一种余热锅炉动态运行特性建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109977560A(43)申请公布日2019.07.05(21)申请号201910246732.1(51)Int.Cl.(22)申请日2019.03.29G06F17/50(2006.01)(71)申请人江苏方天电力技术有限公司地址211102江苏省南京市江宁科学园天元中路19号申请人国网江苏省电力有限公司国家电网公司(72)发明人王亚欧陈波张恩先岳峻峰陈有福肖杰陶谦杨振耿察民蔡亮贾涛许亦然何鹏飞(74)专利代理机构南京钟山专利代理有限公司32252代理人金子娟权利要求书5页说明书13页附图9页(54)发明名称一种余热锅炉动态运行特性建模方法(57)摘要本发明提供了一种余热锅炉动态运行特性建模方法，通过将余热锅炉蒸发受热面、汽包、省煤器、过热器、再热器等组件划分为相变受热面、非相变受热面、汽包三种模块，对每种模块从换热、蓄热、流动角度进行建模，采用贯序模块法建立了余热锅炉的动态模型，从而获得了余热锅炉的动态运行特性。本发明可以方便地对不同布置、不同容量的余热锅炉进行快速建模，获得余热锅炉动态运行特性，有利于对其特性的认识，并可指导余热锅炉的运行调整。CN109977560ACN109977560A权利要求书1/5页1.一种余热锅炉动态运行特性建模方法，所述余热锅炉的进气为温度低于1500℃的烟气，其特征在于，包括以下步骤：(一)建立烟气侧换热模型1)烟气焓值公式的拟合视所述烟气为完全气体，通过公式(1)计算烟气焓值；hy＝aty+b(1)式(1)中：hy为烟气焓值，ty为烟气温度，ɑ、b表示常数；2)烟气侧换热量的计算当受热面为螺旋鳍片管束时，采用公式(2)计算其对流换热系数αk；式(2)中：C1为烟气特性修正系数，C3为鳍片结构修正系数，C5为管束结构修正系数，d为光管外径，d0为鳍片管外径，λ为管壁金属的导热系数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数，Ty为烟气绝对温度，Tm为受热面金属绝对温度。烟气侧折算所述对流换热系数为α：α＝αk(EAf+Ab)/A，A＝Af+Ab(3)式(3)中：Af为鳍片面积，Ab为光管面积，A为鳍片管总面积，E为鳍片有效系数，E＝f(hq,λq)，hq为鳍片高度，λq为鳍片的导热系数；烟气侧换热量计算按稳态处理：Qy＝αA(ty-tm)＝G(h'y-h"y)(4)式(4)中：Qy为烟气侧换热量，α为公式(3)折算出的换热系数，A为鳍片管总面积，ty为烟气温度，tm为金属温度，G为烟气质量流量，h'y为烟气侧进口的烟气焓值，h"y为烟气侧出口的烟气焓值；受热面金属绝对温度Tm由工质绝对温度和烟气绝对温度的加权平均经验公式计算：Tm＝Tw+0.3(Ty-Tw)(5)式(5)中：Tw为工质绝对温度，Ty为烟气绝对温度。综合式(1)～式(5)，可得烟气侧换热量Qy为：Qy＝f(ty,tw,G)(6)；(二)建立非相变模块的模型基于所述烟气侧换热模型、质量守恒方程、能量守恒方程、流动阻力与流量的关系建立余热锅炉非相变受热面的数学模型，以所述非相变受热面的进口工质参数和烟气参数为输入量，以所述非相变受热面的出口工质参数和烟气参数为输出量；(三)建立相变模块的模型基于所述烟气侧换热模型、质量守恒方程、能量守恒方程、流动阻力与流量的关系、热负荷与自然循环流量的关系建立蒸发受热面的数学模型，以所述蒸发受热面的进口工质参数和烟气参数为输入量，以所述蒸发受热面的出口工质参数和烟气参数为输出量；(四)建立汽包模块的模型基于水侧质量守恒方程、汽侧质量守恒方程、水/汽侧能量守恒方程、汽包压力变化计2CN109977560A权利要求书2/5页算方程、汽包压力变化导致的汽包内汽化量计算方程、汽包水位计算方程建立汽包的数学模型；(五)根据余热锅炉的结构，定义锅炉各组件的模块属性，根据所述模块属性，从步骤(二)到步骤(四)建立的模型中，为组件选择合适的模型，并输入与组件对应的参数，建立各组件的组件模型；按照余热锅炉各组件之间进出口的物理连接关系，确定各组件模型之间输入、输出量的传递关系，搭建出余热锅炉的动态运行数学模型。2.根据权利要求1所述的一种余热锅炉动态运行特性建模方法，其特征在于，所述步骤(二)包括：所述能量守恒方程：式(7)中：D'为进口工质流量，D"为出口工质流量，h'为进口工质焓值，h"为出口工质焓值，Q为工质吸热量，V为体积，ρ为工质密度，h为工质焓值，τ为时间，为工质密度与焓值的乘积对时间的求导；所述质量守恒方程为：式(8)中：为工质密度对时间的求导；所述动量守恒方程为：式(9)中：p'为进口工质压力，p"为出口工质压力，Δp0为锅炉额定负荷下工质压降，D为工质流量，D0为锅炉额定负荷下工质流量；假设烟气对受热面金属管壁及金属对管内工质都只