CN108460508A - 基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法 - Google Patents

基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明针对现有循环流化床锅炉机组监测系统存在的监测粗放；受限机组系统及部件的健康状况，监测结果对正确了解机组的运行状态受限，基于此本发明提供了一种基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法，该方法可以实现对炉膛内的精细化监测，同时该方法确定的监测变量应达值不受限机组系统及部件健康状况的约束，可以准确的帮助运行，工程人员了解真实的机组运行状态。通过本方法可以实现对循环流化床锅炉机组的在线节能监测，判别机组运行是否处于经济状态，帮助企业在安全，可靠的基础上长时间经济运行。

Description

基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法
技术领域
本发明属于电厂性能监测的领域，涉及一种循环流化床锅炉节能监测技术，基于建立描述循环流化床锅炉工作过程整体模型的节能监测方法。
背景技术
循环流化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧技术。但随着燃烧煤种的变化和新能源发电并网的冲击，循环流化床机组的运行工况通常不满足设计工况，而变工况运行对机组的安全经济运行有很大影响，因此非常必要对实际工况下机组的运行状况进行在线的节能监测，帮助运行人员了解机组的运行状态，帮助工程人员分析机组的节能空间，为机组的运行优化提供技术支撑。当前，循环流化床锅炉电站监测水平大有提高，通过外加设备，传感器等对状态参数进行直接测量，是一种非常直观有效的状态监测方法，但是炉膛内燃烧的恶劣环境对于设备提出了更高的要求，通常测量值存在精度不高，测量结果代表性不强的现象，此外传感器等硬件设备的发展极大依赖于材料学科等相关学科的发展，开发过程及其漫长，另外在实际中对于炉膛内某些表征局部特征的技术参数直接进行测量非常困难。
因此，本发明提供了一种基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法，该方法通过建立能正确描述循环流化床锅炉工作过程的总体数学模型，计算出与实际运行条件一致情况下循环流化床锅炉汽水侧和烟气侧的参数，以及炉膛局部特征技术参数和锅炉经济参数。通过比较计算结果和实际值的偏差，判定机组运行经济性，实现机组在线节能监测的同时比较各不同部位实际值与计算结果，确定影响机组设备运行经济性的部位，原因及机组的节能潜力，同时也实现指导优化机组运行管理。
发明内容
本发明为了解决现有条件下循环流化床锅炉机组监测技术的局限性，实现对循环流化床锅炉全面，精细化的节能监测，更好掌握机组运行的工作状态，提供了一种基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法。该方法对用于模型计算的数据进行预处理，模型计算的数据更加可靠，模型计算监测变量应达值和实际测量值可在线同界面显示，能够准确了解未实现经济运行的原因。
本发明是采用如下技术方案实现的：
1)、采集循环流化床锅炉实时监测数据并对其进行粗大误差剔除处理；2)基于锅炉机理工作特性的方法建立循环流化床锅炉整体数学模型；3)依据整体数学模型计算得到的监测变量应达值与实际测量值之间的偏差，判别锅炉是否达到经济运行的状态，达到循环流化床锅炉在线节能监测的目的。
具体步骤如下：
(1)、采集实时监测数据进行粗大误差剔除处理
从循环流化床锅炉sis系统中实时获取各监测测量数据包括入炉煤速率，排烟处氧量，一二次风比例和烟气侧，蒸汽侧参数，确定每个数据的偏差量ΔZ和偏差量的方差δ，用3δ准则确定比例带范围，从而判别粗大误差进行剔除；
(2)、建立循环流化床锅炉整体数学模型，用建立的循环流化床整体数学模型计算运行参数应达值，运行参数包括炉膛内温度参数，炉膛尾部烟道各换热器进出口温度参数，炉膛内压力参数；
模型计算时输入初始数据包括实时监测数据以及煤质信息，灰库信息，炉膛结构参数；先计算流体动力学模型，即求解物料平衡、焦炭颗粒质量守恒、气体质量守恒三组方程式，求解每组方程都需要用到一组假设值作为迭代计算的设定值，物料平衡计算时假设每个小室不同粒径档不同年龄档物料颗粒的质量分数，向上、向下的物料流率以及返料流率；气固两相满足平衡后计算小室的能量平衡，尾部对流受热面能量平衡，判别尾部烟道中温度分布是否收敛，当温度相对误差满足设定值时得出炉膛小室温度和尾部烟道各受热面进出口温度值，求解平衡的过程中需要求解小室能量守恒和尾部烟道各换热器能量守恒方程式，求解每组方程用到一组假设值作为迭代计算的设定值，尾部烟道各受热面能量守恒计算时假设每个受热面进出口温度值采用实时监测数据烟气侧参数作为假设值；最后计算系统能量平衡，判别炉膛小室的温度是否满足相对误差设定值，满足时输出所有计算的结果；
(3)循环流化床锅炉在线节能监测
依据整体数学模型计算得到的不同部位监测变量应达值，即炉膛温度值、炉膛压力值、尾部烟道中各受热面进出口温度值调用到界面显示，将sis系统中采集的相同部位实际测量值也从数据库调用到界面显示，比较实际测量值和监测变量应达值的偏差，通过比较偏差的大小，判别机组运行是否处于经济状态，实现在线节能监测，了解同等运行条件下机组理想参数应达值，对比实际参数值了解运行状态，同时可以监测锅炉机组不同部位性能。
(4)、由计算的参数应达值计算节能监测指标
利用飞灰含碳量、底渣含碳量、空气预热器出口烟气温度的参数计算值按循环流化床锅炉性能计算公式计算锅炉的各项热损失，锅炉热效率；利用入炉煤速率，煤质信息计算发电标准煤耗量；比较这些指标和电厂计算指标之间的偏差大小，通过这些指标更加直观反映机组的运行状态，帮助判别机组节能空间。
本发明针对现有循环流化床锅炉机组监测系统存在的监测粗放；受限机组系统及部件的健康状况，监测结果对正确了解机组的运行状态受限，基于此本发明提供了一种基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法，该方法可以实现对炉膛内的精细化监测，同时该方法确定的监测变量应达值不受限机组系统及部件健康状况的约束，可以准确的帮助运行，工程人员了解真实的机组运行状态。通过本方法可以实现对循环流化床锅炉机组的在线节能监测，判别机组运行是否处于经济状态，帮助企业在安全，可靠的基础上长时间经济运行。
本发明成本低，可靠性高；有效利用大量数据，建立准确的变工况数学模型，通过建立的整体数学模型实现对机组运行参数应达值的确定，通过节能监测系统使运行人员实时查看机组运行的经济性和节能的空间裕度，同时可以实时对各参数进行在线的偏差监测，为机组的运行优化和针对部件的故障监测提供了基础支撑。
附图说明
图1表示炉膛小室的划分示意图。
图2表示计算程序方框图。
图3表示实施例中炉膛出口温度监测结果趋势图。
图4表示实施例中锅炉热效率监测指标示意图。
具体实施方式
一种基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法，包括如下步骤：
(1)、采集实时监测数据进行粗大误差剔除处理
从循环流化床锅炉机组sis系统中动态获取监测测量数据，这些数据分为两类：一类作为模型计算输入值，一类作为迭代初值。
模型计算输入值包括：入炉煤速率，煤质信息，煤粒度分布信息，排烟处氧量，一二次风比例。
迭代初值包括锅炉烟气侧参数值和锅炉蒸汽侧参数值；
其中，锅炉烟气侧参数值作为对比实测值，烟气侧参数包括：低温过热器入口烟气温度、出口烟气温度；低温再热器入口烟气温度、出口温度；省煤器出口烟气温度；空气预热器出口烟气温度；一次风空气预热器出口温度；二次风空气预热器出口温度；
蒸汽侧参数包括：饱和蒸汽压力、饱和蒸汽温度；低温过热器出口蒸汽温度；中温过热器入口蒸汽温度、出口蒸汽温度；高温过热器入口蒸汽温度、出口蒸汽温度；低温再热器入口蒸汽温度、出口蒸汽温度；低温再热器入口蒸汽压力；高温再热器入口蒸汽温度、出口蒸汽温度；过热器一级减温水流量；二级减温水流量；过热器减温水温度、过热器一级减温水压力、二级减温水压力；再热器减温水流量；再热器减温水压力、温度；给水流量；给水的压力、温度；高温过热器出口蒸汽压力、高温再热器出口蒸汽压力。
通过对数据负荷区间分段，对区间内数据进行最小二乘法拟合，统计、均值和标准差的计算，确定每个数据的偏差量ΔZ和偏差量的方差δ，用3δ准则确定每个监测数据随锅炉负荷筛选数据的比例带范围；比例带确定后，通过判别实时采集的监测参数是否超过或者低于比例带确定的参数上、下限而筛选数据将满足条件的数据保存到数据库表中，取各负荷区间段满足条件的数据分别计算每个参数平均值，将它们作为该区间段的稳态在线数据带入模型计算。
(2)、建立循环流化床锅炉整体数学模型，用建立的循环流化床整体数学模型计算运行参数应达值，运行参数包括炉膛内温度参数，炉膛尾部烟道各换热器进出口温度参数，炉膛内压力参数。
2.1、本次建立的机理模型为一维小室模型，采用一维小室模型主要是因为将循环流化床锅炉燃烧室看作一个均匀一致的对象是不合适的。在循环流化床锅炉燃烧室内换热系数、温度、气体流速、气体浓度等主要热力参数沿炉膛高度方向是不一致的，具有较大的不均匀性，因此必须考虑不同位置的差别以反映参数的分布形态，因此沿气固的主要流动方向将循环流化床燃烧系统划分为一系列的小室，小室的划分原则为：炉膛锥段部分等高度划分小室，炉膛直筒处到炉膛出口烟道最低处等高度划分小室，炉膛出口烟道最低处至炉膛顶端为一小室，分离器直筒段为一小室，分离器锥段为一小室，所有小室的编号按降序排列，从炉膛锥段底部小室开始，小室的具体划分见图1。要建立循环流化床锅炉整体数学模型需要基于正确描述循环流化床锅炉实际工作特性，实际循环流化床包含许多特性，如流体动力学特性、传热特性以及多相反应特性，需要建立描述这些工作过程的物理，化学模型。通过求解每个小室建立的质量和能量平衡方程式，得到循环流化床锅炉整体平衡时各部件参数的计算值。满足物料流动平衡是建立整体数学模型的基础，它影响着颗粒在炉膛内的浓度分布，决定着炉膛内热量的分配，也影响着气体反应和传热平衡。
2.2、先求解小室的物料平衡，再计算小室的能量平衡；
2.2.1、建立每个小室的物料平衡方程，求解每个小室不同档粒度颗粒，不同年龄档颗粒的流率以及每个小室向下的流率和循环流率。
第i小室，第j粒径档，第k年龄档的物料平衡满足如下方程式：
Wfa,i,j,k+Wcir,i,j,k-Wb,i,j,k+Wb,i-1,j,k-We,i,j,k+We,i+1,j,k+Rshift,i,j,k+mtk-1→tk-mtk→tk+1＝0…………(1)，
式(1)中，Wfa,i,j,k为输入第i小室第j粒径档的物料流率，包括灰颗粒流率和石灰石颗粒流率，Wfa,i,j,k＝AMINjWFAi；
Wcir,i,j,k为循环回第i小室第j粒径档第k年龄档的物料流率，
Wcir,i,j,k＝BEDnavrBEDnzze,j,kWRAi；
Wb,i,j,k为从第i小室到第i+1小室第j粒径档第k年龄档返混的物料流率，
Wb,i,j,k＝BEDb,iBEDi,j,k；
Wb,i-1,j,k为从第i-1小室到第i小室第j粒径档第k年龄档返混的物料流率，
Wb,i-1,j,k＝BEDb,i-1BEDi-1,j,k；
We,i,j,k为从第i小室到第i-1小室第j粒径档第k年龄档扬析的物料流率，
We,i,j,k＝We,iBEDi,j,kSEGi,j；
We,i+1,j,k为从第i+1小室到第i小室第j粒径档第k年龄档扬析的物料流率，
We,i+1,j,k＝We,i+1BEDi+1,j,kSEGi+1,j；
Rshift,i,j,k为由于磨耗引起的大颗粒变成第j粒径档颗粒增加的物料流率，
Rshift,i,j,k＝AAAj+1BBBj+1,kHUPALLiBEDi,j+1,k；
mtk-1→tk为由第k-1年龄档变成第k年龄档增加的物料流率，
mtk-1→tk＝HUPALLi*BEDi,j,k/DDT；
mtk→tk+1为由第k年龄档变成第k+1年龄档减少的物料流率，
mtk→tk+1＝HUPALLi*BEDi,j,k/DDT；
上式中，AMINj为第j粒径档输入的物料流率，由入炉煤速率和煤质信息、石灰石粒度分布信息求得；WFAi为物料分配到第i小室的比例系数；WRAi为循环物料分配到第i小室的比例系数，分配原则为物料入口、回料口分别至炉膛底部的空间中均匀分配；BEDnavr为物料循环流率，为待求值；BEDnzze,j,k为分离器小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒的质量分数，为待求值；BEDi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒的质量分数，为待求值；BEDb,i为第i小室向下的物料流率，为待求值；We,i为第i小室向上的物料流率，由i小室的空隙率和i小室的气体流速求得，i小室的气体流速可由气体状态方程求得，i小室的空隙率由每个小室不同粒径档不同年龄档物料颗粒的质量分数，向下流率及返料流率的设定值与每个小室物料量初值迭代求得；SEGi,j为第i小室第j粒径档的物料颗粒分层系数，由每个小室不同粒径档不同年龄档物料颗粒的质量分数和小室的气体流速求得；AAAj+1为第j+1粒径档物料颗粒的粒度衰减速率，由粒径中径计算可得；BBBj+1,k为第j+1粒径档第k年龄档物料颗粒的磨耗速率系数，由i小室气体流速，第j+1粒径档颗粒最小流化风速，第j+1粒径档物料颗粒磨耗速率常数及颗粒间年龄间隔时长计算可得；HUPALLi为第i小室的物料量，由计算得到的i小室的空隙率计算可得；DDT为物料年龄档的时间间隔，为已知量。
联立n个小室的物料平衡方程式，将每个小室每个粒径档每个年龄档颗粒的质量分数，向上、向下流率及返料流率的假设值作为设定值带入迭代求解这组非线性方程得出方程组的根，在每个小室中，每个粒径档和年龄档的物料颗粒的质量分数之和为1。
小室满足物料平衡时，各小室的颗粒浓度分布一定，小室空隙率一定，通过小室空隙率可以求解小室的压强。第i小室压强表达式如下：
PSR(i)＝(1-EPSQ(i))*RHO*HZELL(i)*9.81……………………………….(2)
式(2)中，EPSQ(i)为第i小室空隙率，由物料平衡计算的不同粒度档不同年龄档物料颗粒的质量分数可得；RHO为物料密度，为已知量；HZELL(i)为第i小室的高度，为已知量。
计算某个小室的实际压强时，从炉膛出口小室压强依次累加到该小室压强可得。
2.2.2、第i小室，第j粒径档，第k年龄档焦炭颗粒质量守衡满足如下方程式：Wfc,i,j,k+Wcir,i,j,k+We,i+1,j,k-We,i,j,k+Wb,i-1,j,k-Wb,i,j,k-RC,i,j,k+mshift,i,j,k+mtk-1→tk-mtk→tk+1＝0………(3)，
式(3)中，Wfc,i,j,k为输入第i小室第j粒径档的焦炭颗粒流率，Wfc,i,j,k＝WFAiCMINj；
Wcir,i,j,k为循环回第i小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，Wcir,i,j,k＝WDNnzze,j,kXCHnzze,j,kWRAi；
We,i+1,j,k为从第i+1小室到第i小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，We,i+1,j,k＝WUPi+1,j,kXCHi+1,j,k；
We,i,j,k为从第i小室到第i-1小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，We,i,j,k＝WUPi,j,kXCHi,j,k；
Wb,i-1,j,k为从第i-1小室到第i小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，Wb,i-1,j,k＝WDNi-1,j,kXCHi-1,j,k；
Wb,i,j,k为从第i小室到第i-1小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，Wb,i,j,k＝WDNi,j,kXCHi,j,k；
RC,i,j,k为由于燃烧引起的第j粒径档焦炭颗粒减少的流率，RC,i,j,k＝72*XKOi,j, kHUPALLi*WDNi,j,k/WDOWN*XCHi,j,k/DENCHAR/DSPj*XCHjpos；
mshift,i,j,k为由于磨耗引起的大颗粒变成第j粒径档焦炭颗粒的流率，mshift,i,j,k＝AAAj+1BBBj+1HUPALLi*WDNi,j+1,k/WDOWN*XCHi,j+1,k；
mtk-1→tk为由第k-1年龄档变成第k年龄档增加的焦炭颗粒流率，mtk-1→tk＝HUPALLi*WDNi,j,k-1/WDOWN*XCHi,j,k-1/DDT；
mtk→tk+1为由第k年龄档变成第k+1年龄档减少的焦炭颗粒流率，mtk→tk+1＝HUPALLi*WDNi,j,k/WDOWN*XCHi,j,k/DDT；
其中，CMINj为输入的第j粒径档焦炭颗粒流率，由入炉煤速率和煤质信息求得；WFAi、WRAi为分配比例系数，在求小室物料平衡时已经求得；WDNnzze,j,k为分离器小室第j粒径档第k年龄档物料的返料流率，WDNnzze,j,k＝BEDnavrBEDnzze,j,k，BEDnavr循环流率，BEDnzze,j,k分离器小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒的质量分数已经由物料平衡求得；WUPi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒向上的流率已经由物料平衡求得；WDNi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒向下的流率已经由物料平衡求得；XCHnzze,j,k为分离器小室第j粒径档第k年龄档焦炭的质量分数，为待求值；XCHi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档焦炭的质量分数，为待求值；XKOi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档焦炭反应速率常数，WDOWN为第i小室向下的物料流率已经由物料平衡求得；DSPj为第j粒径档颗粒的中径，为已知量；DENCHAR为一常量；XCHjpos为分离器小室最大粒径档、最大年龄档焦炭的质量分数，为待求值；BBBj+1为第j+1粒径档物料颗粒的磨耗速率系数，由小室的气体流速，第j+1粒径档颗粒最小流化风速及第j+1粒径档物料颗粒磨耗速率常数可得；
假设每个小室、每个粒径档、每个年龄档焦炭的质量分数，将它们作为求解n个小室联立的焦炭颗粒质量守恒非线性方程组的设定值，通过迭代求解得出方程组的根。
2.2.3、经过焦炭燃烧和挥发分气体析出反应后生成的烟气成分有O2，SO2，CO2，H20，N2，CO；挥发分产物有CO，CO2，CH4，SO2，H2，N2；
第i小室内烟气各成分的质量守恒满足如下方程式：
O2：
SO2：
CO2：
H2O：
N2：
CO：Rhf,i,co-Ci,coAiUg,i+Ci+1,coAi+1Ug,i+1+Roi,co-Ri,co＝0………………(9)，
式(4)～(9)中，Gse,i为输入第i小室的空气摩尔流率；Gse,i*0.21表示输入第i小室的氧气摩尔流率，由入炉煤速率和煤质信息求得；
为第i小室O2的气体浓度，为待求值；为第i小室SO2的气体浓度，为待求值；为第i小室CO2的气体浓度，为待求值；为第i小室H2O的气体的浓度，为待求值；为第i小室N2的气体浓度，为待求值；Ci,co为第i小室CO的气体的浓度，为待求值；
Ai为第i小室的截面积，为已知量；Ai+1为第i+1小室的截面积，为已知量；
Ug,i为第i小室的气体流速已经在计算小室的物料平衡时求得；Ug,i+1为第i+1小室的气体流速已经在计算小室的物料平衡时求得；
为输入第i小室的挥发分中SO2的摩尔流率，为输入第i小室的挥发分中CO2的摩尔流率， 为输入第i小室水分的摩尔流率， 为输入第i小室的挥发分中N2的摩尔流率，Rhf,i,co为输入第i小室的挥发分中CO的摩尔流率，Rhf,i,co＝R0i,coFFi；R0i,co为输入炉膛第i小室的挥发分各产物摩尔流率；为输入炉膛第i小室水分的摩尔流率，可由入炉煤速率和煤值信息求得；FFi为挥发分各产物分配到第i小室的比例系数；为第i小室消耗的O2摩尔流率，
其中，0.5RCOi为第i小室焦炭燃烧生成一氧化碳消耗的氧气摩尔流率，RCO2i为第i小室焦炭燃烧生成二氧化碳消耗的氧气摩尔流率，RSINORi为第i小室硫元素燃烧生成二氧化硫消耗的氧气摩尔流率，RCOOi为第i小室焦炭燃烧生成的一氧化碳二次燃烧生成二氧化碳消耗的氧气摩尔流率，0.5Ri,co为第i小室挥发分中一氧化碳燃烧生成二氧化碳消耗的氧气摩尔流率，0.5RSi为第i小室脱硫反应消耗的氧气摩尔流率，为第i小室挥发分中氢气燃烧生成水消耗的氧气摩尔流率，为第i小室甲烷燃烧生成二氧化碳和水消耗的氧气摩尔流率；为第i小室消耗的SO2摩尔流率，＝RSi表示第i小室脱硫反应消耗的二氧化硫摩尔流率；Ri,co为第i小室消耗的CO摩尔流率，Ri,co＝RCOOi表示第i小室焦炭燃烧生成一氧化碳二次燃烧生成二氧化碳消耗的一氧化碳摩尔流率；为第i小室生成的SO2摩尔流率，表示第i小室硫元素燃烧生成二氧化硫的摩尔流率；为第i小室生成的CO2摩尔流率，表示第i小室焦炭燃烧生成二氧化碳的摩尔流率；为第i小室生成水的摩尔流率，表示第i小室甲烷和氢气燃烧生成水的摩尔流率；Roi,co为第i小室生成的CO摩尔流率，Roi,co＝RCOi为第i小室焦炭燃烧生成一氧化碳的摩尔流率；
假设每个小室不同烟气成分的气体摩尔浓度值作为n个小室联立的气体质量守恒方程组的设定值，通过迭代求解得出方程组的根。
2.2.4、由建立的小室物料平衡，小室焦炭质量守恒，小室气体质量守恒方程式，求解出每个小室不同粒径档年龄档灰、石灰石颗粒的质量分数，每个小室向上、向下的流率，返料流率，每个小室不同粒径档年龄档焦炭的质量分数，每个小室中烟气成分的气体摩尔浓度，利用它们求解每个小室的能量平衡；
第i小室内气、固两相流体能量守恒满足如下方程式：
Hin,gas,i+Hin,solid,i-Hout,gas,i-Hout,solid,i+Qrea-Qabs＝0…………………(10)
式(10)中，Hin,gas,i为输入第i小室气体带入的能量，Hin,gas,i＝Hkq,i+Hhf,i，其中Hkq,i为输入第i小室空气带入的能量， 为氧气的比焓，为氮气的比焓，Gse,i空气摩尔流率已经在小室气体质量守恒时求得；
Hin,solid,i为输入第i小室固体带入的能量，
Hin,solid,i＝HashWash,i+HlimWlim,i+HcarbonWcarbon,i+He,i+1We,i+1+Hb,i-1Wb,i-1+Hcir, nzzeWcir,i，其中，Hash为输入炉膛灰的焓值，Wash,i为输入第i小室灰的流率，Wash,i＝ASH_TOTAL*WFAi，式中ASH_TOTAL为入炉灰总流率，由入炉煤速率和灰分含量求得，WFAi为物料的分配系数已经在小室的物料平衡时求得；Hlim为输入炉膛石灰石的焓值，Wlim,i为输入第i小室石灰石的流率，Wlim,i＝Flim*WFAi，式中Flim为入炉石灰石总流率，由入炉煤速率、硫元素含量和钙硫摩尔比求得；Hcarbon为输入炉膛焦炭的焓值，Wcarbon,i为输入第i小室焦炭的流率，Wcarbon,i＝CHAR_TOTAL*WFAi，式中CHAR_TOTAL为入炉焦炭总流率，由入炉煤速率和焦炭含量求得；He,i+1We,i+1为第i+1小室颗粒向上流入第i小室带入的能量，由三部分组成：灰颗粒流率带入的能量：He,ash,i+1We,ash,i+1，石灰石颗粒带入的能量：He,lim,i+1We,lim,i+1，焦炭颗粒带入的能量：He,carbon,i+1We,carbon,i+1；Hb,i-1Wb,i-1为第i-1小室颗粒向下流入第i小室带入的能量，由三部分组成：灰颗粒流率带入的能量：Hb,ash,i-1Wb,ash,i-1，石灰石颗粒带入的能量：Hb,lim,i- 1Wb,lim,i-1，焦炭颗粒带入的能量：Hb,carbon,i-1Wb,carbon,i-1；Hcir,nzzeWcir,i为分离器小室循环回到第i小室带入的能量，由三部分组成：灰颗粒循环带入的能量：Hcir,ash,nzzeWcir,ash,nzzeWRAi，WRAi为循环物料的分配系数已经在求解物料平衡时求得，石灰石颗粒循环带入的能量：Hcir,lim,nzzeWcir,lim,nzzeWRAi，焦炭颗粒循环带入的能量：Hcir,carbon,nzzeWcir,carbon,nzzeWRAi，上述式子中所有的比焓是关于颗粒所在小室温度的变量；
Hout,gas,i为输出第i小室气体带出的能量，包括氧气带出的能量：二氧化硫带出的能量：二氧化碳带出的能量：水分带出的能量：氮气带出的能量：一氧化碳带出的能量：上述式子中所有的比焓是关于气体所在小室温度的变量；
Hout,solid,i为输出第i小室固体带出的能量：Hout,solid,i＝He,iWe,i+Hb,iWb,i，He,iWe,i为第i小室颗粒向上流到第i-1小室带出的能量，由三部分组成：灰颗粒流率带出的能量：He,ash,iWe,ash,i，石灰石颗粒带出的能量：He,lim,iWe,lim,i，焦炭颗粒带出的能量：He,carbon, iWe,carbon,i；Hb,iWb,i为第i小室颗粒向下流到第i+1小室带出的能量，由三部分组成：灰颗粒流率带出的能量：Hb,ash,iWb,ash,i，石灰石颗粒带出的能量：Hb,lim,iWb,lim,i，焦炭颗粒带出的能量：Hb,carbon,iWb,carbon,i；
Qrea为第i小室内化学反应放出的能量，包括焦炭燃烧释放的热量、煤中硫元素燃烧释放的热量和挥发分气体燃烧释放的热量；
Qabs为第i小室内的换热量，Qabs＝EHEVAP0+ESH2+ERH2+ESH3,其中，ESH2+ESH3表示为过热器的吸热量，ERH2表示为再热器的吸热量，EHEVAP0表示为水冷壁的吸热量；
在上述式子中用到的物料颗粒向上，向下，返料流率、焦炭颗粒向上，向下，返料流率及小室内生成的各气体产物的浓度可由小室物料平衡，焦炭质量守恒，气体质量守恒方程计算结果求得，假设每个小室温度值作为迭代计算的设定值，带入n个小室联立的能量平衡方程组求出方程组的根得到炉膛内各小室的温度值。
2.2.5、尾部烟道中各对流受热面能量守恒满足如下方程式
Qrp＝Qxr＝Qch………………………………………………(11)
上式表示在受热面换热过程中满足换热器内工质吸收的热量等于烟气流经该受热面被冷却放出的热量等于按传热公式计算的对流受热面的传热量；
式(11)中，Qrp＝I′-I″，表示烟气放热量，I′为受热面入口烟气的焓值，I′＝UnzzeAnzzeCnzze,jHi-1,j，Unzze为分离器小室出口烟气流速，已经在计算小室气体质量守恒时求得，Anzze为分离器小室出口的横截面积，Cnzze,j为分离器小室内烟气中某种气体成分的浓度，已经在计算小室气体质量守恒时求得，Hi-1,j为前一个受热面出口烟气中某种气体成分的比焓，焓关于小室温度的变量；I″为受热面出口烟气的焓值，I″＝UnzzeAnzzeCnzze,jHi,j，Hi,j为该受热面出口烟气中某种气体成分的比焓；
Qxr＝D(i″-i′)，表示受热面中工质吸收的热量，D表示受热工质的流量，i″表示受热面出口工质的焓值，i′表示受热面入口工质的焓值，工质侧的焓值可由模型计算输入参数蒸汽侧温度，压力值带入焓值计算公式求得；由模型输入温度、压力参数及输入压力值的线性差值求得的焓值有：饱和蒸汽压力和饱和蒸汽温度得到饱和蒸汽焓，过热器减温水温度和过热器一级减温水压力得到过热器一级减温水焓，过热器减温水温度和过热器二级减温水压力得到过热器二级减温水焓，再热器减温水温度和再热器减温水压力得到再热器减温水焓，给水的压力和给水的温度得到给水焓，低温过热器出口蒸汽温度和低温过热器出口蒸汽压力得到的出口蒸汽焓，中温过热器入口蒸汽温度和中温过热器入口蒸汽压力得到的入口蒸汽焓，中温过热器出口蒸汽温度和中温过热器出口蒸汽压力得到的出口蒸汽焓，高温过热器入口蒸汽温度和高温过热器入口蒸汽压力得到的入口蒸汽焓，高温过热器出口蒸汽温度和高温过热器出口蒸汽压力得到的出口蒸汽焓，低温再热器入口蒸汽温度和低温再热器入口蒸汽压力得到的入口蒸汽焓，低温再热器出口蒸汽温度和低温再热器出口蒸汽压力得到的出口蒸汽焓，高温再热器入口蒸汽温度和高温再热器入口蒸汽压力得到的入口蒸汽焓，高温再热器出口蒸汽温度和高温再热器出口蒸汽压力得到的出口蒸汽焓；
Qch＝KFΔT，表示由传热计算公式计算的传热量，K为传热系数，F为换热器的受热面积，ΔT为传热温差，换热器的受热面积为已知量，传热系数和传热温差计算中用到小室温度值为待求值；
假设一组锅炉尾部烟道内各对流受热面进出口烟气温度参数作为k个对流受热面联立的能量守恒方程式迭代设定值，本模型用采集的实时监测烟气侧参数值作为设定值，满足三式相等即可求出锅炉尾部烟道内各对流受热面进出口烟气温度值。
当系统满足能量平衡不在循环执行，计算飞灰含碳量与底渣含碳量，它们将在锅炉性能计算时用到。
计算飞灰流率：
第j粒径档第k年龄档的飞灰流率计算式如下：
XMASSj,k＝(1-ETAZYKj)*We,nzra*BEDnzra,j,k*SEGnzra,j……………….(12)
式(12)中，ETAZYKj为第j粒径档颗粒分离效率，为已知量；We,nzra为炉膛出口小室向上的流率，物料平衡已求得；BEDnzra,j,k为炉膛出口小室第j粒径档第k年龄档颗粒的质量分数，物料平衡已求得；SEGnzra,j为炉膛出口小室第j粒径档颗粒分层系数，物料平衡已求得。累加所有粒径档年龄档颗粒的飞灰流率得到总的飞灰流率。
计算飞灰流率中碳的含量：
第j粒径档第k年龄档的飞灰流率中碳含量计算式如下：
CMASSj,k＝(1-ETAZYKj)*WUPnzra,j,k*XCHnzra,j,k…………………………(13)
式(13)中，WUPnzra,j,k为炉膛出口小室第j粒径档第k年龄档颗粒向上的流率，物料平衡已求得；XCHnzra,j,k为炉膛出口小室第j粒径档第k年龄档焦炭颗粒的质量分数，焦炭质量守恒已求得。累加所有粒径档年龄档颗粒的碳的含量得到总的飞灰流率中碳的含量，用飞灰流率中碳的含量比飞灰流率可得到飞灰含碳量。
计算底渣流率：
第j粒径档第k年龄档的底渣流率计算式如下：
XDMASSj,k＝Wb,nzre*BEDnzre,j,k…………………………………………(14)
式(14)中，Wb,nzre为炉膛底部小室向下的流率，物料平衡已求得；BEDnzre,j,k为炉膛底部小室第j粒径档第k年龄档颗粒的质量分数，物料平衡已求得。累加所有粒径档年龄档颗粒的底渣流率得到总的底渣流率。
计算底渣流率中碳的含量：
第j粒径档第k年龄档的底渣流率中碳含量计算式如下：
CDMASSj,k＝WDNnzre,j,k*XCHnzre,j,k……………………………………(15)
式(15)中，WDNnzre,j,k为炉膛底部小室第j粒径档第k年龄档颗粒向下的流率，物料平衡已求得；XCHnzre,j,k为炉膛底部小室第j粒径档第k年龄档焦炭的质量分数，焦炭质量守恒已求得。累加所有粒径档年龄档颗粒的碳的含量得到总的底渣流率中碳的含量，用底渣流率中碳的含量比底渣流率可得到底渣含碳量。
解方程组方法。计算基于质量守恒，能量守恒的循环流化床锅炉模型建立的非线性方程组，采用迭代误差判别法计算结果。迭代误差判别法的工作原理为：1、给定求解根的设定值(x1,...xm)和迭代误差范围z；2、计算非线性方程组，求解一组根结果(y1,...ym)；3、如果停止计算，输出(y1,...ym)，否则执行第4步；4、如果error＞z，则令((x1,…xm)+(y1,...ym))/2为新一组的根的设定值，返回第1步执行。
(3)循环流化床锅炉在线节能监测
依据整体数学模型计算得到的不同部位监测变量应达值，即炉膛温度值、炉膛压力值、尾部烟道中各受热面进出口温度值调用到界面显示，也把sis系统中采集的相同部位实际测量值从数据库调用到界面显示，除步骤(1)中所述烟气侧参数值外，对比的实际测量参数还包括：炉膛出口烟气温度；炉膛中部压力；后墙平均床温、前墙平均床温；炉膛下部压力；炉膛前墙风室压力；炉膛风室压力。比较实际测量值和监测变量应达值的偏差，通过比较偏差的大小，判别机组运行是否处于经济状态，实现在线节能监测，了解同等运行条件下机组理想参数应达值，对比实际参数值了解运行状态，同时可以监测锅炉机组不同部位性能。
(4)、由计算的参数应达值计算节能监测指标
利用飞灰含碳量、底渣含碳量、空气预热器出口烟气温度的参数计算值按循环流化床锅炉性能计算公式计算锅炉的各项热损失，锅炉热效率；利用入炉煤速率，煤质信息计算发电标准煤耗量；比较这些指标和电厂计算指标之间的偏差大小，通过这些指标更加直观了解机组的运行状态。
具体实施如下：
对某一330MW循环流化床火电机组进行节能在线监测
1、采集实时监测数据进行粗大误差剔除处理，从循环流化床锅炉sis系统中实时获取各监测测量数据包括入炉煤速率，排烟处氧量，一二次风比例和烟气侧、蒸汽侧参数。对区间内数据进行最小二乘法拟合，确定每个数据的偏差量ΔZ和偏差量的方差δ，用3δ准则确定比例带范围，从而判别粗大误差进行剔除。
2、用建立的循环流化床整体数学模型计算运行参数应达值，运行参数包括炉膛内温度参数，炉膛尾部烟道各受热面进出口温度参数，炉膛内压力参数。模型计算流程按图2计算程序方框图进行，输入初始数据包括实时监测数据以及煤质信息，灰库信息，炉膛结构参数。先计算流体动力学模型主要指气固两相流动，判别气固两相是否平衡，当满足平衡时得出小室内的空隙率与气体流速，求解平衡的过程中需要求解物料平衡，焦炭颗粒质量守恒，气体质量守恒三组方程式，求解每组方程都需要用到一组假设值作为迭代计算的设定值，物料平衡计算时假设每个小室不同粒径档不同年龄档物料颗粒的质量分数，向上、向下的物料流率以及返料流率。气固两相满足平衡后计算小室的能量平衡，尾部对流受热面能量平衡，判别尾部烟道中温度分布是否收敛，当温度相对误差满足设定值时得出炉膛小室温度和尾部烟道各受热面进出口温度值，求解平衡的过程中需要求解小室能量守恒和尾部烟道各换热器能量守恒方程式，求解每组方程用到一组假设值作为迭代计算的设定值，小室能量守恒计算时假设每个小室的温度为900摄氏度，尾部烟道各受热面能量守恒计算时假设每个受热面进出口温度值采用实时监测数据烟气侧参数作为假设值。最后计算系统能量平衡，判别炉膛小室的温度是否满足相对误差设定值，满足时输出所有计算的结果。
3、将计算结果中的炉膛温度值，炉膛压力值，尾部烟道中各受热面进出口温度值调用到界面显示，也把这些参数的实时监测值从数据库调用到界面显示，实现在线节能监测，了解同等运行条件下机组理想参数应达值，对比实际参数值了解运行状态，某状态监测结果如图3。
4、由计算的参数应达值计算节能监测指标，利用排烟温度，飞灰含碳量，底渣含碳量等参数计算值按循环流化床锅炉性能计算公式计算锅炉的各项热损失，锅炉热效率，利用入炉煤速率，煤质信息计算发电标准煤耗量。通过这些指标更加直观反映机组的运行状态，帮助判别机组节能空间，节能监测指标对比如图4。
总之，本发明方法通过建立循环流化床锅炉整体数学模型计算锅炉汽水侧，烟气侧参数及其它参数。通过比较计算结果与实际值的偏差，判定机组运行的经济性，实现对机组在线节能监测的目的，同时计算结果与实际值的偏差也为工程人员制定机组的运行优化，节能降耗方案提供有力的技术支撑。
应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、采集实时监测数据进行粗大误差剔除处理
从循环流化床锅炉sis系统中实时获取各监测测量数据包括入炉煤速率，排烟处氧量，一二次风比例和烟气侧、蒸汽侧参数，确定每个数据的偏差量ΔZ和偏差量的方差δ，用3δ准则确定比例带范围，从而判别粗大误差进行剔除；
(2)、建立循环流化床锅炉整体数学模型，用建立的循环流化床整体数学模型计算运行参数应达值，运行参数包括炉膛内温度参数，炉膛尾部烟道各受热面进出口温度参数，炉膛内压力参数；
模型计算时输入初始数据包括实时监测数据以及煤质信息，灰库信息，炉膛结构参数；先计算流体动力学模型，即求解物料平衡、焦炭颗粒质量守恒、气体质量守恒三组方程式，求解每组方程都需要用到一组假设值作为迭代计算的设定值，物料平衡计算时假设每个小室不同粒径档不同年龄档物料颗粒的质量分数，向上、向下的物料流率以及返料流率；气固两相满足平衡后计算小室的能量平衡，尾部对流受热面能量平衡，判别尾部烟道中温度分布是否收敛，当温度相对误差满足设定值时得出炉膛小室温度和尾部烟道各受热面进出口温度值，求解平衡的过程中需要求解小室能量守恒和尾部烟道各受热面能量守恒方程式，求解每组方程用到一组假设值作为迭代计算的设定值，尾部烟道各受热面能量守恒计算时假设每个受热面进出口温度值采用实时监测数据烟气侧参数作为假设值；最后计算系统能量平衡，判别炉膛小室的温度是否满足相对误差设定值，满足时输出所有计算的结果；
(3)循环流化床锅炉在线节能监测
依据整体数学模型计算得到的不同部位监测变量应达值，即炉膛温度值、炉膛压力值、尾部烟道中各受热面进出口温度值调用到界面显示，也把sis系统中采集的相同部位实际测量值从数据库调用到界面显示，比较实际测量值和监测变量应达值的偏差，通过比较偏差的大小，判别机组运行是否处于经济状态，实现在线节能监测，了解同等运行条件下机组理想参数应达值，对比实际参数值了解运行状态，同时可以监测锅炉机组不同部位性能。
2.根据权利要求1所述的基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法，其特征在于：还包括
(4)、由计算的参数应达值计算节能监测指标
利用飞灰含碳量、底渣含碳量、空气预热器出口烟气温度的参数计算值按循环流化床锅炉性能计算公式计算锅炉的各项热损失，锅炉热效率；利用入炉煤速率，煤质信息计算发电标准煤耗量；比较这些指标和电厂计算指标之间的偏差大小，通过这些指标更加直观反映机组的运行状态，帮助判别机组节能空间。
3.根据权利要求1所述的基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法，其特征在于：步骤(1)具体如下：
(1)、采集实时监测数据并对其进行粗大误差剔除处理
从循环流化床锅炉机组sis系统中动态获取监测测量数据，这些数据分为两类：一类作为模型计算输入值，一类作为迭代初值；
模型计算输入值包括：入炉煤速率，煤质信息，煤粒度分布信息，排烟处氧量，一二次风比例；
迭代初值包括锅炉烟气侧参数值和锅炉蒸汽侧参数值；
其中，锅炉烟气侧参数值作为对比实测值，烟气侧参数包括：低温过热器入口烟气温度、出口烟气温度；低温再热器入口烟气温度、出口温度；省煤器出口烟气温度；空气预热器出口烟气温度；一次风空气预热器出口温度；二次风空气预热器出口温度；
蒸汽侧参数包括：饱和蒸汽压力、饱和蒸汽温度；低温过热器出口蒸汽温度；中温过热器入口蒸汽温度、出口蒸汽温度；高温过热器入口蒸汽温度、出口蒸汽温度；低温再热器入口蒸汽温度、出口蒸汽温度；低温再热器入口蒸汽压力；高温再热器入口蒸汽温度、出口蒸汽温度；过热器一级减温水流量；二级减温水流量；过热器减温水温度、过热器一级减温水压力、二级减温水压力；再热器减温水流量；再热器减温水压力、温度；给水流量；给水的压力、温度；高温过热器出口蒸汽压力、高温再热器出口蒸汽压力；
通过对数据负荷区间分段，对区间内数据进行最小二乘法拟合，统计、均值和标准差的计算，确定每个数据的偏差量ΔZ和偏差量的方差δ，用3δ准则确定每个监测数据随锅炉负荷筛选数据的比例带范围；比例带确定后，通过判别实时采集的监测参数是否超过或者低于比例带确定的参数上、下限而筛选数据将满足条件的数据保存到数据库表中，取各负荷区间段满足条件的数据分别计算每个参数平均值，将它们作为该区间段的稳态在线数据带入模型计算。
4.根据权利要求1所述的基于循环流化床锅炉工作特性在线节能监测方法，其特征在于：步骤(2)具体如下：
(2)、建立循环流化床锅炉整体数学模型，用建立的循环流化床整体数学模型计算运行参数应达值，运行参数包括炉膛内温度参数，炉膛尾部烟道各受热面进出口温度参数，炉膛内压力参数；
2.1、本次建立的机理模型为一维小室模型，沿气固的主要流动方向将循环流化床燃烧系统划分为一系列的小室；
2.2、先求解小室的物料平衡，再计算小室的能量平衡；
2.2.1、建立每个小室的物料平衡方程，求解每个小室不同档粒度颗粒，不同年龄档颗粒的流率以及每个小室向下的流率和循环流率：
第i小室，第j粒径档，第k年龄档的物料平衡满足如下方程式：
Wfa,i,j,k+Wcir,i,j,k-Wb,i,j,k+Wb,i-1,j,k-We,i,j,k+We,i+1,j,k+Rshift,i,j,k+mtk-1→tk-mtk→tk+1＝0…………(1)，
式(1)中，Wfa,i,j,k为输入第i小室第j粒径档的物料流率，包括灰颗粒流率和石灰石颗粒流率，Wfa,i,j,k＝AMINjWFAi；
Wcir,i,j,k为循环回第i小室第j粒径档第k年龄档的物料流率，
Wcir,i,j,k＝BEDnavrBEDnzze,j,kWRAi；
Wb,i,j,k为从第i小室到第i+1小室第j粒径档第k年龄档返混的物料流率，
Wb,i,j,k＝BEDb,iBEDi,j,k；
Wb,i-1,j,k为从第i-1小室到第i小室第j粒径档第k年龄档返混的物料流率，
Wb,i-1,j,k＝BEDb,i-1BEDi-1,j,k；
We,i,j,k为从第i小室到第i-1小室第j粒径档第k年龄档扬析的物料流率，
We,i,j,k＝We,iBEDi,j,kSEGi,j；
We,i+1,j,k为从第i+1小室到第i小室第j粒径档第k年龄档扬析的物料流率，
We,i+1,j,k＝We,i+1BEDi+1,j,kSEGi+1,j；
Rshift,i,j,k为由于磨耗引起的大颗粒变成第j粒径档颗粒增加的物料流率，
Rshift,i,j,k＝AAAj+1BBBj+1,kHUPALLiBEDi,j+1,k；
mtk-1→tk为由第k-1年龄档变成第k年龄档增加的物料流率，
mtk-1→tk＝HUPALLi*BEDi,j,k/DDT；
mtk→tk+1为由第k年龄档变成第k+1年龄档减少的物料流率，
mtk→tk+1＝HUPALLi*BEDi,j,k/DDT；
上式中，AMINj为第j粒径档输入的物料流率，由入炉煤速率和煤质信息、石灰石粒度分布信息求得；WFAi为物料分配到第i小室的比例系数；WRAi为循环物料分配到第i小室的比例系数，分配原则为物料入口、回料口分别至炉膛底部的空间中均匀分配；BEDnavr为物料循环流率，为待求值；BEDnzze,j,k为分离器小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒的质量分数，为待求值；BEDi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒的质量分数，为待求值；BEDb,i为第i小室向下的物料流率，为待求值；We,i为第i小室向上的物料流率，由i小室的空隙率和i小室的气体流速求得，i小室的气体流速可由气体状态方程求得，i小室的空隙率由每个小室不同粒径档不同年龄档物料颗粒的质量分数，向下流率及返料流率的设定值与每个小室物料量初值迭代求得；SEGi,j为第i小室第j粒径档的物料颗粒分层系数，由每个小室不同粒径档不同年龄档物料颗粒的质量分数和小室的气体流速求得；AAAj+1为第j+1粒径档物料颗粒的粒度衰减速率，由粒径中径计算可得；BBBj+1,k为第j+1粒径档第k年龄档物料颗粒的磨耗速率系数，由i小室气体流速，第j+1粒径档颗粒最小流化风速，第j+1粒径档物料颗粒磨耗速率常数及颗粒间年龄间隔时长计算可得；HUPALLi为第i小室的物料量，由计算得到的i小室的空隙率计算可得；DDT为物料年龄档的时间间隔,为已知量；
联立n个小室的物料平衡方程式，将每个小室每个粒径档每个年龄档颗粒的质量分数，向上、向下流率及返料流率的假设值作为设定值带入迭代求解这组非线性方程得出方程组的根，在每个小室中，每个粒径档和年龄档的物料颗粒的质量分数之和为1；
2.2.2、第i小室，第j粒径档，第k年龄档焦炭颗粒质量守衡满足如下方程式：
Wfc,i,j,k+Wcir,i,j,k+We,i+1,j,k-We,i,j,k+Wb,i-1,j,k-Wb,i,j,k-RC,i,j,k+mshift,i,j,k+mtk-1→tk-mtk→tk+1＝0………(3)，
式(2)中，Wfc,i,j,k为输入第i小室第j粒径档的焦炭颗粒流率，
Wfc,i,j,k＝WFAiCMINj；
Wcir,i,j,k为循环回第i小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，
Wcir,i,j,k＝WDNnzze,j,kXCHnzze,j,kWRAi；
We,i+1,j,k为从第i+1小室到第i小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，
We,i+1,j,k＝WUPi+1,j,kXCHi+1,j,k；
We,i,j,k为从第i小室到第i-1小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，
We,i,j,k＝WUPi,j,kXCHi,j,k；
Wb,i-1,j,k为从第i-1小室到第i小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，
Wb,i-1,j,k＝WDNi-1,j,kXCHi-1,j,k；
Wb,i,j,k为从第i小室到第i-1小室第j粒径档第k年龄档的焦炭颗粒流率，
Wb,i,j,k＝WDNi,j,kXCHi,j,k；
RC,i,j,k为由于燃烧引起的第j粒径档焦炭颗粒减少的流率，
RC,i,j,k＝72*XKOi,j,kHUPALLi*WDNi,j,k/WDOWN*XCHi,j,k/DENCHAR/DSPj*XCHjpos；
mshift,i,j,k为由于磨耗引起的大颗粒变成第j粒径档焦炭颗粒的流率，
mshift,i,j,k＝AAAj+1BBBj+1HUPALLi*WDNi,j+1,k/WDOWN*XCHi,j+1,k；
mtk-1→tk为由第k-1年龄档变成第k年龄档增加的焦炭颗粒流率，
mtk-1→tk＝HUPALLi*WDNi,j,k-1/WDOWN*XCHi,j,k-1/DDT；
mtk→tk+1为由第k年龄档变成第k+1年龄档减少的焦炭颗粒流率，
mtk→tk+1＝HUPALLi*WDNi,j,k/WDOWN*XCHi,j,k/DDT；
其中，CMINj为输入的第j粒径档焦炭颗粒流率，由入炉煤速率和煤质信息求得；WFAi、WRAi为分配比例系数，在求小室物料平衡时已经求得；WDNnzze,j,k为分离器小室第j粒径档第k年龄档物料的返料流率，
WDNnzze,j,k＝BEDnavrBEDnzze,j,k，BEDnavr循环流率，BEDnzze,j,k分离器小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒的质量分数已经由物料平衡求得；WUPi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒向上的流率已经由物料平衡求得；WDNi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档物料颗粒向下的流率已经由物料平衡求得；XCHnzze,j,k为分离器小室第j粒径档第k年龄档焦炭的质量分数，为待求值；XCHi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档焦炭的质量分数，为待求值；XKOi,j,k为第i小室第j粒径档第k年龄档焦炭反应速率常数，WDOWN为第i小室向下的物料流率已经由物料平衡求得；DSPj为第j粒径档颗粒的中径，为已知量；DENCHAR为一常量；XCHjpos为分离器小室最大粒径档、最大年龄档焦炭的质量分数，为待求值；BBBj+1为第j+1粒径档物料颗粒的磨耗速率系数，由小室的气体流速，第j+1粒径档颗粒最小流化风速及第j+1粒径档物料颗粒磨耗速率常数可得；
假设每个小室、每个粒径档、每个年龄档焦炭的质量分数，将它们作为求解n个小室联立的焦炭颗粒质量守恒非线性方程组的设定值，通过迭代求解得出方程组的根；
2.2.3、经过焦炭燃烧和挥发分气体析出反应后生成的烟气成分有O2，SO2，CO2，H20，N2，CO；挥发分产物有CO，CO2，CH4，SO2，H2，N2；
第i小室内烟气各成分的质量守恒满足如下方程式：
O2：
SO2：
CO2：
H2O：
N2：
CO：Rhf,i,co-Ci,coAiUg,i+Ci+1,coAi+1Ug,i+1+Roi,co-Ri,co＝0………………(9)
其中，Gse,i为输入第i小室的空气摩尔流率；
Gse,i*0.21表示输入第i小室的氧气摩尔流率，由入炉煤速率和煤质信息求得；
为第i小室O2的气体浓度，为待求值；为第i小室SO2的气体浓度，为待求值；为第i小室CO2的气体浓度，为待求值；为第i小室H2O的气体的浓度，为待求值；为第i小室N2的气体浓度，为待求值；Ci,co为第i小室CO的气体的浓度，为待求值；
Ai为第i小室的截面积，为已知量；Ai+1为第i+1小室的截面积，为已知量；
Ug,i为第i小室的气体流速已经在计算小室的物料平衡时求得；Ug,i+1为第i+1小室的气体流速已经在计算小室的物料平衡时求得；
为输入第i小室的挥发分中SO2的摩尔流率， 为输入第i小室的挥发分中CO2的摩尔流率， 为输入第i小室水分的摩尔流率， 为输入第i小室的挥发分中N2的摩尔流率，Rhf,i,co为输入第i小室的挥发分中CO的摩尔流率，Rhf,i,co＝R0i,coFFi；R0i,co为输入炉膛第i小室的挥发分各产物摩尔流率；为输入炉膛第i小室水分的摩尔流率，可由入炉煤速率和煤值信息求得；FFi为挥发分各产物分配到第i小室的比例系数；为第i小室消耗的O2摩尔流率，
其中，0.5RCOi为第i小室焦炭燃烧生成一氧化碳消耗的氧气摩尔流率，RCO2i为第i小室焦炭燃烧生成二氧化碳消耗的氧气摩尔流率，RSINORi为第i小室硫元素燃烧生成二氧化硫消耗的氧气摩尔流率，RCOOi为第i小室焦炭燃烧生成的一氧化碳二次燃烧生成二氧化碳消耗的氧气摩尔流率，0.5Ri,co为第i小室挥发分中一氧化碳燃烧生成二氧化碳消耗的氧气摩尔流率，0.5RSi为第i小室脱硫反应消耗的氧气摩尔流率，为第i小室挥发分中氢气燃烧生成水消耗的氧气摩尔流率，为第i小室甲烷燃烧生成二氧化碳和水消耗的氧气摩尔流率；
为第i小室消耗的SO2摩尔流率，表示第i小室脱硫反应消耗的二氧化硫摩尔流率；Ri,co为第i小室消耗的CO摩尔流率，Ri,co＝RCOOi表示第i小室焦炭燃烧生成一氧化碳二次燃烧生成二氧化碳消耗的一氧化碳摩尔流率；为第i小室生成的SO2摩尔流率，表示第i小室硫元素燃烧生成二氧化硫的摩尔流率；为第i小室生成的CO2摩尔流率，表示第i小室焦炭燃烧生成二氧化碳的摩尔流率；为第i小室生成水的摩尔流率，表示第i小室甲烷和氢气燃烧生成水的摩尔流率；Roi,co为第i小室生成的CO摩尔流率，Roi,co＝RCOi为第i小室焦炭燃烧生成一氧化碳的摩尔流率；
假设每个小室不同烟气成分的气体摩尔浓度值作为n个小室联立的气体质量守恒方程组的设定值，通过迭代求解得出方程组的根；
2.2.4、由建立的小室物料平衡，小室焦炭质量守恒，小室气体质量守恒方程式，求解出每个小室不同粒径档年龄档灰、石灰石颗粒的质量分数，每个小室向上、向下的流率，返料流率，每个小室不同粒径档年龄档焦炭的质量分数，每个小室中烟气成分的气体摩尔浓度，利用它们求解每个小室的能量平衡；
第i小室内气、固两相流体能量守恒满足如下方程式：
Hin,gas,i+Hin,solid,i-Hout,gas,i-Hout,solid,i+Qrea-Qabs＝0…………………(10)
式(9)中，Hin,gas,i为输入第i小室气体带入的能量，Hin,gas,i＝Hkq,i+Hhf,i，其中Hkq,i为输入第i小室空气带入的能量， 为氧气的比焓，为氮气的比焓，Gse,i空气摩尔流率已经在小室气体质量守恒时求得；
挥发分中各气体产物和水分的摩尔流率已经在小室气体质量守恒时求得；Hco为一氧化碳的比焓，为甲烷的比焓，为氢气的比焓，为二氧化碳的比焓，为氮气的比焓，为二氧化硫的比焓，为水分的比焓；
Hin,solid,i为输入第i小室固体带入的能量，
Hin,solid,i＝HashWash,i+HlimWlim,i+HcarbonWcarbon,i+He,i+1We,i+1+Hb,i-1Wb,i-1+Hcir,nzzeWcir,i，
其中，Hash为输入炉膛灰的焓值，Wash,i为输入第i小室灰的流率，
Wash,i＝ASH_TOTAL*WFAi，式中ASH_TOTAL为入炉灰总流率，由入炉煤速率和灰分含量求得，WFAi为物料的分配系数已经在小室的物料平衡时求得；Hlim为输入炉膛石灰石的焓值，Wlim,i为输入第i小室石灰石的流率，Wlim,i＝Flim*WFAi，式中Flim为入炉石灰石总流率，由入炉煤速率、硫元素含量和钙硫摩尔比求得；Hcarbon为输入炉膛焦炭的焓值，Wcarbon,i为输入第i小室焦炭的流率，
Wcarbon,i＝CHAR_TOTAL*WFAi，式中CHAR_TOTAL为入炉焦炭总流率，由入炉煤速率和焦炭含量求得；He,i+1We,i+1为第i+1小室颗粒向上流入第i小室带入的能量，它由三部分组成：灰颗粒流率带入的能量：He,ash,i+1We,ash,i+1，石灰石颗粒带入的能量：He,lim,i+1We,lim,i+1，焦炭颗粒带入的能量：He,carbon,i+1We,carbon,i+1；Hb,i-1Wb,i-1为第i-1小室颗粒向下流入第i小室带入的能量，它由三部分组成：灰颗粒流率带入的能量：Hb,ash,i-1Wb,ash,i-1，石灰石颗粒带入的能量：Hb,lim,i-1Wb,lim,i-1，焦炭颗粒带入的能量：Hb,carbon,i-1Wb,carbon,i-1；Hcir,nzzeWcir,i为分离器小室循环回到第i小室带入的能量，它由三部分组成：灰颗粒循环带入的能量：Hcir,ash, nzzeWcir,ash,nzzeWRAi，WRAi为循环物料的分配系数已经在求解物料平衡时求得，石灰石颗粒循环带入的能量：Hcir,lim,nzzeWcir,lim,nzzeWRAi，焦炭颗粒循环带入的能量：
Hcir,carbon,nzzeWcir,carbon,nzzeWRAi，上述式子中所有的比焓是关于颗粒所在小室温度的变量；
Hout,gas,i为输出第i小室气体带出的能量，包括氧气带出的能量：二氧化硫带出的能量：二氧化碳带出的能量：水分带出的能量：氮气带出的能量：一氧化碳带出的能量：Hco,iCi,coAiUi，上述式子中所有的比焓是关于气体所在小室温度的变量；
Hout,solid,i为输出第i小室固体带出的能量：Hout,solid,i＝He,iWe,i+Hb,iWb,i，He,iWe,i为第i小室颗粒向上流到第i-1小室带出的能量，它由三部分组成：灰颗粒流率带出的能量：He,ash, iWe,ash,i，石灰石颗粒带出的能量：He,lim,iWe,lim,i，焦炭颗粒带出的能量：He,carbon,iWe,carbon,i；Hb,iWb,i为第i小室颗粒向下流到第i+1小室带出的能量，它由三部分组成：灰颗粒流率带出的能量：Hb,ash,iWb,ash,i，石灰石颗粒带出的能量：Hb,lim,iWb,lim,i，焦炭颗粒带出的能量：Hb,carbon,iWb,carbon,i；
Qrea为第i小室内化学反应放出的能量，包括焦炭燃烧释放的热量、煤中硫元素燃烧释放的热量和挥发分气体燃烧释放的热量；
Qabs为第i小室内的换热量，Qabs＝EHEVAP0+ESH2+ERH2+ESH3,其中，ESH2+ESH3表示为过热器的吸热量，ERH2表示为再热器的吸热量，EHEVAP0表示为水冷壁的吸热量；
在上述式子中用到的物料颗粒向上，向下，返料流率、焦炭颗粒向上，向下，返料流率及小室内生成的各气体产物的浓度可由小室物料平衡，焦炭质量守恒，气体质量守恒方程计算结果求得，假设每个小室温度值作为迭代计算的设定值，带入n个小室联立的能量平衡方程组求出方程组的根得到炉膛内各小室的温度值；
2.2.5、尾部烟道中各对流受热面能量守恒满足如下方程式
Qrp＝Qxr＝Qch………………………………………………(11)
上式表示在受热面换热过程中满足换热器内工质吸收的热量等于烟气流经该受热面被冷却放出的热量等于按传热公式计算的对流受热面的传热量；其中，Qrp＝I′-I″，表示烟气放热量，I′为受热面入口烟气的焓值，I′＝UnzzeAnzzeCnzze,jHi-1,j，Unzze为分离器小室出口烟气流速，已经在计算小室气体质量守恒时求得，Anzze为分离器小室出口的横截面积，Cnzze,j为分离器小室内烟气中某种气体成分的浓度，已经在计算小室气体质量守恒时求得，Hi-1,j为前一个受热面出口烟气中某种气体成分的比焓，焓关于小室温度的变量；I″为受热面出口烟气的焓值，I″＝UnzzeAnzzeCnzze,jHi,j，Hi,j为该受热面出口烟气中某种气体成分的比焓；
Qxr＝D(i″-i′)，表示受热面中工质吸收的热量，D表示受热工质的流量，i″表示受热面出口工质的焓值，i′表示受热面入口工质的焓值，工质侧的焓值可由模型计算输入参数蒸汽侧温度，压力值带入焓值计算公式求得；
Qch＝KFΔT，表示由传热计算公式计算的传热量，K为传热系数，F为换热器的受热面积，ΔT为传热温差，换热器的受热面积为已知量，传热系数和传热温差计算中用到小室温度值为待求值；
假设一组锅炉尾部烟道内各对流受热面进出口烟气温度参数作为k个受热面联立的能量守恒方程式迭代设定值，本模型用采集的实时监测烟气侧参数值作为设定值，满足三式相等即可求出锅炉尾部烟道内各受热面进出口烟气温度值。
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