开源：基于Modelica平台的余热锅炉性能计算模型库（SteadystateHRSG）

介绍

余热锅炉在工业领域有广泛的使用，利用工业废气加热锅炉受热面，进而生产出不同压力等级的蒸汽。

余热锅炉热力性能是设计与运行关心的重点，例如在设计工况下给定烟气温度、烟气流量，判断蒸汽流量是否可以满足要求。在变工况条件下，蒸汽流量、烟气出口温度等参数怎样变化。

针对热力性能计算，高校以及工业界编制了很多相关程序，大多数基于Excel或者C++等通用编程语言，该类程序可拓展性、图形化需要花费很大成本去实现。除此之外，电站稳态仿真软件（例如EBSILON，IPSEPRO）可以很方便实现性能计算，但是通常售价较高，且该类软件二次开发成本也较高。

Modelica是基于方程的一种建模语言，可以直接求解常微分方程、代数方程，同时Modelica支持多领域接口，可以很便捷的实现代码组件化、图形化拖拽式建模。除此之外，Modelica支持多种热流体物性计算，包括水、烟气、R134a等。基于上述优势，使用Modelica开发了余热锅炉模型库（SteadystateHRSG），可以进行设计工况、变工况热力性能计算。

下面是SteadystateHRSG针对设计工况的应用案例，变工况的算例会在下一篇文章中介绍。

算例一：单压余热锅炉设计工况计算

条件描述

针对某单压余热锅炉，已知条件如下：

• 烟气流量：27.78kg/s
• 烟气入口温度：500℃
• 水入口压力：4.02MPa
• 水入口温度：105℃
• 夹点温度(Pinch)：10℃
• 接近点温度(Approach)：7℃

如果设计蒸汽出口温度为375℃，求蒸汽流量、烟气出口温度、各受热面换热量。

仿真结果

SteadystateHRSG的单压余热锅炉示意图：

基于同样的工况条件，分别使用SteadystateHRSG和EBSILON建模，对比结果如下所示：

算例二：双压余热锅炉设计工况计算

条件描述

针对某双压余热锅炉，已知条件如下：

• 烟气流量：125.8kg/s
• 烟气入口温度：540℃
• 水入口压力：1.02MPa
• 水入口温度：105℃
• 低压段夹点温度(Pinch)：24℃
• 低压段接近点温度(Approach)：7℃
• 高压段夹点温度(Pinch)：28℃
• 高压段接近点温度(Approach)：9℃
• 高压段压力：4MPa

如果低压段出口为饱和蒸汽，高压段出口蒸汽温度为350℃，求低压段蒸汽流量、高压段蒸汽流量、烟气出口温度、各受热面换热量。

仿真结果

下图为SteadystateHRSG的双压余热锅炉示意图：

同样采用EBSILON作为验证对象，验证结果如下所示：

小结

通过两个算例可以看到，在设计工况下SteadystateHRSG和EBSILON相差较小。