某型船用除氧装置动态数学模型和仿真

　　1　引言

　　除氧装置是蒸汽动力装置凝给水系统的重要组成部分[1, 2],其主要作用是:除去给水中融解的气体,防止对锅炉的腐蚀;加热给水,提高动力装置整体的经济性。一些学者对电站除氧设备进行过一些研究:朱伟[3]、谷俊杰[4]建立了电站高压除氧系统通用仿真数学模型;张同军[5]利用分散控制技术对电厂给水除氧系统进行了仿真建模;刘勇利[6]、徐二树[7]、尹静[8]等利用数学模型对特定机组的除氧给水系统进行了仿真分析;马宪国[9]研究了锅炉启动时除氧器压力飞升的动态特性。

　　船用蒸汽动力装置除氧设备和电站除氧设备相比结构紧凑、工况变化频繁,为掌握其运行特点和动态特性,保证整个动力设备的安全性和热经济性,有必要对其建立合理的实时仿真模型;国内在这方面的研究目前较少。本文作为某型船用动力装置仿真模拟器课题的一部分,以船用定压除氧装置为研究对象,考虑了除氧头汽部容积惰性,分析了工况变化和除氧器故障对除氧效果的影响。在对装置结构和工质物理特性进行合理简化的基础上建模,进行仿真研究。建立的模型具有以下几个特点:

　　1)通用性:通过参数化过程可以方便地移植到其它不同容量、不同类型机组的仿真建模上;

　　2)精确性:能够较为精确的反映工质在除氧装置中发生的各种物理过程;

　　3)实时性:计算速度较快,实时性交换,能够逼真的反映除氧装置中各参数的动态变化。

　　2　对象概述

　　典型的船用定压除氧装置的结构框图如图1所示,主要由除氧器本体、电动执行机构以及各管路、阀门等组成[10]。其中除氧器本体由除氧头和水箱组成,实际上相当于一个混合式换热器,使用辅机的废汽作为凝水的加热蒸汽;在正常运行时，冷凝器来的凝水经喷嘴雾化,与通过除氧大、小阀进入除氧器的废汽充分混合,利用废汽的余热加热凝水,使之达到饱和温度以除去水中融解的气体。加热后的凝水和加热过程中凝结的蒸汽进入水箱,后被给水泵泵入给水总管。除氧大、小阀受除氧压力调节回路的控制,用于调节进入除氧器的废汽流量;除氧器回水、补水阀受除氧器水位调节回路的控制,用于调节水箱的回水和补水流量。

　　3　模型的建立准则

　　根据除氧装置的基本工作原理,按以下假设条件建立数学模型:

　　1)除氧器内部参数为集中参数处理。

　　2)不考虑非凝结气体对蒸汽凝结的影响。

　　3)不考虑瞬态情况下的动态蒸发和凝结,将除氧器当作混合式换热器处理。

　　4)考虑金属的蓄热以及向环境的放热,金属按照20%的比例参与换热。