PDF《循环流化床锅炉床温动态模型》

F(t)为进入锅炉的给煤 量,kg/s;

Q(t)为t时刻燃烧释放的总热量,MJ/s;

H(t)为t时刻燃料的单位发热量,MJ/kg;

D(t)为排 渣量,kg/s. 即燃碳的燃烧速度 Rc 可表示为 (2) 式中:Mc 为碳的摩尔质量,kg/kmol;

为氧气 浓度,kmol/m3 ;

dc 为颗粒平均直径,m;

?c 为碳 颗粒的密度,kg/m3;

kc 为颗粒的燃烧速率常数, 其值与炉膛床温有关. (3) 式中 T 为炉膛床温,K. 设颗粒氧气浓度与总风量成比例, (4) 式中: 为氧气浓度与总风量的相关系数;

Air 为 标准状态下总风量,m3 /s. 第3期高明明 等 循环流化床锅炉床温动态模型

47 http://www.rlfd.com.cn 由式(1)―式(4)可得即燃碳燃烧释放热量 (5) 式中:QB(t)为热量,MJ/s;

Hc 为即燃碳发热量值, MJ/kg;

B 为进入炉膛的燃料量,kg/s;

K1 为热量模 型系数. 在实际的运行过程中,通过测量炉膛中的即燃 碳量,可以比较准确地得到实时燃烧发热量. 2.2 水冷壁平衡特性 水冷壁为锅炉最主要的受热面,在CFB 锅炉 中,燃烧产生的热量大部分被水冷壁吸收,通过加 热工质将能量传到汽轮机端[14] .汽轮机吸收的热量 可以通过水冷壁温度、工质流量、工质温度计算, (6) 式中:Qt 为水冷壁吸热量,J/s;

Mw、Mf 分别为水冷 壁金属和滞留在水冷壁中工质的质量, kg;

cw、 cf 分 别为水冷壁金属和工质的比热容,J/(kg・ K);

dTw/dt 为水冷壁金属温度的变化率,K/s;

Wf,in 和Wf,out 分 别为流入和流出工质的流率, kg/s;

hf,in 和hf,out 分别 为流入和流出工质的比焓,J/kg,;

hf,in 和hf,out 可以 通过工质温度变化得到. 实际计算过程中,由于水冷壁温度无可用测 点,金属质量不准,工质温度误差较大等原因,水 冷壁吸热量 Qt 无法通过式(6)计算. 在CFB 锅炉中, 汽机侧能量主要来源于水冷壁 吸热,机组发电功率与水冷壁吸热量成正比.水冷 壁吸热量可计算为 (7) 式中:NE 为机组负荷,MW;

k 为水冷壁吸热量与 机组负荷之间的系数. 2.3 风量平衡特性 由于 CFB 锅炉炉膛内特殊的流化状态燃烧方 式,一次风与二次风的作用不仅在于供给炉膛内燃 料燃烧所需的氧气,也同样对炉膛内的流化状态起 支撑作用.但对于传热和负荷输出而言,一次风与 二次风量也影响了物料和燃料在炉膛内的分布.机 组运行中,通过调整一二次风和流化风量,物料在 炉膛内的分布将产生变化,从而影响炉膛内传热与 传热效率,进而影响床温. 通过各风量焓值变化 Δhair 计算总风量 Qair(t) (8) 式中: Gair 为标准状态下进出炉膛的风量, m3 /s;

Δhair 为风量焓值变化量. 风量能量平衡方程为 (9) 式中:Fa1(t)、Fa2(t)和Fa3(t)分别为标准状态下一次 风量、二次风量和流化风量,m3 /h;

?a1 为风密度, kg/m3 ;

C 为比热容,J/(kg・ K);

TF 为风量进入炉膛 的初始温度,℃. 2.4 循环物料量平衡特性 CFB 锅炉中,控制好循环物料量的能量平衡对 床温控制也起关键作用.循环物料量热量方程为 (10) 式中:Gs 为进出炉膛的循环物料量;

ΔhG 为物料焓 值变化量. 为了定量地表达循环物料量,引入循环倍率的 概念[15-16] .循环倍率等于循环物料量与新入炉燃料 量之比,即(11) 式中:R 为循环倍率;

F 为新入炉燃料量,MJ/kg. 循环倍率 R 可由锅炉的灰平衡确定,通常取值 为28~35,本文取值为 30.即(12) 2.5 床温控制模型 CFB 锅炉床温主要取决于床层的能量平衡[17-19] .由前文的平衡特性分析可知,锅炉炉膛 输入热量为即燃碳燃烧释放的总热量,输出热量为 水冷壁吸收的热量、风量进出带走的热量、循环物 料量进出带走的热量以及排渣带走的热量.由此建 立CFB 锅炉床温的控制模型: (13) 式中: CsMs 为床料固体热容量, J/(kg・ K);