大型循环流化床锅炉燃烧系统特性与建模研究

循环流化床燃煤技术由于炉内直接脱硫和可燃用劣质煤种的独特优势,是我国发展清洁煤燃烧技术的重点,其燃烧系统的建模和自动控制问题比较困难,这两个问题也一直是学界研究的热点。循环流化床锅炉燃烧系统的数值模拟和机理建模涉及到对气固两相流方式下燃烧过程的理解和描述,已有的机理模型都十分复杂,不适合用于现场控制系统设计和优化。为了提高大型循环流化床锅炉的控制水平,了解其燃烧系统的热工特性并建立适用于控制器设计的模型是第一步的工作。本文针对我国大型循环流化床锅炉的重要炉型,围绕其燃烧系统的特性和建模问题,以实用化为目标,从两个方向展开工作： (1)研究基于机组运行历史数据的实用化工业过程建模方式。 建模理论和系统辨识技术发展到今天,已经形成一个完整的体系,新理论和新技术种类繁多,但实际工业应用中却处境尴尬。本文通过对最小二乘辨识理论的分析,指出了其工业应用上的不足,从系统可辨识性条件的物理意义来源上强调了2n阶持续激励条件仅仅在最小二乘法辨识范围内必要性成立,另外介绍了系统采用传递函数模型表达时的渐进黑箱理论,从而从理论上完整说明了利用历史运行数据的智能计算建模方法的有效性。针对大惯性对象的结构辨识难题,提出了利用互相关函数分析与智能寻优相结合的辨识方法,针对多变量问题提出了迭代法辨识方法,研究了建模过程的全部工程问题,给出了数据选取经验和去直流化处理方法,推导了利用离散相似法进行模型计算的公式,从而有效解决了建模问题的输出量回勾问题,并开发了实用性的辨识软件包。 (2)研究引进型ALSTOM大型CFB锅炉燃烧系统的特性和建模。 该型式锅炉占据我国300MW等级循环流化床锅炉最重要的市场份额,其锅炉特点是裤衩腿结构和外置床设计,前者是为了解决CFB锅炉大型化中二次风穿透问题,后者是为了对付CFB锅炉燃烧系统的强耦合性问题,这两个技术都代表着CFB锅炉大型化的重要特征,但同时也带来了燃烧系统大惯性和床压不平衡难题。 本文首先从理论上分析燃烧系统和床压系统的热工特性,以及裤衩腿型CFB锅炉特有的翻床问题,然后利用编制的辨识软件,从实际生产现场遴选出各个系统合适的运行数据,建立燃烧系统和床压系统各个工况点的线性模型,给出燃烧系统大惯性的定量化结果,为燃烧系统和床压系统的自动控制系统设计与优化提供参考。