Энергетический котел, как объект управления при стабилизации заданных параметров, обладает следующими характерными особенностями, усложняющими работу системы автоматизации — наличие многосвязных контуров регулирования, высокий уровень возмущений на входе объекта, нестабильность входных параметров и динамически меняющийся материальный и тепловой баланс. Поэтому, синтез математической модели котлоагрегата, как многомерного объекта управления со сложной структурой, необходим для автоматизации систем теплоэнергетического комплекса и выявления опасных отклонений параметров [3].
Задача математического моделирования заключается в составлении системы линейных дифференциальных и алгебраических уравнений с постоянными коэффициентами, связывающей входные и выходные координаты расчетных участков и в решении этой системы уравнений относительно выходных координат с целью получения динамических и статических характеристик [5].
Ввиду сложности прямого рассмотрения нелинейной динамики котла в нестационарных режимах его работы при создании модели для целей управления котлом приходится делать упрощающие допущения. Математическая модель создается в предположении, что котельный агрегат является линейной детерминированной системой в условиях малых возмущений.
В настоящее время широкое распространение получили численные и аналитические методы расчета динамических характеристик парогенератора, как линейных моделей объектов, в которых эффект случайных возмущений учитывается в виде контролируемых помех, наложенных на регулируемые величины.
Барабанный котел при расчете динамических и статических характеристик разбивается на две группы участков: к первой группе относится циркуляционный контур котла как участок с двухфазной средой. Этот контур является многомерной динамической системой, входными координатами которой являются изменения давления, температуры и расхода рабочей среды, а выходными координатами – изменения давления пара, уровня в барабане, расхода пара из барабана, температура газов на выходе из топки. Ко второй группе относятся все участки котла с однофазной средой (пароперегреватель) [1].
Котлоагрегат разбивается на девять расчетных участков (рисунок 1): 1-й участок – циркуляционный контур; 2-й – радиационный пароперегреватель в топке; 3-й – конвективный пароперегреватель, потолок, фестон; 4-й – ширмовый пароперегреватель в топке; 5-й – ширмовый пароперегреватель в топке; 6-й – конвективный пароперегреватель, шахматные пучки; 7-й – конвективный пароперегреватель, коридорные пучки; 8-й – конвективный пароперегреватель, шахматные пучки; 9-й – конвективный пароперегреватель, коридорные пучки.
Рисунок 1. Схема водопарового (а) и газовоздушного (б) трактов
котлоагрегата
Система уравнений для циркуляционного контура (участок 1) представлена уравнениями (1)–(5). Нестационарные процессы в циркуляционном контуре описываются системой обыкновенных дифференциальных уравнений, включающих дифференциальные уравнения материального баланса (уравнение сплошности), уравнение теплового баланса (уравнение энергии), уравнение расхода рабочей среды (уравнение движения), и уравнение теплового баланса газовоздушного тракта, записанное в алгебраической форме [1].
Система уравнений для однофазных участков представлена уравнениями (6)–(12). К однофазным участкам относятся участки со второго по девятый. Для каждого расчетного участка составляются уравнения материального и теплового балансов рабочей среды, теплопередачи, теплового баланса газовоздушного тракта и расходов рабочей среды.
Для двухфазного участка:
Таким образом, математическая модель энергетического котла, позволяет исследовать котел, как объекта автоматизации, с учетом его конструктивных особенностей и произвести анализ динамических и статических характеристик любого его расчетного участка.
Список литературы:
- Беднаржевский В.С. Параметрическое моделирование узлов паровых котлов // Известия вузов. Машиностроение. — 2002. — N 4. — С. . 65-69
- Дьяконица С.А., Сугачевский И.Р. Применение компенсирующего регулирования для многосвязного управления многопараметрической системой// Системы.Методы.Технологии – 2014. — №1 (21). – с. 86-90.
- Дьяконица С.А., Сугачевский И.Р., Галошина М.М. Разработка метода пассивной идентификации многопараметрической системы // Системы.Методы.Технологии – 2013. — №2 (18). – с. 70-75.
- Дьяконица С.А., Протасов Д.А. Разработка программно- исследовательского комплекса «Моделирование динамики барабанного колта» // Труды Братского государственного университета: Сер.: Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири: в 2 т. – Братск: БрГУ, 2010.– Т.1. – 202 с.
- Протасов Д.А., Дьяконица С.А. Синтез многопараметрической модели системы выработки пара // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. Москва. 2010. № 13. С. 293-300.[schema type=»book» name=»СИНТЕЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЕГО ДИНАМИЧЕСКИХ И СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК» author=»Дьяконица Сергей Александрович, Сугачевский Игорь Романович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-29″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)» ebook=»yes» ]