循环流化床锅炉运行特性模型的分析

循环流化床锅炉运行特性模型的分析

燃烧和层燃相比，循环流化床锅炉燃烧要复杂得多。不仅要生产满足压力和温度要求的蒸汽，还要控制床层温度，以防止结焦和灭火。除给煤量外，送风量对床内物料流态化、燃烧效率和床层温度都有直接影响。系统的数学模型包括若干个相互有着密切联系的子模型，这些子模型主要包括：

　　（1）气固两相流动的流态化；

　　（2）颗粒尺寸分布的变化；

　　（3）煤燃烧及污染性气体的生成和消减；

　　（4）传热等过程。

　　循环流化床锅炉燃烧系统数学模型的基础是一系列的平衡方程，包括固体、气体的质量守恒方程和气固混合物的能量守恒方程。根据循环流化床内的流动情况，在建立平衡方程时将循环流化床锅炉的循环回路划分为密相区、稀相区、气固分离器和返料机构等几个环节，有的炉型还要包括外置式换热器。对于稀相区，为了体现循环流化床内气固浓度的横向不均匀性，根据上述的循环流化床锅炉内的实际气固流动结构，采用环核结构的小室模型来建立各种平衡方程，将炉膛沿高度离散化为任意个数的平衡小室，每个小室沿横向又划分为两个区：靠近壁面的环形区和中心的核心区。

　　在建立循环流化床锅炉燃烧系统的平衡方程时作以下处理和假定：

　　（1）将床内的各种固体物料分别按照粒径划分为若干档，对各档颗粒分别建立质量平衡方程；

　　（2）对于气体的组分，包括：N2、O2、CO2CO、SO2、H2、H2O、NH3、HCN、NO、N2O共11种气体组分，对各气体组分分别建立质量平衡方程；

　　（3）炉内任意截面上的核心区和环形区内分别假定气固混合均匀，即在小室的各区内不再考虑气固浓度的轴向和横向变化；

　　（4）由于密相区内气固混合得非常剧烈，所以，可以假定，加入炉内的煤、石灰石和返回的循环物料以及送入的二次风全部进入核心区，而不进入环形区。

　　在循环流化床锅炉中，由于各种风以及物料在几个不同的高度加入，因此会对密相区内的气体浓度分布造成一定的影响，为了反映这种影响，在建立平衡模型时，将密相区沿轴向划分为若干小室。以各个小室为控制体，物质和能量的交换以小室为单位进行考虑。另外，为了能够将密相区和稀相区的平衡方程同时联立求解，将密相区沿横向也划分为核心区和环形区，假定密相区内的气泡相包含在密相区的核心区内，只与核心区进行气体交换，而不与环形区进行气体交换，密相区内的环形区以及核心区内除去气泡相的部分即是乳化相。同时为了体现密相区内颗粒浓度的均匀性，将密相区内环核之间的横向和轴向固体混合系数设为足够大的值。作了上述处理后，则对密相区和稀相区可以列出统一平衡方程。