O2/CO2燃煤锅炉机组实时仿真模型研究

摘要

我国的电力生产以火力发电厂为主，排放出大量的CO2，为了减少火力发电厂中CO2的排放，O2/CO2燃烧技术作为一项洁净煤技术被广泛研究。其中，采用O2/CO2煤粉燃烧技术的锅炉机组的设备流程与目前常规空气煤粉燃烧锅炉类似，具有良好的商业前景。目前，由于技术条件和经济性等方面的原因，O2/CO2煤粉燃烧发电技术还处于中试阶段。要实现商业推广应用还有很多问题需深入研究，特别是机组的系统集成、运行优化和自动控制等与机组安全经济运行密切相关的问题。与常规煤粉锅炉相比，O2/CO2煤粉燃烧锅炉不仅炉内燃烧、换热等过程机理存在很大差异，锅炉机组还增加了空气分离、烟气再循环、CO2回收等设备系统，其工艺流程也更为复杂。因此，为保障O2/CO2煤粉燃烧发电机组安全经济运行，对其整体运行特性及变化规律的研究具有重要意义。
　　 借助一体化模型开发平台，基于复杂系统分解和集成的原理，将O2/CO2煤粉燃烧锅炉机组划分为炉膛、汽水系统、风烟系统、制粉系统及流体网络系统，进一步将各子系统分解成各个设备和过程环节。基于简化的物理模型，根据质量守恒方程、能量守恒方程、动量守恒方程、传热方程及其它补充方程和机理过程建立各设备和过程的动态数学模型，采用Fortran语言编制各设备和过程环节的程序算法并进行标准化处理得到通用的算法模块，形成算法库。所建立的O2/CO2煤粉燃烧锅炉新算法主要包括炉膛燃烧产物、炉膛辐射换热、单相介质换热器、管式氧气预热器及两分仓烟气预热器等模型。
　　 以概念设计的300MW O2/CO2煤粉燃烧锅炉为研究对象，根据其烟气流程、汽水流程及系统特点，调用算法库中算法，将各设备和过程进行集成，构建各子系统，子系统进一步集成，建立整个锅炉系统的仿真模型。通过仿真试验，研究O2/CO2煤粉燃烧锅炉的静态和动态特性，得到一些有价值的结论，为O2/CO2煤粉燃烧锅炉的控制系统设计和优化运行提供参考。