直流锅炉蒸发区域的数学模型及其仿真

直流锅炉蒸发区域的数学模型及其仿真

直流锅炉蒸发区域的数学模型及其仿真王伟，任挺进，高琪瑞，刘笑驰清华大学热能工程系，北京100084，2立了多环节集总参数移动边界数学模型。模型中不同区域指过冷段蒸发段和过热段分别采用不同的环节划分方法，单相区根据段长两相区根据干度进行划分。而后引入特征参数之间的热力学关系式，在此基础上直接推导出适于仿真求解的次模型。最后，文章给出仿真实例，并对计算结果进行了理论分析。分析结果明，该模型能够正确反映了对象各参数的动态响应特性模型存在下述问模型精度不高现有模型14基本上分为3个串联环节，分别对应工质的3种状态过冷水汽水混合物和过热蒸汽在某些工况下，某环节的长度可能远远大于其它环节这必然导致较大误差的存在次建模过程存在弊端。次建模的合理与否严重影响数值积分的稳定性以及模型的鲁棒十性据统计，有模型在导出次模型的过程中或者引入种种假定，或者直接采用数值方法处理相变点位置对时间的导数，这些方法造成模型精度的降低及模型适用范围的减小。

　　针对上述问，本文对现有模型进行改进从单相区模型的发展过程可知，增加分段数4对于提高模型精度是种有效的方法故而在本文模型中增加了分段数，不同区域采用不同的分段方法此外通过合理选取代参数，大大方便了次建模1基本动态模型的建立温度；7，为点金属官壁温度，为点之间烟气对管壁金属的放热量，节点5之间工质状态为未饱和水，节点5，9之间为汽水两相共存，节点9，13之间为过热蒸a2，3，4点分别为过冷段长度的等分点，即，5 4入，点分别为蒸发段干度的等分点即超临界直流锅炉是我国大型电站锅炉的发展方向。直流锅炉与汽包锅炉的主要区别之，是在动态过程中，直流锅炉的起始蒸发点与蒸发终了点的位置不确定，蒸发段的长度也是变化的。因此在建立数学模型时，必须考虑蒸发段前后两个相变点位置随工况变化的问目前采用的移动边界蒸发区数学81作者简介王伟974.，女汉，吉林，硕士研究生wxnk.net基金项目国家九七基础研究资助项目，1999022304建模时作了如下简化假定每段的工质流动阻力都集中在相应段的出口，忽略工质流动的加速损失；选择各段的出口参数作为集总参数下面根据质量动量能量和金属壁热量守恒关系给出各段通用数学方程=213连续性方程热水段或只有热水段和蒸发段时，这模型可相应地简化，因此可进行全工况的模拟仿真2动态模型的求解次建模是移动边界模型的难点所在本模型中的代参数取各段出口参数，因为分段数增加，所以不致导致较大的误差带来的好处是既可避免模型出现不合理的初始负偏移现象，又有利于直接通过数学推导求出长度导数项下面以5，6点之间环节为例说明推导过程。原始方程为士，6=士处，式中4为点工质密度，以为点工质的质量流量，为时间，义为受热管截面积能量方程焓，0为点之间管内工质的吸热量。

　　动量方程重力加速度，9为受热管与水平面之间的夹角。

　　金属壁热平衡方程由式7，8分别可得根据热力学关系式有由式3，6以及各段工质的状态方程等相应联立式，12和13，得到次建模后的方程组3仿真实验与结果分析长为134.5，为例，选取75负荷工况参数对模型进行了计算2给出了4种扰动下的热水段长度5蒸发段长度5，9微过热段长度9，13出口焓办13入口压力和出口蒸汽流量乃13的动态响应□给水流童阶跃增加5；V燃烧率5阶跃增加5.

　　因为热负荷保持不变，过冷段和蒸发段长度增加，微过热段长度减小，出口焓降低由于整个管段的比容降低，在出口压力不变的情况下，入口给水压力稍有增大当出口压力阶跃减小而其它输入变量保持不变时，各点压力均迅速减小，出口蒸汽流量突然增加后又逐渐回到原值；饱和水焓降低导致热水段长度减小；蒸发潜热的增加及出口蒸汽流量跳动的共同作用使得蒸发段长度先是快速增加而后有所减小，稳定时高于初值；而微过热段段长则先减后增，稳定时稍小于初始值出口焓的变化趋势与微过热段长度相同。

　　当入口焓阶跃增加而其它输入变量保持不变时，过冷段段长减小，同时瞬间产生大量的饱和水进入蒸发段，蒸发段长度增大，微过热段长度减小。由于入口给水流量没有变化，故蒸发段长度又逐渐减小，微过热段长度增加，达到稳定状态时，蒸发段和微过热段长度均大于初始值。相应地，出口蒸汽流量经历了个先增加后恢复到原水平的过程；出口焓先是稍有降低而后增加，稳定值高于初值因为整个管段的比容升高，压降增大，入口给水压力增力口。

　　当燃烧率阶跃增加而其它输入变量保持不变时，管壁金属温度提高，过冷段和蒸发段长度减小；微过热段长度增加；出口焓逐渐增大；因为整个管段的比容升高，压降增大，导致入口给水压力稍有增大；出口蒸汽流量则经历了个先提高后逐渐回到原来水平的过程4结论1建立了直流锅炉蒸发区域多环节移动边界集总参数数学模型。在分段时，充分考虑不同区域的特点，采用不同的环节划分方法单相区根据段长，两相区根据干度在次位置建模时没有采用任何简化假定，直接求出各段边界对时间的导数项，代入质量能量动量和金属热平衡方程对某受热面在几种扰动下的动态特性进行了仿真实验，计算结果合理，对研究直流锅炉的运行具有定的指导意义1黄锦涛，陈听宽。超临界直流锅炉蒸发受热面动态过程特性。西安交通大学学报，1999，3397175.

　　2王宗琪，王陶，王建民，等。直流锅炉蒸发区域种新的建3范永胜。600！超临界机组直流锅炉的全工况建模与仿真研究。南京东南大学，1997.

　　4朱金荣，章臣樾。直流锅炉的模块化建模。动力工程，1992，125120.