论文摘要
循环流化床锅炉（CFBB）以其燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放量低等优点得到越来越广泛的应用,分析和研究其动态特性,对锅炉的设计改进、参数优化等具有十分重要的现实意义。利用数学模型既可以对锅炉的动态特性进行很好的研究又可以克服实物试验所带来的代价昂贵等缺点,因此,循环流化床锅炉的建模和仿真研究就显得十分重要。本文以济南某锅炉厂220t·h-1工业锅炉为研究对象,对其进行建模和仿真研究。所建模型包括两大部分:锅炉正常运行工况下的数学模型和锅炉启动（开车）过程的数学模型。首先,锅炉正常运行工况下的数学模型分为燃烧系统和汽水系统模型,其中燃烧系统又分为密相区和稀相区。密相区处于全混流状态,采用集中参数的建模方法建立了关于氧气浓度、床料、残碳和相区总能量平衡的方程;稀相区近似看作平推流,气体和固体颗粒沿炉膛高度方向呈活塞流运动状态,采用分布参数的建模方法对氧气浓度、床料、残碳及相区总能量进行衡算,分别建立了密稀相区的数学模型。对燃烧系统进行阶跃仿真和实时仿真,阶跃仿真的输入变量包括给煤、一二次风,结果可以很好的反映输入变量发生阶跃变化时系统的动态响应情况;实时仿真的结果与现场采集到的数据能很好的吻合。汽水系统包括有蒸发区和过热器,蒸发区模型采用分环节集中化方法建模,汽包和上升管作为一个集中环节,下降管单独作为一个集中环节。对两部分进行质量和能量的衡算从而得到关于汽包压力和水位的动态方程。过热器则直接采用集中参数法建立模型。通过对过热器内工质进行质量和能量的衡算得到关于过热蒸汽的压力和温度的动态方程。然后对汽水系统做阶跃仿真验证,结果表明模型可以很好的反映汽水系统输出变量随输入变量的变化趋势。接下来,通过水冷壁及过热器传热公式将循环流化床锅炉燃烧系统和汽水系统进行结合,形成了循环流化床锅炉整体动态模型,然后对模型进行了仿真研究。锅炉的启动过程模型分为两个阶段,第一个阶段是投煤前（由预燃室过来的）热烟气对惰性床料的纯加热阶段,第二个阶段是投煤以后的反应阶段。对前一个阶段从全床的热平衡角度考虑建立床温的动态模型,第二个阶段采用集中化的方法建立关于氧浓度,床料,残碳和床料温度的动态方程。对两个阶段进行联合求解,得到整个启动过程中床层温升曲线,该温升曲线和实际过程有较好的一致性,从而表明模型的正确性。最后,用模型模拟并对比了不同操作条件下锅炉的温升曲线,结果亦表明了模型的正确性。