一种直流锅炉的汽水分离器建模方法及系统与流程

本发明涉及直流锅炉仿真技术领域，特别涉及一种直流锅炉的汽水分离器建模方法及系统。

背景技术：

为了提高火力发电机组的效率和减少污染物排放，近年来许多电力企业大力发展了超临界及超超临界发电机组，产生了明显的经济和社会效益。

直流锅炉作为超临界及超超临界发电机组中的重要组成部件，对整个发电机组的性能产生了至关重要的影响。通过对直流锅炉进行仿真建模，可以有利于人们对直流锅炉的设计、制造、调试和运行过程进行后续的优化，并有利于提高对相关运维人员进行业务培训的效果。

而汽水分离器作为直流锅炉中的一个必不可少的组成部件，汽水分离器的仿真建模是直流锅炉仿真建模过程中的一个重要子过程。如何实现对直流锅炉中汽水分离器的仿真建模是目前有待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流锅炉的汽水分离器建模方法及系统，实现了对直流锅炉中汽水分离器的仿真建模。其具体方案如下：

一种直流锅炉的汽水分离器建模方法，包括：

基于MUSE仿真环境，对汽水分离器进行仿真模型搭建，得到相应的汽水分离器仿真模型；

依据质量守恒定律和能量守恒定律，并结合工质物理特性，对所述汽水分离器仿真模型进行数学建模，得到所述汽水分离器的机理模型；

当所述汽水分离器仿真模型处于运行仿真过程，则实时分析所述汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况；

在当前参数计算周期内，利用所述机理模型，对所述汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况进行参数计算，得到当前参数计算周期下与该仿真工况对应的工质参数；

其中，所述汽水分离器仿真模型的仿真工况包括上水启动状态、湿态运行状态、干态运行状态、干湿态转换状态和超临界状态。

优选的，所述基于MUSE仿真环境，对汽水分离器进行仿真模型搭建的过程，包括：

利用所述MUSE仿真环境，分别对所述汽水分离器的容器主体、入口、出汽口、循环水出口、排污口和安全阀门进行仿真建模，得到所述汽水分离器仿真模型。

优选的，所述依据质量守恒定律和能量守恒定律，并结合工质物理特性，对所述汽水分离器仿真模型进行数学建模的过程，包括：

利用工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程，对所述汽水分离器仿真模型进行数学建模，得到所述机理模型。

优选的，所述工质质量守恒方程为:

$\frac{d}{d\mathrm{\τ}}\[{\mathrm{\ρ}}_s{V}_s+{\mathrm{\ρ}}_w{V}_w\]=q_r-q_s-q_{af}-q_c-q_n;$

所述工质能量守恒方程为：

$\frac{d}{d\mathrm{\τ}}\[{\mathrm{\ρ}}_s{h}_s{V}_s+{\mathrm{\ρ}}_w{h}_w{V}_w-{\mathrm{pV}}_t+m_t{C}_p{t}_m\]=q_r{h}_r-q_s{h}_s-q_{af}{h}_{af}-q_c{h}_c-q_n{h}_n;$

所述水位下工质质量方程为：

$\frac{d}{d\mathrm{\τ}}\[{\mathrm{\ρ}}_s{V}_{sd}+{\mathrm{\ρ}}_w{V}_{wd}\]=x\·q_r\·(1-\mathrm{\η})+(1-x)\·q_r-q_{sd}-q_c;$

所述体积守恒方程为：

V_t＝V_s+V_w；

式中，下标s表示蒸汽，下标w表示水，下标r表示入口，下标c表示出水口，下标n表示排污口，下标af表示安全阀门；符号ρ表示工质密度，符号V表示工质体积，符号q表示工质流量，符号h表示工质焓；参数p表示压力参数，参数m_t表示分离器金属质量，参数C_p表示金属比热，参数t_m表示金属温度，参数V_sd表示水位下蒸汽体积，参数V_wd表示水位下水体积，参数q_sd表示由温度过高引起的从水中溢出的饱和蒸汽流量，参数x表示入口工质干度，参数η表示与汽水分离器分离效率有关的预设系数，参数V_t表示汽水分离器的整体内部容积。

优选的，所述在当前参数计算周期内，利用所述机理模型，对所述汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况进行参数计算的过程，包括：

对所述工质质量守恒方程、所述工质能量守恒方程、所述水位下工质质量方程和所述体积守恒方程进行化简代换处理，得到压力变化率方程、水体积变化率方程和水位下蒸汽体积变化率方程；

利用所述压力变化率方程、所述水体积变化率方程和所述水位下蒸汽体积变化率方程，分别计算得到当前参数计算周期内的压力变化率、水体积变化率和水位下蒸汽体积变化率；

利用当前参数计算周期内的压力变化率、水体积变化率和水位下蒸汽体积变化率，并结合上一参数计算周期内得到的压力参数、水体积参数和水位下蒸汽体积参数，计算得到当前参数计算周期内的压力参数、水体积参数和水位下蒸汽体积参数。

优选的，所述汽水分离器建模方法，还包括：

利用当前参数计算周期内的水体积参数和水位下蒸汽体积参数，计算当前参数计算周期内的水位参数。

优选的，所述汽水分离器建模方法，还包括：

若当前参数计算周期内得到的压力参数为饱和压力，则直接利用该压力参数对工质特性参数表进行查表处理，得到相应的工质焓参数和工质密度参数；

若当前参数计算周期内得到的压力参数为过热压力，则利用该压力参数以及当前参数计算周期内采集到的温度参数对所述工质特性参数表进行查表处理，得到相应的工质焓参数和工质密度参数；

其中，所述工质特性参数表包括工程热力学中水蒸气特性参数表和水特性参数表。

优选的，在对所述工质质量守恒方程、所述工质能量守恒方程、所述水位下工质质量方程和所述体积守恒方程进行化简代换处理的过程之前，还包括：

从所述工质质量守恒方程、所述工质能量守恒方程、所述水位下工质质量方程和所述体积守恒方程中确定出在所述汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况下适合被简化的优化项；

利用所述优化项，对所述工质质量守恒方程、所述工质能量守恒方程、所述水位下工质质量方程和所述体积守恒方程中相应的方程进行简化处理。

本发明还公开了一种直流锅炉的汽水分离器建模系统，包括：

仿真模型搭建模块，用于基于MUSE仿真环境，对汽水分离器进行仿真模型搭建，得到相应的汽水分离器仿真模型；

机理模型构建模块，用于依据质量守恒定律和能量守恒定律，并结合工质物理特性，对所述汽水分离器仿真模型进行数学建模，得到所述汽水分离器的机理模型；

仿真工况分析模块，用于当所述汽水分离器仿真模型处于运行仿真过程，则实时分析所述汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况；

工质参数计算模块，用于在当前参数计算周期内，利用所述机理模型，对所述汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况进行参数计算，得到当前参数计算周期下与该仿真工况对应的工质参数；

其中，所述汽水分离器仿真模型的仿真工况包括上水启动状态、湿态运行状态、干态运行状态、干湿态转换状态和超临界状态。

本发明中，汽水分离器建模方法包括：基于MUSE仿真环境，对汽水分离器进行仿真模型搭建，得到相应的汽水分离器仿真模型；依据质量守恒定律和能量守恒定律，并结合工质物理特性，对汽水分离器仿真模型进行数学建模，得到汽水分离器的机理模型；当汽水分离器仿真模型处于运行仿真过程，则实时分析汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况；在当前参数计算周期内，利用机理模型，对汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况进行参数计算，得到当前参数计算周期下与该仿真工况对应的工质参数；其中，汽水分离器仿真模型的仿真工况包括上水启动状态、湿态运行状态、干态运行状态、干湿态转换状态和超临界状态。可见，本发明首先基于MUSE仿真环境，构建了汽水分离器仿真模型，然后对该仿真模型进行数学建模，得到汽水分离器的机理模型；利用该机理模型，可计算得到与上述汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况所对应的工质参数，其中，汽水分离器仿真模型的仿真工况包括上水启动状态、湿态运行状态、干态运行状态、干湿态转换状态和超临界状态，这几种工况能够全面地涵盖了汽水分离器实际工况的种类。由上可见，本发明实现了对直流锅炉中汽水分离器的仿真建模。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种直流锅炉的汽水分离器建模方法流程图；

图2为本发明实施例公开的一种直流锅炉的汽水分离器建模方法子流程图；

图3为本发明实施例公开的一种直流锅炉的汽水分离器建模系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种直流锅炉的汽水分离器建模方法，参见图1所示，该方法包括：

步骤S11：基于MUSE仿真环境，对汽水分离器进行仿真模型搭建，得到相应的汽水分离器仿真模型。

需要说明的是，上述MUSE仿真环境具体为Multi-User Simulation Environment，也被称为一体化仿真支撑系统。

上述步骤S11的过程具体可以包括，利用MUSE仿真环境，分别对汽水分离器的容器主体、入口、出汽口、循环水出口、排污口和安全阀门进行仿真建模，得到汽水分离器仿真模型。

步骤S12：依据质量守恒定律和能量守恒定律，并结合工质物理特性，对汽水分离器仿真模型进行数学建模，得到汽水分离器的机理模型。

也即，本实施例在对汽水分离器仿真模型进行数学建模时，不仅结合了质量和能量守恒定律，还需结合工质本身的物理特性来展开建模，由此使得最终得到的机理模型能够更加贴合汽水分离器的实际情况。

步骤S13：当汽水分离器仿真模型处于运行仿真过程，则实时分析汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况。

步骤S14：在当前参数计算周期内，利用机理模型，对汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况进行参数计算，得到当前参数计算周期下与该仿真工况对应的工质参数。

可以理解的是，本实施例是基于上一参数计算周期内得到的工质参数来分析当前汽水分离器仿真模型所处的仿真工况的。

其中，汽水分离器仿真模型的仿真工况包括上水启动状态、湿态运行状态、干态运行状态、干湿态转换状态和超临界状态。其中，上水启动状态对应于蒸汽量为零的状态；湿态运行状态对应于汽水分离器仿真模型的入口工质和内部工质均为汽水混合物的状态，或者对应于入口工质仅为微过热蒸汽并且内部工质还包含水的状态；干态运行状态对应于入口工质和内部工质均仅为过热蒸汽的状态；干湿态转换状态对应于入口工质仅为过热蒸汽但内部工质还包含水的状态，或者对应于入口工质为汽水混合物并且内部工质不含水的状态；超临界状态对应于内部压力大于水的临界压力并且内部温度大于水的临界温度的状态。

需要说明的是，上述过热蒸汽、微过热蒸汽以及饱和蒸汽的温度大小关系为：过热蒸汽＞微过热蒸汽＞饱和蒸汽。

本发明实施例中，汽水分离器建模方法包括：基于MUSE仿真环境，对汽水分离器进行仿真模型搭建，得到相应的汽水分离器仿真模型；依据质量守恒定律和能量守恒定律，并结合工质物理特性，对汽水分离器仿真模型进行数学建模，得到汽水分离器的机理模型；当汽水分离器仿真模型处于运行仿真过程，则实时分析汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况；在当前参数计算周期内，利用机理模型，对汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况进行参数计算，得到当前参数计算周期下与该仿真工况对应的工质参数；其中，汽水分离器仿真模型的仿真工况包括上水启动状态、湿态运行状态、干态运行状态、干湿态转换状态和超临界状态。可见，本发明实施例首先基于MUSE仿真环境，构建了汽水分离器仿真模型，然后对该仿真模型进行数学建模，得到汽水分离器的机理模型；利用该机理模型，可计算得到与上述汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况所对应的工质参数，其中，汽水分离器仿真模型的仿真工况包括上水启动状态、湿态运行状态、干态运行状态、干湿态转换状态和超临界状态，这几种工况能够全面地涵盖了汽水分离器实际工况的种类。由上可见，本发明实施例实现了对直流锅炉中汽水分离器的仿真建模。

本发明实施例公开了一种具体的直流锅炉的汽水分离器建模方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

上一实施例步骤S12中，依据质量守恒定律和能量守恒定律，并结合工质物理特性，对汽水分离器仿真模型进行数学建模的过程，具体可以包括：利用工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程，对汽水分离器仿真模型进行数学建模，得到机理模型。

其中，上述工质质量守恒方程为:

$\frac{d}{d\mathrm{\τ}}\[{\mathrm{\ρ}}_s{V}_s+{\mathrm{\ρ}}_w{V}_w\]=q_r-q_s-q_{af}-q_c-q_n;$

上述工质能量守恒方程为：

$\frac{d}{d\mathrm{\τ}}\[{\mathrm{\ρ}}_s{h}_s{V}_s+{\mathrm{\ρ}}_w{h}_w{V}_w-{\mathrm{pV}}_t+m_t{C}_p{t}_m\]=q_r{h}_r-q_s{h}_s-q_{af}{h}_{af}-q_c{h}_c-q_n{h}_n;$

上述水位下工质质量方程为：

$\frac{d}{d\mathrm{\τ}}\[{\mathrm{\ρ}}_s{V}_{sd}+{\mathrm{\ρ}}_w{V}_{wd}\]=x\·q_r\·(1-\mathrm{\η})+(1-x)\·q_r-q_{sd}-q_c;$

上述体积守恒方程为：

V_t＝V_s+V_w；

式中，下标s表示蒸汽，下标w表示水，下标r表示入口，下标c表示出水口，下标n表示排污口，下标af表示安全阀门；符号ρ表示工质密度，符号V表示工质体积，符号q表示工质流量，符号h表示工质焓；也即，ρ_s表示蒸汽密度，V_s表示蒸汽体积，ρ_w表示水密度，V_w表示水体积，q_r表示入口工质流量，q_s表示蒸汽流量，q_af表示安全阀门工质流量，q_c表示出水口工质流量，q_n表示排污口工质流量，h_s表示蒸汽焓，h_w表示水焓，h_r表示入口工质焓，h_af表示安全阀门工质焓，h_c表示出水口工质焓，h_n表示排污口工质焓。另外，参数p表示压力参数，参数m_t表示分离器金属质量，参数C_p表示金属比热，参数t_m表示金属温度，参数V_sd表示水位下蒸汽体积，参数V_wd表示水位下水体积，参数q_sd表示由温度过高引起的从水中溢出的饱和蒸汽流量，参数x表示入口工质干度，参数η表示与汽水分离器分离效率有关的预设系数，参数V_t表示汽水分离器的整体内部容积。

参见图2所示，上一实施例步骤S13中，在当前参数计算周期内，利用机理模型，对汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况进行参数计算的过程，包括下面步骤S131至133；具体的：

步骤S131：对上述工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程进行化简代换处理，得到压力变化率方程、水体积变化率方程和水位下蒸汽体积变化率方程。

其中，上述压力变化率方程具体为：

$\frac{dp}{d\mathrm{\τ}}=\frac{e_{21}\·A_2-e_{11}\·A_1-(e_{21}\·e_{13}-e_{11}\·e_{23})\frac{{\mathrm{dh}}_s}{d\mathrm{\τ}}}{(e_{21}\·e_{12}-e_{11}\·e_{22})}$

上述水体积变化率方程具体为：

$\frac{{\mathrm{dV}}_w}{d\mathrm{\τ}}=\frac{e_{22}\·A_2-e_{12}\·A_1-(e_{22}\·e_{13}-e_{12}\·e_{23})\frac{{\mathrm{dh}}_s}{d\mathrm{\τ}}}{(e_{22}\·e_{11}-e_{12}\·e_{21})}$

上述水位下蒸汽体积变化率方程具体为：

$\frac{{\mathrm{dV}}_{sd}}{d\mathrm{\τ}}=\frac{A_3-{\mathrm{\ρ}}_w\frac{{\mathrm{dV}}_w}{d\mathrm{\τ}}-e_{32}\frac{dp}{d\mathrm{\τ}}-e_{33}\frac{{\mathrm{dh}}_s}{d\mathrm{\τ}}}{e_{31}}$

式中，A₁＝q_rh_r-q_sh_s-q_afh_af-q_ch_c-q_nh_n；A₂＝q_r-q_s-q_af-q_c-q_n；

A₃＝x·q_r·(1-η)+(1-x)·q_r-q_sd-q_c；e₁₁＝ρ_w-ρ_s，

e₂₁＝ρ_wh_w-ρ_sh_s；

$e_{23}={\mathrm{\ρ}}_s{V}_s+h_s{V}_s\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_s}{\∂h_s}+m_t{C}_p\frac{\∂t_m}{\∂h_s},e_{32}=V_{sd}\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_s}{\∂p}+V_{wd}\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_w}{\∂p},e_{33}=V_{sd}\frac{\∂{\mathrm{\ρ}}_s}{\∂h_s};$

V_t＝V_s+V_w，V_wd＝V_w。

步骤S132：利用上述压力变化率方程、水体积变化率方程和水位下蒸汽体积变化率方程，分别计算得到当前参数计算周期内的压力变化率、水体积变化率和水位下蒸汽体积变化率。

步骤S133：利用当前参数计算周期内的压力变化率、水体积变化率和水位下蒸汽体积变化率，并结合上一参数计算周期内得到的压力参数、水体积参数和水位下蒸汽体积参数，计算得到当前参数计算周期内的压力参数、水体积参数和水位下蒸汽体积参数。

其中，上述步骤S133中涉及到的具体计算公式为：

$V_{w,\mathrm{\τ}+1}=V_{w,\mathrm{\τ}}+\frac{{\mathrm{dV}}_w}{d\mathrm{\τ}}\·\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ};$

$p_{\mathrm{\τ}+1}=p_{\mathrm{\τ}}+\frac{dp}{d\mathrm{\τ}}\·\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ};$

$V_{sd,\mathrm{\τ}+1}=V_{sd,\mathrm{\τ}}+\frac{{\mathrm{dV}}_{sd}}{d\mathrm{\τ}}\·\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}.$

式中，V_w,τ+1表示当前参数计算周期内的水体积参数，V_w,τ表示上一参数计算周期内的水体积参数，p_τ+1表示当前参数计算周期内的压力参数，p_τ表示上一参数计算周期内的压力参数，V_sd,τ+1表示当前参数计算周期内的水位下蒸汽体积参数，V_sd,τ表示上一参数计算周期内的水位下蒸汽体积参数。

进一步的，本实施例中的汽水分离器建模方法，还可以包括：利用当前参数计算周期内的水体积参数和水位下蒸汽体积参数，计算当前参数计算周期内的水位参数。具体的，利用当前参数计算周期内的水体积参数与水位下蒸汽体积参数之和除以汽水分离器仿真模型的横截面积，便可得到当前参数计算周期内的水位参数。

另外，本实施例中的汽水分离器建模方法，还可以进一步包括：

若当前参数计算周期内得到的压力参数为饱和压力，则直接利用该压力参数对工质特性参数表进行查表处理，得到相应的工质焓参数和工质密度参数；若当前参数计算周期内得到的压力参数为过热压力，则利用该压力参数以及当前参数计算周期内采集到的温度参数对工质特性参数表进行查表处理，得到相应的工质焓参数和工质密度参数；

其中，上述工质特性参数表是本领域技术人员常用的数据表，该表具体包括工程热力学中水蒸气特性参数表和水特性参数表。

进一步的，上述步骤S131中，在对工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程进行化简代换处理的过程之前，还包括：

从工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程中确定出在汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况下适合被简化的优化项；利用优化项，对工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程中相应的方程进行简化处理。

例如，若当前所处的仿真工况为上水启动状态，由于这种状态下蒸汽量为零，所以在进行参数计算时，可以将涉及到蒸汽部分的项从上述工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程中去除，具体为：令V_s＝0,V_sd＝0；

若当前所处的仿真工况为对应于汽水分离器仿真模型的入口工质和内部工质均为汽水混合物的状态，这种状态下汽水分离器仿真模型处于标准的湿态运行，此时工质参数均为饱和参数，为了简化参数获取过程，可以直接利用上一参数计算周期内得到的压力参数来查阅水蒸气特性参数表和水特性参数表，从而方便地得到与上一参数计算周期内得到的压力参数相对应的蒸汽密度、蒸汽焓、水密度和水焓参数；

若当前所处的仿真工况为对应于入口工质仅为微过热蒸汽并且内部工质还包含水的状态，此时可以在方程中考虑微过热蒸汽的参数变化情况，以此来简化参数获取过程，具体通过利用压力参数、工质焓、温度来查阅水蒸气特性参数表和水特性参数表，从而方便地得到与相应的蒸汽密度、蒸汽焓、水密度和水焓参数；

若当前所处的仿真工况为干态运行状态，由于这种状态下入口处和内部均没有水，所以在进行参数计算时，可以将涉及到水部分的项从上述工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程中去除，具体为：V_w＝0,V_wd＝0；

若当前所处的仿真工况为对应于入口工质仅为过热蒸汽但内部工质还包含水的状态，这种情况下，汽水分离器内部的蒸汽将从饱和蒸汽变化至过热蒸汽，为了保证焓的连续性，需令：

若当前所处的仿真工况为超临界状态，在这种情况下，当汽水分离器仿真模型内的工质焓低于饱和水焓，此时内部工质干度为0，当汽水分离器仿真模型内的工质焓等于或高于饱和汽焓，此时内部工质干度为1，其中，上述饱和水焓和饱和汽焓可以通过查找上述工质特性参数表得到。

相应的，本发明实施例还公开了一种直流锅炉的汽水分离器建模系统，参见图3所示，该系统包括：

仿真模型搭建模块31，用于基于MUSE仿真环境，对汽水分离器进行仿真模型搭建，得到相应的汽水分离器仿真模型；

机理模型构建模块32，用于依据质量守恒定律和能量守恒定律，并结合工质物理特性，对汽水分离器仿真模型进行数学建模，得到汽水分离器的机理模型；

仿真工况分析模块33，用于当汽水分离器仿真模型处于运行仿真过程，则实时分析汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况；

工质参数计算模块34，用于在当前参数计算周期内，利用机理模型，对汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况进行参数计算，得到当前参数计算周期下与该仿真工况对应的工质参数；

其中，汽水分离器仿真模型的仿真工况包括上水启动状态、湿态运行状态、干态运行状态、干湿态转换状态和超临界状态。

可见，本发明实施例首先基于MUSE仿真环境，构建了汽水分离器仿真模型，然后对该仿真模型进行数学建模，得到汽水分离器的机理模型；利用该机理模型，可计算得到与上述汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况所对应的工质参数，其中，汽水分离器仿真模型的仿真工况包括上水启动状态、湿态运行状态、干态运行状态、干湿态转换状态和超临界状态，这几种工况能够全面地涵盖了汽水分离器实际工况的种类。由上可见，本发明实施例实现了对直流锅炉中汽水分离器的仿真建模。

本发明实施例公开了一种具体的直流锅炉的汽水分离器建模系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的

上一实施例中的仿真模型搭建模块，具体用于利用MUSE仿真环境，分别对汽水分离器的容器主体、入口、出汽口、循环水出口、排污口和安全阀门进行仿真建模，得到汽水分离器仿真模型。

上一实施例中的机理模型构建模块，具体用于利用工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程，对汽水分离器仿真模型进行数学建模，得到机理模型。

其中，上述工质质量守恒方程为:

$\frac{d}{d\mathrm{\τ}}\[{\mathrm{\ρ}}_s{V}_s+{\mathrm{\ρ}}_w{V}_w\]=q_r-q_s-q_{af}-q_c-q_n;$

上述工质能量守恒方程为：

$\frac{d}{d\mathrm{\τ}}\[{\mathrm{\ρ}}_s{h}_s{V}_s+{\mathrm{\ρ}}_w{h}_w{V}_w-{\mathrm{pV}}_t+m_t{C}_p{t}_m\]=q_r{h}_r-q_s{h}_s-q_{af}{h}_{af}-q_c{h}_c-q_n{h}_n;$

上述水位下工质质量方程为：

$\frac{d}{d\mathrm{\τ}}\[{\mathrm{\ρ}}_s{V}_{sd}+{\mathrm{\ρ}}_w{V}_{wd}\]=x\·q_r\·(1-\mathrm{\η})+(1-x)\·q_r-q_{sd}-q_c;$

上述体积守恒方程为：

V_t＝V_s+V_w；

式中，下标s表示蒸汽，下标w表示水，下标r表示入口，下标c表示出水口，下标n表示排污口，下标af表示安全阀门；符号ρ表示工质密度，符号V表示工质体积，符号q表示工质流量，符号h表示工质焓；也即，ρ_s表示蒸汽密度，V_s表示蒸汽体积，ρ_w表示水密度，V_w表示水体积，q_r表示入口工质流量，q_s表示蒸汽流量，q_af表示安全阀门工质流量，q_c表示出水口工质流量，q_n表示排污口工质流量，h_s表示蒸汽焓，h_w表示水焓，h_r表示入口工质焓，h_af表示安全阀门工质焓，h_c表示出水口工质焓，h_n表示排污口工质焓。另外，参数p表示压力参数，参数m_t表示分离器金属质量，参数C_p表示金属比热，参数t_m表示金属温度，参数V_sd表示水位下蒸汽体积，参数V_wd表示水位下水体积，参数q_sd表示由温度过高引起的从水中溢出的饱和蒸汽流量，参数x表示入口工质干度，参数η表示与汽水分离器分离效率有关的预设系数，参数V_t表示汽水分离器的整体内部容积。

另外，上一实施例的工质参数计算模块具体包括方程化简代换单元、变化率计算单元和参数计算单元；其中，

方程化简代换单元，用于对上述工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程进行化简代换处理，得到压力变化率方程、水体积变化率方程和水位下蒸汽体积变化率方程；

变化率计算单元，用于利用上述压力变化率方程、水体积变化率方程和水位下蒸汽体积变化率方程，分别计算得到当前参数计算周期内的压力变化率、水体积变化率和水位下蒸汽体积变化率；

参数计算单元，用于利用当前参数计算周期内的压力变化率、水体积变化率和水位下蒸汽体积变化率，并结合上一参数计算周期内得到的压力参数、水体积参数和水位下蒸汽体积参数，计算得到当前参数计算周期内的压力参数、水体积参数和水位下蒸汽体积参数。

进一步的，上述工质参数计算模块还可以包括水位计算单元，用于利用当前参数计算周期内的水体积参数和水位下蒸汽体积参数，计算当前参数计算周期内的水位参数。

另外，本实施例中的汽水分离器建模系统还可以包括：

第一查表模块，用于在当前参数计算周期内得到的压力参数为饱和压力的情况下，直接利用该压力参数对工质特性参数表进行查表处理，得到相应的工质焓参数和工质密度参数。

第二查表模块，用于在当前参数计算周期内得到的压力参数为过热压力的情况下，则利用该压力参数以及当前参数计算周期内采集到的温度参数对工质特性参数表进行查表处理，得到相应的工质焓参数和工质密度参数。

其中，上述工质特性参数表是本领域技术人员常用的数据表，该表具体包括工程热力学中水蒸气特性参数表和水特性参数表。

进一步的，本实施例中的汽水分离器建模系统还可以包括：方程优化模块，用于在上述方程化简代换单元对工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程进行化简代换处理的过程之前，从工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程中确定出在汽水分离器仿真模型当前所处的仿真工况下适合被简化的优化项，然后利用优化项，对工质质量守恒方程、工质能量守恒方程、水位下工质质量方程和体积守恒方程中相应的方程进行简化处理。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种直流锅炉的汽水分离器建模方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。