PDF《循环流化床锅炉床温动态模型》

46 热力发电2018 年http://www.rlfd.com.cn 量、风量、物料循环量、水冷壁吸热量、排渣量、 床料厚度以及负荷变化等,根据机理分析,建立了 以给煤量、 风量为输入变量, 即燃碳量为中间变量, 循环物料量、水冷壁吸热量和排渣量为输出变量的 床温动态模型.在动态建模过程中,研究了在锅炉 燃烧的动态过程中燃烧瞬时释放的热量主要来自 大量未燃尽的碳而非给煤量,从而引入了即燃碳的 概念, 实时监控锅炉燃烧发热量. 在模型辨识方面, 通过闭环辨识方法计算得出模型中的主要参数值. 在模型泛化过程中,考虑到锅炉内部的燃烧特性, 以具有代表性的大唐某电厂

300 MW 机组 CFB 锅 炉实际对象为例,取足够长时间的电厂实际数据验 证模型的适用性,模型泛化精度表明床温模型符合 CFB 锅炉的动态燃烧过程.

1 循环流化床锅炉燃烧机理 1.1 工作原理 CFB 锅炉燃烧特性不同于传统的煤粉炉. 传统 的煤粉炉中,被磨制成细粉的煤粉颗粒被气流吹入 炉膛内部,在炉膛内以火炬型火焰悬浮燃烧;

CFB 锅炉中, 直径为 1~10 mm 的燃料颗粒入炉后呈流态 化燃烧,锅炉内部未燃尽的燃料能够通过分离器、 回料器的作用被送回炉膛继续燃烧,因此炉膛内部 燃料基本能够充分燃烧,其燃烧效率一般保持在 98%~99%. 较大的颗粒经分离器分离后由回料器送 回炉膛,维持了炉内的物料循环过程,炉内整体上 形成一个高温燃烧池.CFB 锅炉整个燃烧过程会产 生大量高温烟气,通过过热器、再热器、省煤器、 空气预热器等受热面进行热量利用,最后通过除尘 器除尘后由引风机排出到大气中[8-10] . 1.2 床温特性 床温指炉膛中床层固体物料的温度,床温的高 低由炉膛内的能量多少决定,这部分能量是由以燃 煤燃烧释放的输入热和以风量、循环物料、排渣以 及飞灰等所带走的输出热组成.因此,床温不仅能 够直接地体现出炉膛内燃烧工况的变化,而且能够 反映出了能量在物料间的传递过程. 带有外置床的 CFB 锅炉可以较好地解决床温 和主蒸汽压力的强耦合,但成本较高,对锅炉的磨 损较快;

而不带外置床的锅炉虽然降低了成本,但 对于床温的控制要求更高[11] .炉膛内温度过高可能 会造成床料结渣,温度过低则会出现低温结焦甚至 灭火. 因此, 工业上一般将不带外置床的 CFB 锅炉 床温设定在 850~920 ℃. 目前,由于新能源消纳及调频等任务,CFB 锅 炉的动态过程更频繁,动态过程中床温的表现和控 制难度加大,如大惯性、控制手段局限、给煤量、 总风量等主要是控制负荷和主蒸汽压力的,但同时 相互耦合, 影响床温. 协调好这些能量的动态关系, 有利于控制好床温.

2 循环流化床锅炉床温模型 控制 CFB 锅炉床温就是要控制输入热量与输 出热量的平衡点, 但是 CFB 锅炉炉膛内热量释放过 程比较复杂,残碳量的积蓄量和消耗量呈动态变 化.因此准确地估算炉内残碳量对于控制床温和提 高燃烧效率非常重要[12] . 2.1 即燃碳动态特性 给煤量的多少会对锅炉床温产生一定的影响, 其影响存在一定的滞后性. 对于 CFB 锅炉而言, 燃 烧瞬时释放热量主要来自于炉膛内大量未燃尽的 碳――即燃碳[13] ,而不是送入炉膛的新燃料.床温 的动态特性与即燃碳的动态特性相关,即燃碳可以 准确反映 CFB 锅炉燃烧放热情况. 在CFB 锅炉燃烧过程中, 送入炉膛的燃料, 一 部分通过燃烧释放热量,一部分未燃烧累积保存在 炉膛,一部分随着排渣、飞灰含碳不参与燃烧.根 据质量守恒可以得到炉膛内即燃碳 B(t)为(1) 式中:B(t)为即燃碳量,kg;