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在火电站锅炉机组仿真培训机的研制过程中，锅炉炉膛仿真数学模型是最重要、最复杂、最不好调试的模型之一。原先，有的炉膛仿真数学模型来自于一些比较简单的经验公式，有的模型来自于某个(或某些)炉膛稳态三维传热过程数值计算结果的简化，因而模型在仿真的准确性、通用性和调试的方便性方面都存在一些问题。本文主要根据苏联1973年颁布的《锅炉机组热力计算标准方法》中介绍的方法，同时参考某些文献进行了一些修正，研制出一种新的零维的动态的电站锅炉炉膛仿真模型。它通用性好、调试简单、仿真精度高、工作稳定。经过几年在仿真培训机的应用，其使用效果良好。
2 炉膛内部积存物质以及进出口物质的仿真
把炉膛看作是一个集总参数的容积。在锅炉冷态时，其内部积存有由氧气、氮气以及水蒸气组成的空气，其压力为环境压力。在锅炉点火以后，增加了由于燃料燃烧而产生的二氧化碳、二氧化硫、水蒸气以及固体状态的灰分。在特殊情况下，如炉膛温度过低时煤粉根本不可能燃烧，或者在炉膛内的没有过量氧气却继续向炉膛送入过量煤粉的情况(假定在炉膛内还会有完全没进行化学反应的煤粉)。
从燃烧器送入的燃料油，假定在有氧气的情况下都能燃烧(考虑机械未完全燃烧损失)且不灭火。送入的煤粉在满足一定条件时能够稳定燃烧的，否则会产生灭火和爆燃，条件如下
(1)在有正常送风的情况下，锅炉不灭火的条件(满足下面的条件之一即可)
①有燃料油助燃；
②燃烧煤粉量达到一个比较高的数值；
③炉膛温度达到一个比较高的数值t1。
(2)产生爆燃必须同时满足下列条件
①炉膛内温度达到一个中等高的数值t2；
②炉膛内有过剩的氧气；
③炉膛内积存的煤粉浓度在一个可燃的范围内。
在满足炉膛爆燃条件且有充足的氧气时，积存在炉膛内的煤粉全部爆燃(在一个计算间隔内燃烧)；如果炉膛内的氧气不足以供应积存的煤粉全部爆燃，则按氧气量爆燃一定数量的煤粉。在满足燃料着火条件时，进入炉膛的燃料与送入的热风以及原炉膛中过剩的氧气立即进行化学反应。产生的燃烧产物与炉膛内积存的烟气均匀混合。炉膛内的平均烟气成分作为从炉膛内排出烟气的成分在一次计算完成后，记忆炉膛内积存的烟气的各种成分的摩尔数，以便下一次计算使用。
3 炉膛压力的仿真
在已知炉膛内的各种烟气成分的摩尔数和炉膛内烟气温度的情况下，利用理想气体的状态方程［2］或者利用理想气体状态方程的递推公式来求当前的炉膛压力。理想气体的状态方程的递推公式如下
 (1)
式中 p为炉膛压力，MPa；T为炉膛内烟气温度，K；R为气体常数；m为炉膛内各种气体总的摩尔数；V为炉膛体积，m3；脚标1和脚标2分别表示时刻1和时刻2的数值；Δm和ΔT为计算时间步长内该变量的增量。
4 炉膛内传热的仿真
炉膛内传热的仿真是炉膛仿真模型最重要的部分。按工作状态分为两部分：炉膛内有燃料燃烧时火焰与水冷壁之间的换热；炉膛内没有燃料燃烧时积存的热烟气与水冷壁之间的换热。下面分别叙述两种情况时的仿真。
4.1 炉膛内有燃料燃烧时火焰与水冷壁之间换热的仿真
首先计算出炉膛出口烟气温度；然后根据炉膛出口烟气温度和炉膛出口的烟气成分，计算在一个计算时间间隔内从炉膛出口输出的烟气总焓；同时计算在一个计算时间间隔内燃料以及热风带入炉膛的总热量；接着根据水冷壁的灰污壁温和火焰温度，计算水冷壁的总吸热量；最后计算炉膛内烟气的热平衡，计算出新的火焰温度。
(1)计算炉膛出口烟气温度时，采用适合于大型锅炉机组的杜卜斯基-卜劳赫公式［3］,其形式如下
 (2)
式中 θl为无因次的炉膛出口烟气温度；al为苏联1973年《锅炉机组热力计算标准方法》中规定的投射热模型的炉膛黑度；Tj为燃料的绝热燃烧温度,K；Bo为波尔兹曼准则［1］；M为考虑炉膛内火焰中心相对位置的参数
 (3)
式中 A、B为与燃料有关的经验系数；hr为燃烧器的布置高度，m，即从冷灰斗中间平面至燃烧器水平中心线的高度，这里指的是投入使用的燃烧器布置高度按其燃料量的加权平均值，是一个输入变量；hl为炉膛高度，即从冷灰斗中间平面至炉膛出口烟窗中部的高度；ΔX为考虑炉膛内火焰最高温度的位置偏离燃烧器布置平面的修正值，是一个输入变量。
这里应当说明的是，在苏联标准的投射热模型中，热有效系数的数值在锅炉机组变负荷时保持不变［1］；而苏联热工所-动力所推荐的方法中用的是四次方差公式，考虑积灰影响的参数是积灰系数 | 
