基于水位晃蕩的余熱鍋爐汽包水位動態(tài)仿真建模研究.pdf

1、汽包水位晃蕩是聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐在運行工況下出現(xiàn)的不良現(xiàn)象，但目前還缺乏有效的手段進(jìn)行抑制和消除，隨著聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)對汽包水位控制要求的提高，如何建立基于水位晃蕩的汽包水位動態(tài)仿真模型、研究水位晃蕩規(guī)律以及如何消除水位晃蕩給控制系統(tǒng)帶來的負(fù)面影響已成為一個具有挑戰(zhàn)性的研究。本文分析了汽包水位晃蕩的機(jī)理，并針對汽包水位晃蕩引起的原因，即水動力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)，分別對應(yīng)地建立了汽包水位水動力學(xué)模型和熱力學(xué)模型，利用這兩個模型的建模方法和知識，建立

2、了基于水位晃蕩的汽包水位動態(tài)仿真模型；基于該模型進(jìn)行了動態(tài)仿真研究，得出了各種因素對水位晃蕩的影響規(guī)律，并采用從研究中獲得的知識對聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐汽包水位的控制進(jìn)行了探討。 本文主要進(jìn)行的研究工作如下： 1. 汽包水位水動力學(xué)模型的建模與動態(tài)仿真研究 采用模塊化建模的方法，將汽包沿長度方向進(jìn)行模塊劃分，并根據(jù)質(zhì)量守衡和動量守衡原理，建立了汽包子模塊；基于Easy5仿真軟件平臺建立了汽包水位水動力模型，并基于該模型

3、進(jìn)行了動態(tài)仿真研究，結(jié)果表明：汽包水位與汽包長度對晃蕩周期有很大的影響，晃蕩液體密度對晃蕩周期影響很小，晃蕩振幅隨液體密度增大而減小；就晃蕩周期而言，模塊非均勻劃分方法對水動力學(xué)模型建模沒有影響，且一定范圍內(nèi)模塊劃分?jǐn)?shù)目對水動力學(xué)模型建模幾乎沒有影響。為建立基于水位晃蕩的汽包水位動態(tài)仿真模型提供了重要的理論依據(jù)和方法。 2. 汽包水位水動力學(xué)模型的實驗驗證 設(shè)計了實驗臺架，并建立了實驗裝置，實驗結(jié)果表明：就不同水位情況下

4、晃蕩周期的驗證而言，實驗結(jié)果與模型計算結(jié)果之間的數(shù)值誤差在±10％以內(nèi)：就有進(jìn)出口流量的情況下模型的實驗驗證而言，模型仿真結(jié)果的變化趨勢與實驗結(jié)果基本上是一致的，盡管晃蕩幅度和相位上還是存在一定的誤差，但其數(shù)值誤差在±20％以內(nèi)。 實驗結(jié)果證明：水動力學(xué)模型能夠有效地反映汽包中水位晃蕩現(xiàn)象。 3. 汽包水位熱力學(xué)模型的建模與動態(tài)仿真研究 采用集總參數(shù)法基于Easy5仿真軟件平臺對汽包建立了集總參數(shù)模型，并將該模型

5、作為參考模型；根據(jù)汽包水位熱力學(xué)模型的建模需要對汽包模塊劃分作了深入的處理，就所帶來的問題進(jìn)行了分析，并提出了四種解決問題的建模方法；同時對汽包中汽水混合物和蒸汽分別進(jìn)行建模，獲得蒸汽子模塊和汽水子模塊，基于這兩類模塊根據(jù)提出的四種建模方法進(jìn)行建模得到相應(yīng)的四種模型。為確定合適的熱力學(xué)模型建模方法，采用這四種模型和參考模型，對汽包中典型的熱力學(xué)性質(zhì)-“虛假水位”現(xiàn)象的動態(tài)過程進(jìn)行了動態(tài)仿真，結(jié)果表明：同時考慮汽包體積變化率和壓力變化率的

6、建模方法，其動態(tài)仿真結(jié)果完全可以正確地跟蹤參考模型的仿真結(jié)果，并且數(shù)值誤差在5％以內(nèi)，故該建模方法可以用來建立汽包水位熱力學(xué)模型。為建立基于水位晃蕩的汽包水位動態(tài)仿真模型提供了重要的理論依據(jù)和方法。 4. 基于水位晃蕩的汽包水位動態(tài)仿真模型的建模與動態(tài)仿真研究 基于汽包水位水動力學(xué)模型和熱力學(xué)模型的建模方法和知識，并根據(jù)現(xiàn)場實際汽包結(jié)構(gòu)對汽包水位動態(tài)仿真模型的模塊劃分進(jìn)行了合理處理，基于質(zhì)量、動量和能量守恒建立了基于水位

7、晃蕩的二維汽包水位動態(tài)仿真模型；分別從熱力學(xué)角度和水動力學(xué)角度對該模型進(jìn)行理論驗證，結(jié)果表明：汽包水位動態(tài)仿真模型可以很好地反映汽包里面的熱力學(xué)性質(zhì)和水動力學(xué)性質(zhì)?；谄粍討B(tài)仿真模型研究了各影響因素對汽包水位晃蕩的影響規(guī)律，結(jié)果表明：隨給水流量減小、出口蒸汽流量和加熱量增大，水位晃蕩頻率減小；隨給水流量增大、加熱量和出口蒸汽流量減小，水位晃蕩頻率增大。 5. 余熱鍋爐汽包水位控制的動態(tài)仿真研究 建立了包括省煤器模塊