Статья

Название статьи МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПАРОВОГО КОТЛА ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Автор А. Л. Ляшенко
Рубрика РАЗДЕЛ II. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ
Месяц, год 05, 2018
Индекс УДК 681.5
DOI
Аннотация Рассмотрена необходимость регулирования питания котельных агрегатов, регулирование давления в барабане котла и поддержания технологических параметров на заданном уровне, а также возможные аварийные ситуации, которые могут возникнуть в случае нарушения технологических процессов. В качестве объекта управления рассмотрен паровой котел БКЗ-75-39 ГМА, установленный на теплоэлектростанции. В статье представлено описание парового котла. Для мониторинга параметров паровой котельной установки теплоэлектростанции, предлагается рассмотреть котельный агрегат как объект с распределенными параметрами. Для разработки математической модели объекта управления была рассмотрена функциональная схема данного котла с основным оборудованием и технологическими потоками жидкостей и газов. Разработана методика моделирования объектов данного класса как объектов с распределёнными параметрами. Рассмотрение процессов, протекающих в экранных трубах, позволило составить дифференциальные уравнения движения, описывающие течение одно- и двухфазной рабочей среды в трубках парогенератора. Полученные уравнения были записаны с соблюдением условия сохранения баланса массы, энергии и количества движения. Разработанная методика математического моделирования распространения тепла в экранных трубах котельного агрегата позволила составить математическую модель для рассматриваемого объекта. Данная математическая модель получилась достаточно сложной, и решить полученную систему дифференциальных уравнений в частных производных аналитически (выделить передаточную функцию) не представляется возможным. Для численного анализа рассматриваемого объекта управления были составлены дискретная модель уравнений и вычислительный алгоритм. В процессе составления дискретных моделей были решены задачи «стыковки» граничных условий, обеспечения устойчивости вычислительной схемы и выбраны шаги дискретизации по пространственным переменным. Для компьютерного моделирования было специально разработано программное обеспечение. С его помощью были рассчитаны значения температур в контрольных точках. Значения, полученные путем моделирования, совпали с показаниями датчиков, которые установлены на реальном объекте. Представленная математическая модель позволит разработать тренажерный комплекс для подготовки оперативного персонала теплоэлектростанции, позволяющий моделировать различные режимы работы котельных установок типа БКЗ.

Скачать в PDF

Ключевые слова Паровой котёл; объекты с распределёнными параметрами; дифференциальные уравнения; моделирование; системный анализ; управление; контроль; диагностика; обработка информации.
Библиографический список 1. Александров Н.Л. Лекции по теории устойчивости гидродинамических и тепловых процессов: учеб. пособие для студентов вузов. – М.: МФТИ, 2000. – 97 с.
2. Бойко Е.А. Котельные установки и парогенераторы: учеб. пособие. – Красноярск: ФАО РФ ГОУВПО КГТУ, 2005. – 292 с.
3. Бреус В.И., Беляков И.И. Анализ температурного режима топочных экранов котлов ТГМЕ-464 // Электрические станции. – 1986. – № 8.
4. Геджадзе И.Ю., Шутяев В.Π. Об одном методе решения задачи наблюдения для нестационарного температурного поля // Известия академии наук. Теория и системы управления. – 2000. – № 1. – C. 25-34.
5. Галдин В.Д. Паровые и водогрейные котлы: учеб. пособие. – Омск: СибАДИ, 2011. – 47 с.
6. Имаев Д.Х., Станиславски В. Исследование динамики иерархических систем на примере парогенераторов. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2011. – 220 с.
7. Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. – М.: Высшая школа, 1977.
8. Лесничук А.Н., Лошкарев В.А., Плетнев Г.П. и др. Использование сигнала по тепловосприятию топочных экранов для оценки теплонапряженности поверхностей нагрева барабанного котла // Вестник МЭИ. – 1999. – № 3.
9. Ляшенко А.Л., Золотов О.И. Математическое моделирование распределённого объекта управления с подвижным источником воздействия // Научно-технические ведомости СПБГПУ. Серия «Информатика. Телекоммуникации. Управление». – 2011. – № 1 (115). – С. 113-117.
10. Ляшенко А.Л. Синтез распределенной системы управления тепловыми полями в парогенераторных установках // Сб. трудов 7-й Всероссийской научной конференции «Системный синтез и прикладная синергетика» (ССПС-2015). – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2015. – C. 131-138.
11. Ляшенко А.Л., Ильюшин Ю.В., Кучеренко И.А., Новожилов И.М. Решение задачи моделирования поведения температурного поля в распределенных объектах управления // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – 2014. – № 7. – C. 48-51.
12. Ляшенко А.Л. Разработка программного обеспечения для моделирования тепловых полей в объектах с распределенными параметрами // Труды XII Международной научно-практической конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Анализ и прогнозирование систем управления. II часть. – СПб.: СЗТУ, 2011. – C. 55-63.
13. Магидей П.Л., Воротников Е.Г. Изменение условий локального и суммарного теплообмена в топке при рециркуляции газов под факел // Энергомашиностроение. – 1972. – № 3.
14. Першин И.М. Синтез систем с распределенными параметрами. – Пятигорск, 2002.
– 212 с.
15. Рабочая документация “Автоматизированная система управления котлом БКЗ-75-39 ГМА ТЭЦ-3 котел № 3 АО «Светогорск»”. Руководство оператора. – СПб., 2014.
16. Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределёнными параметрами. – М.: Высшая школа, 2003. – 299 с.
17. Соколов В.В., Литвинова Л.А. Тепловые нагрузки в топке котла энергоблока 800 МВт при сжигании природного газа // Теплоэнергетика. – 1998. – № 5.
18. Станиславски В., Имаев Д.Х. Динамические модели прямоточных парогенераторов как объектов управления иерархической структуры // Тр. Междунар. науч.-практич. конф. “Теоретические и практические проблемы развития электроэнергетики России” (27-28 июня 2002). – СПб.: СПбГТУ, 2002. – С. 203-203.
19. Таблица физических величин / под ред. акад. Кикоина И.К.. – М.: Автомиздат. – 752 с.
20. Тепловые и атомные электрические станции / под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. –3-е изд., перераб. – М.: МЭИ, 2003.
21. Холщев В.В. Тепловые нагрузки и температурный режим экранных труб барабанного котла газоплотного исполнения, работающего на мазуте // Теплоэнергетика. – 1986. – № 10.
22. Щеткин В.С. Исследование работоспособности труб фронтового экрана котла БКЗ-420-140 НГМ Бобруйской ТЭЦ-2 // Теплоэнергетика. – 1985. – № 1.
23. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен. – М.: Изд-во МЭИ, 2005. – 550 с.

Comments are closed.