基于过程系统工程理论的热力系统性能模拟韶关

基于过程系统工程理论的热力系统性能模拟

基于过程系统工程理论的热力系统性能模拟 2011年12月09日 来源： 分类号：TM74　文献标识码：A文章编号：1001－2060（2000）02－0153-03Thermal System Performance Simulation Based on a Process System Engineering TheoryDing Yanjun　Wang Peihong　Lu Zhengzhong, et al（Southeastern University）Abstract：Based on the introduction of a process system engineering (PSE) theory this paper sets up a process unitary model and a system model for a power plant steam turbine thermodynamic system through the use of a sequential-module method of the PSE theory. A performance simulation has been conducted using a loop fracture and convergence algorithm, and the accuracy of the above-cited model verified. Finally, analyzed and discussed is the feasibility and importance of applying PSE theory for the power plant performance simulation, analysis, optimization and diagnosis.Key words：process system engineering, sequential-module method, thermodynamic system, performance simulation▲1　引言　　过程系统工程作为在系统工程、运筹学、数值计算方法、过程控制和化学工程等学科的基础上发展起来的一门新兴的边缘学科，目前已经在化工过程的性能模拟、分析、优化中得到广泛而深入的应用，取得了巨大的社会和经济效益。过程系统工程实质上是以一组抽象的数学方程式来建立各个工业过程单元的模型，根据实际过程中质量、能量和动量的传递方向将这些单元模型互相连接，形成实际过程系统抽象的模型网络，并以系统工程的方法对之进行研究，获取实际过程性能的模拟、分析、优化结果［1〕。　　热力发电厂，作为一个能量转换系统，其实质也是一个由大量子单元或设备组成的过程系统。传统的电站性能模拟、分析、优化往往是针对具体问题进行具体分析，缺乏一定的系统性和全面性。若以系统工程理论为基础，建立整个电站包括锅炉系统、汽轮机热力系统和循环水系统等的系统模型，从系统工程的角度出发，对电站性能模拟、偏差分析、诊断优化等问题进行研究，则是一个有益的尝试。本文采用系统工程中应用得最为成熟的序贯模块法，建立了电站热力系统的性能模型，采用回路断裂和迭代收敛理论，对热力系统性能模拟进行了数值求解，从系统工程角度完成了热力系统的性能模拟。2　热力系统模型的建立　　序贯模块主要用于过程的性能参数模拟，其基本组成部分是单元模块，通过模块之间的流股连接建立系统模型，所以与实际过程系统连接关系很接近，见图2。单元模块由一组数学模型组成，用于描述过程中某一设备或子系统，建立完善的通用单元模块库，对于生成和维护面向过程和设备的通用性能模拟集成系统有一定的实际意义。图1表示了一个通用单元模块的结构，其中参数表示过程单元的性能参数，如换热器的传热系数、脏污系数，汽轮机级组的相对内效率等等，参数可以通过用户设定，也可以通过对过程实际设备的运行监测系统在线获取。图1 通用单元模块结构图2　热力系统性能模拟图2.1　电站热力系统单元模块的建立　　为采用序贯模块法进行电站热力系统性能模拟，首先必须建立热力系统中过程单元模块。2.1.1　汽轮机组模块　　对亚临界级组：　　　(1)ΔHt＝HH(p1，h1，p2)　　(2)h2＝h1－ηi×ΔHt　　(3)W＝ηmg×ηi×ΔHt×G　　(4)　　对临界级组：　　(5)ΔHt＝HH(p1，h1，p2)　　(6)h2＝h1－ηi×ΔHt　　(7)W＝ηmg×ηi×ΔHt×G　　(8)　　上式中下标1、2分别表示入口参数和出口参数，KGi、ηmg、ηi为模块性能参数，分别表示流量系数、级组的机电效率、级组相对内效率，G为汽体质量流量，HH()为求等熵膨胀焓降函数，模块中水和水蒸气热物性方程，如根据水蒸气压力与焓求取其它状态变量的方程未一一列出，但实际应用中一个模块包含所有的方程。2.1.2　汽水工质混合模块　　可以将除氧器等混合式加热器看作汽水工质混合模块，其单元模

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