PDF《数学建模锅炉节能操作仿真培训系统及装置》

数学建模锅炉节能操作仿真培训系统及装置 马 舜袁 李顺荣袁 刘松国袁 孙志敏 (杭州市特种设备检测研究院, 浙江 杭州 310003) 摘 要院为提高司炉工的节能操作水平, 以燃烧调整为培训重点, 提出一种节能操作仿真培训原理及装置.

依据质量 及能量守恒原理, 采用分块建模方法分析 DZL4-1.25-AII 锅炉的数学模型, 采用 VC++编制仿真程序并结合真实能效 测试数据验证模型的准确性. 运用多传感器信息融合技术设计由锅炉实体物理模型及 PLC 传感检测电控系统组成的 硬件结构, 采用组态技术开发上位机仿真培训考核软件. 试点应用效果表明: 研制的装置能有效实现燃煤锅炉节能操 作技术的仿真培训, 提高培训效果. 关键词院数学建模;

锅炉节能;

仿真培训;

模拟机 文献标志码院A 文章编号院1674-5124渊2015冤03-0073-05 Boiler energy-saving operation simulation training system and device based on mathematical modeling MA Shun,LI Shunrong,LIU Songguo,SUN Zhimin (Hangzhou Special Equipment Inspection and Research Institute, Hangzhou 310003, China) Abstract: In order to improve the operational energy-saving level of fireman,boiler simulation training system was studied from the design concept of operational energy-saving. With combustion adjustment as the training emphasis, a simulation training device and its principle for boiler energy -saving operation were proposed. Based on the principle of conservation of mass and energy, the mathematical model of DZL4 -1.25 -AII boiler was analyzed with block modeling method. The simulation program was compiled with VC++,and the accuracy of the mathematical model was verified through the real energy efficiency test data. The hardware structure of the device which consists of a physical boiler model and a PLC sensing detection electronic control system was designed by using multi -sensor information fusion technology. Finally, simulation training and assessment software for PC were developed with configuration technology. The pilot application effect shows that the developed device can effectively implement the simulation training for the energy-saving operation of coal-fired boiler and greatly improve the training effectiveness. Keywords: mathematical modeling;

boiler energy-saving;

simulation training;

simulator 收稿日期院2014-06-13曰收到修改稿日期院2014-08-08 基金项目院国家质检总局科技计划项目 (2013QK110) 浙江省质监系统科研计划项目 (20120235) 作者简介: 马舜(1983-) , 男, 浙江杭州市人, 工程师, 博士, 研究方向为特种设备安全与节能.

0 引言工业锅炉仿真培训装置是一种由缩小比例的锅 炉实体物理模型和后台仿真计算机组成的半物理式 仿真培训考核系统, 又称为锅炉模拟机[1] .由于这类 系统中没有燃料、 水、 汽等介质, 也不存在真正的燃 烧、 蒸发等物理化学过程;

所以, 利用锅炉模拟机对 司炉人员的实际操作技能进行培训考核, 能在保证人 员安全性的基础上取得较好的培训效果. 国外的大型企业很早就利用计算机仿真技术开 发了锅炉仿真培训系统, 出于技术保护的考虑并没有 公开相关装置, 也未见报道.近几年国内在锅炉模拟 doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2015.03.017 中国测试 CHINA MEASUREMENT &

TEST Vol.41 No.3 March,

2015 第41 卷第

3 期2015 年3月中国测试

2015 年3月显示装置 学员 操作 反馈 操作 反馈 反馈 传感检测控制器 仿真微机 操作信号 操作信号 燃煤锅炉数 字仿真程序 操作记录 评分程序 参数信号参数信号得分及扣分信息控制台触摸屏 显示屏 驱动 信号 状态 信号 驱动 信号 状态 信号 仪表及 指示灯 按键 传感器 操作机构 锅炉模型图1仿真培训原理信号流图 机方面开展了一些研究, 研究单位以特种设备检验检 测机构、 石油化工企业、 高校研究所为主, 不少单位 开展了锅炉模拟机的研制[2-5] . 然而, 这些模拟机系统 仍存在功能单

一、炉型单

一、可靠性和可维护性欠 佳、 仿真效果有待提高等缺陷;

尤其是在功能方面, 其设计理念仍停留在安全操作仿真培训上, 即以工 业锅炉的正确安全操作为准则, 仅能实现对操作正 确性的培训, 无法对操作的节能效果进行评价[6] . 针对现有技术的不足, 本文从操作节能的角度 出发, 针对具有较大节能空间的 DZL 型工业燃煤锅 炉, 研制一种基于节能操作仿真培训原理及有机联动 数学模型的锅炉模拟机系统.

1 系统方案及实现原理 1.1 系统方案 燃煤锅炉的节能操作包括两步, 首先对锅炉运行 状态进行判断和分析, 然后再根据锅炉的状态采取相 应的调节措施, 目的是使锅炉保持高效、 稳压、 稳水 位运行[7] .燃烧调整[8] 是锅炉模拟机系统节能操作技 能培训的重点内容. 因此, 所研制的模拟机系统在硬 件方面需要对炉排的进煤量、 炉膛的进风量、 锅筒的 进水量、 汽包的出汽量进行测量和计算;

在软件方面 需要基于燃煤锅炉全工况运行精确完整数学模型的 数字仿真程序, 根据设置参数, 如煤层高度、 炉排速度、 风门开度等,计算出作为反馈信号和评价指标的热效 率、 排烟温度、 过量空气系数、 炉体外表温度、 炉膛负 压、 蒸汽压力、 水位、 煤斗煤余量、 炉膛火焰大小等热 力学参数, 使学员操作时各物理量之间建立联动关系. DZL 锅炉节能操作仿真培训模拟机的系统方案 由锅炉实体物理模型、 操作控制台、 传感检测控制器、 仿真微机

4 部分组成. 其中, 锅炉模型上的各操作机 构是在真实的阀门、 仪表、 辅机内部安装的各类传感 器、 数码显示装置, 经电气化改装而成.操作控制台 上布置有操作按键、 仪表指示灯, 在保留真实锅炉控 制台布局的基础上配置一台用来显示锅炉运行热力 学参数动态曲线的触摸屏显示器.仿真微机上运行 着包含燃煤锅炉数字仿真程序及操作记录评分程 序的培训考核软件, 本系统每台模拟机配置一台仿 真微机, 网络结构采用 C/S 构架, 仿真微机通过以太 网将学员信息、 考试信息等存储于服务器数据库, 同时服务器也可随时调用各仿真微机的监控界 面. 在操作控制台内, 用传感检测控制器集成处理传 感显示元件和仿真微机之间的信息交换. 1.2 实现原理 节能操作仿真培训过程的信号流如图

1 所示, 锅炉设置为低效运行的初始状态工况下, 学员通过 观察锅炉模型及操作控制台上的各类显示装置以及 触摸屏显示器上呈现的热力学参数曲线, 对锅炉的运 行工况及低效原因做出分析和判断, 然后调节锅炉 模型上相关的操作机构, 同时根据模拟锅炉出现的状 况, 对排气阀、 安全阀、 排污阀等进行操作. 安装在操 作机构内部的传感器将操作产生的机械信号转换成 状态信号, 再由传感检测控制器将各状态信号处理 成操作信号, 通过以太网输入仿真微机.仿真微机 一方面根据操作记录评分程序判断学员操作的正 误, 另一方面依托燃煤锅炉数字仿真程序计算锅炉仿 真运行的各参数信号, 如蒸汽压力、 水位、 炉膛火焰大 小、 热效率、 排烟温度、 炉膛负压等, 并输出给传感检 测控制器及控制台显示器.控制器将参数信号处理 成驱动信号输出至锅炉模型上的显示装置及仪表, 触摸屏显示器将参数信号显示成动态曲线形式, 从 而将锅炉的运行工况反馈给学员, 使学员做出进一 步的........