生物质振动炉排炉燃烧过程建模及动态特性分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23137

发电技术 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 250-259.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23137

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生物质振动炉排炉燃烧过程建模及动态特性分析

蒋海威¹, 高明明¹, 李杰¹, 于浩洋¹, 岳光溪², 黄中²

^1.新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学), 北京市昌平区 102206
^2.清华大学能源与动力工程系, 北京市海淀区 100084

收稿日期:2023-10-30 出版日期:2024-04-30 发布日期:2024-04-29
通讯作者: 高明明
作者简介:蒋海威(1999)，男，硕士研究生，研究方向为循环流化床燃烧发电技术，798521814@qq.com；
高明明(1979)，男，博士，副教授，研究方向为发电过程智能测控技术与应用、人工智能与应用、新能源发电综合测控技术与应用，本文通信作者，gmm1@ncepu.edu.cn；
李杰(2000)，男，硕士研究生，研究方向为热电联产机组负荷优化分配，lijie925@ncepu.edu.cn；
于浩洋(1996)，男，博士研究生，研究方向为循环流化床机组智能运行优化，yuhaoyang0426@ncepu.edu.cn；
岳光溪(1945)，男，中国工程院院士，研究方向为热能工程、循环流化床，ygx-dte@tsinghua.edu.cn；
黄中(1983)，男，博士，研究员，研究方向为循环流化床燃烧理论与技术、燃烧过程的污染物控制，huangzhong@mail.tsinghua.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(62276096)

Modeling and Dynamic Characteristic Analysis of Combustion Process of Biomass Vibrating Grate Furnace

Haiwei JIANG¹, Mingming GAO¹, Jie LI¹, Haoyang YU¹, Guangxi YUE², Zhong HUANG²

^1.State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University), Changping District, Beijng 102206, China
^2.Department of Energy and Power Engineering, Tsinghua University, Haidian District, Beijing 100084, China

Received:2023-10-30 Published:2024-04-30 Online:2024-04-29
Contact: Mingming GAO
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(62276096)

摘要/Abstract

摘要：

为探究生物质振动炉排炉的炉内燃烧特性，实现机组燃烧过程的控制优化，通过对生物质燃料特性以及燃烧机理的分析，建立炉排炉燃烧过程的机理模型，研究炉排燃料量的动态变化，并预测炉膛温度、烟气含氧量等关键参数，探讨炉排的周期性振动对炉内燃烧状态的影响。结果表明：炉排燃料量与当前给料速度、燃料燃烧速度相关，且燃料在炉排上有较大的存储量，导致燃料着火燃烧与当前给料存在较大的迟延；炉膛温度与烟气含氧量的预测值能较好地跟随实测值的变化，其变化情况与燃烧特性一致；炉排的周期性振动会引起炉内燃烧状态的周期性变化，当炉排振动时，燃料燃烧速度、炉膛温度、炉膛压力都会随之升高，而烟气含氧量则有所降低，随着炉排的停振，这些参数又恢复到稳态水平。

关键词: 火力发电, 生物质直燃发电, 炉排炉, 燃烧特性, 动态特性

Abstract:

In order to explore the combustion characteristics of the biomass vibrating grate furnace and realize the control and optimization of the unit combustion process, the mechanism model of the grate combustion process was established through the analysis of the biomass fuel characteristics and combustion mechanism. Moreover, the dynamic change of the grate fuel amount was studied, and the key parameters such as furnace temperature and flue gas oxygen content were predicted. The influence of periodic vibration of grate on combustion state in furnace was discussed. The results show that the amount of fuel in the grate is related to the current feed rate and fuel burning rate. The fuel has a large storage capacity on the grate, which leads to a large delay between the fuel burning and the current feeding. The predicted values of furnace temperature and flue gas oxygen content can follow the measured values well, and their changes are in accord with the combustion characteristics. The periodic vibration of the grate will cause the periodic change of the combustion state in the furnace. When the grate vibrates, the fuel combustion speed, furnace temperature, furnace pressure will increase, and the oxygen content of the flue gas will be reduced. As the vibration of the grate stops, these parameters return to the steady state level.

Key words: thermal power, biomass direct combustion power generation, grate furnace, combustion characteristics, dynamic characteristics

中图分类号:

TK 22

蒋海威, 高明明, 李杰, 于浩洋, 岳光溪, 黄中. 生物质振动炉排炉燃烧过程建模及动态特性分析[J]. 发电技术, 2024, 45(2): 250-259.

Haiwei JIANG, Mingming GAO, Jie LI, Haoyang YU, Guangxi YUE, Zhong HUANG. Modeling and Dynamic Characteristic Analysis of Combustion Process of Biomass Vibrating Grate Furnace[J]. Power Generation Technology, 2024, 45(2): 250-259.

图/表 11

图1 生物质燃料燃烧过程

Fig. 1 Biomass fuel combustion process

图2 生物质振动炉排炉结构

Fig. 2 Biomass vibrating grate furnace structure

表1 入炉燃料元素分析及工业分析 (%)

Tab. 1 Elemental analysis and industrial analysis of fuel in furnace

元素分析					工业分析
C_ar	H_ar	O_ar	N_ar	S_ar	F_Car	V_ar	M_ar	A_ar
41.52	4.12	24.60	1.70	0.13	2.75	69.32	14.20	13.73

图3 给料速度与燃烧速度对比

Fig. 3 Comparison of feed speed and combustion speed

图4 炉排燃料量及其影响因素

Fig. 4 Grate fuel quantity and its influencing factors

图5 炉膛温度预测值与实测值对比

Fig. 5 Comparison of predicted and measured values of furnace temperature

图6 烟气含氧量预测值与实测值对比

Fig. 6 Comparison of predicted and measured values of oxygen content in flue gas

图7 炉排振动对燃烧速度的影响

Fig. 7 Influence of grate vibration on combustion rate

图8 炉排振动对炉膛温度的影响

Fig. 8 Influence of grate vibration on furnace temperature

图9 炉排振动对炉膛压力的影响

Fig. 9 Influence of grate vibration on furnace pressure

图10 炉排振动对烟气含氧量的影响

Fig. 10 Influence of grate vibration on oxygen content in flue gas

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生物质振动炉排炉燃烧过程建模及动态特性分析

Modeling and Dynamic Characteristic Analysis of Combustion Process of Biomass Vibrating Grate Furnace

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