Boiler Designer

Назначение программы
“Boiler Dynamic” – это совершенно простая в обращении и в то же время гибкая, быстродействующая и чрезвычайно эффективная программа для инженеров-теплотехников, разрабатывающих и эксплуатирующих теплоэнергетическое оборудование. Созданные с её помощью математические модели позволяют в кратчайшее время проанализировать не только статические, но и динамические характеристики. Удобный диалог дает возможность пользователю быстро вносить изменения в математическую модель и тем самым в кратчайшие сроки рассмотреть широкий спектр возможных конструкций ТЭС с учётом переменных условий её эксплуатации и выбрать оптимальный вариант.

Типы расчетов.
Программа позволяет выполнить следующие типы расчетов:
Поверочные тепловой, гидравлический и аэродинамический расчеты котла.
Расчет переходных режимов котла ( пусков, остановов, резких изменений нагрузки и пр. ).
Расчет расхода топлива.
Расчет естественной циркуляции.
Расчет тепловых схем энергоблоков.
Тепломеханический расчет поверхностей с учетом теплогидравлических разверок.
Расчет максимальной пропускной способности трудопроводов сброса, продувки и т.п.

Управляемая всережимная модель
Для проведения всех указанных выше расчетов создается математическая модель объекта, подлежащего конструированию, технической диагностике, реконструкции и т.п. Модель является:
управляемой, т.е. изменение всех управляющих и возмущающих воздействий производится с помощью соответствующих регулирующих клапанов;
всережимной, т.е. модель адекватно реагирует на любую произвольную комбинацию управляющих и/или возмущающих воздействий.

Элементы
В программе предусмотрены средства, позволяющие самому пользователю с минимальными трудозатратами создавать такие модели. Для этого были разработаны более 100 унифицированных элементов, которые для удобства разделены на 8 групп. Выбор нужного элемента осуществляется простым нажатием кнопки с его пиктограммой
Кнопки выбора групп элементов. Нажата кнопка «Элементы воздушного тракта»
Иконки выбора элементов воздушного тракта
Пиктограммы элементов (регенеративный и трубчатый воздухоподогреватели)
Иконка РВП
Иконка трубчатого ВП

Библиотека элементов
Для удобства поиска библиотека элементов содержит 8 разделов.
Пиктограмма нужного элемента переносится на схему с помощью мыши (drug-drop).

Сохранение и перенос фрагментов структуры
Предусмотрена возможность создания схем не только из отдельных элементов, но и из крупных фрагментов ранее созданных структур. Для сохранения фрагмента следует в специальном диалоге выделить необходимые элементы красным цветом. Эти элементы сохраняются вместе со связями и исходными данными. Если элемент является иерархическим, то сохраняются и все элементы в его группах. В сохранённом фрагменте может быть как одна, так и несколько схем.

Иерархические группы
Некоторые из элементов являются иерархическими, т.е. содержат группы, в которые помещаются другие элементы
Схема энергоблока.
Уровень 1
П/в тракт котла высокого давления
Группа п/в тракт
Уровень 2
Барабан
Схема циркуляционного контура.
Уровень 4
Элемент «Циркуляционный контур»
Группа «Цирксистема» элемента ”Барабан”
Уровень 3

Иерархическая структура
Некоторые элементы имеют несколько групп.Например, элемент “Топка” имеет 2 группы: “Экраны” и “Топливо”.
Иерархическая структура позволяет собирать схемы самых сложных объектов без ограничения количества элементов
Схема газового тракта котла
Элемент
“Топка”
Группа “Экраны”
Группа
“Топливо”
Элемент “Поворотная камера”
Группа “Поворотная камера”
включает отводящие трубы и экраны

Теплогидравлический расчет
В отличие от большинства подобных программ (Thermoflex, GateCycle и др.), использующих в тепловых расчетах, как правило, только уравнения теплового и материального балансов, в программе “Boiler Dynamik” проводится детальный теплогидравлический расчет всех элeментов с использованием уравнений теплообмена. При этом для расчета коэффициентов теплоотдачи в гладкотрубных и оребренных пучках, кожухотрубных теплообменниках с перегородками и др. применяются хорошо апробированные нормативные методики.

Применяемые методики расчета.
В программе применяются хорошо апробированные нормативные методики :
Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод . Энергия , 1973 г.
Тепловой расчет котлoв. Нормативный метод . Санкт-Петербург, , 1998 г.
Гидравлический расчет котельных агрегатов. Энергия, 1978 г.
Расчет и рекомендации по проектированию поперечно-оребренных конвективных поверхностей нагрева стационарных котлов . РТМ 108.030.140-87
Руководящие указания к гидравлическим расчетам трубопроводов.
VDI – Waermeatlas , 8 Auflage 1997
FDBR – Handbuch 1991
Пользователь имеет возможность выбрать методику расчета.

Позонный расчет
Для повышения точности расчетов все обогреваемые и необогреваемые элементы разделяются на ряд последовательно включённых малых участков (зон). В пределах каждой зоны значения удельных теплоемкостей и коэффициентов теплопередачи можно рассматривать в качестве постоянных величин, что сводит к минимуму погрешности расчета, связанные с тепловой мощностью теплообменника и температурным напором в нём. На основании подробного сравнительного анализа выбрана формула для расчета теплообмена в каждой зоне при перекрёстном токе. Разделение на зоны повышает также точность расчета гидравлического сопротивления поверхностей нагрева и трубопроводов.

Расчёт радиационных камер
Для расчёта радиационных камер (поворотных газоходов и т.п.) используется уточнённая система зависимостей, полученных путём интегрирования дифференциального уравнения теплообмена, сформулированного в соответствии с физическими особенностями процесса. При этом учитывается не только изменение температуры газов по длине радиационной камеры, но и конвективный теплообмен, пренебрежение которым, как показывают экспериментальные данные, может привести к погрешности 5-10%.

Преимущество 1. Совмещены расчеты статики и динамики
Программа “Boiler Dynamik” имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогичными программами :
Позволяет рассчитать не только статические, но и динамические характеристики объекта и, следовательно, органично ввести расчеты динамики в технологический процесс проектирования и совершенствования эксплуатационных режимов
Клавиши изменения типов расчета в диалоге “Основные настройки”
Расчет номинального режима
Расчет частичных нагрузок для определения статических характеристик
Расчет переходных режимов
Расчет расхода топлива в номинальном режиме

Преимущество 2. Быстрое внесение изменений
Использование унифицированных элементов и удобный графический диалог сводит к минимуму трудозатраты на создание адекватной математической модели энергетического объекта. При этом пользователь, не обладающий какими-либо навыками программирования, может легко вносить в эту модель корректировки, связанные с изменениями условий эксплуатации и конструктивными усовершенствованиями.
Введено новое топливо «Газ» и открыт диалог для задания его свойств.
Изменение величины загрязнения одной из поверхностей нагрева

Преимущество 3. Совмещен расчет тепловой схемы энергоблока и тепло-гидравлический расчет котла
Список схем
Тепловая схема блока
Газовый и пароводяной тракты котла

Преимущество 4. Клапаны и регуляторы
Возможность изменения непосредственно в ходе расчетов степени открытия регулирующих клапанов с целью поддержания заданных параметров на требуемом уровне вручную или с помощью соответствующих автоматических регуляторов. (Всего разработано 9 моделей таких регуляторов). Эта возможность была разработана применительно к динамическим расчетам, однако оказалась чрезвычайно полезной также и при проведении статических расчетов. При этом автоматические регуляторы спроектированы таким образом, что пользователь освобождается от трудоемкой задачи выбора параметров их настроек. Все регуляторы устойчиво работают как в статических, так и в динамических режимах.
Кнопки выбора групп элементов. Нажата кнопка «Регуляторы»
Иконки выбора регуляторов
Клапан, имитирующий направляющий аппарат ДВ. Включен р-р избытка воздуха с уставкой 1.05
Р-р воздуха поддерживает
заданный избыток воздуха за топкой, воздействуя на НА ДВ

Преимущество 5. Газовая разверка
Возможность учета разверки по температуре и расходу газов по ширине газохода
Элемент для ввода разверки по температуре и/или расходу газов может быть помещен в любой точке газового тракта
Разверка по температуре газов перед конвективным газоходом

Преимущество 6. Гидравлические расчеты с учетом критического истечения
Возможность проведения гидравлических расчетов трубопроводов с целью определения их максимальной пропускной способности. При этом рассчитывается критическое истечение на отдельных элементах (шайбах, клапанах и т.д.)
Минимальный критический расход на шайбе №6 ограничивает пропускную способность трубопровода

Преимущество 7. Распределение расходов по параллельным ветвям
При нажатии соответствующей клавиши рассчитывается распределение расходов по параллельным ветвям, при котором их гидравлическое сопротивление одинаково
Значения расходов в 3-х параллельных ветвях
Величины давлений в 3-х параллельных ветвях перед смесителем одинаковы
(101.96 бар)

Информация об элементах
Исходные данные и результаты расчёта каждого элемента могут быть прдставлены в виде дерева таблицы и мульти-таблицы. Чтобы получить мультитаблицу, надо выделить с помощью мыши однотипные элементы и сделать двойной клик на одном из них. Мультитаблица позволяет ускорить и облегчить задание исходных данных и анализ результатов в сложных структурах
Выбор формы представления информации

Анализ статических характеристик
Математическая модель с достаточной точностью отображает процессы в энергетическом объекте не только на стадии проектирования, но и во время всего последующего периода его эксплуатации, что позволяет ее использовать для решения следующих проблем:
- проанализировать статические характеристики котла при различных эксплуатационных условиях (виде и составе сжигаемого топлива или смеси топлив, уровне загрязнений, присосов, избытке воздуха и т.п. , а также конструктивных усовершенствованиях. На основании этого анализа совершенствуется конструкция котла и его эксплуатационные режимы.
Задание относительной нагрузки котла в элементе “Общие данные”
Таблица задания конструктивных характеристик одного из элементов

Расчет естественной циркуляции
Программа позволяет рассчитать естественную циркуляцию в барабанных котлах применительно к конкретным режимам его эксплуатации и определить минимально допустимую нагрузку по условиям надежности циркуляции.
Схема циркуляции одного из котлов
Выход из барабана
Вход в барабан

Режимная карта котла
Разработанная математическая модель котла существенно упрощает составление его режимных карт. Достаточно иметь ограниченное число экспериментально зафиксированных режимов. При этом, требуемые зависимости для режимной карты строятся с учетом расчетных точек, полученных с помощью математической модели.
Возможно также отказаться от традиционного вида представления режимных карт (в виде таблиц и графических зависимостей), а использовать для этих целей саму математическую модель котла. При этом, рассчитывается режим работы котла в соответствии с условиями его работы в данный момент времени (нагрузка, вид и состав сжигаемого топлива, температура питательной воды, температура окружающего воздуха и т.д. ) и фактическое отклонение режима по выбранным параметрам сравнения. В этом случае программа расчета режимной карты котла должна учитывать коррекцию модели для пересчета в реальные параметры котла.
С помощью этой же математической модели можно вносить соответствующие (периодические) корректировки в расчеты режимной карты котла (например, при ухудшении состояния оборудования).

Оптимизация режима котла
Перспективным направлением использования математической модели котла в режиме “off-line” является оптимизация температурного и воздушного режимов его работы. Первое может осуществляться с помощью перераспределения впрысков котла (при сохранении требуемых критериев надежности), а второе - за счет изменения избытков воздуха или степени рециркуляции дымовых газов. При этом, можно наглядно оценить изменение каждого входного параметра на изменение КПД котла, а по колебаниям расхода топлива - ухудшение его качества, что может быть подтверждено соответствующим анализом. При возможности выбора топлива на стадии заключения договоров на его поставку можно провести с помощью математической модели анлиз статических характеристик котла при сжигании топлив с различными характеристиками и выбрать оптимальный вариант.
КПД котла, расчитанный по методу прямого и обратного баланса
Относительные и абсолютные потери топлива

Динамика
Всережимная динамическая модель котла позволяет рассчитывать переходные процессы при любом сочетании возмущающих воздействий. Указанная модель, отличаясь высокой статической и динамической точностью, обладает высоким быстродействием.
Она дает возможность проанализировать переходные режимы работы котла (пуски из различных тепловых состояний, остановы, изменения нагрузки в широком диапазоне с различной скоростью и т.д.) с целью корректировки эксплуатационных инструкций, совершенствования конструкции котла и пусковых устройств. Результаты динамических расчетов фиксируются на графиках, создаваемых самим пользователем.
Изменение параметров при пуске прямоточного котла
Температуры газов по тракту
Давление свежего пара
Расход свежего пара
Выброс расхода среды в испарительном тракте при резкой форсировке котла

Тренажер
Программу можно использовать как тренажер основных принципов для обучения и тренировки оперативного персонала.
Пульт управления
Схема ПГУ 450
Список регулирующих клапанов

Внедрение
Программа успешно внедрена более чем в 80 фирмах России, Германии, Бельгии, Австрии и Китая, в том числе Подольский котлостроительный завод (ЗиО), Таганрогский котельный завод (ТКЗ), Теплоэлектропроект, ВТИ, МЭИ, ИЭИ, Deutsche Babcock, EVT, Standardkessel, NEPRI и др. С её помощью рассчитано более 1000 котлов различных типов (прямоточных, барабанных, утилизационных, с циркулирующим кипящим слоем, с дымогарными трубками и др.) и тепловых схем. Опыт эксплуатации подтвердил её высокую эффективность и точность.
Программа поставляется на СD-диске совместно с описанием и примерами. Стоимость программы определяется её комплектацией и включает обучение сотрудников и сопровождение программы в течение одного года.