在燃煤锅炉中，煤粉在炉膛内燃烧从而产生高温烟气，高温烟气通过换热器将热量传递给水或水蒸气。对于燃煤锅炉的计算主要分为两部分：煤粉燃烧过程计算和烟气换热过程计算。计算过程中做如下假设：
（1）所有部件处于稳定运行状态，所有参数不随时间发生变化，管道和设备中的压力损失均不考虑；
（2）环境温度为20℃，压力为1 atm；
（3）不考虑压力损失和泄漏，物流过程中没有能量或质量的变化；
（4）环境大气由体积分数为79%的氮气和21%的氧气组成；
（5）模型中涉及的气体都视为理想气体。
8.1.2.1 锅炉中煤粉燃烧过程计算
煤粉在锅炉炉膛中的燃烧过程可简化为图8-3所示流程。煤粉燃烧过程采用的物性方法选用PENG-ROB，燃烧部分使用的单元操作模块包括RGibbs、RYield、SSplit、FSplit、Mixer。由于煤为非常规组分燃料，Aspen Plus数据库中没有其对应的物性参数，所以需要利用HCOALGEN和DCOALIGT计算方法对煤的焓值和密度进行计算。煤粉燃烧过程采用RGibbs模块进行模拟，利用Gibbs（吉布斯）自由能最小化原理，使化学反应处于热力平衡状态。RGibbs反应器不能正确识别非常规组分，所以在煤粉进入RGibbs反应器之前，首先要利用RYield反应器将煤分解成C、H2、O2、N2、S、H2O、Ash（灰分）等纯组分，这一过程由用户编辑的Fortran子程序控制，Fortran子程序根据煤粉元素分析的数据将煤粉分解为同等质量和热量的纯物质。RYield反应器热解煤粉所需要的热量由RGibbs反应器燃烧产生的热量提供，这也符合煤粉在锅炉中的实际燃烧情况。RGibbs反应器的燃烧产物包括固体灰渣和烟气，进入SSplit模块进行气固分离。燃烧过程产生的灰渣部分在锅炉底部沉降，从而离开锅炉，剩余大部分灰渣与烟气一起混合后进入锅炉换热器部分。上述各反应器模块具体功能与原理如表8-4所示。
图8-3 锅炉煤粉燃烧过程模拟流程
表8-4 各反应器模块的功能与原理(www.xing528.com)
8.1.2.2 锅炉换热过程计算
锅炉的换热系统包括省煤器、水冷壁、低温过热器、高温过热器、屏式过热器、高温再热器、低温再热器、空气预热器等部件。
由于涉及水蒸气的相变过程，锅炉换热部分的模拟采用STEAM-TA物性方法，并采用Heater模块模拟换热过程。每级换热器利用两个Heater模块进行模拟，分别模拟换热器的水侧和烟气侧。锅炉换热器的流程模拟如图8-4所示。模拟过程中涉及的模块输入参数和相关物流参数分别如表8-5和表8-6所示。
图8-4 锅炉换热器的流程模拟
表8-5 锅炉流程模拟各模块输入参数
表8-6 锅炉流程模拟物流输入参数
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