循環(huán)流化床鍋爐運行特性模型的分析

燃燒和層燃相比，循環(huán)流化床鍋爐燃燒要復(fù)雜得多。不僅要生產(chǎn)滿足壓力和溫度要求的蒸汽，還要控制床層溫度，以防止結(jié)焦和滅火。除給煤量外，送風(fēng)量對床內(nèi)物料流態(tài)化、燃燒效率和床層溫度都有直接影響。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型包括若干個相互有著密切聯(lián)系的子模型，這些子模型主要包括：

　　（1）氣固兩相流動的流態(tài)化；

　　（2）顆粒尺寸分布的變化；

　　（3）煤燃燒及污染性氣體的生成和消減；

　　（4）傳熱等過程。

　　循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)是一系列的平衡方程，包括固體、氣體的質(zhì)量守恒方程和氣固混合物的能量守恒方程。根據(jù)循環(huán)流化床內(nèi)的流動情況，在建立平衡方程時將循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)回路劃分為密相區(qū)、稀相區(qū)、氣固分離器和返料機(jī)構(gòu)等幾個環(huán)節(jié)，有的爐型還要包括外置式換熱器。對于稀相區(qū)，為了體現(xiàn)循環(huán)流化床內(nèi)氣固濃度的橫向不均勻性，根據(jù)上述的循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的實際氣固流動結(jié)構(gòu)，采用環(huán)核結(jié)構(gòu)的小室模型來建立各種平衡方程，將爐膛沿高度離散化為任意個數(shù)的平衡小室，每個小室沿橫向又劃分為兩個區(qū)：靠近壁面的環(huán)形區(qū)和中心的核心區(qū)。

　　在建立循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的平衡方程時作以下處理和假定：

　　（1）將床內(nèi)的各種固體物料分別按照粒徑劃分為若干檔，對各檔顆粒分別建立質(zhì)量平衡方程；

　　（2）對于氣體的組分，包括：N2、O2、CO2CO、SO2、H2、H2O、NH3、HCN、NO、N2O共11種氣體組分，對各氣體組分分別建立質(zhì)量平衡方程；

　　（3）爐內(nèi)任意截面上的核心區(qū)和環(huán)形區(qū)內(nèi)分別假定氣固混合均勻，即在小室的各區(qū)內(nèi)不再考慮氣固濃度的軸向和橫向變化；

　　（4）由于密相區(qū)內(nèi)氣固混合得非常劇烈，所以，可以假定，加入爐內(nèi)的煤、石灰石和返回的循環(huán)物料以及送入的二次風(fēng)全部進(jìn)入核心區(qū)，而不進(jìn)入環(huán)形區(qū)。

　　在循環(huán)流化床鍋爐中，由于各種風(fēng)以及物料在幾個不同的高度加入，因此會對密相區(qū)內(nèi)的氣體濃度分布造成一定的影響，為了反映這種影響，在建立平衡模型時，將密相區(qū)沿軸向劃分為若干小室。以各個小室為控制體，物質(zhì)和能量的交換以小室為單位進(jìn)行考慮。另外，為了能夠?qū)⒚芟鄥^(qū)和稀相區(qū)的平衡方程同時聯(lián)立求解，將密相區(qū)沿橫向也劃分為核心區(qū)和環(huán)形區(qū)，假定密相區(qū)內(nèi)的氣泡相包含在密相區(qū)的核心區(qū)內(nèi)，只與核心區(qū)進(jìn)行氣體交換，而不與環(huán)形區(qū)進(jìn)行氣體交換，密相區(qū)內(nèi)的環(huán)形區(qū)以及核心區(qū)內(nèi)除去氣泡相的部分即是乳化相。同時為了體現(xiàn)密相區(qū)內(nèi)顆粒濃度的均勻性，將密相區(qū)內(nèi)環(huán)核之間的橫向和軸向固體混合系數(shù)設(shè)為足夠大的值。作了上述處理后，則對密相區(qū)和稀相區(qū)可以列出統(tǒng)一平衡方程。