Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Коган Семен Викторович

Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами
<
Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Коган Семен Викторович. Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.01, 05.13.06 : Челябинск, 2003 165 c. РГБ ОД, 61:04-5/386-6

Содержание к диссертации

Введение

1. Современные методы обучения персонала электростанций

1.1 Тренажеры для подготовки персонала тепловых электростанций 9

1.2 Поэтапное внедрение обучающих систем 13

1.3 Тренажер для подготовки оперативного персонала ТЭС АО "Челябэнерго" 16

Выводы 19

2. Структура математической модели парового котла ПК 14

2.1 Технологический процесс преобразования энергии на ТЭС 20

2.2 Структура модели котла 25

2.3 Принципы построения математических моделей компонентов котла : 33

2.4 Среда моделирования 37

2.5 Выбор метода решения дифференциальных уравнений модели 39

Выводы 48

3. Модифицированная модель конвективных теплообменников

3.1 Математическая модель конвективного теплообменника 50

3.2 Оценка эффективности теплообменника, представленного СП-моделью с полным перемешиванием 55

3.3 Сравнение эффективности моделей конвективных теплообменников 57

3.4 Способ модификации модели с полным перемешиванием 59

3.5 Анализ динамических характеристик модифицированной СП-модели 62

3.6 Правило декомпозиции СП-модели на составные части 65

Выводы 66

4. Особенности математических моделей основных элементов котла

4.1 Модель топочной камеры 68

4.2 Модель барабана 75

4.3 Температура стенки барабана 78

4.4 Модель пароперегревателей и пароохладителя 86

4.5 Экономайзеры 91

4.6 Модель воздухоподогревателей 96

4.7 Модели участков газо-воздушного и пароводяного трактов 99

Выводы 104

5. Исследование адекватности математической модели парового котла

5.1 Общие принципы проверки адекватности модели 106

5.2 Оценка точности модели статистическими методами 107

5.3 Об экспертной оценке точности модели ..117

Выводы 119

Заключение 120

Литература 123

Приложения 131

Введение к работе

Актуальность работы. Главной задачей энергетической политики в России является обеспечение устойчивого энергоснабжения народного хозяйства [41]. Для этого нужно преодолеть спад в производстве электроэнергии, который наблюдался в последние годы, поднять эффективность работы тепловых электростанций (ТЭС). С 1996г. в теплоэнергетике реализуется Единая Программа, одним из ключевых пунктов которой является повышение надежности котлоагрегатов [61]. Оценка условий эксплуатации котлов, проведенная ОРГРЭС, показала, что наибольшее число технологических нарушений связано с процессами их пуска и останова. Именно в переходных режимах увеличивается риск повреждения металла поверхностей нагрева, повреждений, послуживших в 1997-1998 годах поводом 60-70% аварийных остановок котлов [61]. В условиях недостаточного финансирования работ по замене металла поверхностей нагрева, наряду с техническими мероприятиями программы, резко возрастает роль квалификации обслуживающего персонала.

Умение персонала своевременно обнаружить нестандартные ситуации и принять правильные решения по их устранению, владение навыками пуска, остановки котлов, оптимальными технологическими процессами управления ими в штатных ситуациях является важным компонентом системы мер по продлению ресурса действующего оборудования, по сокращению числа аварий и повышению эффективности работы ТЭС.

Очевидно, что отрабатывать на действующем оборудовании режимы пуска и останова нецелесообразно, а приобрести навыки работы в аварийных ситуациях невозможно. Поэтому в настоящее время для обучения обслуживающего персонала широко используются тренажеры, на которых реализованы имитационные модели различных подсистем энергоблока ТЭС и энергооборудования в целом.

Появление технических и экономических возможностей внедрения имитационного моделирования в энергетику как для конструирования оборудования, так и для обучения и тренировки обслуживающего персонала ТЭС, связано с бурным развитием компьютерных технологий. В России основополагающие работы по тренажерам с компьютерным ядром для обучения персонала электростанций были выполнены в 80-х годах специалистами ВНИИАЭС, ВТИ, ОРГРЭС, УТЦ "Мосэнерго", УТЦ Минэнерго УССР и др. В последние годы разрабатываются многофункциональные универсальные (полномасштабные) системы, в которых моделируется работа большого количества агрегатов и подсистем оборудования станции. Режим тренажера — только одна из многочисленных функций таких систем. Для их реализации используются мощные вычислительные средства - многомашинные комплексы (рабочие станции) и сложное программное обеспечение. Такой подход приводит к увеличению стоимости тренажеров, потере гибкости в их использовании потребителем, росту требований к квалификации специалистов, обслуживающих тренажер и его программное обеспечение. Приобрести такие комплексные тренажеры могут позволить себе немногие региональные системы РАО "ЕЭС России".

В тоже время только наличие большого количества тренажеров в региональной системе может решить задачу массового обучения и систематической тренировки оперативного персонала в регионе. Доведение до автоматизма действий персонала в штатных и в нештатных ситуациях, возможно, если тренажер максимально доступен, не дорог, содержит копию рабочего места оператора и компьютерное моделирующее устройство, адекватно имитирующее реальный процесс.

Поэтому продолжает оставаться актуальной задача разработки тренажеров, имитационные модели которых "привязаны" к оборудованию территориальной энергосистемы и к отдельным агрегатам конкретной ТЭС. Такие специализированные тренажеры представляют локальную ценность, обладают хорошими техническими и экономическими характеристиками.

В первую очередь такие тренажеры должны содержать модели агрегатов, самых важных в технологической схеме объекта, наиболее чувствительных к качеству обслуживания и управления и распространенных на ТЭС региона. В системе "Челябэнерго" одним из таких агрегатов являются паровые котлы ПК-14.

Цель работы - создание математической модели парогенератора специализированного тренажера для оперативного персонала, способной адекватно воспроизводить работу в штатных и аварийных ситуациях, работающей в реальном времени с использованием ограниченных вычислительных ресурсов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ современных технических средств и методов обучения оперативного персонала тепловых электростанций;

- синтез структурной схемы имитационной модели парогенератора;

- выбор принципов построения моделей компонентов с учетом необходимости работы в реальном времени;

- выбор программных средств моделирования;

- обоснование и выбор метода решения дифференциальных уравнений;

- разработка математических моделей отдельных устройств котла; г

- разработка способа повышения точности расчета температур моделью конвективных теплообменников;

- исследование адекватности модели парогенератора и реального объекта. Научная новизна заключается в следующем:

- разработана динамическая математическая модель с сосредоточенными параметрами для парогенератора (применительно к паровому котлу барабанного типа), работающая в реальном времени на вычислительных средствах невысокой производительности в составе специализированного тренажера оперативного персонала ТЭС;

- предложен метод модификации модели с сосредоточенными параметрами конвективных теплообменников для повышения точности расчетов температур и учета влияния реальных схем взаимного движения теплоносителей;

— разработана упрощенная программа определения температуры в толстостенных элементах при неустановившихся режимах, использующая аппроксимацию ряда параметров в уравнении нестационарной теплопроводности и реализующая рекуррентную вычислительную процедуру.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается использованием методов теории систем, методов системного моделирования иерархических управляющих объектов, интегрального и дифференциального исчисления, численных методов вычислительной математики, статистических методов оценивания и проверки гипотез.

Эффективность разработанной модели парового котла подтверждена результатами исследований тренажера и сравнением достигнутых параметров с экспериментальными данными, с требованиями нормативных документов, с результатами статистических расчетов; заключением специалистов, принявших тренажер в эксплуатацию.

Практическая ценность работы. Разработанная математическая модель парогенератора является основой специализированного тренажера, который используется для отработки алгоритмов оперативного управления котлом ПК-14 в реальном времени. Тренажер, внедренный в УТК ОАО "Челябэнерго", обладающий необходимыми функциональными и дидактическими характеристиками и имеющий низкую стоимость, широко применяется в учебном процессе для повышения квалификации обслуживающего персонала ТЭС.

Предложенная программа определения температуры толстостенных элементов нашла применение для расчета температуры фланцев крупногабаритных пароводяных подогревателей.

Апробация работы

Результаты работы были доложены, рассмотрены и получили одобрение на научно-технических совещаниях УТК АО "Челябэнерго", на Российском национальном симпозиуме по энергетике [32,33], научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета [9,10,11,31].

Ф Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 8 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Она содержит 130 страниц машинописного текста, 7 таблиц, 23 рисунка, список литературы, включающий 87 наименований, и 35 страниц приложений.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

- динамическая математическая модель парогенератора с сосредоточенными параметрами (применительно к паровому котлу барабанного типа), функционирующая в реальном времени при ограниченных вычислительных ресурсах;

- метод модификации обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих конвективные поверхности нагрева;

- программа определения температуры в толстостенных элементах при Ь неустановившихся режимах, использующая аппроксимацию ряда параметров в уравнении нестационарной теплопроводности и реализующая рекуррентную вычислительную процедуру.

Тренажеры для подготовки персонала тепловых электростанций

Разработка и реализация современных методов обучения персонала, принимающего решения, и персонала, обслуживающего любые технические системы типа "человек-машина", приобрела в настоящее время особое значение.

Произошедшие техногенные катастрофы национального и транснационального масштаба, аварии в атомной энергетике и на транспорте заставили пересмотреть взгляд на роль так называемого "человеческого фактора" в этих событиях и обратить пристальное внимание на вопросы регламентации действий человека по управлению технологическими объектами в аварийных и экстремальных ситуациях.

Энергетика, являющаяся частью мировой техногенной культуры, также может быть источником аварий. Снижение риска возникновения и минимизация ущерба от аварий в значительной степени определяются степенью квалификации персонала, так или иначе участвующего в производстве и распределении электрической энергии. По данным [3] с ошибками оперативного персонала связано 20 - 30% аварий и отказов в работе электростанций. Квалификация — это фактор обеспечения эффективности и безопасности производства, которым, в отличие от ряда других, можно управлять, совершенствуя методы организации обучения персонала, в частности применяя современные обучающие технологии на базе компьютерных тренажеров.

Цель обучения - дать оперативному персоналу по возможности больше практических знаний и навыков выполнения различных операций на объекте управления. По сути дела, как указано в работе [81], обслуживающий персонал должен усвоить набор алгоритмов, которые обычно приводятся в инструкциях. Однако, даже при описании одиночных первопричин аварийных ситуаций, инструкция имеет значительный объем, превышающий возможности человека в части ее запоминания и усвоения. Для закрепления этих алгоритмов требуется их многократное практическое повторение. Кроме того, нужно научить оператора распознать возможную аварийную ситуацию и быстро принять решение о методе ее ликвидации.

Тренажеры для обучения персонала используются на АЭС, ТЭС и других объектах электроэнергетики во всем мире. В России ими оснащены многие станции Москвы и Московской области и ряд электростанций в других регионах. Известные варианты тренажеров существенно отличаются по степени подобия рабочего места оператора, полноте и точности имитации статических и динамических режимов работы систем энергоблока. Также они различаются машинными платформами, стоимостью и т.д. Предложены разные классификации тренажеров. Например, в работе [53], выделены следующие типы тренажеров: 1. Полномасштабные тренажеры (ПТ) являются копией блочного щита управления (БЩУ) энергоблока и достаточно полно воспроизводят статику и динамику работы энергоблока во всех режимах. Они обычно используют высокопроизводительные дорогостоящие ЭВМ, занимают много места, требуют высокой квалификации обслуживающего персонала. Стоимость некоторых из них очень высока. 2. "Участковые тренажеры" (УТ) - специализированные тренажеры, содержащие части БЩУ и воспроизводящие динамику отдельных подсистем энергоблока. 3. "Малые тренажеры" (МТ) - создаются на базе современных персональных компьютеров или их сетей. Воспроизводят информационное поле оператора на дисплее. Могут быть построены с использованием как полномасштабной модели энергоблока, так и моделей локальных технологических систем. Могут обеспечивать несколько рабочих мест. 4. Тренажеры, не обеспечивающие полного подобия БЩУ и приближенно воспроизводящие динамику объекта. Такие тренажеры используются главным образом, ввиду их дешевизны, на первом этапе подготовки операторов. I К полномасштабным могут быть отнесены [53] центральные тренажеры Смоленского и Нововоронежского УТЦ, СЦПО "Энерготренинг", УТЦ Минэнерго УССР [81], тренажеры фирм Westinghause, Singer, General Electric (США), Siemens (Германия), Thomson-C.S.F. (Франция), тренажеры энергоблоков ВВЭР-400 на АЭС Reinberg в Германии, Пакш (Венгрия), Богунице (Чехия), Lovisa (Финляндия), тренажеры УТЦ Мосэнерго и тренажеры, разработанные в ВНИИАЭС. Ряд тренажеров ЗАО "ТЭСТ" [29] также являются полномасштабными (комплексными). Стоимость таких тренажеров высока. Например, установленный на АЭС Lovisa (Финляндия) стоит около 8 млн. долларов [81]. Специализированные тренажеры на базе персональных компьютеров широко используются на АЭС Додеваард (Нидерланды), в Финляндии, Японии, США, Франции. Имеются и отечественные разработки: тренажеры ВНИИАЭС, ВТИ, ОРГРЭС, ГВЦ Энергетики [53]. В последние годы ЗАО "Тэст" организован выпуск полномасштабных щитовых тренажеров для энергоблоков 250/300 МВт (котел ТГМП-314, турбина Т-250-240, генератор ТВФ-320), 200 МВт (котел ТП-108, турбина К-200-130, генератор ТВФ-220), 80 МВт (котел БКЗ-320-140, турбина ПТ-80-130, генератор ТВФ-120), станции с поперечными связями (котлы ТП-87 и ТГМ-96, турбины ПТ-80/100-130 и Т-100-130, генераторы ТВФ-120 и ТВВ-120). Стоимость этих тренажеров - около 4-х млн. руб.

Технологический процесс преобразования энергии на ТЭС

Тепловые электрические станции наряду с гидравлическими и атомными являются важнейшим элементом энергетической системы страны. Технологический процесс на ТЭС обеспечивает поэтапное преобразование разных видов энергии. Исходными продуктами в этом процессе являются топливо, вода и воздух, конечным продуктом - электроэнергия и тепловая энергия. Эффективность ТЭС зависит в основном от работы первичных преобразователей энергии: паровых котлов и турбогенераторов. Они являются основными агрегатами ТЭС. Главная особенность технологического процесса то, что для получения электрической энергии нужного качества должно поддерживаться строгое соответствие производительности котла с изменяющейся электрической нагрузкой. Косвенным показателем баланса между ними служит давление перегретого пара, поступающего на турбогенератор. Оно поддерживается с высокой точностью около установленного значения в целях экономичности и обеспечения безопасности. Современные ТЭС - сложные предприятия, содержащие большое количество различного оборудования (теплосилового, электрического, электронного и др.). Они бывают нескольких типов: — станции с поперечными связями между основными агрегатами по пару (общий паропровод для котлов и турбин) и воде (общие питательные магистрали для котлов, охлаждающей воды и конденсата для турбин); - станции с блочной компоновкой основного оборудования и с независимым технологическим процессом в пределах каждого блока. Технологический (тепловой) процесс ТЭС обычно представляют в виде принципиальной схемы ее тепловой части. Тепловая схема определяет связи между основным и вспомогательным технологическим оборудованием в пределах замкнутого пароводяного контура по пару, воде и конденсату. Вид схемы зависит от типа станции, конструктивных особенностей оборудования, требований, предъявляемым к работе ТЭС с точки зрения различных эксплуатационных режимов (пуск, холостой ход, работа при расчетных или пониженных нагрузках и т. п.); требований по экономичности, надежности и др.

Принцип работы ТЭС удобно рассмотреть на упрощенной тепловой схеме рис 2.1 [57], содержащей паровой котел, турбогенератор и вспомогательные устройства.

Перегретый пар с выхода пароперегревателя парового котла 1 по общему коллектору поступает на турбогенератор 2. Турбогенератор - сложное устройство, состоящее из участков, работающих в разных условиях по величине давления пара. Часть отработавшего в турбине пара направляют в промежуточный пароперегреватель 3, а затем обратно в турбину для повышения экономичности цикла. Отработавший пар из турбины подается в устройство подготовки конденсата 4, состоящее из конденсатора, конденсаторных насосов и фильтров очистки конденсата от растворимых примесей, откуда конденсат через регенеративный подогреватель 5 поступает в питательно-деаэраторную установку 6, где происходит восполнение неизбежных потерь воды и подъем ее давления до требуемого значения с помощью насосов, и в регенеративный подогреватель питательной воды 7. С выхода подогревателя вода через экономайзер вводится в пароводяной тракт котла, где превращается в пар. На этом заканчивается цикл кругооборота рабочего вещества ТЭС, который постоянно повторяется до остановки оборудования.

Для обеспечения работы в переходных режимах в схеме станции предусмотрены дополнительные устройства. При пуске в энергоблоке в начальный момент времени закрыта встроенная задвижка Г, а в котел вводится определенное количество воды пониженного давления — пусковые впрыски g, для чего используется специальный пусковой контур 9, состоящий из трубопровода с батареей дроссельных диафрагм 9" и пускового регулятора давления 9 . Начинает работать пусковой сепаратор 8 , расширитель 8" и отдельный коллектор 8 ", откуда пар направляется на различные устройства для их прогрева в режимах растопки и подъема давления в котле.

Математическая модель конвективного теплообменника

Паровой котел и многие его составные элементы являются теплообменниками - устройствами, в которых осуществляется процесс передачи тепла от одного теплоносителя к другому. Значительная часть теплообменников котла - это рекуперативные теплообменники: в них теплота от горячего носителя к холодному передается через разделяющую их стенку.

В процессе передачи тепла различают три явления: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение (радиацию). Фактически эти явления протекают одновременно. Поэтому в практических расчетах результат совокупного действия этих явлений приписывают одному из них, влияние которого считают наиболее выраженным. Действие остальных явлений (второстепенных) сказывается на количественных характеристиках основного.

Перенос тепла между теплоносителем и поверхностью нагрева является результатом действия конвекции и теплового излучения. Когда за главное принимают явление конвекции, такие теплообменники считают конвективными. Участки котла разделяются по характеру теплообмена на конвективные и радиационные. К конвективным теплообменникам относятся пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогреватели. Количественной характеристикой процесса служит коэффициент теплоотдачи где а к - коэффициент, учитывающий действие конвекции и теплопроводности, а л - коэффициент, учитывающий действие теплового излучения. Передача тепла от нагретого теплоносителя к холодному через разделяющую стенку является более сложным процессом и характеризуется коэффициентом теплопередачи к. Его значение зависит от коэффициентов теплоотдачи, температуры, формы разделяющей поверхности, степени ее чистоты и других причин. Методика его расчета для элементов котла задается в нормативных документах [72,73]. Котел является сложным объектом и все известные модели описывают его с разной степенью полноты в зависимости от цели, поставленной исследователем. При моделировании существующего объекта обычно решают задачу определения конечных температур теплоносителей и температур поверхностей нагрева, их изменения во времени, а также расчеты количества теплоты, давления в тракте, расхода теплоносителей, топлива и др. Существуют различные способы построения математических моделей, зависящие от формы описания процессов моделируемого объекта, возможностей вычислительных 1 средств, которыми располагает исследователь. В РТМ [35] при расчете динамических характеристик котел представляется состоящим из конечного числа взаимосвязанных участков (подсистем), каждый из которых рассматривается как звено с сосредоточенными параметрами. Во многих работах, однако, большинство компонентов котла представляется моделью с распределенными параметрами [64,65,66,70], что позволяет повысить точность определения параметров. Для решения дифференциальных уравнений в частных производных, которыми описывается модель в этом случае, требуются мощные дорогостоящие ЭВМ. Конвективные теплообменники, составляющие большую часть теплообменников котла, обычно представляются моделью, в которой поток греющих газов представляются моделью сосредоточенными параметрами с полным перемешиванием, а нагреваемый поток - моделью с распределенными параметрами [70]. При разработке математической модели реального времени для тренажера, ядром которого является персональный компьютер ПК типа Pentium небольшой производительности, нами используется простейшая с точки зрения вычислительных затрат модель с сосредоточенными параметрами с полным перемешиванием каждого теплоносителя (температуры сред внутри Щ теплообменника и на выходе одинаковы). Схема конвективного теплообменника в модели "полного перемешивания" представлена на рис. 3.1. На рисунке Dr, Dx,- расход соответственно горячей (греющей) среды и холодной (нагреваемой) среды, кг/с ; tri txi, tM - температура на входе горячей среды, холодной (нагреваемой) среды и температура металла поверхности теплообмена, С ; Gr Gx, GM - масса горячего и холодного теплоносителей в объеме теплообменника, масса металла поверхности теплообмена, кг ;F -поверхность теплообмена, определенная по среднему диаметру труб теплообменника (представлена разделительной стенкой), м ; Qrf, QXf — потери тепла в окружающую среду горячим и холодным теплоносителем, Вт; Qr Qx — количество теплоты, переданное стенке горячим теплоносителем и отведенное от стенки холодным теплоносителем, Вт; tx, tr — температура холодного и горячего теплоносителей на выходе из теплообменника, С.

В такой модели предполагается, что давление сред в пределах теплоносителя изменяется незначительно, потери в окружающую среду отсутствуют (Qrf = Qxf = 0).

Допущение о неизменности давления обеих сред в пределах теплообменника позволяет исключить уравнение состояния теплоносителей из системы дифференциальных уравнений, описывающих модель, и сделать независимыми расчеты по каналу температур и каналу расходов и давлений.

Модель топочной камеры

Рассмотрим основные элементы схемы котла, включенные в состав его модели. Котел рассматривается как совокупность сосредоточенных элементов, каждый из которых представляется моделью с сосредоточенными параметрами. Для повышения точности описания стационарного состояния объекта при описании конвективных теплообменников используется предложенный в главе 3 метод введения корректирующих коэффициентов.

В топочной камере котла в процессе сгорания осуществляется преобразование энергии топлива в тепловую энергию. Массы топлива и воздуха являются для котла в целом внешними воздействиями. Связь между ними и тепловыми характеристиками (лучистый поток, расход и температура газов в топке) определяется дифференциальными уравнениями, описывающими нестационарные процессы в топочной камере. Учитывая, что в топке одновременно и взаимосвязано протекают физико-химические, аэродинамические процессы, процессы передачи тепла излучением, конвекцией, теплопроводностью, что параметры процессов различны в разных точках пространства, даже стационарное состояние топки в настоящее время описано недостаточно полно. Поэтому обычно процессы рассматривают в рамках сосредоточенной модели, заведомо допуская неточность такого описания, обычно приемлемую для практики [70].

В настоящей работе используется сосредоточенная модель топочной камеры, в которой поверхности нагрева являются наружными поверхностями сосредоточенного радиационного теплообменника. Предполагается, что вся передача тепла поверхностям нагрева циркуляционного контура осуществляется путем излучения [47]. Конвекционная составляющая не учитывается; предполагается, что средняя скорость газов в фестоне котла невысока и перенос тепла движущимися газами очень мал [6, 7]. Кроме того, экранные трубы, расположенные в топке, всегда имеют загрязненный слой, тепловое сопротивление которого весьма велико. Температура его наружной поверхности соизмерима с температурой факела, что приводит к малому температурному напору факел-труба, а эффективность конвективного теплообмена при высоком температурном уровне снижается. Входными величинами в структурной схеме модели являются расходы топлива и воздуха, а также температура воздуха, выходными - лучистая теплота, передаваемая факелом радиационным поверхностям нагрева, количество теплоты и температура дымовых газов. Основными уравнениями, описывающими динамические процессы в теплообменнике (рис 4.1) являются уравнение энергетического баланса и уравнение баланса теплоты, передаваемой трубам экранов через загрязненный наружный слой: где 9т — температура дымовых газов за топкой, С; QT - общее количество теплоты, подведенное к топке с топливом и воздухом, кВт; Qj, - количество теплоты, отведенное из топки путем лучистого теплообмена факела с экранными поверхностями, кВт; Qr - количество теплоты, отведенное из топки с дымовыми газами, кВт; Gn - водяной эквивалент массы дымовых газов, заполняющих топку, кДж/К; 0з - температура наружной загрязненной поверхности экранных труб, С; Q — количество теплоты, переданное среде, протекающей внутри экранных труб, кВт; G3 - водяной эквивалент массы загрязнений на экранных трубах, кДж/К.

Для решения этих уравнений необходимо определить все промежуточные параметры, часть которых нелинейно зависит от характеристик котла, от используемого топлива (уголь, газ), от вида растопочного топлива (мазут, газ).

Похожие диссертации на Специализированный тренажер и алгоритмическое обеспечение оперативного управления парогенераторами