Microsoft Word - Ca\\263o\\234\\346 06 II 2006.doc

XLV Sympozjon „Modelowanie w mechanice”
11
Krzysztof BADYDA, Marcin LEC
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska
MODEL MATEMATYCZNY UKŁADU NAWĘGLANIA DLA SYMULATORA
PYŁOWEGO KOTŁA PAROWEGO
Opracowano model matematyczny układu nawęglania przeznaczony do zastosowania
w symulatorze cyfrowym pyłowego kotła parowego. Do opisu matematycznego rozważanego
obiektu przyjęto metodę z wykorzystaniem stałych skupionych (model „zero wymiarowy”).
Jako symulator rozważany jest tu program komputerowy, pozwalający na
odwzorowywanie rzeczywistych zachowań obiektu. Program ma realizować obliczenia
pozwalające na odtworzenie, a w ogólniejszym przypadku również przewidywanie
właściwości obiektu modelowania. Przedmiotem opisu i symulacji są procesy cieplnoprzepływowe zachodzące w obrębie rozważanego układu nawęglania. Symulator może być
wykorzystywany w różnych celach, np. szkoleniowych dla personelu obsługującego
rzeczywisty obiekt, do obliczeń ekonomiczno-eksploatacyjnych, itp.
Obiektem modelowania jest układ nawęglania kotła opalanego węglem kamiennym.
W konstrukcjach stosowanych w krajowych elektrowniach spotyka się najczęściej układy
złożone z kilku młynów, zwykle średniobieżnych, pierścieniowo-kulowych. W takim
przypadku układ nawęglania kotła zawiera: zasobnik węgla, podajnik węgla, młyn węglowy,
rurociąg doprowadzający gorące powietrze do młyna oraz rurociąg, przez który przepływa
mieszanina pyłowo-powietrzna do kotła.
Przyjęto modułową budowę modelu kotła parowego (symulatora). Prezentowany model
układu nawęglania jest jednym z istotnych modułów. Wybrano go do rozważań jako element
budzący największe wątpliwości, dla którego nie odnaleziono w literaturze odpowiedniego
przykładu.
Zakresem rozpatrywanego modelu układu młynowego objęto: podajnik węgla, rurociąg
doprowadzający gorące powietrze do młyna oraz młyn węglowy (ze względu na niedużą
odległość młyna i kotła zaproponowano pominięcie strat ciśnienia i akumulacji powietrza
i węgla w rurociągu odprowadzającym mieszaninę węglowo powietrzną z młyna do kotła).
Elementami, którym przypisano zdolność akumulacji masy i energii czynnika roboczego są
rurociąg oraz młyn i zamodelowano je przy pomocy różniczkowych równań bilansowych.
Podajnik węgla oraz straty ciśnienia w rurociągu zamodelowano za pomocą charakterystyk.
Zaprezentowano podstawowe równania składające się na prezentowany model
matematyczny. Przedstawiono opis układu młynowego, opis modelu matematycznego oraz
przykładowe wyniki symulacji, między innymi odpowiedź układu młynowego na zakłócenie
w postaci zmiany prędkości obrotowej podajnika węgla. W szczegółowych rozważaniach
posłużono się danymi dla kotła OP 230.
XLV Sympozjon „Modelowanie w mechanice”
12
Krzysztof BADYDA, Marcin LEC
Institute of Heat Engineering, Warsaw University of Technology
A MATHEMATICAL MODEL OF A COAL SUPPLY SYSTEM FOR
A PULVERIZED-FUEL STEAM BOILER SIMULATOR
The mathematical model of a coal supply system for a pulverized-fuel steam boiler
simulator have been presented. For the mathematical description of the considered object
a lumped parameters model (“zero” dimensional) approach is used.
A computer program is considered as a simulator, that allow imaging the behaviour of
a real object. The program has to realize calculations, that allow recreating, and in general
also predict the characteristics of a modeled object. The subject of the description and
development are the thermal-flow processes that occur inside of the considered coal supply
system. The simulator can be used in many fields for example as a training course for
a maintenance personnel, which operate the real object and for economic-operational
calculations, etc.
The object of the modeling is the coal supply system for a hard coal fired steam boiler. The
most popular structure in polish power plants are systems assembled with some grinding
mills, usually a mid-speed ball-bearing mill. In this case the coal supply system consist of
a coal bunker, a coal feeder, a mill, a hot-air pipeline and a air-coal dust pipeline.
The module structure of the model of steam boiler has been accepted. The presented model
of the coal supply system is the one of the essential modules. It has been chosen for the
consideration as a crucial element that is questionable, and has no suitable literature example.
The considered model of a coal supply system includes a coal feeder, a hot-air pipeline and
a mill (because of the small distance between the mill and the boiler the suggestion is to pass
over the mass and energy accumulation in hot air and coal in the air-coal dust pipeline).
Elements, that can accumulate mass and energy of a working medium are the pipeline and the
mill and they are modeled by differential balance equations. The coal feeder and pressure
losses are modeled by characteristics. The basic differential balance equations that are
involved for the presented model are included. The description of the coal supply installation,
mathematical model and results of the example simulations, among others the response for the
interference in form of the peripheral speed change of the coal feeder are presented. In
specific considerations the data for OP 230 boiler has been used.