循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析

【摘 要】在工業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)候?qū)ρh(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)有一定的了解，由于其具有較大的實(shí)用性和安全性，逐漸獲得了社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)者的認(rèn)可，本文針對75t/h循環(huán)流化床鍋爐的工作原理進(jìn)行研究，分析在不同情況下各流動(dòng)區(qū)域出口固體物料濃度及其平均固體物料濃度隨運(yùn)行主導(dǎo)因素的變化規(guī)律，并以此為前提建立數(shù)學(xué)模型并研究循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)分析了影響動(dòng)態(tài)特性的因素，為循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制策略研究建立了平臺(tái)。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床；鍋爐燃燒系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)特性

隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)使用也更加頻繁，工業(yè)企業(yè)也更加注重這方面的研究和控制，但是，由于設(shè)備具有的復(fù)雜性等特征，自動(dòng)控制還是流化床鍋爐工作的弱點(diǎn)，也幾乎成為了主要問題，出現(xiàn)這一情況的原因是循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的發(fā)展并不具有時(shí)代性，而是具有很大的滯后性。而且各個(gè)變量之間有不穩(wěn)定的相互影響關(guān)系，一定程度上造成了動(dòng)態(tài)特性的復(fù)雜性，不利于穩(wěn)定的自動(dòng)控制目的的實(shí)現(xiàn)，因此，在本文中專門對循環(huán)流動(dòng)床鍋爐的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析具有很強(qiáng)的實(shí)際意義，以下內(nèi)容將具體展開探討。

一、循環(huán)床鍋爐燃燒系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

1.氣固兩相流體的流動(dòng)結(jié)構(gòu)

循環(huán)床所體現(xiàn)的流動(dòng)數(shù)據(jù)和熱力數(shù)據(jù)與爐膛的高度有一定的關(guān)系，而且這種關(guān)系隨著實(shí)際情況發(fā)生著變化，為了更清晰的闡釋這一問題，在以下內(nèi)容中將把爐膛分為三個(gè)不同的部分，這三個(gè)部分分別是：二次風(fēng)口以下的密相部分、中間過渡部分、接近爐膛出口的稀相部分，每個(gè)部分在鍋爐燃燒過程中會(huì)出現(xiàn)不同的特點(diǎn)，根據(jù)不同的特點(diǎn)建立動(dòng)態(tài)能量平衡方程等，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)流動(dòng)的方程式模型，這樣方面研究氣固兩相流動(dòng)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。

2.非氣體物料濃度的放置

在該類鍋爐爐膛固定后，按照爐膛的高度做好物料放置工作，這是循環(huán)流化床鍋爐建立模型的前提要求，根據(jù)本文研究的要求，依然將75t/h的流化床鍋爐作為樣本，在該類鍋爐的爐膛最上面放置非氣體物料，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定具體部位所應(yīng)當(dāng)放置的物料濃度，然后將開始數(shù)學(xué)建模活動(dòng)。

3.燃燒系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

建立數(shù)學(xué)模型需要分不同的步驟進(jìn)行，首先是簡化建模條件。燃燒系統(tǒng)建模所作簡化如下：（1）對每個(gè)部分都進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并根據(jù)實(shí)際情況做好記錄工作，但不需要太復(fù)雜的監(jiān)控和數(shù)據(jù)，只需注意某些參數(shù)即可。（2）各區(qū)的炭粒徑分別取一平均值，以顯示炭粒燃燒的縮核現(xiàn)象。（3）揮發(fā)分一入爐按一定的比例在各區(qū)迅速釋放并燃燒。其次，建立平衡方程，這一方程主要針對動(dòng)態(tài)能量建立的；再次，根據(jù)實(shí)際鍋爐燃燒的情況建立動(dòng)態(tài)物料平衡方程；最后是建立動(dòng)態(tài)炭質(zhì)量平衡方程。

通過以上的構(gòu)造和活動(dòng)研究循環(huán)流化床鍋爐的動(dòng)態(tài)特征，并對特征進(jìn)行分析。

二、動(dòng)態(tài)特征分析

通過上述實(shí)驗(yàn)可以對循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性做以下分析：

1.加入煤炭后所產(chǎn)生的階躍響應(yīng)

按照實(shí)驗(yàn)的建模的方式，本文首先關(guān)注的是加入煤炭后所產(chǎn)生的階躍響應(yīng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析了床溫、鍋爐所排放的煙氣中氧的比例和料層差壓（pc）隨給煤量，得出的結(jié)論是，該實(shí)驗(yàn)和一些理論的研究相對一致，可以得出該類鍋爐燃燒系統(tǒng)的具體動(dòng)態(tài)特征。

在實(shí)驗(yàn)中，對給煤量、煤量階躍、床溫等變化趨勢都繪制了圖表，這樣可以更好的反應(yīng)不同情況下的變化趨勢。可以看出這些數(shù)據(jù)顯示的是統(tǒng)一的增加趨勢，同時(shí)，所排放的煙霧中，含氧量的比例增加造成含碳量減少，而溫度持續(xù)上升的情況下，含碳量會(huì)繼續(xù)減少，含氧量則會(huì)上升。

2.一次風(fēng)量的階躍響應(yīng)

從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，100%負(fù)荷下一次風(fēng)量階躍5%，在第二部分和第三部分的實(shí)驗(yàn)中，物料濃度隨著燃燒系數(shù)迅速提升，傳輸?shù)臒崃恳部焖偌哟螅瑫r(shí)，因?yàn)榻o煤量沒有變化，那么一次風(fēng)量其實(shí)就起到了吸收熱的作用，造成了主蒸汽壓力穩(wěn)定值的最初量相對較低；另外鍋爐所排放的煙霧中氧含量也與一次風(fēng)量有密切關(guān)系，當(dāng)以此風(fēng)量加大時(shí)，含氧量也會(huì)隨之增加，每個(gè)部分的燃燒速率得到極大提升。

3.二次風(fēng)量輸入下的階躍響應(yīng)

100%負(fù)荷下，二次風(fēng)量階躍5%，二次風(fēng)量首先帶來的一個(gè)結(jié)果時(shí)鍋爐的爐膛部分的物料濃度快速增大，其他部分的變化和一次風(fēng)量的變化趨勢一樣，知識(shí)程度有所不同，唯一不同的變化是密相區(qū)的返料量和夾帶量成降低趨勢，床溫也有一定的降低，只是在這種情況的變化幅度不大，可以說二次風(fēng)量對床溫沒有太大的作用。

結(jié)語

從上述分析中可以看出，循環(huán)流化床鍋爐燃燒系數(shù)的特征比較多，其是隨著溫度、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、物料濃度能變化的，這就是該類鍋爐動(dòng)態(tài)特性的表現(xiàn)，只有掌握了這一規(guī)律才能更好的利用這一技術(shù)。

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