介紹

余熱鍋爐在工業領域有廣泛的使用，利用工業廢氣加熱鍋爐受熱面，進而生產出不同壓力等級的蒸汽。

余熱鍋爐熱力性能是設計與運行關心的重點，例如在設計工況下給定煙氣溫度、煙氣流量，判斷蒸汽流量是否可以滿足要求。在變工況條件下，蒸汽流量、煙氣出口溫度等參數怎樣變化。

針對熱力性能計算，高校以及工業界編制了很多相關程序，大多數基于Excel或者C++等通用編程語言，該類程序可拓展性、圖形化需要花費很大成本去實現。除此之外，電站穩態仿真軟件（例如EBSILON，IPSEPRO）可以很方便實現性能計算，但是通常售價較高，且該類軟件二次開發成本也較高。

Modelica是基于方程的一種建模語言，可以直接求解常微分方程、代數方程，同時Modelica支持多領域接口，可以很便捷的實現代碼組件化、圖形化拖拽式建模。除此之外，Modelica支持多種熱流體物性計算，包括水、煙氣、R134a等。基于上述優勢，使用Modelica開發了余熱鍋爐模型庫（SteadystateHRSG），可以進行設計工況、變工況熱力性能計算。

下面是SteadystateHRSG針對設計工況的應用案例，變工況的算例會在下一篇文章中介紹。

算例一：單壓余熱鍋爐設計工況計算

條件描述

針對某單壓余熱鍋爐，已知條件如下：

• 煙氣流量：27.78kg/s
• 煙氣入口溫度：500℃
• 水入口壓力：4.02MPa
• 水入口溫度：105℃
• 夾點溫度(Pinch)：10℃
• 接近點溫度(Approach)：7℃

如果設計蒸汽出口溫度為375℃，求蒸汽流量、煙氣出口溫度、各受熱面換熱量。

仿真結果

SteadystateHRSG的單壓余熱鍋爐示意圖：

基于同樣的工況條件，分別使用SteadystateHRSG和EBSILON建模，對比結果如下所示：

算例二：雙壓余熱鍋爐設計工況計算

條件描述

針對某雙壓余熱鍋爐，已知條件如下：

• 煙氣流量：125.8kg/s
• 煙氣入口溫度：540℃
• 水入口壓力：1.02MPa
• 水入口溫度：105℃
• 低壓段夾點溫度(Pinch)：24℃
• 低壓段接近點溫度(Approach)：7℃
• 高壓段夾點溫度(Pinch)：28℃
• 高壓段接近點溫度(Approach)：9℃
• 高壓段壓力：4MPa

如果低壓段出口為飽和蒸汽，高壓段出口蒸汽溫度為350℃，求低壓段蒸汽流量、高壓段蒸汽流量、煙氣出口溫度、各受熱面換熱量。

仿真結果

下圖為SteadystateHRSG的雙壓余熱鍋爐示意圖：

同樣采用EBSILON作為驗證對象，驗證結果如下所示：

小結

通過兩個算例可以看到，在設計工況下SteadystateHRSG和EBSILON相差較小。