CN109753702B - 一种燃气轮机化学回热系统的仿真方法 - Google Patents

一种燃气轮机化学回热系统的仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种燃气轮机化学回热系统的仿真方法，包括以下步骤：(1)利用Matlab建立燃气轮机动态仿真模型；(2)利用Aspen Plus建立化学回热系统仿真模型；(3)基于Active X技术，搭建Matlab与Aspen之间的数据接口；(4)通过在Matlab中自建M‑S‑Function模块以及设置的各全局变量，实现在Matlab环境下对Aspen仿真模型的数据写入和读取；(5)通过Matlab GUI建立用户界面，控制整个系统的运行和数据处理。本发明结合了Matlab强大的数值计算能力、Simulink优秀的模型开发能力和Aspen强大的化工过程模拟能力，所开发的模型能够动态地模拟燃气轮机化学回热过程，并可通过简单的二次开发来模拟其他类型的燃气轮机复合循环，可操作性强，应用范围广。

Description

一种燃气轮机化学回热系统的仿真方法
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机化学回热仿真方法。
背景技术
燃气轮机复合循环是提高燃气轮机整体热效率和做功能力的一种重要方式，化学回热在原有的蒸汽回注循环的基础上，利用碳氢燃料与水蒸气的重整反应，吸收涡轮排气的余热，并转化为重整气的热值和显焓，从而提高了整体的热效率。而且由于有过量水蒸气的加入，一方面提高了涡轮的做功能力，另一方面降低了NOX排放。
Aspen Plus是Aspen Tech公司开发的稳态和动态化工模拟软件，采用序贯模块法，包含强大的物性数据库，同时具有强大的计算能力，可针对各种不同的化工过程，应用十分广泛。
Matlab是美国MathWorks公司发布的一款数学软件，它将数值计算、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等强大的功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为研究人员提供了一种全面的解决方案。
Active X是一种基于Microsoft Windows操作系统的组件集成协议，通过ActiveX，开发者和终端用户可以选择由不同的开发商发布的面向应用程序的Active X组件，并将它们无缝地集成到自己的应用程序中，从而完成特定的目的。
由于Matlab无法对化工过程进行详细地模拟，Aspen无法建立燃气轮机动态仿真模型和用户界面。
发明内容
本发明的目的在于提供能够进行动态仿真的一种燃气轮机化学回热系统的仿真方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种燃气轮机化学回热系统的仿真方法，其特征是：
(1)利用Matlab/Simulink软件建立燃气轮机的动态仿真模型；
(2)利用Aspen Plus软件建立化学回热系统的仿真模型；
(3)基于Active X技术，搭建Matlab与Aspen之间的数据接口；
(4)将接口和命令控制语句写成S函数，利用M-S-Function模块调用S函数，并将S函数模块与燃气轮机模型相连；
(5)通过Matlab GUI建立用户界面，控制仿真的运行和数据处理。
本发明还可以包括：
1、利用Matlab/Simulink软件建立燃气轮机的动态仿真模型，包含：
采用变比热容的方法，计算燃气轮机设计点参数，得到设计点燃油量、涡轮膨胀比、排气温度；
根据燃气轮机的压气机和涡轮的特性图，添加容积惯性模块和转子惯性模块，以燃气轮机设计点参数作为积分初值，得到燃气轮机本体的动态仿真模型；
对建立的动态模型进行调整，整定PID参数，得到燃气轮机动态模型。
2、利用Aspen Plus软件建立化学回热系统的仿真模型，包含：
选取物性方法和模块建立初步化学回热系统仿真模型，对化学回热过程进行模拟；
对初步化学回热系统仿真模型进行调整，得到建立好的化学回热系统仿真模型。
3、通过在Matlab/Simulink中自建M-S-Function模块，选取涡轮尾气热力学参数和燃油量作为M-S-Function模块的输入量，选取重整气的热力学参数作为M-S-Function模块的输出量。
4、通过Matlab GUI建立用户界面，在界面中添加静态文本控件、编辑框控件和按钮控件。
本发明的优势在于：本发明克服了Matlab不易建立化工过程仿真模型以及Aspen无法建立燃气轮机动态仿真模型和用户界面的缺点，充分将Matlab的数值计算能力和Aspen的化工过程模拟能力结合起来，从而可以快速、精准地对燃气轮机化学回热复合循环系统进行动态仿真分析。所建立的仿真系统可作为教学和培训使用。此外，这种仿真系统的开发方法可以适用于各种流体机械与化工过程相结合，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明目的通过以下技术方案实现：
一种联合Matlab/Simulink和Aspen Plus软件的燃气轮机化学回热复合循环系统的仿真方法，包括如下步骤：
(1)利用Matlab/Simulink软件建立了燃气轮机的动态仿真模型；
(2)利用Aspen Plus软件建立了化学回热系统的仿真模型；
(3)基于Active X技术，搭建Matlab与Aspen之间的数据接口；
(4)通过在Matlab/Simulink中自建M-S-Function模块以及设置的各全局变量，实现在Matlab环境下对Aspen仿真模型的数据写入和读取，并控制软件运行；
(5)通过Matlab GUI建立用户界面，控制整个系统的运行和数据处理。
其中，利用Matlab/Simulink软件建立燃气轮机的动态仿真模型包含以下步骤：
(1)采用变比热容的方法，计算燃气轮机设计点参数，得到设计点燃油量、涡轮膨胀比、排气温度等参数；
(2)根据燃气轮机的压气机和涡轮的特性图，添加容积惯性模块和转子惯性模块，以第(1)步的计算结果作为积分初值，得到燃气轮机本体的动态仿真模型；
(3)对建立的动态模型进行调整，整定PID参数，得到建立好的动态模型。
其中，通过在Matlab/Simulink中自建M-S-Function模块，选取涡轮尾气主要热力学参数和燃油量作为M-S-Function模块的输入量，选取重整气的主要热力学参数作为M-S-Function模块的输出量。
其中，利用Matlab GUI建立用户界面时新建窗口，然后在窗口中添加各种控件，包括文本控件、编辑框控件和按钮控件。
其中，编辑框控件用来改变仿真模型中的主要参数，模拟结果用静态文本控件来显示。
其中，通过在Matlab/Simulink中自建M-S-Function模块以及设置的各全局变量实现用户界面与Matlab/Simulink之间的数据实时交互传递。
按照以上步骤建立的燃气轮机化学回热复合循环系统的仿真模型包含三个层次。底层是燃气轮机仿真模型和化学回热仿真模型，分别在Matlab和Aspen中建立。顶层是用Matlab GUI建立的用户界面。由于燃气轮机是在Matlab/Simulink中搭建的，无需数据接口，化学回热系统通过自建的M-S-Function模块进行连接。
通过设置全局变量来实现GUI和Simulink之间的数据传递。在仿真运行时，用户可以通过用户界面实时改变底层动态模型的输入参数，同时实时获取输出参数的值。
对于燃气轮机化学回热复合循环来说，燃气轮机传递给化学回热系统的参数包括尾气质量流量、总温、组分以及达到设计燃烧室出口温度所需要的燃油和水的质量流量。化学回热返回的参数包括重整气的热值和显焓、尾气余热的回收效率、最终的排气温度。

Claims (3)

1.一种燃气轮机化学回热系统的仿真方法，其特征是：
(1)利用Matlab/Simulink软件建立燃气轮机的动态仿真模型；
(2)利用Aspen Plus软件建立化学回热系统的仿真模型；
(3)基于Active X技术，搭建Matlab与Aspen之间的数据接口；
(4)将接口和命令控制语句写成S函数，利用M-S-Function模块调用S函数，并将S函数模块与燃气轮机模型相连；
(5)通过Matlab GUI建立用户界面，控制仿真的运行和数据处理；
利用Matlab/Simulink软件建立燃气轮机的动态仿真模型，包含：
采用变比热容的方法，计算燃气轮机设计点参数，得到设计点燃油量、涡轮膨胀比、排气温度；
根据燃气轮机的压气机和涡轮的特性图，添加容积惯性模块和转子惯性模块，以燃气轮机设计点参数作为积分初值，得到燃气轮机本体的动态仿真模型；
对建立的动态模型进行调整，整定PID参数，得到燃气轮机动态模型；
通过在Matlab/Simulink中自建M-S-Function模块，选取涡轮尾气热力学参数和燃油量作为M-S-Function模块的输入量，选取重整气的热力学参数作为M-S-Function模块的输出量；
燃气轮机传递给化学回热系统的参数包括尾气质量流量、总温、组分以及达到设计燃烧室出口温度所需要的燃油和水的质量流量；化学回热返回的参数包括重整气的热值和显焓、尾气余热的回收效率、最终的排气温度。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机化学回热系统的仿真方法，其特征在于：利用AspenPlus软件建立化学回热系统的仿真模型，包含：
选取物性方法和模块建立初步化学回热系统仿真模型，对化学回热过程进行模拟；
对初步化学回热系统仿真模型进行调整，得到建立好的化学回热系统仿真模型。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机化学回热系统的仿真方法，其特征在于：通过Matlab GUI建立用户界面，在界面中添加静态文本控件、编辑框控件和按钮控件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112420133B (zh) * 2020-11-19 2024-01-26 华北电力大学 一种火电机组scr脱硝系统的建模方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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