CN201311565Y - 一种超临界直流炉的仿真模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超临界直流炉的仿真模拟器，它是以火力发电厂单元机组的机理为基础，并结合经验建模的方法建立起来的火力发电厂单元机组超临界直流炉的数学模型，其特征在于：它包括分离器出口压力仿真、机前压力仿真、一级压力及机组负荷仿真和分离器出口焓值仿真四个部分，并在DCS控制系统对该数学模型进行逻辑组态，然后根据实际运行机组运行参数的概率统计对该数学模型中各个参数进行静态配置和动态配置，使得该数学模型的输出参数能够很好的和实际运行机组的参数相匹配。本实用新型经现场使用证明能够很好的在线跟踪机组的实际运行参数，因此可以帮助分析超临界直流炉的控制特性，从而提出更合理的控制方案。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种仿真模拟器，特别是关于一种超临界直流炉的仿真模拟器。
背景技术
随着我国电力事业的不断发展，对电力的需求也越来越大，为了节约能源提高火电厂的能源利用率，单元火力发电机组的发电容量也有了很大的提高，当前单元火力发电机组已由原来的300MW亚临界汽包炉向600MW超临界直流炉、1000MW超超临界直流炉转变。由于超临界直流炉的运行参数比较高，这就对电厂的自动控制也提出了更高的要求。在我国对直流炉的研究还是一个新的领域，对它的控制特性还不是很了解，这就要求对直流炉的动态特性进行研究，建立适当且实用的数学模型，以便提供更加准确与实用的仿真平台，对超临界直流炉的控制策略进行有效的研究，进而开发出新型控制方法，提高其整体控制水准。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种针对超临界直流炉的仿真模拟器，该仿真模拟器能够很好的模拟出超临界直流炉的主要运行参数。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种超临界直流炉的仿真模拟器，其特征在于：它包括分离器出口压力仿真、机前压力仿真、一级压力和机组负荷仿真和分离器出口焓值仿真四个部分；所述分离器出口压力仿真部分包括一组函数发生器(1～4)，函数发生器(1)的输入端为煤量，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器(a)的被除数输入端；所述除法器(a)的除数输入端为主给水流量，它的输出端连接函数发生器2的输入端；所述函数发生器(2)的输出端连接一乘法器(a)的一个输入端；所述乘法器(a)的另一个输入端为主给水流量，它的输出端连接函数发生器(3)的输入端；所述函数发生器(3)的输出端经过四阶惯性环节后连接一减法器(a)的+输入端；所述减法器(a)的-输入端连接函数发生器(4)的输出端，它的输出端连接一积分器(a)的输入端；所述积分器(a)的输出端连接一减法器(b)的+输入端；所述减法器(b)的-输入端连接一积分器(b)的输出端，它的输出端连接所述函数发生器(4)的输入端；所述机前压力仿真部分包括一函数发生器(5)，所述函数发生器(5)的输入端为主蒸汽温度，它的输出端连接一乘法器(b)的一个输入端；所述乘法器(b)的另一个输入端连接一加法器(a)的输出端，它的输出端连接一减法器(c)的+输入端；所述减法器(c)的-输入端连接一乘法器(c)的输出端，它的输出端连接所述积分器(b)的输入端；所述加法器(a)的一个输入端为减温水流量，它的另一个输入端连接所述函数发生器(4)的输出端；所述一级压力及机组负荷仿真部分包括一组函数发生器(6～9)，函数发生器(6)的输入端连接所述积分器(b)的输出端；所述函数发生器(6)的输出端连接所述乘法器(c)的一个输入端；函数发生器(7)的输入端为汽机调门开度，它的输出端连接所述乘法器(c)的另一个输入端；所述乘法器(c)的输出端连接函数发生器(8)的输入端；所述函数发生器(8)的输出端经一阶惯性环节后连接函数发生器(9)，所述函数发生器(9)的输出端连接一阶惯性环节；所述分离器出口焓值仿真部分包括一组函数发生器(11～12)，函数发生器(11)的输入端为煤量，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器(b)的被除数输入端；主给水流量经一阶惯性环节后连接所述除法器(b)的除数输入端，所述除法器(b)的输出端连接一加法器(c)的一个输入端；函数发生器(12)的输入端为分离器出口压力，它的输出端连接所述加法器(c)的另一个输入端，所述加法器(c)的输出端为分离器出口焓值。
所述一级压力及机组负荷仿真部分包括一组函数发生器(6～10)，函数发生器(6)、(7)、(10)的输入端均连接所述积分器(b)的输出端；所述函数发生器(6)的输出端连接一加法器(b)的输入端；函数发生器(7)的输出端连接所述乘法器(c)的一个输入端；所述乘法器(c)的另一个输入端为汽机调门开度，它的输出端连接所述加法器(b)的输入端；所述函数发生器(10)的输出端连接一乘法器(d)的一个输入端；所述乘法器(d)的另一个输入端连接一乘法器(e)的输出端，它的输出端连接所述加法器(b)的输入端；所述乘法器(e)的输入端为汽机调门开度；所述加法器(b)的输出端连接函数发生器(8)的输入端；所述函数发生器(8)的输出端经一阶惯性环节后连接函数发生器(9)，所述函数发生器(9)的输出端连接一阶惯性环节；所述机前压力仿真部分中的减法器(c)的-输入端连接所述加法器(b)的输出端。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型是以单元机组的机理为基础，并结合经验建模的方法建立起来的火力发电厂单元机组直流炉的数学模型，因此在保证合理性的同时，在实际应用中也能够很好的实现。2、在本实用新型中各个参数的设置是相对独立的，因此在参数的配置上具有很灵活的处理方式。3、由于本实用新型是在电厂集散控制系统中的具体实现，因此可以很好的在电厂中得到验证和应用。本实用新型经现场使用证明能够很好的在线跟踪机组的实际运行参数，因此可以帮助分析超临界直流炉的控制特性，从而提出更合理的控制方案。
附图说明
图1是本实用新型的完整模型逻辑图
图2是本实用新型的简化模型逻辑图
图3是本实用新型经实践得出的负荷变动曲线图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1所示，本实用新型是以火力发电厂单元机组的机理为基础，并结合经验建模的方法建立起来的火力发电厂单元机组超临界直流炉的数学模型，该数学模型包括分离器出口压力仿真部分A、机前压力仿真部分B、一级压力及机组负荷仿真部分C和分离器出口焓值仿真部分D。
分离器出口压力仿真部分A包括一组函数发生器1～4，函数发生器1的输入端为煤量W，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器a的被除数输入端。除法器a的除数输入端为主给水流量Q，它的输出端连接函数发生器2的输入端。函数发生器2的输出端连接一乘法器a的一个输入端。乘法器a的另一个输入端为主给水流量Q，它的输出端连接函数发生器3的输入端。函数发生器3的输出端经过四阶惯性环节后连接一减法器a的+输入端。减法器a的-输入端连接函数发生器4的输出端，它的输出端连接一积分器a的输入端。积分器a的输出端连接一减法器b的+输入端。减法器b的-输入端连接一积分器b的输出端，它的输出端连接函数发生器4的输入端。函数发生器4的输出端连接一加法器a。
函数发生器1的输入变量为煤量W，它的输出为煤量W对应的给水流量Q1，函数发生器1的输出经三阶惯性环节后除以主给水流量Q。函数发生器1的作用是当给水流量Q1和主给水流量Q不匹配时，煤量W对主给水流量Q的影响修正。函数发生器2作用是当进入锅炉的煤量W和主给水流量Q的匹配程度在一定范围内时，煤量W不对主给水流量Q进行修正，当超出一定的范围时，煤量W才对主给水流量Q进行修正。
函数发生器3的输入变量为经过函数发生器1修正后的进入省煤器的主给水流量Q，它的输出为中间参考变量-主蒸汽流量V。函数发生器3的功能就是把进入锅炉的主给水流量Q和煤量W折算成相对应的进入锅炉的主蒸汽流量V，再和下面的四阶惯性环节模拟燃料进入锅炉燃烧，并对主给水流量Q加温加压后到锅炉的分离器入口这一段锅炉的燃烧特性。
函数发生器4的输入变量为分离器出口压力Pb与机前压力Pt的差值，此差值由分离器出口压力Pb与机前压力Pt输入减法器b计算得出，它的输出为该差值压降相对应的主蒸汽流量V1。函数发生器4的功能是模拟从分离器出口到汽轮机入口之间锅炉的过热器加热段这一区间的压力-流量特性，通过分离器出口压力Pb和机前压力Pt的差值计算出从分离器出口到汽轮机入口之间锅炉的过热器加热段中主蒸汽流量V1，主蒸汽流量V1与进入锅炉分离器的主蒸汽流量V的差值经积分器a计算出分离器出口压力Pb。
机前压力仿真部分B包括一函数发生器5，函数发生器5的输入端为主蒸汽温度T，它的输出端连接一乘法器b的一个输入端。乘法器b的另一个输入端连接一加法器a的输出端，它的输出端连接一减法器c的+输入端。减法器c的-输入端连接一乘法器c的输出端，它的输出端连接一积分器b的输入端。积分器b的输出端连接减法器b的-输入端。加法器a的一个输入端为减温水流量L，它的另一个输入端连接函数发生器4的输出端。函数发生器5的作用当温度高蒸汽所含有的能量大时，函数发生器5的输出大于1，反之则小于1，它体现了主蒸汽温度T对蒸汽品质的影响。
一级压力及机组负荷仿真部分C包括一组函数发生器6～10，函数发生器6、7、10的输入端均连接积分器b的输出端。函数发生器6的输出端连接一加法器b的输入端，函数发生器7的输出端连接一乘法器c的一个输入端。乘法器c的另一个输入端为汽机调门开度K，它的输出端连接加法器b的输入端。函数发生器10的输出端连接一乘法器d的一个输入端。乘法器d的另一个输入端连接一乘法器e的输出端，它的输出端连接加法器b的输入端。乘法器e的输入端为汽机调门开度K，加法器b的输出端连接减法器c的-输入端和函数发生器8的输入端。函数发生器8的输出端经一阶惯性环节后连接函数发生器9，函数发生器9的输出端连接一阶惯性环节。
函数发生器6、7、10的输入变量为机前压力Pt，它们的输出和汽机调门开度K通过双线性拟合的方法，计算出蒸汽做功后的主蒸汽流量V2。
函数发生器8的输入变量为经过汽机调门后蒸汽做功的主蒸汽流量V2，它的输出经一阶惯性环节后为一级压力P1。函数发生器9的入口变量为一级压力P1，它的输出经一阶惯性环节后为机组负荷NE。
分离器出口焓值仿真部分D包括一组函数发生器11～12，函数发生器11的输入端为煤量W，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器b的被除数输入端。主给水流量Q经一阶惯性环节后连接除法器b的除数输入端，除法器b的输出端连接一加法器c的一个输入端。函数发生器12的输入端为分离器出口压力Pb，它的输出端连接加法器c的另一个输入端，加法器c的输出端为分离器出口焓值H。
上述实施例中，一级压力及机组负荷仿真部分C中的函数发生器6、7、10的输入变量为机前压力Pt，它们的输出和汽机调门开度K通过双线性拟合的方法，计算出蒸汽做功后的主蒸汽流量V2。但当超临界直流炉在正常合理工况下运行时，一般按照一定的滑压曲线进行升降负荷，即可满足生产的需要，因此在这里可以采用更简单的方法对蒸汽做功后的主蒸汽流量V2进行计算，即可以对一级压力及机组负荷仿真部分C进行简化处理。
如图2所示，当采用简化的数学模型时，函数发生器6的输入端连接积分器b的输出端，它的输出端连接乘法器c的一个输入端。函数发生器7的输入端为汽机调门开度K，它的输出端连接乘法器c的另一个输入端。乘法器c的输出端直接连接函数发生器8的输入端，并且机组机前压力仿真部分B中减法器c的-输入端连接乘法器c的输出端。此时函数发生器6的输入变量为机前压力Pt，它的输出为该机前压力Pt下对应的主蒸汽流量。函数发生器6的功能是模拟主蒸汽进入汽轮机到汽轮机调速汽门这一段汽轮机做功主蒸汽流量的变化特性。函数发生器7的入口变量为汽机调门开度K，它的输出为有效汽机调门开度。函数发生器7的功能是模拟汽机调门开度K对主蒸汽流量的影响，它的输出和函数发生器6的输出经乘法器c乘积得到蒸汽做功后的主蒸汽流量。函数发生器4的输出与减温水流量L之和为进入过热器的蒸汽流量，该蒸汽流量经函数发生器5修正后和主蒸汽流量的差值经积分器b计算出汽机的机前压力Pt。
如图1、图2所示，在DCS(分散控制系统)中对上述数学模型进行逻辑组态，然后按如下步骤对上述数学模型中的各个运行参数(主要是函数发生器1～12)进行配置：
1)在DCS中查找实际运行机组稳定运行时，不同负荷下各个运行参数之间的对应关系，运行参数包括主给水流量Q、减温水流量L、主蒸汽温度T、煤量W、汽机调门开度K、分离器出口压力Pb、机前压力Pt、一级压力P1、机组负荷NE和主蒸汽流量。
2)通过步骤1)中实际运行机组的运行参数的概率统计对上述数学模型中各个参数进行静态配置，使得上述数学模型在各个负荷段下的静态输出参数能够很好的体现实际运行机组运行参数的特性。
3)根据经验值给出上述数学模型中惯性环节的惯性时间和积分器的积分时间。
4)在机组运行中把上述数学模型计算出来的参数(包括分离器出口压力Pb、机前压力Pt、一级压力P1、机组负荷NE和分离器出口焓值H)与实际运行机组的参数进行比较分析：如果上述数学模型各个参数最终的数值与实际运行机组的运行参数是一样的，只是和实际运行机组的运行参数有个时间差，则改变相应惯性环节的惯性时间和积分器的积分时间；如果上述数学模型各个参数最终的数值与实际运行机组的运行参数不一样，则需要修改相应的函数发生器，直到上述数学模型能够很好的与实际运行机组相匹配。
如图3所示，是采用本实用新型在电厂调试过程中得到的负荷变动曲线图。经过现场调试，一台超临界直流炉负荷从425MW升到500MW，从图中分离器出口焓值H、机前压力Pt、分离器出口压力Pb和一级压力P1的曲线可以看出，在这一过程中本实用新型都能够很好的跟踪锅炉的实际参数，很好的完成了数值模拟的任务。
尽管为说明目的公开了本实用新型的较佳实施例和附图，其目的在于帮助理解本实用新型的内容并据以实施，但是熟悉本领域技术的人员，在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，可作各种替换、变化和润饰。因此，本实用新型不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容，本实用新型的保护范围以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (2)
1、一种超临界直流炉的仿真模拟器，其特征在于：它包括分离器出口压力仿真、机前压力仿真、一级压力和机组负荷仿真和分离器出口焓值仿真四个部分；
所述分离器出口压力仿真部分包括一组函数发生器1～4，函数发生器1的输入端为煤量，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器a的被除数输入端；所述除法器a的除数输入端为主给水流量，它的输出端连接函数发生器2的输入端；所述函数发生器2的输出端连接一乘法器a的一个输入端；所述乘法器a的另一个输入端为主给水流量，它的输出端连接函数发生器3的输入端；所述函数发生器3的输出端经过四阶惯性环节后连接一减法器a的+输入端；所述减法器a的-输入端连接函数发生器4的输出端，它的输出端连接一积分器a的输入端；所述积分器a的输出端连接一减法器b的+输入端；所述减法器b的-输入端连接一积分器b的输出端，它的输出端连接所述函数发生器4的输入端；
所述机前压力仿真部分包括一函数发生器5，所述函数发生器5的输入端为主蒸汽温度，它的输出端连接一乘法器b的一个输入端；所述乘法器b的另一个输入端连接一加法器a的输出端，它的输出端连接一减法器c的+输入端；所述减法器c的-输入端连接一乘法器c的输出端，它的输出端连接所述积分器b的输入端；所述加法器a的一个输入端为减温水流量，它的另一个输入端连接所述函数发生器4的输出端；
所述一级压力及机组负荷仿真部分包括一组函数发生器6～9，函数发生器6的输入端连接所述积分器b的输出端；所述函数发生器6的输出端连接所述乘法器c的一个输入端；函数发生器7的输入端为汽机调门开度，它的输出端连接所述乘法器c的另一个输入端；所述乘法器c的输出端连接函数发生器8的输入端；所述函数发生器8的输出端经一阶惯性环节后连接函数发生器9，所述函数发生器9的输出端连接一阶惯性环节；
所述分离器出口焓值仿真部分包括一组函数发生器11～12，函数发生器11的输入端为煤量，它的输出端经三阶惯性环节后连接一除法器b的被除数输入端；主给水流量经一阶惯性环节后连接所述除法器b的除数输入端，所述除法器b的输出端连接一加法器c的一个输入端；函数发生器12的输入端为分离器出口压力，它的输出端连接所述加法器c的另一个输入端，所述加法器c的输出端为分离器出口焓值。
2、一种如权利要求1所述的一种超临界直流炉的仿真模拟器，其特征在于：所述一级压力及机组负荷仿真部分包括一组函数发生器6～10，函数发生器6、7、10的输入端均连接所述积分器b的输出端；所述函数发生器6的输出端连接一加法器b的输入端；函数发生器7的输出端连接所述乘法器c的一个输入端；所述乘法器c的另一个输入端为汽机调门开度，它的输出端连接所述加法器b的输入端；所述函数发生器10的输出端连接一乘法器d的一个输入端；所述乘法器d的另一个输入端连接一乘法器e的输出端，它的输出端连接所述加法器b的输入端；所述乘法器e的输入端为汽机调门开度；所述加法器b的输出端连接函数发生器8的输入端；所述函数发生器8的输出端经一阶惯性环节后连接函数发生器9，所述函数发生器9的输出端连接一阶惯性环节；所述机前压力仿真部分中的减法器c的-输入端连接所述加法器b的输出端。
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