（1.西安杰迪能源科技有限公司;2.国网能源和丰煤电有限公司;3. 西安交通大学能源与动力工程学院）
摘要: 本文采用机理分析法建立过热器机理模型，并且进行合理的简化确定了过热器参数模型的阶次和基本结构，在此基础上充分考虑实际的热工过程，对机理模型进行分析和整理，得出了符合实际热工过程的参数辨识模型。利用某600MW机组运行数据辨识得到具体模型参数，并用另一组数据进行了模型准确性的验证，结果表明所建模型动态特性与机组实际运行数据相符。
关键词:过热器；机理分析；参数模型
Modeling of boiler superheater of 600MW unit
Siyang Ju1 , WeiZheng2, Yongjie Gao3, Li Tang 3
（1.Xi’an JD Enengy & Technology Co.Ltd.；2. Stste Grid Energy Hefeng coal and electricity Co.Ltd.；3.College of energy and power engineering, Xi’an Jiaotong University）
ABSTRECT: The mechanism model of superheater was established with the mechanism analysis. Based on the reasonable simplification, the order and structure of the model of the superheater parameters were confirmed. And then adding full consideration of the actual thermal process, parameter identification model was obtained with the analysis and finishing of the mechanism model. Specific model parameters are obtained by using the operation data of a 600MW unit, and the accuracy of the model is verified by another set of data. The output of the model is basicly consistent with the actual data.
KEYWORD: superheater; mechanism analysis; parameter model
随着火电机组单机容量的增加和参数的提高，系统更加复杂。过热汽温是火电机组最重要的控制参数之一，直接影响到机组的经济性和安全性[1]，因此掌握过热器的动态特性十分必要。本文对过热器采用机理建模法建立模型，对机组的动态特性进行分析计算[2],[3]，利用某600MW超临界机组实际数据估计模型参数并进行验证。
1 过热器机理模型
1.1 基本假设
锅炉的过热器是由多根管子并联组成的表面换热设备。管内工质在流动的同时不断吸热，从而导致热力状态发生变化。由于热工过程的复杂性，完全依照热工工况进行机理分析建立模型，建立的模型太复杂，难以进行模型求解。因此，做以下基本假设[4]：
1）将所有的并联管束简化为一根等效的受热管，其长度与并联管相同，其受热面积等于并联管束受热面积之和。
2）烟气、管壁金属、管内工质只有径向换热过程且传热均匀。
3）管内介质为充分混合，不存在边界层，也没有径向和切向温差。
4）管内介质沿管长方向作一元流动。
5）工质的密度变化量正比于工质的温度变化量。
1.2机理模型
锅炉过热器模块有多个过热器段，由于机理分析过程相同，所以在机理模型研究过程中只分析初级过热器。过热器结构如图1所示。
基于上小节做出的基本假设，根据过热器段的质量守恒方程和能量守恒方程，并采取小偏差法进行线性化，最终可以得到拉普拉斯变换后的关系式如下。
代表工质的焓值；其他参数均为工质或者管道性质参数。下标为1代表进口参数，下标为2代表出口参数。
对于式(1)，进一步假设机组负荷等工况参数在小范围内变化，则可以将出口温度变化量和各入口参数变化量的系数视为常数，从而可以得到初级过热器传递函数形式如式(2)、(3)和(4)，式中ai，bi，ci，di等参数均为常数。
2 过热器参数模型
由于在机理推导的过程中，没有考虑受热段内工质的实际流动长度和工质的热力学参数变化的速度问题，使得模型分子中含有微分项。以该模型进行分析，受热段出口温度会随着入口参数的变化而瞬间产生一个大的脉冲，然后再按二阶特性变化，这是不合理的。考虑这些影响后，对于受热段入口参数对出口温度的影响可视为二阶惯性环节。
对机理分析建立的模型进行合理转化，可以得到初级过热器入口温度对出口温度的传递函数：
因为后屏过热器和末级过热器与初级过热器机理相同，所以参数模型也与式(5)、(6)和(7)结构相同，仅仅是参数不同。
3 参数辨识与检验
3.1 参数辨识
从600MW超临界机组DCS数据库中选取负荷在500~600MW工况下现场实际运行数据用于模型辨识，选取数据分别为：给水流量D/t•h-1；燃料量B/t•h-1；各段进出口温度T/℃；主蒸汽压力PT/MPa。
在Simulink平台上搭建仿真模型，并采用遗传算法编写辨识程序，结合选取的240组运行数据对模型参数进行辨识。
辨识得到的初级过热器入口温度对出口温度的传递函数：
后屏过热器给煤量对出口温度的传递函数：
3.2模型检验
为了验证所建立模型的准确性，利用Simulink搭建仿真模型，以另外120组数据中的给水流量、燃料量、入口温度变化量作为模型输入，绘制出三段过热器模型输出的出口温度与实际运行出口温度曲线，如图2(a)、(b)、(c)所示。分析比较各输出数据，相对误差均不超过5%，可以证明该模型的准确性。
4 结论
本文针对某600MW超临界机组过热器进行建模。在对过热器进行深入的机理分析的基础上建立机理模型，并对模型进行合理的转化。在Simulink仿真平台上搭建仿真模型，结合实际运行数据进行模型参数估计，最终得到该超临界机组锅炉过热器的数学模型。经运行数据验证，模型输出与实际运行数据相对误差不超过5%，证明所建立的数学模型准确，可以应用到实际工程当中。
参考文献
[1]章臣樾.锅炉动态特性及其数学模型[M].北京:水利水电出版社，1987.
[2]张晓云,王元慧,李淑英等.船用增压锅炉动态特性仿真研究[J].计算机仿真,2010 (7):346-349.
[3]李运泽,杨献勇.超临界直流锅炉长期动态特性的建模与仿真[J].热能动力工程,2003,18(1):23-26.
[4]Adams J, Clark D R, Louis J R, et al. Mathematical modeling of once-through boiler dynamics[J]. Power Apparatus and Systems, IEEE Transactions on, 1965, 84(2): 146-156．
论文作者:巨思旸,郑伟,高永洁,唐力
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/15
标签：模型论文; 参数论文; 机理论文; 过热器论文; 工质论文; 机组论文; 温度论文; 《电力设备》2016年第5期论文;