锅炉是火电机组中最重要的部件之一,锅炉安全一直以来都是具有重大实用价值的研究课题。壁温、热流、质量流速等热力参数是影响锅炉安全性的重要因素,这些热力参数在锅炉受热面上的分布是不均匀的,常用的热电偶、热流计等只能逐点测量,难以实现实时的、分布式的检测,从而不能全面评价机组的安全性。本文在对烟气传热、工质流动等物理过程分析的基础上,利用实时的炉内三维温度场以及颗粒黑度等燃烧检测信息,开展了电站锅炉分布参数建模的研究,获得的模型可全面反映锅炉热力参数分布特性。同时,针对目前用于动态特性分析及控制系统研究的锅炉简化模型由于普遍忽略各控制系统相互影响而精度不高的现状,从复现水位控制系统、主汽温度控制系统对负荷压力特性的实际影响出发,对汽包锅炉简化建模方法进行了探讨。本文开展的研究工作和创造性成果如下:考虑水位控制系统及主汽温度控制系统对负荷压力特性的影响,开展了汽包锅炉简化建模的研究。利用系统压力变动焓的概念把锅炉给水量与减温水量的影响引入汽包锅炉简化模型,该模型体现了控制系统间的耦合关系。同时,提出了一种新的水位控制系统和过热汽温控制系统前馈信号,可更好的削弱耦合回路的影响,进一步改善控制效果。开展了基于三维燃烧检测的蒸发系统分布参数建模的研究。利用燃烧检测系统提供的实时的炉内三维温度场和颗粒相黑度,计算水冷壁的二维热流分布。同时提出用火焰黑度修正系数对黑度进行修正,以反映气体辐射和对流对炉膛传热的影响。考虑了汽包水空间含汽对水位的影响,同时注意到代表过热系统阻力特性的汽包出口蒸汽流量方程系数随负荷变化,提出一种根据汽包压力和汽机调门开度计算该系数的经验公式。利用蒸发系统分布参数模型进行仿真,结果表明该模型不仅可以准确反映汽包压力、水位以及汽包出口蒸汽流量的动态特性,而且还可全面反映热流、壁温、质量流速等参数的二维分布特性,从而为有效评价锅炉蒸发系统安全性和可靠性提供了重要依据。利用蒸发系统分布参数模型对水冷壁水循环特性进行了仿真研究。结果表明,相对于其它因素,上升管管径和水冷壁热负荷偏差对水冷壁流量偏差有重要影响。存在上升管管径的最优设计值,在该管径下,机组可以有效适应热负荷、汽包压力、给水比焓等运行条件的变化,保持较好的水循环状态。当上升管管径等结构参数确定时,锅炉在较高汽包压力、较低给水比焓以及适当大循环泵增压的工况下运行,流量偏差小同时质量流速大,最有利于水循环。开展了过热系统分布参数建模的研究。根据热量来源,对过热系统传递的能量进行分类,并利用烟窗把各种类型的传热归结到一个封闭的系统内,进而建立了一种形式统一的过热系统分布式传热模型。在前人对三通集箱静压分布研究的基础上,考虑了宽度方向热负荷不均匀性对集箱静压以及并联管组流量分配的影响,得到了并联管组流量分配的热态模型。在此基础上,获得了过热系统/再热系统的分布参数模型,并通过仿真验证了模型的有效性。该模型在揭示过热系统和再热系统的同屏热力参数分布特性以及屏间热力参数分布特性方面具有独特的优越性。利用过热系统/再热系统分布参数模型对过热器和再热器壁温分布特性进行了仿真研究。结果表明:对于U型布置的后屏过热器及屏式再热器,高度方向烟温偏差较小时,外侧管圈存在出口段和水平段两个高壁温区域,内侧管圈则仅存在出口段一个高壁温区域。随着烟气偏差的增大,各管圈出口段壁温下降,而水平段壁温显著升高。对于蛇形布置的高温过热,当烟气偏差较小时,壁温最高点位于管圈尾部上升段内。随着烟气偏差的增大,壁温最高点由出口逆工质流程向管屏下部移动。这些结论可为锅炉的设计优化及运行优化提供有益的指导。