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1、汽包水位晃蕩是聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐在運(yùn)行工況下出現(xiàn)的不良現(xiàn)象,但目前還缺乏有效的手段進(jìn)行抑制和消除,隨著聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)對(duì)汽包水位控制要求的提高,如何建立基于水位晃蕩的汽包水位動(dòng)態(tài)仿真模型、研究水位晃蕩規(guī)律以及如何消除水位晃蕩給控制系統(tǒng)帶來(lái)的負(fù)面影響已成為一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究。本文分析了汽包水位晃蕩的機(jī)理,并針對(duì)汽包水位晃蕩引起的原因,即水動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì),分別對(duì)應(yīng)地建立了汽包水位水動(dòng)力學(xué)模型和熱力學(xué)模型,利用這兩個(gè)模型的建模方法和知識(shí),建立
2、了基于水位晃蕩的汽包水位動(dòng)態(tài)仿真模型;基于該模型進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真研究,得出了各種因素對(duì)水位晃蕩的影響規(guī)律,并采用從研究中獲得的知識(shí)對(duì)聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐汽包水位的控制進(jìn)行了探討。 本文主要進(jìn)行的研究工作如下: 1. 汽包水位水動(dòng)力學(xué)模型的建模與動(dòng)態(tài)仿真研究 采用模塊化建模的方法,將汽包沿長(zhǎng)度方向進(jìn)行模塊劃分,并根據(jù)質(zhì)量守衡和動(dòng)量守衡原理,建立了汽包子模塊;基于Easy5仿真軟件平臺(tái)建立了汽包水位水動(dòng)力模型,并基于該模型
3、進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真研究,結(jié)果表明:汽包水位與汽包長(zhǎng)度對(duì)晃蕩周期有很大的影響,晃蕩液體密度對(duì)晃蕩周期影響很小,晃蕩振幅隨液體密度增大而減小;就晃蕩周期而言,模塊非均勻劃分方法對(duì)水動(dòng)力學(xué)模型建模沒(méi)有影響,且一定范圍內(nèi)模塊劃分?jǐn)?shù)目對(duì)水動(dòng)力學(xué)模型建模幾乎沒(méi)有影響。為建立基于水位晃蕩的汽包水位動(dòng)態(tài)仿真模型提供了重要的理論依據(jù)和方法。 2. 汽包水位水動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,并建立了實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:就不同水位情況下
4、晃蕩周期的驗(yàn)證而言,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型計(jì)算結(jié)果之間的數(shù)值誤差在±10%以內(nèi):就有進(jìn)出口流量的情況下模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證而言,模型仿真結(jié)果的變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上是一致的,盡管晃蕩幅度和相位上還是存在一定的誤差,但其數(shù)值誤差在±20%以內(nèi)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:水動(dòng)力學(xué)模型能夠有效地反映汽包中水位晃蕩現(xiàn)象。 3. 汽包水位熱力學(xué)模型的建模與動(dòng)態(tài)仿真研究 采用集總參數(shù)法基于Easy5仿真軟件平臺(tái)對(duì)汽包建立了集總參數(shù)模型,并將該模型
5、作為參考模型;根據(jù)汽包水位熱力學(xué)模型的建模需要對(duì)汽包模塊劃分作了深入的處理,就所帶來(lái)的問(wèn)題進(jìn)行了分析,并提出了四種解決問(wèn)題的建模方法;同時(shí)對(duì)汽包中汽水混合物和蒸汽分別進(jìn)行建模,獲得蒸汽子模塊和汽水子模塊,基于這兩類模塊根據(jù)提出的四種建模方法進(jìn)行建模得到相應(yīng)的四種模型。為確定合適的熱力學(xué)模型建模方法,采用這四種模型和參考模型,對(duì)汽包中典型的熱力學(xué)性質(zhì)-“虛假水位”現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真,結(jié)果表明:同時(shí)考慮汽包體積變化率和壓力變化率的
6、建模方法,其動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果完全可以正確地跟蹤參考模型的仿真結(jié)果,并且數(shù)值誤差在5%以內(nèi),故該建模方法可以用來(lái)建立汽包水位熱力學(xué)模型。為建立基于水位晃蕩的汽包水位動(dòng)態(tài)仿真模型提供了重要的理論依據(jù)和方法。 4. 基于水位晃蕩的汽包水位動(dòng)態(tài)仿真模型的建模與動(dòng)態(tài)仿真研究 基于汽包水位水動(dòng)力學(xué)模型和熱力學(xué)模型的建模方法和知識(shí),并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際汽包結(jié)構(gòu)對(duì)汽包水位動(dòng)態(tài)仿真模型的模塊劃分進(jìn)行了合理處理,基于質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒建立了基于水位
7、晃蕩的二維汽包水位動(dòng)態(tài)仿真模型;分別從熱力學(xué)角度和水動(dòng)力學(xué)角度對(duì)該模型進(jìn)行理論驗(yàn)證,結(jié)果表明:汽包水位動(dòng)態(tài)仿真模型可以很好地反映汽包里面的熱力學(xué)性質(zhì)和水動(dòng)力學(xué)性質(zhì)?;谄粍?dòng)態(tài)仿真模型研究了各影響因素對(duì)汽包水位晃蕩的影響規(guī)律,結(jié)果表明:隨給水流量減小、出口蒸汽流量和加熱量增大,水位晃蕩頻率減小;隨給水流量增大、加熱量和出口蒸汽流量減小,水位晃蕩頻率增大。 5. 余熱鍋爐汽包水位控制的動(dòng)態(tài)仿真研究 建立了包括省煤器模塊
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