电厂热力系统计算分析的模块化方法2014245162753213.docVIP

电厂热力系统计算分析的模块化方法 摘要：将电厂热力系统的组成设备模块化，用这些模块可构成任一复杂的热力系统，并且设计出通用的模块以适应任何热力系统问题的计算分析。?关键词：热力系统；模块化；计算分析 设计更完善的热力系统和提高已投运的热力系统的经济性，一直是国内外动力行业努力的目标。由于电厂热力系统的日益庞大化和复杂化，出现了热力系统分析计算的模块化方法。将热力系统中的设备处理为模块，用一组数学方程描述，以搭积木的方式，由模块构成任一热力系统，从而得到一种适用范围广、应用简单灵活能在计算机上实现的热力系统稳态分析计算方法。目前已有多个外国公司推出基于模块化方法的商业软件包，其中德国SofBid公司的Ebsilon　Professional软件是比较成熟和使用方便的，已有包括ABB、ALSTOM、CEE、SIEMENS等超过100个国际知名制造商和电力集团公司在使用，主要用于电厂设计、性能评估以及运行优化。?1　热力系统计算分析模块化的概念?现代电厂的热力系统已相当复杂，但任何复杂的热力系统不外乎是由若干个设备和管道连接构成。如锅炉、汽轮机组、凝汽器、换热器、水泵、风机、阀门、三通管道等等。根据热力系统这一特点，可以建立这样的模块化概念：用不同的模块代表不同的设备，用线段代表管道；于是，以搭积木的方式，用有限个模块和线段可灵活地构成任一复杂的热力系统图。如图1所示，用7种模块构成了一个典型的汽轮发电机组热力系统。热力系统计算模块化有三个任务： 1）建立模块，用数学模型真实描述其物理对象。 2）用模块构成待计算的热力系统。 3）研究系统的数学求解方法。 2　模块设计方法不同模块的设计思路是相同的，都是用数学方程描述模块的能量守恒、质量守恒、传热特性、流体力学特性，以及模块的热力学特性和几何条件。这里，以分流三通为例，介绍模块的设计过程。 图1　模块和模块化热力系统 图2　分流三通?在分流三通（图2）中，有如下关系： f(m1,m2,m3)=0 此关系有几种表达式，其中一种为： m1=m2+m3(2-1) 当已知m1，m2，求m3时，令m1=m1*，m2=m2*，m3=m3′，带入式（2－1）：则m1′=m2*+m3′（2－2） △m=m1*-m1′（2－3）式中：*—给定值；　　　′—任意假定值（待定变量）。如果△m＝0，则m3′成为真实解。如果△m≠0，则修正m3′，反复上面的过程，一步步逼近最终解。当已知m1,m3，求m2时， 令 m1=m1，m3=m3*，m2=m2′，带入式（2－1）,仍可得式（2－2）、（2－3）： m1′=m2′+m3* △m=m1*-m1′ 当△m＝0，则m2′成为真实解。这样就提供了求解这两个问题的途径，即 Min△m2?s.t△m＝0 采用一个合适的优化技术，可让△m一步步逼近于0，上述问题的假定值就一步步逼近于最终解。这样，对于同一数学模型，求解不同的问题采用了相同的模式。求解分流三通的流量问题可用图3表示。 图3　分流三通流量问题示意图?将这一概念加以扩展，可得到热力设备模块的一般模式，用图4表示： 图4　一般模块的示意图?图注：j－第j种设备；Zj－未知矢量；Kj－表征设备特征的常数矢量；Uj*－表征设备当前特征的矢量；Yj*－已知矢量；Σ△Fj2－等式差值的平方和；△Fj－等式差值矢量。?3　模块构成热力系统的方法?模块构成热力系统的实质，是确定热力系统中各模块间的质量和能量传递关系，为实施计算提供必要的信息（计算规模，待定变量，常数量，输入量，输出量）。模块构成热力系统的最佳形式，应是模块图形化，由图符和连线构成系统，这样构造的图形与机组实际的热力系统图非常相似，在系统图上面向模块可准确地输入有关的信息。?4　热力系统模块化的数学计算方法?通过模块的建立和系统的构成，可得到描述热力系统的一套方程，求解这套方程即分析计算热力系统。目前比较成熟的热力系统数学计算方法是：将所有模块的未知量作为待定变量，从一组初始值开始，用非线性规划的技术求解，所有待定变量同时逼近最终解，直至满足要求的精度。它的优点是：提供了计算的灵活性，不需要人工确定计算过程，计算速度快。?5　热力系统计算分析模块化方法的应用实例?使用模块化方法对热力系统进行分析是很方便和快捷的，目前已有多个外国公司推出基于模块化方法的商业软件包，德国SofBid公司的Ebsilon Professional软件是其中比较成熟和使用方便的。 Ebsilon Professional是德国sofbid公司推出的基于热力系统计算分析模块化方法的商业软件包，目前已经开发出87个模块，包括锅炉、汽轮机级组、燃气轮机级组、凝汽器、加热器、水泵、除氧器、发电机、冷却塔、三通管道...等等，并且平均每年新开发2～3个模块，使用这些模块可以构建任一类型的电