关键词： 气体
临界参数（精选九篇）
临界参数 篇1
1化工计算与临界参数简述
(1) 简述化工计算就是指借助物理化学的根本规律, 针对参加单元操作或者作用阶段的物料质量、构成以及状态的参数实行计算。最初的化工计算只是代表反应物与生成物彼此的物质联系, 符合倍比与定比定律。直到20世纪初期, 化学计算的定义扩大为守恒定律与物化根本定律作用阶段和单元操作阶段的运用。化工计算是工厂规划自定性转化成定量计算的首个环节, 但对当前生产步骤的经济性与问题缺陷实行评估同样非常重要。当前, 部分高等工科学院就把化工计算当成一类基础性课程, 以此来提升学生们的运算水平, 并把物理化学规律进行实践, 进而取得更好的学习和应用效果。
(2) 简述临界参数液体饱和蒸气压随着温度提升而增高, 换句话说, 就是温度更高, 气体液化的压力就更高。相关研究表明, 各类液体均有自身的一个特别温度, 如果高于这个特别的温度, 那么不管增加多高的压力, 均无法导致气体出现液化现象。该特殊温度就是临界温度, 运用Tc代表。临界温度就是能够使气体可以发生液化现象所需的最大温度。低于临界温度则不会存在液体, 因此, 饱和蒸气压和温度之间的联系就会限定于临界温度Tc。处在临界温度的饱和蒸气压叫做临界压力, 应用Pc代表。临界压力Pc是临界温度中能够让气体发生液化现象需要的最低压。于临界温度Tc和临界压力Pc中, 物质摩尔体积叫做临界摩尔体积, 应用Vc代表。物质处在临界温度和临界压力中的状态就是临界状态。
2临界参数的计算方法
临界参数的计算方式有很多种, 一般分为:关联式法、基团贡献法、根据液体状态方程的计算方式、定量结构性质关系法这4类方式。其中, 应用相对广泛的为基团贡献法和关联式法, 以下将对基团贡献法的计算方式进行具体的分析。
这种计算方式是根据相同基团在不同分子中针对某个临界参数假设相同贡献值的基础上设立的计算方式, 能够应用几十个基团计算出千万种化合物的临界特性, 计算的精度和基团的类型划分和回归贡献值选择的化合物存在直接的关系。许多科研人员提出了多种基团贡献法的计算方式, 该研究举例Lyderson基团贡献法, 对这种计算方法进行分析, 以下为计算公式:
其中, Tb为正常的沸点值;N为分子量;△T, △P, △V分别为基团中临界温度、临界压力以及临界摩尔体积的贡献值。 (2) 关联式法这种计算方式先基于化合物特性官能团实行种类划分, 之后选取适合的基础数据, 比如:分子量和正常沸点值之类的性质和临界参数彼此联系, 获得相对简洁的数学关系式。
3临界参数在化工计算中的应用
临界参数在化工计算中的应用非常广泛, 是化工计算的主要手段。该研究简要列举了临界参数在化工计算中应用的几类主要方式, 即, 计算液体密度、计算气体热容以及计算气体状态方程参数真实值。以下为具体分析。
3.1计算液体密度
因当前时期的液体理论依然不够健全, 依然无法找到液体参数彼此的关联式, 所以, 计算液体密度没有计算气体便捷。化工计算中通常应用临界参数的计算公式。
(1) 借助临界常数对饱和液体密度进行计算, 计算公式为:
其中, Vu为饱和液体体积, 这个计算公式仅需具有纯物质的临界参数即可以进行计算。误差一般在1~2%之间。
(2) 借助对比密度和Tr与Pr之间的联系对液体密度进行计算, 计算公式为:
其中, Tr=T/Tc, Pr=P/Pc, 如果ρc为已知项, 则可以通过Tr与Pr计算ρr, 之后计算得到ρ值。
3.2计算气体热容
有机物气态在各种温度中的气体热容具备多种计算方式, 而基团贡献法属于一类相对简便且高精的计算方式。这种计算方式把有机物分为多个基团, 把基团对化合物热容贡献值作和, 取得热容。
计算气体热容的真实值, 要考量压力对气体热容产生的作用, 往往气压高于354 k Pa的时候, 需应用普遍化热容校正图进行解算。
3.3计算气体状态方程参数的真实值
应用压缩因子方式能够更快的解算气体状态方程参数的真实值, 这种计算方式借助如下的方程式进行相关计算:
公式中, Z为压缩因子, 其是更正现实中气体和理想中气体偏差程度的无量纲纯数。
基于对比状态理论可知, 如果各类气体存在两个对比状态参数相同, 那么, 第三个对比状态参数基本具备同一值:Z=ZcPrVr/Tr, 不难发现, 各种气体的压缩因子需遵守同一函数关联式:Z=f (Pr, Tr) 。之后, 采用双参数压缩因子方式或者三参数压缩因子方式, 借助普遍化压缩因子图, 以明确压缩因子的数值。压缩因子数值明确之后, 通过 (7) 式计算状态的参数。
不难看出, 临界参数属于一类十分关键的化工物性参数, 在进行化工计算过程中, 需提高对其重视程度。
4结语
综上所述, 该文简要分析了关联式法与基团贡献法两种计算方式, 且针对临界参数在化工计算中的应用进行了分析。临界参数在液体密度、气体热容以及气体状态方程参数的计算中具备关键作用。因此, 临界参数在化工计算中的应用非常主要, 相关技术人员需掌握此类计算方式。
摘要：临界温度、临界压力以及临界体积被共同称为临界参数, 它们是描述物质特征的主要参数。而化工计算是化学工程的基础学科, 也是促进化学工程发展的主要方式, 因此, 必须提高对其的重视程度。该文通过介绍化合物临界参数的计算方法, 以及临界参数在化工计算中的3个重要应用:液体密度计算, 气体热容计算, 真实气体状态方程参数计算。可得出, 临界参数是非常重要的化工物性数据。力求为今后的相关工作提供可靠的参照。
关键词：临界参数,化工计算,计算方法
参考文献
[1]李瑞.浅谈临界参数在化工计算中的应用[J].科学之友, 2012 (22) :150-151.
[2]王小艳;司继林;张达, 等.纯物质临界参数估算方法的研究进展[J].化工进展, 2012 (9) :1871-1877.
圆柱形含能材料热爆炸临界参数计算 篇2
圆柱形含能材料热爆炸临界参数计算
根据变分原理,计算了各表面散热条件不同的`有限长圆柱含能材料的热爆炸临界参数和临界温度,研究了长径比对热爆炸临界参数和临界温度的影响;计算了各表面散热条件不同的有限长圆柱材料的热爆炸临界参数,得出了Biot数β和对热爆炸临界参数和临界温度的作用.计算表明,用变分的方法将求解热爆炸导热方程问题转化为对一个特征值方程求解,求解过程要简单得多,且精度高、速度快.
作 者：王裴 秦承森 作者单位：北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088刊 名：爆炸与冲击 ISTIC EI PKU英文刊名：EXPLOSION AND SHOCK WAVES年，卷(期)：23(2)分类号：O381 O643.2关键词：爆炸力学 临界参数 变分原理 热爆炸 有限长圆柱
浅谈临界参数在化工计算中的应用 篇3
关键词：临界参数；化工计算；密度；热容；真实气体状态方程
中图分类号：O657.91 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）33－0150－02
临界温度（Tc）、临界压力（Pc）和临界体积（Vc）统称为临界参数，是描述物质特性的重要参数。科研工作者在较宽的温度、压力范围内对真实气体的PVT性质进行实验时发现了两个重要性质：液化与临界现象。但是，并不是所有的气体都能被液化，当气体温度在临界温度之上，无论加多大的压力气体都不能液化，即临界温度Tc是气体发生液化现象的极限温度。当气体温度在临界温度以下，随着气体压力的增加，气体出现液化。气体处于临界状态（饱和蒸气与饱和液体无区别的状态）时的温度为临界温度、压力为临界压力、体积为临界摩尔体积。
1 临界参数的计算方法
由于临界参数的重要性，从目前已有的相关文献来看，各种估算方法主要分为两大类：基团贡献法和关联式法。
1.1 基团贡献法
基团贡献法是基于同一基团在不同分子中对某一临界参数的贡献值相同的假设上建立的方法， 可用数十个基团推算出成千上万种化合物的临界性质， 其准确程度与基团的划分及回归基团贡献值所选的化合物有关。很多学者提出了一系列的基团贡献法如：Somayajulu、马沛生等，［1］本文将以Lyderson基团贡献法［2］为例，说明该方法的计算式：
式中Tb为正常沸点；M为分子量；△T、△P、△V为基团对临界温度、压力、体积的贡献值。
1.2 关联式法
关联式法是首先按照化合物的特征官能团进行分类， 再选择合适的基本数据如分子量、正常沸点等易得性质与实验临界参数相关联，得到较为简单的数学关联式。本文将以吕玉平等［3］的关联法为例，说明该方法的计算式：
Tc＝a0＋a1Tbk1＋a2Tbk2/Mk3＋a3Tbk1dk4/Mk5 （4）
Pc＝a0＋a1x1＋a2x2＋a3x12＋a4x22 （5）
Vc＝a0＋a1x1＋a2x2＋a3x12＋a4x22 （6）
x1＝Tbk1Mk2Nk3dk4＝Tbk5Mk6Nk7dk8 （7）
式中Tb为正常沸点；M为分子量；N为分子中原子数。再用正交优化法对上述关联式进行参数估值，可得出各类有机化合物的关联式参数。
2 临界参数的应用
2.1 液体密度的计算
由于液体的理论尚不完善，目前还不能找到液体各参数之间的关系式，因此液体密度的计算不如气体的方便。在化工工程计算中一般采用有临界参数的经验公式：
（1）利用临界常数计算饱和液体密度：
Vs＝VcZc（1－Tr）0.2857 （8）
Vs：饱和液体摩尔体积，该式只要找到纯物质的临界参数就可以计算。计算误差为1%～2%。
（2）利用对比密度（ρr）与Tr和Pr关系求液体密度：
ρr＝ρ/ρc＝Vc/V （9）
式中Tr＝T/Tc；Pr＝P/Pc。当已知ρc，可由Tr和Pr查得ρr进而求得ρ。
2.2 气体热容的计算
气态有机物在不同温度下的理想气体热容有许多计算方法，其中Rihanni－Doraiswa－my基团贡献法是一种简便、精度高的方法。该方法将有机物分解成若干基团，将基团对化合物热容的贡献值相加得到化合物的热容值。计算公式如下：
Cpo＝∑ni ai＋∑nibiT＋∑niciT 2＋∑nidiT 3 （10）
式中，Cp o为理想气体摩尔热容、T为温度、ni为i型基团的数目。
真实气体热容的计算需考虑压力对热容的影响，通常气体压力大于3.54×102 kPa时应该采用普遍化热容校正图来计算，该图反应Cp与对比压力Pr及对比温度Tr的关系。
2.3 真实气体状态方程参数的计算
用压缩因子法可方便的计算真实气体的状态方程参数，该方法通过以下方程来计算：
Z＝PV/（nRT）＝PVm/（RT） （11）
其中：压缩因子Z是修正实际气体偏离理想气体行为程度的一个无量纲的纯数。
根据对比状态原理：若不同的气体有两个对比状态参数彼此相等，则第三个对比状态参数大体上具有相同的值，Z＝Zc（PrVr）/Tr。由此可知：各气体压缩因子Z应遵循相同的函数关系式Z＝f（Pr，Tr）。然后再应用两参数压缩因子法或三参数压缩因子法，查普遍化压缩因子图确定Z的值。Z的值确定后再代入（11）式求得未知状态参数。
3 结束语
本文介绍了化合物临界参数的两种主要计算方法：基团贡献法和关联式法，并对化工领域内临界参数的应用进行了总结。临界参数在液体密度的计算、气体热容的计算、真实气体状态方程参数的计算中有重要意义。通过以上分析可以看出，临界参数是非常重要的化工物性数据，化工技术人员应该熟练掌握该数据的计算方法。
参考文献
1 马沛生、王加宁、李平.基团法估算临界参数的改进［J］.高校化学工程学报，1996（4）：351～352
2 童景山、高光华、李军等.应用低压下液体的PVT数据推算临界参数［J］.工程热物理学报，1994（4）：361～363
3 吕玉平等.临界参数的估算方法［J］.化学工业与工程，2000（3）：149～153
On the calculation of the critical parameters in the application of chemical
Li Rui
Abstract: This paper describes the critical parameters of compounds, calculation and the calculation of the critical parameters in three important applications of chemical: liquid density calculations; gas heat capacity is calculated; real gas equation of state parameter calculations. Can conclude that the critical parameters are very important chemical property data, in the total chemical calculations should be enough to cause attention.
临界参数 篇4
法①显然思维量大, 耗费的解题时间相对较长, 还很易漏解和错解。
对于法②, 其在一些题上固然很有优势, 不过因其灵活度不高, 将参数完全赤裸裸地分离后, 如果遇上求导后极为复杂的函数问题, 或者是要运用洛必达法则等超纲知识才能得出最值的问题, 学生则会进退两难。
本文提出参变量的半分离, 将一些复杂的函数分为两个简单的函数, 运用数形结合的思想, 抓住临界位置的切线, 即可轻松得到答案。以下通过实例归纳出一些固定化的模版和套路。
例一:
已知函数f (x) =ex, g (x) =ax2+bx+1 (a, b∈R) 。
(1) 若a≠0, 则a, b满足什么条件时, 曲线y=f (x) 与y=g (x) 在x=0处总有相同的切线?
已知函数f (x) =ex, g (x) =ax2+bx+1 (a, b∈R) 。
由于 (1) (2) 较为基础, 从略。
解法一:原答案解析为分类讨论。
2) 当b>1时, 同理准 (lnb) <0, 与函数f (x) 叟g (x) 矛盾;
3) 当b=1时, lnb=0,
故b=1满足题意,
综上所述, b的取值的集合为{1}。
解法二:数形结合。
由图像易知:b的取值的集合为{1}。
小结:例1介绍的将原含参函数分解为一个简单的指数函数和一个我们熟悉的一次函数 (分解为两个简单函数) , 再通过一个方程组, 即在切点处的函数值相同, 切线斜率相同, 得出相切即临界位置的情况。此做法有两个优点:一是计算量极小, 二是说理时方便。
例二:
已知a为常数, 函数f (x) =x (lnx-ax) 有两个极值点x1, x2 (x1<x2) , 则 ()
因为f (x) 有两个极值点, 所以f′ (x) =lnx-2ax+1有两个零点。
即y=2ax-1和y=lnx有两个交点。
所以要使y=2ax-1和y=lnx有两个交点, 必须使得0<2a<1,
再由图像可知0<x1<1<x2,
且x∈ (0, x1) 时, f′ (x) <0, f (x) 单调递减;
x∈ (x1, x2) 时, f′ (x) >0, f (x) 单调递增;
x>x2时, f′ (x) <0, f (x) 单调递减。
所以x=x1时, f (x) 取得小极值, x=x2时f (x) 取得极大值。
故本题正确答案为D。
小结:例2介绍的将原含参函数分解为一个简单的对数函数和一个一次函数, 将导函数拆解成两函数后, 我们可以过观察两函数的相对位置, 看出导数的正负, 也即原函数的增减性。和例1一样通过一个方程组, 即在切点处的函数值相同, 切线斜率相同, 得出相切即临界位置的情况。
例三:
解法一:分类讨论+二次求导
即:g′ (x) =bx2-a, 作出g (x) 在 (1, +∞) 上的大致图像。
由①②知g (x) 先负后正, 即f′ (x) 先负后正, 即f (x) 先↓后↑,
解法二:数形结合。
在 (0, 1) 上y1为减函数, 在 (1, +∞) 上y1为增函数,
所以y1为凹函数, 而y2为凸函数。
小结:例1和例2介绍的都是将原含参函数拆解为一直线和一曲线。更进一步地, 例3介绍的是将原函数拆解为两个曲线 (前提是这两个曲线是我们很容易了解的, 不需要通过二次求导或一些极限思想来获知函数的图像) , 然后还是再由一个方程组, 即在切点处的函数值相同, 切线斜率相同, 得出相切即临界位置的情况。
以上几题, 通过与传统的分类讨论对比, 充分展示巧用临界位置切线法的优越性, 笔者在此再做简要归纳:将原复杂函数拆解为两个函数, 可以是两个基本函数 (我们熟知的一次函数, 二次函数, 对勾函数, 对数函数, 指数函数) 或也可以拆解为一个稍微复杂些函数 (需要通过简单求导即可得到其单调性) 和一次函数, 然后我们可以使用数形结合, 找到临界位置的切线, 最后, 用前面多次提到的“一个方程组” (即在切点处两函数值相同, 两函数导数值相同) 来秒杀一类参数值取值范围问题, 化抽象为直观, 变繁琐为简洁, 在高考导函数问题上起到四两拨千斤的作用。
参考文献
临界参数 篇5
在生物柴油的生产制备过程中, 生成物主要是甘油和脂肪酸甲酯, 以及过剩的甲醇, 这些物质的名称和分子式列于表1, 各物质的结构式如图1~图7。为了把生成物各组分分离出去, 设计的分离工艺中, 就需要用到各组分的热力学参数, 比如临界温度Tc, 临界压力Pc和偏心因子ω[2]。
但是这些醇类, 酯类物质, 在高温下易分解, 因此用实验的方法去测定热力学性质很困难。为了解决上述问题, 前人提出了利用分子结构的加和性质, 来估算热力学性质。就是利用热力学, 统计力学, 分子结构和分子物理性质的理论知识进行关联, 在一定的范围内, 在少量可靠的实验数据基础上推算出具有一定精度的物性数据[3]。
物质的临界参数的估算方法很多, 具有代表性的主要有Joback法和Constantinous-Gani (C-G) 法。本文利用上述两种方法, 分别估算了生物柴油体系7种物质的临界参数性质, 并把估算结果和文献值进行了比较。
1 Joback法计算Tc, Pc
Joback法的计算关联式如式 (1) 和式 (2) 所示:
式中:Tc———临界温度, K
Tb———正常沸点, K
Nk———该类基团的出现次数
tck———基团的贡献值
pc———临界压力, bar
NA———分子式中原子个数
pck———估算临界压力时的基团贡献值
Joback法计算简单方便, 临界温度Tc的精确度取决于正常沸点是实验值还是估算值。若是实验值, 则Joback法估算得到的Tc相当可靠。
图8中, 给出了使用Excel估算生物柴油体系临界参数的过程。现以乙醇的计算为例说明, 乙醇分子中, 含有一个甲基一个亚甲基和一个羟基, 因此, 可以计算出:
这个结果结合乙醇的沸点数据, 可计算出乙醇的临界温度为519.54 K。类似地, 计算出临界压力57.57 bar。
2 Constantinous-Gani (C-G) 法计算Tc, pc, ω
C-G法不需要正常沸点温度Tb, 且考虑了临近基团的影响, C-G法估算Tc, pc, ω的公式为:
式中, 临近性质的单位与Joback法相同, C-G法估算生物柴油体系临界参数的计算过程见图9。
为了便于比较, 本文将上述两种方法估算的结果, 以及文献值[4]列于表2以及图10~图12。
3 结果与讨论
由图10, 图11可以看出, Joback法的计算结果较C-G法要好, 这是因为C-G法只考虑了一级基团的影响, 未考虑到基团之间的交互影响所致。
图12结果表明, C-G法估算偏心因子的结果精度比较高, 但是唯独甘油的估算偏差比较大, 这是因为甘油含有3个醇羟基, 羟基中的氧原子电负性比碳原子要大, 具有吸电子的诱导效应, 羟基越多, 这种作用就越强, 间接地影响到了偏心因子, 但是光从基团贡献的角度, 体现不出来这一点。
通过上述计算结果的讨论可看出, 基团贡献法能广泛应用于化合物多种物性的估算, 表现出以下优势:
(1) 较准确:估算的精度在使用者可接受的误差范围内, 如Poling等[5]利用Joback法和Constaninou-Gani (C-G) 法估算了常用的290种有机物的临界性质, 与实验值比较, Joback法的平均相对误差在4%左右, C-G法的平均相对误差在3.7%左右。
(2) 较少使用其他物性或参数:除某些性质的估算需要少量的其他基础物性外, 仅使用分子结构就可进行估算, 减小了二次误差的引入。
(3) 计算过程简单, 运算时间短。
(4) 适用面广:由于分子结构是化合物最基本的信息, 以分子结构为基础的基团贡献法适用范围非常广。
(5) 具有较强的理论基础:以分子结构特性对宏观性质的影响为理论依据, 结合实验数据, 使基团贡献法具有较好的通用性和外推性。
4 结论与展望
本文研究了Joback法和C-G法对生物柴油体系临界参数估算的能力, 通过对计算结果分析比较, 得出以下结论:
(1) 对于临界温度和临界压力的估算, Joback要比C-G估算的准确。
(2) C-G法对大多数物质的偏心因子的估算是比较精确的, 但是对于含有多个醇羟基的物质, 偏离较大。
(3) 如果C-G法能够把二级集团乃至三级集团考虑进去, 或许能取得更好的预测效果。
(4) 基团贡献法是一种半经验的方法, 每种方法都有不同的适用范围, 如Joback法对含卤代烃结构的化合物估算误差较大, C-G法对三个碳原子以下的物质估算误差较大[6]。
摘要：物性数据是进行化工研究、生产、设计和开发的基石, 但因实验测量难度较大、实验成本较高以及新物质的数量快速增长等问题, 目前物性数据不足仍是普遍存在的情况。本文利用Joback法和C-G法对生物柴油体系的临界参数和偏心因子进行了估算, 估算结果表明:对于临界温度和临界压力的估算, Joback要比C-G估算的准确。C-G法对大多数物质的偏心因子的估算是比较精确的, 但是对于含有多个醇羟基的物质, 偏离较大。
关键词：基团贡献法,生物柴油,物性估算
参考文献
[1]陈永纯.生物柴油体系液液相平衡研究[D].杭州:浙江大学, 2010.
[2]唐正姣, 王存文, 王为国.生物柴油-甲醇-甘油液液相平衡数据的关联与预测[J].化学与生物工程, 2008, 25 (6) :2401-2404.
[3]夏力, 金力强, 李忠杰.估算有机物正常沸点的基团贡献法比较与评价[J].计算机与应用化学, 2007, 24 (7) :358-365.
[4]安部田年男.超臨界アルコール法によるバイオディーゼル生成プロセスにおける高温高圧気液平衡の測定と推算[D].日本福冈:九州大学, 2009.
[5]Poling B E, Prausnitz J M, O'Connell J P.The Properties of Gases and Liquids.5thed.New York:McGraw-Hill, 2001.
临界参数 篇6
1 玉溪市冰雹灾害情况
选取雹灾记录较为完整的2002—2011年资料进行统计分析。2002年受灾面积18 049.67 hm2,2003年受灾面积5 530.07 hm2,2004年受灾面积6 202.20 hm2,2005年受灾面积2 339.40 hm2,2006年受灾面积4 500.67 hm2,2007年受灾面积5 616.20 hm2,2008年受灾面积2 715.80 hm2,2009年受灾面积5 523.27 hm2,2010年受灾面积1 664.27 hm2,2011年受灾面积5 988.33 hm2(图1)。2002—2011年,红塔区雹灾的总受灾面积为4 538.07 hm2,易门县为5 547.87 hm2,元江县为672.73 hm2,新平县为10 098.47 hm2,华宁县为7 513.60hm2,江川县为8 956.53 hm2,澄江县为8 600.33 hm2,通海县为5 609.33 hm2,峨山县为6 592.87 hm2(图2)。玉溪全市雹灾受灾总面积为58 129.80 hm2,平均每年5 812.98 hm2。
2 玉溪市冰雹灾害发生规律
2.1 冰雹云形成条件
2.1.1 地形。
玉溪市境内山脉、沟壑、河流、湖泊纵横交错,地形极其复杂,地势西北高,东南低,海拔落差大,山区面积占全市总面积的90.6%。由于山地的地形抬升作用,造成气流的强烈上升运动;地面冷热变化激烈,也容易造成局地的强对流生成;河流、湖泊又给对流提供了充足的水汽条件,各种因素都造成玉溪市境内的雹灾频发[1]。据2002—2011年玉溪市各县(区)的雹灾次数统计(图3),易门、新平、江川、峨山县的雹灾次数相对较多,其中易门、新平、峨山县都属于玉溪市西部的山地县,江川境内地势虽然相对平坦,但大面积的湖泊却给对流提供了充足水汽。元江县虽亦属于山地县,但境内干旱少雨,部分地区气候炎热,难形成局地对流,仅因外部系统影响边境山区,形成小范围的降雹。
注:均为不完全统计数据。
注:均为不完全统计数据。
2.1.2 系统天气。
该市主要受副热带高压外围气流和“两高”间辐合区控制影响,此天气背景为形成强对流提供了充足水汽[1]。同时,局地在温度水汽条件适合的情况下形成局地强对流。外来系统与局地对流结合,极易产生降雹。
2.2 雹灾发生特征
2.2.1 地理分布特征。
研究表明,玉溪市雹灾的地理分布特征为西部多于东部,山区总体多于湖泊、河谷,湖泊、河谷多于平原及盆地,天气系统的背风坡又多于迎风坡。
2.2.2 时空分布特征。
2002—2011年玉溪市雹灾发生时段主要集中在15:00—18:00,其次是18:00—21:00,再者为12:00—15:00。雹灾发生次数最少时段为3:00—6:00(表1)。由对流触发条件可知,日出后,太阳辐射使地面及近地层空气逐渐升温,随时间推移,太阳高度角升高,地面接收的太阳辐射能量增大,被地表增温的气层逐渐增厚,气层不稳定度增大,若气层中有充足水汽,地面空气稍有扰动,利于产生强对流天气[2]。
3 玉溪市降雹临界参数研究
经过多年的研究已了解冰雹灾害基本的发生规律,包括发生降雹的原因、降雹的地理特征、时段分布等。这些为科学开展防雹作业提供重要依据。随着防雹工作的开展,虽然各县(区)气象局指挥人员的指挥水平有很大提高,但仍然存在乱指挥、瞎指挥情况。因此,对降雹临界参数的研究,不仅有助于气象工作者掌握和了解冰雹一些深层次的特点,而且有助于提高作业的有效性和准确性[3,4,5]。
目前,监测冰雹云系统的发展主要依靠多普勒雷达。多年来,众多的人影工作者对回波的发展和发生冰雹的临界参数进行分析和研究,然而截至目前,由于人影工作极其复杂,始终没有准确地揭示回波发展和降雹时的一些规律和参数,也由此决定该研究是一项长期而又艰苦的工作。
3.1 研究方法
3.1.1 研究对象。
首先,确定选择0.5°基本反射率、回波顶高、强回波顶高和垂直液态含水量作为研究对象。基本反射率能较准确地反映回波所在的位置和强度,这是雷达回波图的基本信息。有了位置和强度dBz值,不知道回波的高度,对于防雹指挥也是不够的,因为回波的强度强并不代表高度高,一般只有当回波高度高于0°层,才有下冰雹的可能。因此,回波顶高、强回波顶高也是需要研究的项目。笔者所选取的回波顶高和强回波顶高的阀值分别为3、35 dBz,只有高于该阀值的回波才能被显示并记录参数。由于天空中的云系通常都有很多层,回波顶高往往并不能完全反映对流云的高度。相反,高于35 dBz的强回波顶高却能更好地反映强回波的高度情况。垂直液态含水量表示云底上部单位面积上悬挂的可降水质量,对强回波有较好的识别作用。
3.1.2 选取降雹个例。
目前,选取玉溪市2008年25次降雹、2009年22次降雹、2010年21次降雹及2011年以来的36次降雹(截至2011年9月9日)情况,分析降雹时的临界值。同时分析随机选取20次未降雹的个例,以作对比。
3.1.3 研究方式。
按照县(区)气象局提供的2008—2011年降冰雹的时间、地点,对应多普勒雷达图分析在当时当地降冰雹时间时的基本反射率、回波顶高、强回波顶高和垂直液态含水量,并分别记录。对未降雹的个例,跟踪整个回波发展过程。特别记录下回波发展到最强时刻或者各项参数达到有降雹可能(实际未降雹)的时刻前后的几个时间点的基本反射率、回波顶高、强回波顶高和垂直液态含水量。
3.2 分析结果
2008—2011年共计104次降雹过程中,基本反射率≥50 dBz的有91次;45～50 dBz的有13次。回波顶高≥10 km的有96次;7～10 km的有8次。强回波顶高≥7 km的有84次;6～7 km的有13次;6 km以下的有7次。垂直液态含水量≥40 kg/m2的有92次;30～40 kg/m2的有9次;30 kg/m2以下的有3次(表2)。
在20次未降雹的个例中,所有回波发展到最强时刻时,基本反射率、回波顶高、强回波顶高、垂直液态含水量均分别达到45 dBz、9 km、6 km、40 kg/m2以上。其中12次回波在发展过程中虽然也存在不断发展又减弱的过程,但其发展却较为缓慢或者无明显快速跃升。另外8次有明显的快速跃升,但有4次经过县(区)气象局的防雹作业,出现快速的减弱现象,未出现降雹;剩余4次未能找到无降雹的原因。
4 结语
(1)基本反射率在50 dBz以上都可能产生冰雹。分析中也多次出现基本反射率在50 dBz以上却没有降雹,少数未达到50 dBz却发生降雹。因此,基本反射率对降雹的指示作用并不太强,但在位置上看得很清楚。
(2)回波顶高无法得到一个具体的临界数据。这可能由于回波顶高所记录的是某一位置所有回波反射率高于3dBz云系的总高度,并非只记录对流云系。因此,其不能真实反映回波发展的高度,但从侧面可反映回波发展的强弱。
(3)强回波顶高对于强对流云回波,在实际指挥中有较强的指示作用,但不是绝对某个高度一定会出现冰雹,一般应与当天的0°层高度作比较。玉溪市的0°层高度一般超过5 km,在指挥中强回波顶高高于这个数值应高度注意。
(次)
(4)垂直液态含水量对对流云回波有很强的指示作用,一般在40 kg/m2以下降雹的可能性较小,而一旦超过这个数值需要特别注意,应考虑进行作业。
(5)单独的强回波顶高和垂直液态含水量不应作为是否降雹的指标。任何时候都必须把二者结合起来,二者结合的指示性比单独情况要更好。
(6)回波产生降雹还有一个条件是发展过程中必须存在明显地快速跃升。也存在少数情况各项条件均满足却未产生降雹,也难以找到不降雹原因,至少是时间要求较高的情况下难以找到不降雹原因。
(7)临界参数仅作参考,由于防雹工作的复杂性在实际运用中忌生搬硬套。加强雷达观测必须与各作业点对冰雹云宏观观测情况密切配合,相互订正,确保指挥的准确性[6]。
参考文献
[1]施超,李文祥,解福燕,等.玉溪气象灾害与应对措施[M].北京:气象出版社,2009:2,81.
[2]徐玉貌,刘红年,徐桂玉.大气科学概论[M].南京:南京大学出版社,2000:219.
[3]姜彩莲,李建刚.一次冰雹天气成因及雷达回波分析[J].沙漠与绿洲气象,2010,4(3):38-40.
[4]周虎,陆晓静,赵蔚,等.宁夏“5.16”强对流天气跟踪分析及冰雹预报模型[J].沙漠与绿洲气象,2010,4(3):22-25.
[5]谢向阳,程相儒,李建刚.一次弱对流天气降雹成灾的雷达回波特征分析[J].沙漠与绿洲气象,2008,2(5):32-34.
临界参数 篇7
面对当代新的能源战略发生变革的挑战,发展智能电网成为了一种电网发展的内在变革,将深刻左右未来电力系统发展的战略趋势,其要求能够对电网运行状态进行实时检测和预警分析,从而能够快速决策响应[1]。而对于PV曲线的研究将为智能电网中构建电压失稳预警单元[2]提供有力的技术支撑,是调度员做出合理决策的有效分析途径。
快速且精准地计算PV曲线的临界参数是电压稳定研究中的一个重要方面。但存在PV曲线临界点附近雅可比矩阵奇异造成不收敛的困难。现存的求取方法主要有连续潮流法[3,4,5,6,7,8,9,10]、非线性规划法[11,12,13,14]、潮流多解法[15]、零特征根法[16,17]、负荷导纳法[18,19]及其他方法[20]。连续潮流法鲁棒性强,是求解临界点的一种非常有效的方法,但计算量一直是需要改善的重要方面。纵然文献[9-10]提出了相对较好的步长选择措施,改善了计算效率,但计算所需时间依然可观。非线性规划法运用Kuhn-Tucher最优性条件对临界点约束进行优化之后求解,但扰动KKT条件的修正矩阵维数较高,其至少为普通潮流方程矩阵维数的2倍[11,12,13,14]。潮流多解法需要求取高、低电压解,低电压的求取较为困难[15]。零特征值法为非线性规划法的一种特例[13],利用了在临界点处雅克比矩阵奇异这一性质,得到扩展的潮流方程且利用牛顿法求解,但方程维数较高[16,17]。文献[21]提出了一种利用高斯消去法将网络化解为简单网络并将其功率极限值作为下次潮流计算负荷初始值的算法,通过插值法可快速获取近似的临界点值,但未利用曲线下半支点数据的插值法会引起计算所得临界点精度不高。文献[22]提出了一种基于系统等值阻抗的快速求解方法,计算量小,速度快。但也需插值计算且实际工程运用中存在误差。文献[18]将重负荷节点的负荷转换为对应导纳值实现临界点的求取,可以过渡到PV曲线的下半支,但其从初始运行点逐点过渡到临界点的方式不具有快速性引发了计算时间的增加。
本文基于动态步进负荷导纳法潮流计算模型,构建了一种利用变步融合策略求取静态电压稳定临界参数的新方法。该策略包括动态步进性和异步连续性两个进程,其特性如下:
(1)动态步进性进程的特性为由初始点向最接近临界点的功率极大值点的计算过程具有不等步性。借助于在增负荷逼近过程中跟踪计算戴维南等值阻抗,将当前计算点的戴维南等值阻抗对应导纳值与下一计算点的负荷导纳值相配合,所得到的一系列计算点在PV曲线上非均匀排列并可计算到PV曲线的下半支,能够快速过渡到临界点附近且能得到功率极大值点。
(2)异步连续性进程的特点表现为由功率极大值点向临界参数的过渡过程运用等步长方式。等步长方式过渡能够精确捕捉临界参数值,有力避免了利用插值带来计算精度不高的缺陷。
(3)动态步进性进程与异步连续性进程的过渡具有自适应性,表现为在动态步进性进程中得到的功率极大值点处,通过该点处摄动前后的计算量来构建方向判断系数,其符号的正/负可为异步连续进程提供有效的逼近计算趋势,实现了两种进程之间平滑衔接,整体上保证了计算过程的顺利完成。
1 追踪计算系统等值参数
随着系统研究节点处负荷导纳值的不断增加,系统运行状态将趋向电压稳定的临界状态。在此过程中,捕捉系统中的某一运行状态,基于该状态将除研究节点之外的其余部分进行戴维南等值,等值电路如图1(a)所示。由于研究节点负荷的不断加重,将使得从该节点向系统其他部分等值得到的戴维南等值参数也不断发生变化,因此,需要不断地跟踪求取戴维南等值参数。
初始状态假设为k=0,此时负荷导纳值选取为:
式中:为研究节点初始状态下的复功率值;为研究节点初始状态下的电压模值。
其他状态即k≥1时,负荷导纳模值选择如下:
式中,Zeqk-1为第k-1状态求得的戴维南等值阻抗模值。
对图1(a)状态的负荷导纳模值进行摄动,得图1(b)所示,计算摄动后的节点电压V 1k∠ϕ1k。
利用研究节点处摄动前、后的各量可得:
假设,该状态下的戴维南等值参数求取如下:
2 变步融合策略
在向临界点过渡的过程中,要能够保证其过程的快速性,而对于临界点参数的结果要求其准确性高。本文在负荷导纳法潮流计算模型的基础上,构建了如下包含两个进程的变步融合策略来快速、准确计算静态电压稳定临界参数。
2.1 动态步进性进程
动态步进性进程主要是为了快速求取最接近临界点的功率极大值点(Pmax,Vmax,Ymax):从初始运行点(0P,V0,Y0)以大步长向最接近临界点(Pcr,Vcr,Ycr)的功率极大值点(Pmax,Vmax,Ymax)快速过渡,以此来有效地保证过渡计算的快速性。详细过程如下:
(1)写入研究系统参数(支路物理参数、负荷参数、待研究节点序号及求取进程调控参数等)。
(2)形成系统节点导纳矩阵,求取系统的初始潮流结果,建立数据库记录研究节点初始状态有功功率P0以及电压V 00∠ϕ00,计算α(功率因数角的负值),由式(1)将研究节点初始复功率转化为与之对应的节点负荷导纳值Y00。
(3)搜索系统节点导纳矩阵中研究节点的自导纳元素并将Y00加入其中,之后将该节点的复功率值归零。
(4)以步骤(1)中得到的潮流结果作为潮流计算的初值,对步骤(2)中已加入至研究节点自导纳元素中Y00进行摄动,摄动量计为ΔY00,再次计算系统潮流,记录研究节点摄动后的电压V 10∠ϕ10,而后将该摄动量ΔY00从该节点自导纳元素中删除。
(5)利用摄动前后记录的电压值V 00∠ϕ00、V 10∠ϕ10以及Y00、Y00+ΔY00,通过式(5)与式(6)求取图1(a)中所示的戴维南等值参数。
(6)将步骤(5)中求得的等值阻抗模值Zeqk-1取倒数、角度取α记录为Y 0k∠α,之后将已加入到研究节点对应的自导纳元素中的Y00置换为Y 0k∠α,进行潮流计算,记录下一个计算点的电压V 0k∠ϕ0k,记录此状态的电压值并利用以下式:
求取有功功率。
(7)判断?,若为no,则k=k+1,返回步骤(3)继续。若为yes,则计算结束,保存此状态下的值,该数据即为动态步进性进程所求数据,即为最接近临界点的功率极大值点数据(Pmax,Vmax,Ymax)。
由以上计算过程可知:步骤(3)～(7)为主循环,其主要需要进行各计算点摄动前后的潮流结果、戴维南等值参数求取计算,计算过程中将摄动前潮流计算的结果取为摄动后潮流计算的初值,从而有效减少了计算量,提高计算效率。
2.2 异步连续性进程
由动态步进性进程中获取的计算点集,采用文献[23]中插值计算临界参数的方法,计算表明插值法临界参数的精度不够高。由于功率极大值点(Pmax,Vmax,Ymax)距离临界点参数已相当接近[22,23],为了获取准确的静态电压稳定临界参数(Pcr,Vcr,Ycr),因此,本文采用小步长、等步长的策略逐步增/减研究节点的负荷导纳值逐步过渡至临界点处,从而通过较少次数的逼近计算求得临界参数,有效提高了计算精度。同时,在计算过程中能够有效处理局部节点无功功率越界问题。
2.3 动态步进性进程向异步连续性进程的过渡——方向判断系数
由2.1节中求得的功率极大值点(Pmax,Vmax,Ymax),通常不会恰为临界点,其可能未穿越临界点,位于曲线的上半支(如图2(a)所示),也可能已穿越临界点,位于曲线的下半支(如图2(b)所示)。所以,需要判断此功率极大值点向临界点逼进的计算方向,从而需要判定此功率极大值点相对于临界点的位置。因此,利用该点摄动前后的功率值和电压值,构建如下的方向判断系数:
式中:分别为功率极大值点处摄动前的有功功率和电压模值;为功率极大值点处摄动后的有功功率和电压模值。
若为上半支点,即如图2(a)所示,功率极大值点为amax点,该点对应功率值Pmax未穿越Acr点对应的功率值Pcr,电压值Vmax高于临界点处的电压值Vcr,而对应的Ymax小于临界点处负荷导纳模值Ycr,此时,由式(8)计算的DDF其结果小于0,为了获取准确的临界参数,则需以amax点为初始点,用增加负荷导纳值的等步长方式从Ymax开始依次进行潮流计算,在逼近的过程中用式(7)不断计算有功功率,直至临界点Acr处(Pcr,Vcr,Ycr)。
同理,若为下半支点,即如图2(b)所示,功率极大值点为amax点,其对应功率值Pmax已穿越Acr点对应的临界功率值Pcr,电压值Vmax低于临界点处的电压值Vcr,而相应的Ymax大于Ycr,此时,由式(8)计算的DDF其值大于0,为了获取准确的临界参数,则需以amax点为初始点,用减少负荷导纳值的等步长方式从Ymax开始依次进行潮流计算,在逼近的过程中用式(7)不断计算有功功率,直至临界点处(Pcr,Vcr,Ycr)。
3 算例仿真
为了验证所提策略的正确性和有效性,本文选取了典型算例进行仿真计算。计算结果见表1～6,表中数据均为标幺值。
3.1 IEEE30节点系统算例
表1中描述了系统23号节点利用动态步进性进程求解最接近临界点的功率极大值点计算过程。5号计算点即为所求点,此时利用式(8)计算DDF,其值小于0,说明该点位于曲线上半支。
表2中描述了以功率极大值点(5号计算点)为异步连续性进程的计算初始点,而后利用等步长方式增加研究节点负荷导纳值,利用式(7)来计算有功功率的临界点求取过程。表3经6次计算即获取了临界点参数:Pcr,Vcr,Ycr(1.030 3,0.554 8,1.487 2)由本文方法与插值法[23]以及连续潮流法计算结果对比数据。
3.2 IEEE118节点系统算例
表4中描述了该系统96号节点利用动态步进性进程求解最接近临界点的功率极大值点的计算过程。4号计算点即为所求点,此时利用式(8)计算DDF,其值大于0,说明该点位于曲线下半支。
由于功率极大值点4位于曲线下半支,所以应利用减小导纳值的等步长方式来向临界点逼近。表5中描述了该过渡过程,不断减小导纳值一直到第7次计算时,式(7)求得的有功功率值出现减小趋势,则计算点6对应的Pcr,Vcr,Ycr(8.964 9,0.566 0,31.537 7)即为所要求取的临界参数。表6提供由本文方法与插值法[23]以及连续潮流法的计算结果。
3.3 算例小结
(1)从表1、4可知,由初始状态运行点向功率极大值点过渡的过程中仅需计算5～6次,足以说明了动态步进性进程具有相当速度的快速性。
(2)从表2、5可知,以功率极大值点作为等步长逼近计算的初始出发点,经过少量的等步长逼近计算即能获得电压稳定临界值参数。算例1和2分别需要经过6和7次计算,从其他算例验证表明系统节点个数增加不能引起等步长计算次数的显著增长,同时由于功率极大值点与临界点之间的距离已非常接近,逼近过程中能够使用恒定雅克比矩阵,由此将带来计算速度的进一步提升。
(3)从表3、6可知,本文所采用的变步融合策略比插值法的计算结果精度高,且与连续潮流法的计算结果的相对一致性,从而也说明了本文方法的准确性。
4 结论
(1)提出了基于变步融合策略的电压稳定临界参数求取策略:动态步进性进程确保了从运行的初始状态点向临界点附近快速过渡,从而得到最接近临界点的功率极大值点,异步连续性进程确保了获得的临界参数计算结果不失准确性;方向判断系数(DDF)的建立保证了两进程之间的成功衔接,从而确保了整体求解过程的顺利进行。
(2)多个系统算例表明本文所提方法在计算速度和计算精度上做到了有机协调,可为构建在线实时电压稳定分析体系提供一个新的参考途径。
临界参数 篇8
该机组于2013年1月21日正式投产, 为国产亚临界参数2×600MW空冷燃煤机组。锅炉采用北京巴布科克威尔科克斯有限公司根据英国MITSUI BABCOCK公司技术设计、制造的B&WB-2080/17.5-M型锅炉, 为亚临界参数, 一次中间再热、自然循环、平衡通风、锅炉房紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型汽包锅炉;汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂制造的ZKL600-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式直接空冷汽轮机;发电机采用哈尔滨电机有限责任公司生产的QFSN-600-2YHG型氢冷发电机, 冷却方式为水、氢、氢。
分散控制系统DCS采用ABB贝利公司的Symphony系统, Symphony系统技术先进, 性能稳定、可靠, 是90年代末期推出的面向21世纪的具有世界领先水平的大型电站机组控制系统, 其控制软件采用面向用户的图形语言。该系统分散化的子系统可以灵活地构成功能强大的整体, 满足电厂DCS系统控制和管理需求, 其硬件可靠, 应用软件运行稳定可靠。系统采用了先进网络通讯技术、计算机技术、过程控制技术以及CRT显示技术, 采用了先进的控制功能分散、操作管理集中的控制方式, 具有便于设计、维护和操作使用等特点。
2 控制系统结构与功能
Symphony系统为机、炉、电集中控制, 机组采用分散控制系统DCS进行控制。以CRT为主要监视、操作手段。DCS控制系统覆盖范围主要构成部分有工程师站、操作员站、历史站、控制器柜、继电器柜、网络通讯和网络打印机等。
2.1 工程师站
Composer为Symphony企业管理控制系统的组态及维护提供一个集成的开发环境, 它提供了建立与维护控制系统组态所需的必要功能:控制策略图形化的开发功能;公用数据库的开发与维护功能;系统资源库的管理功能;系统的故障诊断与维护功能;人系统接口的离线组态功能等。能实现创建工程、组态, 以及进行各种系统管理工作。工程师站是系统管理的核心, 但是生产过程的控制并不依赖于工程师站, 在系统正确部署后, 操作员站、PCU、历史站等各功能站都可以正常运行, 无需工程师站。
2.2 历史站
历史站采用例外报告技术进行数据的采集和备份, 以及整个工程的数据预览和回放, 包括模拟量、开关量和GP点的实时数据, 报警信息, SOE的精确记录, 操作记录查询等, 并将其存储在硬盘中。历史站作为电厂运行数据的存储器, 可为整个电厂生产设备的运行情况提供所有必要的检索服务, 其中包括历史趋势的曲线、报警状态记忆、历史报表打印、操作记录查询、SOE查询等功能, 可以用来进行事故追忆和事故分析, 同时历史站也可以兼具操作员站、工程师站、制表站等功能。
2.3 操作员站
操作员站能够以生产画面、工艺曲线、数据表格等方式为操作员提供可以监视的实时数据, 操作人员可对生产设备进行实时操作。一个系统中可以有多台操作员站, 各操作员站之间相互独立, 互不干扰。操作员站最主要的功能是让操作员对就地设备进行监控、操作;对生产过程进行监视、调节;为运行工程师、生产工程师、维护工程师提供原始信息, 用于分析、优化与指导。所以以下内容为PGP的最基本功能:采集由控制系统送来的现场模拟量和数字量信号;在数据库中存储数值与状态;存储当前和历史过程量及计算量;显示过程画面, 打印报表;对被控设备发出指令;获取用于显示和存档的数据。在生产过程中, 操作员通过操作员站实现对生产过程的实时监控。
2.4 过程控制站
Symphony系统的现场控制单元HCU是控制网络上的一个专门节点。经过配置满足各种I/O信号;完成现场所需的各种控制功能;将采集的数据进行处理形成所需的信包, 并向整个系统提供I/数据;通过标准接口实现与其它控制设备或第三方计算机的连接。整个控制单元由以下结构组成, 机械安装结构:机柜、模件安装单元、现场端子盘。数据通信结构:控制通道、I/O扩展总线。过程控制结构:通信模件、控制器、I/O子模件。现场连接结构:端子单元、预制电缆。模件电源系统:模件电源系统MPSII/MPSIII。
通过以上的结构配置, 它实现了就地设备分散、管理控制集中的DCS控制策略, 是整个DCS控制的核心设备, 为电厂整个设备控制完成了采集, 运算, 控制, 操作, 记忆等功能, 其本身具备控制器和通信网线的双冗余功能, HCU是控制网络上的一个专门节点, 其好坏不影响整个网络对其他设备的控制。因此通过合理有效地分配控制器, 可以尽量地避免因一个HCU的故障而引起多个设备的失控。
2.5 网络通讯
Symphony系统整个网络采用环状网络, 如图1所示, 分为中心环 (公用) 和子环 (单元) , 其参数为10Mbaud、250个节点、同轴电缆, 节点距离1 000-2 000m, 连接处理器的串行总线为1Mbaud, 对等通讯可带32个处理器。同时采用双网双冗余配置提高了系统运行的可靠性, 所有的设备作为独立的整体挂于环网中。采用存储转发的通信方式, 每一节点通过相应传输介质, 与另外两个相邻的节点相连接, 最后形成一个闭合的环形网络结构。数据报告将环绕网络的所有节点依次传递, 从信息源节点开始至目的节点, 再由目的节点回到原发出信息报告的节点止。因此具有数据传输等待的时间短、响应快, 数据通信的流通结构并行性好, 数据传输的环境抗干扰能力强等优点。
3 控制系统调试
3.1 顺序控制系统调试
顺序控制系统SCS是DCS控制系统的重要组成部分, 担负着全厂各辅机及执行机构 (不包括调节执行机构) 的控制任务, 使其按照系统的工艺要求顺序启停、连锁动作和保护动作, SCS系统所有设备的操作均可在操作员站上完成。通过试验检验顺控逻辑的正确性, 发现系统存在的缺陷与不足, 及时修改不合理的逻辑, 减轻运行人员的操作量, 避免运行人员的错误操作, 使顺控系统能够正确投入。试验包括3个内容。第一是联锁试验:在操作员站上手动启动一次设备或系统, 然后使备用一次设备或系统处于备用状态或联锁状态。模拟某一联锁条件, 使上述设备或系统自动启动。其结果应符合热力系统的要求和预想的结果。要求对所有联锁条件都进行静态检查。第二是保护试验:在操作员站上手动启动一次设备或系统, 模拟某一保护条件 (或称跳闸条件) , 使上述设备或系统迅速停止或切除。要求对所有保护条件都进行检查。第三是功能组试验:先操作试验子功能组, 待所有子功能组操作试验完毕后, 操作试验总功能组。在操作员站上按下某一个功能组的启动/停止按钮, 则辅机系统内的所有一次设备将按照控制程序步序动作。
3.2 模拟量控制系统调试
在机组整套启动的过程中, 逐步完成了模拟量控制系统MCS各分系统的投入。包括高旁、低旁、除氧器水位、主蒸汽减温水、给水自动控制、高加自动投入、炉膛负压控制、二次风压、一次风压、制粉系统以及最后的氧量控制和CCS控制。
所有MCS系统全部投入, 在设备运行中设定参数能进行有效的调整和干预, 执行设备能正确地动作, 这说明Symphony系统在大容量的电厂实际生产中, 为多数据的实时传输、快速处理和及时响应提供了可靠的保障。
4 结语
DCS作为目前火力发电厂的核心控制系统, 其高效性和可靠性是不可或缺的。本文简要介绍了贝利公司出产的Symphony系统在某国产亚临界参数2×600MW空冷燃煤机组DCS控制系统中的成功应用, 为将该系统应用在大容量机组, 有效提升机组自动化水平提供了借鉴与参考。
参考文献
临界参数 篇9
1 超临界直流炉汽温控制特点研究
1.1 非线性变动明显
在超临界直流炉使用过程中, 各个区段工质在比容、比热等方面均会发生剧烈变化, 且工质的流动规律以及传热状态较复杂。在运行过程中, 由于内部压力的变化, 其所受到的负荷同样会产生变化, 工质压力的变化属于从超临界到亚临界之间的广泛压力变化范围。加上工质特性也处于变化状态, 超临界直流机组会反映出明显的非线性变动。
1.2 调节品质控制要求高
由于超临界直流炉中并未设置汽包环节, 因此在水被加热、蒸发并形成水蒸汽的过程中, 其过热属于以一次性完成, 属于连续状态, 不同段受热面之间并不会出现较明显的分界面。当工况运行发生变化时, 锅炉的运行会处于超临界压力或是亚临界压力之下, 蒸发点会自动在多个或是仅在一个加热区段中做移动轨迹。因此, 要想在超临界直流炉运行中确保锅炉汽水流动阶段中不同区段的水汽与温度处于事先设定好的范围值之内, 必须确保减温水、风煤比、水煤比在调节品质上达到较高要求。
1.3 蓄热量较小
在超临界直流炉中, 由于其直流锅炉在汽水容积上并不大, 因此蓄热能力较差, 蓄热量偏小。在这一条件下, 其负荷调节能够获取更高的灵敏度, 相对于汽包炉而言, 在平均变负荷速度上更快, 能够达到启动停止的快速事实现并有效调节内部负荷。除此之外, 由于直流锅炉的汽水容积偏小, 因此其对于外界或是锅炉内部的扰动表现出的反应变动会更为敏感, 在汽温控制方面可能造成一定程度的影响。
2 滑停参数停机下汽温变动因素
2.1 减温水因素
水汽温度的变动会受到分离器出口温度以及主汽压力变动情况的影响, 但实际上, 其波动会很大程度受减温水水量的作用而出现变化。当机器运转处于400MW以上的大负荷阶段时, 负荷、主汽压、主汽温等因素的变化均处于相对平稳状态;但当机器运转处于400MW以下时, 汽温波动表现出了较明显变化, 最高能够达到50℃, 波动频率同样较高。在这一情况下, 汽温会出现反复现象, 控制难度较大。
2.2 烧仓影响
在实际操作中, 若汽机缸温度下降到了333℃, 主汽温度也已经下降到370℃, 如果仅仅将滑停作为目标, 则已完成降低缸温的效果。但煤仓中可能仍旧有煤存在, 因此应继续滑停烧仓, 这项操作则又会引起汽温的变动。
因此对于带有烧仓功能的超临界直流炉而言, 在停机前应将燃料量精确控制, 同时准确指示出煤位, 在烧仓过程中加强对不同煤仓存煤量的观察, 及时调整对运行磨的给煤量, 让不同磨煤仓在低负荷阶段的煤位差距不大。
3 烧仓与汽温控制
3.1 相关参数控制
带有烧仓的滑参数, 在停机状态下应提前将相关参数计算好, 并做好停机后的处理预算, 尽可能确保各个磨煤仓在低负荷状态下其煤位处于一致状态。这样一来, 煤仓在烧空状态下, 滑停也能够在短时间内结束。具体而言, 超临界直流锅炉中, 其流量特性、传热特性、比容、压力、温度、热焓状态、比热等方面均为非线性变化, 且不同参数之间的函数关系呈非相关性且多元化状态, 因此在负荷参数变动条件下, 受控对象的时间常数以及增益之类的动态性特征会出现大幅变动。
当机械负荷达到了300MW, 机组控制可能仍处于协调状态, 对汽温的控制应将重点放在中间点温度的调节以及减温水的调控上。因此在滑停操作时应严格按照正确流程调节温度下降速度, 避免参数出现较大波动, 同时保障主汽温度存在100以上过热度。
3.2 减温水的使用控制
在滑停阶段, 由于锅炉所受到的负荷处于逐渐下滑状态, 加上主汽压力同样在减小, 因此汽温更容易受到减温水的影响。在滑停过程中, 金属材料由于机械运转所产生的贮热也会逐步释放。深入研究发现, 减温水量的反复变化或是大幅变化均会同步影响到主汽温度的波动, 在变化趋势上呈相关性, 因此汽温控制会受到减温水量影响。
在这种运行条件下, 减温水使用量相对于器械在运行稳定阶段的使用量而言更为复杂, 一旦处理不当极易造成蒸汽中水分含量过多, 从而对整个机组的安全运行产生影响。因此在使用方面, 减温水要慎用。若想要达到相似效果, 可从燃烧调整方面着手, 例如将磨出力加以调节、调节风量、改变配风方式或是调整火焰中心高度等。
3.3 水煤比控制
从省煤器的运转到过热器运转产生蒸汽, 其给水的过程同样处于不间断状态, 中途没有停止阶段。这类型的燃烧、给水以及汽温调节并非处于相对独立状态, 三个部分之间存在相关性, 一个部分发生变动会影响到其它两部分。
在超临界直流炉的滑停参数停机设置中, 要想让汽温下滑长时间处于平稳状态, 基本上能够通过对以下几方面的控制来实现, 即减温水的使用、机组负荷状态以及主汽压力。同时需要注意的是, 在整个操作过程中, 不管是干态还是湿态, 水与煤的比例应始终处于固定形式, 不随着状态的改变而变化。
4 结论
对于600MW超临界直流炉而言, 其汽温控制受到较多因素的影响, 例如减温水、烧仓状态等。相关操作人员应加强观察, 注意对给煤量等因素的控制, 保障煤仓在烧空时, 滑停也能够处于即将结束状态, 将低负荷停留时间尽可能缩短, 减少对汽温控制的反复操作, 提升机器运转效率。
参考文献
[1]闫姝.超超临界机组非线性控制模型研究[D].华北电力大学, 2013.
[2]李文刚.600MW超临界机组主汽温控制的设计与仿真[D].山西大学, 2013.
[3]邵加晓.1000MW超超临界机组主汽温控制系统的特性及其控制策略研究[D].山西大学, 2011.
