超临界压力锅炉汽水系统分布参数动态数学模型

摘要

直流锅炉是为适应调峰的需要而发展起来的，因此直流锅炉在各种变动工况下的动态特性以及对扰动的敏感性直接影响着锅炉的变负荷能力及安全经济运行。目前，国内对超临界压力直流锅炉的研究还处于初级阶段，因此，建立适用于超临界火电机组的动态数学模型并进行仿真研究分析，对掌握机组动态特性起着关键性的作用。 本文以东方锅炉集团公司的一台1900 超临界压力直流锅炉为研究对象，在分析机组结构和特性的基础上，从机组的工作机理出发，以质量、能量、动量守恒定律为依据，将流体力学领域中的 流体质点追踪思想用于机组运行特性的分析上，建立了适用于超临界压力直流锅炉汽水系统单相、双相受热面的非线性分布参数通用动态数学模型，该模型适合于大扰动全工况变化的数值仿真计算，充分体现了过程热力参数的分布特性和环节中能量输送过程的时滞特性，并对模型通过计算机仿真得出各种扰动下系统主要变量的响应曲线，从理论上分析了仿真结果的合理性。 本文在过程的数学描述、数值分析以及实际应用等方面进行了系统的研究分析，将双相受热面统一划分为热水段、蒸发段和微过热段三段，所建立的双相受热面模型不但成功地避免了超临界工况与亚临界工况间的模型切换，而且消除了由区段划分欠妥所引起的模型刚性无限加剧的问题，统一并简化了超临界及亚临界压力下直流锅炉双相区段的数学模型和动态特性计算，而且提出了利用相变点工况作为超临界压力下划分汽水区域的标准，解决了超临界压力下水与蒸汽的相变点问题。 本文模型不但可用于发电机组的优化设计和运行特性的工程分析，以及系统过程中的定量分析与性能评价，同时适用于电站运行人员实时仿真培训。