循环流化床全工况实时动态数学模型的研究

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　第1期动　力　工　程　　　　 513

量,由于其数值很大,因此,流化床温度T变化的惯性很大,这同实际物理现象是一致的。

(4)进风量与炉膛内压降的耦合特性

循环流化床是烟风流体回路上的一个阻力部件,当其操作条件变化时,炉膛压降会发生变化,从而导致回路流量变化。进风量与压降的耦合计算原理比较简单,但数学表达较烦琐,这里就不再详述了。

油发热量,就可描述出热烟气加热床料使其升温的过程,此时,固体燃料的发热量为零。具体方程就不列出了。

(3)“脉冲”给煤的模拟是流化床燃烧建模中最困难的问题之一。由于方程(2)描述的流化床内残碳动态积累和动力学燃烧的本质特性,而“脉冲”与否,不过是影响床料中总碳质量的补充而已,因此方程(2)完全适用于脉冲给煤过程的描述。

(4)显然,启动过程的第4阶段是上述几种

3　特殊工况建模的考虑

除了正常工况外,全工况还包括启动、停机、可能的事故等过程。由于正常工况模型是从机理角度建立的,这就使得我们有可能使用同一套数学模型来描述这些特殊过程。下面,例,3.1情况的叠加,3)描述。3.,逐步,增加启动燃烧器的燃油量,,再逐步将燃油量减为零。停机过程模拟的难点在于描述在给煤停止后,床料内的残碳逐渐燃尽、床料温度和锅炉负荷缓慢降低的过程。由于本模型建立了残碳动力学燃烧和动态积累机制以及动态物料和能量平衡机制,停机过程的模拟没有超出模型的适用范围。

同样道理,诸如“塌床”、“水冷壁爆管”等事故过程也可以使用同一套动态方程组来描述,只需改动方程的边界条件并增减某些物质和能量流即可。

至此,本文在分析和描述循环流化床本质动态规律的基础上,实现了使用一套机理方程描述循环流化床启动、停机、事故及正常运行的全工况过程。

个阶段:

(1)加床料及流化:依次启动各种风机,将一定数量的床料逐渐投入炉膛,形成流化;

(2)加热床料:点燃启动燃烧器(油枪),利用热烟气将床料加热到一定温度;

(3)“脉冲”给煤:开启一台给煤机,以脉冲方式向炉内添加一定的固体燃料,通过床温和氧气浓度变化来确定固体燃料是否开始燃烧;

(4)确定固体燃料已经着火后,逐渐增加投煤,同时减少启动燃烧器燃油量,直至完全靠固体燃料维持燃烧时,启动过程结束,流化床进入正常运行工况。

3.2　启动过程建模分析

分析上述过程,不难发现,启动过程各个阶段的本质物理机理和正常运行过程完全一致,可以用基本相同的方程形式表达,具体分析如下:

(1)床料添加过程本质上还是固体物料在流化床内的动态积累过程,可以看作是式(1)的一个特例。此时,加入炉膛的不是燃料,而是不含碳的固体床料;由于不排渣,Dout=0;由于流化风速较小,飞灰损失也较小;另外,石灰石添加量、脱硫产生硫酸钙的量以及碳燃烧反应速率均为零。设B表达为:

=BI-FLdΣ

(4)

I

[2]

4　模型实时性和多工况特性吻合

在解决了循环流化床动态过程模拟的原理问题后,实现实时仿真培训的另一个技术关键是模型计算速度(实时甚至超实时)和静态点与多工况设计数据的吻合问题。

经过深入的考虑和研究,本文提炼和建立了影响循环量、传热系数和总碳反应速率等关键参数的主导因素,并建立了这些主导因素与负荷变化过程的作用关系,从而同时解决了提高计算速度以及仿真结果与多工况设计数据精确吻合的关键问题。在前述镇海炼化的循环流化床培训仿真机中,本模型在100%,90%,70%和40%的负荷点上,与设计数据精确吻合,而且工况间过渡过程趋势正确,充分证明上述方法是正确有效的。

代表固体物料添加的速率,床料添加过程的数学

　　(2)不难发现,只要在式(3)右侧添加一项燃

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