CN116306357A - 一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法 - Google Patents

一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法 Download PDF

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邢海龙
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徐青涛
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Abstract

本发明涉及设备模拟仿真技术领域，尤其涉及一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，具体如以下步骤：模具开发，对蒸汽流网中，各个模具进行算法的编写，用以实现流网中压力，温度，流量的计算；系统搭建，将相关模具按照电厂提供的系统图进行相关的连接，运用蒸汽介质模块，将三台流化床锅炉的过热器系统以及相连接的母管，在主蒸汽母管后连接两台汽轮机以及抽汽系统等。该母管制循环流化床机组热力系统压力流量求解的建模方法，可用于全范围全流程的1:1母管制循环流化床机组仿真培训系统，能够反应母管制机组的全部特性，可以实现对母管制循环流化床机组全过程仿真，精确模拟出机组各种工况条件下动静态特性及趋势。

Description

一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法
技术领域：
本发明涉及设备模拟仿真技术领域，尤其涉及一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法。
背景技术：
循环流化床作为煤的高效洁净燃烧技术，由于其具有燃料适应性广、燃烧效率高、负荷调节好、低SOX和NOX排放等优点，显示出旺盛的生命力。随着循环流化床机组容量与自动化程度的逐步提高，对运行值班员的培训要求更加迫切。流化床机组仿真培训系统可以实现对循环流化床机组全过程仿真，能精确模拟出机组各种工况条件下动静态特性及趋势，可进行各种条件下的机组启动、停机、运行操作、各种试验、故障处理、反事故演习、控制系统组态分析及参数优化整定，使集控运行人员全面掌握机组启停和遇事故处理操作技能，促进全能值班员培训开展以及为检修人员提供模拟分析试验平台。
目前国内现有技术中开发的流化床机组仿真培训系统大都是模拟的单元机组，不能准确反应母管制循环流化床机组的特性，单元制循环流化床机组热力系统建模方法是分别建立一套流化床锅炉、一套汽机模型，该模型只能反应单元机组的特性，不能真实反应母管制机组特性。而且在现有技术中即使有称为模拟母管制循环流化床机组，往往也只模拟了一台循环流化床锅炉或一台汽轮机，其它循环流化床锅炉或汽轮机只当做一个边界点，这种方式也不能反应母管制机组的全部特性。
发明内容：
本发明的主要目的在于克服现有技术中的单元制循环流化床机组，不能准确反应母管制循环流化床机组的特性的问题；模拟母管制循环流化床机组，不能反应母管制机组的全部特性的技术问题，提供一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法。该建模方法，可用于全范围全流程的1:1母管制循环流化床机组仿真培训系统，能够反应母管制机组的全部特性，可以实现对母管制循环流化床机组全过程仿真，精确模拟出机组各种工况条件下动静态特性及趋势。
本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，具体如以下步骤：
S1、模具开发，对蒸汽流网中，各个模具进行算法的编写，用以实现流网中压力，温度，流量的计算；
S2、系统搭建，将相关模具按照电厂提供的系统图进行相关的连接，运用蒸汽介质模块，将三台流化床锅炉的过热器系统以及相连接的母管，在主蒸汽母管后连接两台汽轮机以及抽汽系统；
S3、系统试运行，系统搭建完成后，进行编译，然后运行，检查各模具计算是否正确，检查在启动、停机、变工况对整体母管压力、流量的影响是否正确。
优选地，所述三台锅炉提供的蒸汽统一汇集到主蒸汽母管中。
优选地，所述模具包括锅炉侧模具和汽轮机侧模具；
所述锅炉侧模具中具体包括，对流换热计算模块，半辐射半对流换热计算模块，减温器模块，蒸汽管道与蒸汽阀门，过热器安全门，对空排汽阀门；
所述汽轮机侧模具具体包括，高中压缸，主蒸汽阀门，主蒸汽调节门，减温减压模块，以及其他相关的阀门与管道。
通过上述模具搭建出整个主蒸汽系统，用以计算热力系统中的压力与流量。
优选地，所述的抽汽系统包括有中心风管和套管，所述套管的一端固定套在所述中心风管的一端；
所述中心风管的上下两端内部开设有安装槽，所述安装槽的内部开设有滑轨，所述滑轨上滑动连接有滑块，所述滑块的外壁固定套接有轴承，所述轴承套在所述中心风管的外部，且位于所述套管的内部，所述轴承的外壁固定套接有转筒，所述转筒的一端固定套接有旋流叶轮，通过转动转筒可使其带动旋流叶轮进行转动，通过移动滑块的位置，可将旋流叶轮的位置进行调节。
优选地，所述套管的另一端固定安装有环板，所述环板和套管的外部套有进风管，所述进风管一端与所述环板固定连接，另一端通过设置连接柱固定连接在所述套管上，通过环板和进风管的设置，可向套管的内部输送蒸汽。
优选地，所述环板的内部螺纹连接有挡板，所述挡板的一端固定连接有控制调节倾斜角度的螺栓，挡板在环板的内部呈环形设置有若干，通过在外部转动螺栓，可调节挡板的倾斜角度，使得挡板与环板之间的进口大小进行调节，从而可将环板的进汽量进行调节。
优选地，所述转筒的另一端固定套接有从动齿环，所述从动齿环的上下两端齿合连接有主动齿轮，所述主动齿轮的两端通过固定板固定安装在所述套管的内壁，所述主动齿轮的一端固定连接有第一锥齿，所述第一锥齿的一侧齿合连接有第二锥齿，第二锥齿一端穿过套管和进风管，所述第二锥齿的一端固定连接有电机，所述电机固定安装在所述进风管的外壁。通过启动电机使其可带动第二锥齿进行转动，第二锥齿带动第一锥齿和主动齿轮进行转动，两组主动齿轮同时可带动从动齿环进行转动，从而使得转筒进行转动，最终使得旋流叶轮进行转动。
优选地，所述滑块的两端固定连接有连接条，所述连接条的拐角处设置有导向轮；所述滑块一端的连接条穿过套管和进风管，另一端的连接条穿过套管，且连接条在拐角处通过导向轮进行导向，导向轮固定在套管和进风管上，通过手动拉动连接条或驱动导向轮，在从动齿环和主动齿轮的齿合连接配合下，从动齿环可在主动齿轮进行移动，从可使得连接条带动滑块在滑轨上进行移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该母管制循环流化床机组热力系统压力流量求解的建模方法，不仅能够用于本实施例中母管制循环流化床机组三炉两机全范围仿真系统的项目，同时可用于全范围全流程的1:1母管制循环流化床机组仿真培训系统，能够反应母管制机组的全部特性，可以实现对母管制循环流化床机组全过程仿真，精确模拟出机组各种工况条件下动静态特性及趋势。作业人员通过仿真机训练，能熟练地掌握机组启停过程和正常运行调整，使考核项目既有普适性，又具备针对性，为客户提供全面、客观、科学的测评结果，提高作业人员正确判断故障、事故的应变能力，从而提高安全经济运行能力，制定反事故措施。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统连接结构示意图。
图2为为本发明的节点模型示意图。
图3为抽汽系统的主视剖视结构示意图。
图4为图3中部分构件的主视结构示意图。
图5为从动齿环和主动齿轮的侧视结构示意图。
其中：1、中心风管；2、套管；3、连接柱；4、环板；5、挡板；6、进风管；7、安装槽；701、滑轨；702、滑块；703、轴承；704、转筒；705、旋流叶轮；706、从动齿环；707、主动齿轮；708、第一锥齿；709、第二锥齿；710、电机；711、连接条；712、导向轮。
具体实施方式：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1：
请参阅图1，一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，具体如以下步骤：
S1、模具开发，对蒸汽流网中，各个模具进行算法的编写，用以实现流网中压力，温度，流量的计算；
S2、系统搭建，将相关模具按照电厂提供的系统图进行相关的连接，运用蒸汽介质模块，将三台流化床锅炉的过热器系统以及相连接的母管，在主蒸汽母管后连接两台汽轮机以及抽汽系统。
S3、系统试运行，系统搭建完成后，进行编译，然后运行，检查各模具计算是否正确，检查在启动、停机、变工况对整体母管压力、流量的影响是否正确。
优选地，所述三台锅炉提供的蒸汽统一汇集到主蒸汽母管中。
优选地，所述模具包括锅炉侧模具和汽轮机侧模具；
所述锅炉侧模具中具体包括，对流换热计算模块，半辐射半对流换热计算模块，减温器模块，蒸汽管道与蒸汽阀门，过热器安全门，对空排汽阀门；
所述汽轮机侧模具具体包括，高中压缸，主蒸汽阀门，主蒸汽调节门，减温减压模块，以及其他相关的阀门与管道。
该母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法的工作原理：运用蒸汽介质模块，将三台流化床锅炉的过热器系统以及相连接的母管，在主蒸汽母管后连接两台汽轮机以及抽汽系统。三台锅炉提供的蒸汽统一汇集到主蒸汽母管中，锅炉侧模具中具体包括，对流换热计算模块，半辐射半对流换热计算模块，减温器模块，蒸汽管道与蒸汽阀门，过热器安全门，对空排汽阀门。汽轮机侧模具具体包括，高中压缸，主蒸汽阀门，主蒸汽调节门，减温减压模块，以及其他相关的阀门与管道等。通过这些模具搭建出整个主蒸汽系统，用以计算热力系统中的压力与流量。
实施例2：
请参阅图1-2，在上述实施例的基础上，该母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，母管制循环流化床机组热力系统建模除锅炉、汽机本体建模外，核心是在于锅炉、汽机的连接母管及相关连接的支路上采用了流体网络建模方法，保证了不同锅炉、汽机在启动、停机、变工况对整体母管压力、流量的影响，准确地模拟机组任意工况的特性。
流体网络算法模型介绍如下：
(1)基本术语
支路：流体流过的一条通道，进、出口之间应有压力损失。
节点：两条以上支路的交汇点。
边界点：一种特殊的节点，其压力是流体网络方程组计算的已知条件。所选取的流网边界点应是热力系统中压力和流量的弱耦合点，如压力变化相对缓慢的大容积点。当某点的压力不依赖于质量守恒方程，而是由能量守恒方程可以算出时，该点就可作为流网计算的边界点，如加热器汽侧、凝汽器汽侧、除氧器、汽包等汽液两相共存点。
(2)支路模型
可压缩流体(如蒸汽、空气、燃气等)在实际流动中除了在容积点上具有蓄质效应外，在流过如阀门这样有压力损失的部件时，由于有临界压比的影响。流动过程有可能产生阻塞(即流量变化不再受背压影响)。
可把可压缩和不可压缩流体网络支路方程统一写成如下形式：
Rb1p1-Rb2p2＝w+Cb
(3)节点模型
假设一个压力为p的节点通过m条支路与其上游的m个压力分别为p1，p2，…，pm的节点或边界点相连，通过n-m条支路与其下游的n-m个压力分别为pm+1，pm+2，…，pn的节点或边界点相接，各支路的流量为wi(i＝1，2，…，n)。小量漏入该节点的流量为wLE，该节点的泄漏流量为wLL，如图2所示。
根据节点的质量守恒方程，有
Figure BDA0004105781910000091
其中，V为节点容积(m3)，ρ为节点流体密度(kg/m3)。方程左端的导数项表明了节点容积对节点压力变化快慢的影响，V越大则节点蓄质惯性越大，压力变化速度越慢，将方程左边展开后有
Figure BDA0004105781910000101
相对于压力和流量的变化速度而言，焓温的变化速度要慢的多，因此在计算压力和流量时，可以暂时不考虑焓温的影响，则由上式得节点模型
Figure BDA0004105781910000102
对于不可压缩流体，可取上式中
Figure BDA0004105781910000103
(4)节点压力方程
由方程(1)可知流入支路的方程为：
Rb1，ipi，t+1-Rb2，ipt+1＝wi+Cb，i i＝1，2，…，m
该实施例中的方案可以与其他实施例中的方案进行选择性的组合使用。
实施例3：
请参阅图3-5，在上述实施例的基础上，该母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，所述的抽汽系统包括有中心风管1和套管2，套管2的一端固定套在中心风管1的一端；
中心风管1的上下两端内部开设有安装槽7，安装槽7的内部开设有滑轨701，滑轨701上滑动连接有滑块702，滑块702的外壁固定套接有轴承703，轴承703套在中心风管1的外部，且位于套管2的内部，轴承703的外壁固定套接有转筒704，转筒704的一端固定套接有旋流叶轮705；通过转动转筒704可使其带动旋流叶轮705进行转动，通过移动滑块702的位置，可将旋流叶轮705的位置进行调节。
进一步地，套管2的另一端固定安装有环板4，环板4和套管2的外部套有进风管6，进风管6一端与环板4固定连接，另一端通过设置连接柱3固定连接在套管2上，通过环板4和进风管6的设置，可向套管2的内部输送蒸汽。
进一步地，环板4的内部螺纹连接有挡板5，挡板5的一端固定连接有控制调节倾斜角度的螺栓，挡板5在环板4的内部呈环形设置有若干，通过在外部转动螺栓，可调节挡板5的倾斜角度，使得挡板5与环板4之间的进口大小进行调节，从而可将环板4的进汽量进行调节。
进一步地，转筒704的另一端固定套接有从动齿环706，从动齿环706的上下两端齿合连接有主动齿轮707，主动齿轮707的两端通过固定板固定安装在套管2的内壁，主动齿轮707的一端固定连接有第一锥齿708，第一锥齿708的一侧齿合连接有第二锥齿709，第二锥齿709一端穿过套管2和进风管6，第二锥齿709的一端固定连接有电机710，电机710固定安装在进风管6的外壁。通过启动电机710使其可带动第二锥齿709进行转动，第二锥齿709带动第一锥齿708和主动齿轮707进行转动，两组主动齿轮707同时可带动从动齿环706进行转动，从而使得转筒704进行转动，最终使得旋流叶轮705进行转动。
更进一步地，滑块702的两端固定连接有连接条711，连接条711的拐角处设置有导向轮712；滑块702一端的连接条711穿过套管2和进风管6，另一端的连接条711穿过套管2，且连接条711在拐角处通过导向轮712进行导向，导向轮712固定在套管2和进风管6上，通过手动拉动连接条711或驱动导向轮712，在从动齿环706和主动齿轮707的齿合连接配合下，从动齿环706可在主动齿轮707进行移动，从可使得连接条711带动滑块702在滑轨701上进行移动。
具体地，在蒸汽进入到使用汽轮机前，为加快蒸汽的流动速度，通过抽汽系统进行抽取蒸汽到汽轮机内，然而现有的抽汽系统均是采用直流式，且不具备进行旋流蒸汽和旋流量大小进行调节的功能，导致蒸汽作用在汽轮机上的流量不可调节，可调性较差。
该抽汽系统通过将主蒸汽管道一端连接在进风管6的左端，套管2的一端通过管道连接汽轮机上，一部分蒸汽直接通过中心风管1进行进入并排出，此时蒸汽为直流蒸汽；当需要使用旋转后，通过启动电机710使其可带动第二锥齿709进行转动，第二锥齿709带动第一锥齿708和主动齿轮707进行转动，两组主动齿轮707同时可带动从动齿环706进行转动，从而使得转筒704进行转动，最终使得旋流叶轮705进行转动；
当进汽量保持一定，也即是环板4挡板5的位置不进行变动，需调节旋流量时，通过手动拉动连接条711或驱动导向轮712，在从动齿环706和主动齿轮707的齿合连接配合下，从动齿环706可在主动齿轮707进行移动，从可使得连接条711带动滑块702在滑轨701上进行移动，进而可使得旋流叶轮705在环板4和挡板5下方的位置进行改变，旋流叶轮705在环板4的最右边时，此时通过环板4和挡板5进入的蒸汽，全部经过旋流叶轮705，从而此时旋流量最大；反之旋流量最小，旋流叶轮705位于环板4挡板5的中间时，则此时一部分经过旋流叶轮705为旋流，一部分不经过旋流叶轮705为直流。
该实施例中的方案可以与其他实施例中的方案进行选择性的组合使用。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构、等效流程或等效功能变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，其特征在于，具体如以下步骤：
S1、模具开发，对蒸汽流网中，各个模具进行算法的编写，用以实现流网中压力，温度，流量的计算；
S2、系统搭建，将相关模具按照电厂提供的系统图进行相关的连接，运用蒸汽介质模块，将三台流化床锅炉的过热器系统以及相连接的母管，在主蒸汽母管后连接两台汽轮机以及抽汽系统；
S3、系统试运行，系统搭建完成后，进行编译，然后运行，检查各模具计算是否正确，检查在启动、停机、变工况对整体母管压力、流量的影响是否正确。
2.根据权利要求1所述的一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，其特征在于：所述三台锅炉提供的蒸汽统一汇集到主蒸汽母管中。
3.根据权利要求1所述的一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，其特征在于：所述模具包括锅炉侧模具和汽轮机侧模具。
4.根据权利要求1所述的一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，其特征在于：所述的抽汽系统包括有中心风管(1)和套管(2)，所述套管(2)的一端固定套在所述中心风管(1)的一端；
所述中心风管(1)的上下两端内部开设有安装槽(7)，所述安装槽(7)的内部开设有滑轨(701)，所述滑轨(701)上滑动连接有滑块(702)，所述滑块(702)的外壁固定套接有轴承(703)，所述轴承(703)的外壁固定套接有转筒(704)，所述转筒(704)的一端固定套接有旋流叶轮(705)。
5.根据权利要求4所述的一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，其特征在于：所述套管(2)的另一端固定安装有环板(4)，所述环板(4)和套管(2)的外部套有进风管(6)，所述进风管(6)一端与所述环板(4)固定连接，另一端通过设置连接柱(3)固定连接在所述套管(2)上。
6.根据权利要求5所述的一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，其特征在于：所述环板(4)的内部螺纹连接有挡板(5)，所述挡板(5)的一端固定连接有控制调节倾斜角度的螺栓。
7.根据权利要求4所述的一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，其特征在于：所述转筒(704)的另一端固定套接有从动齿环(706)，所述从动齿环(706)的上下两端齿合连接有主动齿轮(707)，所述主动齿轮(707)的一端固定连接有第一锥齿(708)，所述第一锥齿(708)的一侧齿合连接有第二锥齿(709)，所述第二锥齿(709)的一端固定连接有电机(710)，所述电机(710)固定安装在所述进风管(6)的外壁。
8.根据权利要求4所述的一种母管制循环流化床机组热力系统压力流量的建模方法，其特征在于：所述滑块(702)的两端固定连接有连接条(711)，所述连接条(711)的拐角处设置有导向轮(712)。
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CN117252126A (zh) * 2023-11-15 2023-12-19 陕西空天信息技术有限公司 径流式叶轮机械的泄漏损失确定方法、装置、介质及设备

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