锅炉是火电站的重要部件之一,锅炉蒸发系统包含了燃烧和工质蒸发过程,因此对锅炉蒸发系统研究有益于电站锅炉的安全运行。本文基于三维温度场可视化监测技术,开展了炉内燃烧放热过程和锅内吸热蒸发过程的建模,以姚孟发电有限责任公司某台300MW亚临界双炉膛直流锅炉为对象,仿真研究了蒸发系统物理参数的分布特性及变化规律,并进行了模型验证。提出假想面的处理方法简化双炉膛的模型,根据三维燃烧监测系统得到炉内三维温度场分布,可以得到假想面的二维热流密度分布和壁温分布,从而解决了因采用经验值而导致计算不合理的情况。蒸发系统分布参数模型以实时监测得到的炉内三维温度分布和颗粒相黑度为依据,计算蒸发系统水冷壁各面墙的二维热流密度分布;上升管内工质汽化过程基于质量守恒、能量守恒和动量守恒定律,金属壁温采用二维稳态导热方程计算。模型计算得到的工质换热量以及金属壁温分布参数能够准确地跟踪锅炉运行的工况,避免了传统模型中通过热电偶测得有限壁温数据或采用分段计算加经验系数修正来计算壁面吸热量所引起的模型误差。利用现场采集数据验证了模型的合理性与正确性。通过对锅炉改造前后的水冷壁壁面热流密度分布、壁面温度分布以及质量含汽率分布等的对比分析,为亚临界双炉膛直流锅炉实际运行提供了有益的指导,且模型具有很好的扩展性,为水动力特性的实验研究提供了一种新方法。