近,復雜、模型結構數(shù)據和過程變量增加。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鍋爐機組的回轉式空預器在保證計算精度和模型分析結構參數(shù)對回轉式空預器工作性能的影響。4結論1)本文建立的回轉式空預器仿真數(shù)學模型將工程上性能計算方法融入動SA air tempoutlet gas temp態(tài)仿真模型中使模型充分反映結構特性、工質物性等各種因素對設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式建立回轉式空預器的多段10 Minuter(下轉第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導師副教授博士研究方向為智能計算與網絡數(shù)據庫上接第45頁)[3]胡華進徐治皋.三分倉回轉式空氣預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.火電站仿真機原理及應用M]天津:天津科學技術出版社』9985]鍋爐機組熱力計算標準方法PA air temp.SA air temM]北京機械工業(yè)出版社[6]高建強祁在山,馬良玉王兵樹.鍋爐單相介質換熱器的通用性能分析仿真模型[J]北電力大學學報,2001,28Cag Nate,,71王兵樹高建強馮良玉火電比0NmteGo TO機組仿真器技術及其發(fā)展方向研究J]華北電力大學學報圖5多段集總參數(shù)模型的動態(tài)響應200128(3)83-88模塊化仿真模型,在提高模型的動態(tài)逼真度的同時大大減[作者簡介]少了模型開發(fā)工作量高建強(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組空預器的性能設計、分析真工作。4)回轉式空預器的仿真算法通過模塊的系數(shù)設定無馬良玉(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式空預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,參考文獻從事系統(tǒng)仿真、電機節(jié)能工作。[1]任澤霈王斯永陳啟新.回轉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、博導從事節(jié)能[J]工程熱物理學報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.回轉蓄熱式換熱器傳熱特性J]工程熱物理學報1985,6(4)374-377