本發(fā)明涉及富氧燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算方法及裝置。

背景技術(shù)：

富氧燃燒技術(shù)與現(xiàn)有電站燃燒方式在技術(shù)上具有良好的承接性。富氧燃燒技術(shù)不僅便于回收煙氣中的CO₂，還能大幅度地減少其中的NO_x、SO₂和顆粒物排放。富氧燃燒可以實(shí)現(xiàn)污染物的一體化協(xié)同脫除，是一種近“零”排放的清潔燃煤利用技術(shù)，但是富氧燃燒同時也存在著很多的問題：由于介質(zhì)的密度、比熱、擴(kuò)散系數(shù)、輻射特性以及煙氣量的差異，使得富氧燃燒氣氛下爐內(nèi)的流動特性、煤粉火焰特性、燃燒過程、傳熱過程等相比于常規(guī)燃燒發(fā)生了很大的變化。因此，常規(guī)的空氣氣氛下的鍋爐的爐膛傳熱系數(shù)計算方法和步驟不再適于富氧燃燒工況下爐膛傳熱系數(shù)的計算，需要一種能夠?qū)Ω谎跞紵r下爐膛的傳熱系數(shù)進(jìn)行計算的方法和裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算方法及裝置，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算方法，其中，該方法包括：對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r’進(jìn)行修正得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r；基于富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r計算爐膛火焰黑度α；基于所述爐膛火焰黑度α計算爐膛的吸熱量Q；計算受熱面的面積H；計算對數(shù)溫差△t；以及基于爐膛的吸熱量Q、受熱面的面積H和對數(shù)溫差△t計算爐膛的傳熱系數(shù)K。

優(yōu)選地，利用下述公式對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r’進(jìn)行修正得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r：

K_r＝K_r’-ΔK，其中，

其中為水蒸氣的分壓、為CO₂的分壓、F為有效輻射層厚度。

優(yōu)選地，通過下述公式計算爐膛火焰黑度α：

α＝1-e^-KPS，

KPS＝A×(Kr*γ+K_h*μ+K_C*C₁*C₂)×S，

其中，所述KPS為燃燒產(chǎn)物總吸引力，K_r為富氧燃燒氣氛下三原子氣體輻射減弱系數(shù)；γ為煙氣中三原子氣體容積份額；K_h為灰粒輻射減弱系數(shù)；μ為質(zhì)量飛灰濃度；K_C為碳粒輻射減弱系數(shù)；C₁、C₂為無因次參數(shù)；A為系數(shù)；S為爐膛的輻射層有效厚度。

優(yōu)選地，通過下述公式計算灰粒輻射減弱系數(shù)K_h：

其中d_h為灰粒子有效直徑，G_g為煙氣質(zhì)量，V_g為煙氣體積，T_O為爐膛出口處煙氣溫度。

優(yōu)選地，基于爐膛的吸熱量Q、受熱面的面積H和對數(shù)溫差△t通過下述公式計算爐膛的平均傳熱系數(shù)K：

本發(fā)明還提供了一種富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算裝置，其中，該裝置包括：修正模塊，用于對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r’進(jìn)行修正得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r；第一計算模塊，用于基于富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r計算爐膛火焰黑度α；第二計算模塊，用于基于所述爐膛火焰黑度α計算爐膛的吸熱量Q；第三計算模塊，用于計算受熱面的面積H；第四計算模塊，用于計算對數(shù)溫差△t；以及第五計算模塊，用于基于爐膛的吸熱量Q、受熱面的面積H和對數(shù)溫差△t計算爐膛的傳熱系數(shù)K。

優(yōu)選地，所述修正模塊利用下述公式對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r’進(jìn)行修正得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r：

K_r＝K_r’-ΔK，其中，

其中為水蒸氣的分壓、為CO₂的分壓、F為有效輻射層厚度。

優(yōu)選地，所述第一計算模塊通過下述公式計算爐膛火焰黑度α：

α＝1-e^-KPS，

KPS＝A×(Kr*γ+K_h*μ+K_C*C₁*C₂)×S，

其中，所述KPS為燃燒產(chǎn)物總吸引力，K_r為富氧燃燒氣氛下三原子氣體輻射減弱系數(shù)；γ為煙氣中三原子氣體容積份額；K_h為灰粒輻射減弱系數(shù)；μ為質(zhì)量飛灰濃度；K_C為碳粒輻射減弱系數(shù)；C₁、C₂為無因次參數(shù)；A為系數(shù)；S為爐膛的輻射層有效厚度。

優(yōu)選地，通過下述公式計算灰粒輻射減弱系數(shù)K_h：

其中d_h為灰粒子有效直徑，G_g為煙氣質(zhì)量，V_g為煙氣體積，T_O為爐膛出口處煙氣溫度。

優(yōu)選地，所述第五計算模塊基于爐膛的吸熱量Q、受熱面的面積H和對數(shù)溫差△t通過下述公式計算爐膛的平均傳熱系數(shù)K：

通過上述技術(shù)方案，可以對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)進(jìn)行修正以得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)，從而可以基于該富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)計算爐膛火焰黑度，進(jìn)而準(zhǔn)確計算得到富氧燃燒氣氛下的傳熱系數(shù)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)隨總氧分壓變化的示意圖；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算裝置的方框圖。

附圖標(biāo)記說明

1 修正模塊 2 第一計算模塊 3 第二計算模塊

4 第三計算模塊 5 第四計算模塊 6 第五計算模塊

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算方法的流程圖。

如圖1所示，本發(fā)明一種實(shí)施方式提供的富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算方法包括：

S100，對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r’進(jìn)行修正得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r；

S102，基于富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r計算爐膛火焰黑度α；

S104，基于所述爐膛火焰黑度α計算爐膛的吸熱量Q；

S106，計算受熱面的面積H；

S108，計算對數(shù)溫差△t；以及

S110，基于爐膛的吸熱量Q、受熱面的面積H和對數(shù)溫差△t計算爐膛的傳熱系數(shù)K。

通過上述技術(shù)方案，可以對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)進(jìn)行修正以得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)，從而可以基于該富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)計算爐膛火焰黑度，進(jìn)而準(zhǔn)確計算得到富氧燃燒氣氛下的傳熱系數(shù)。

其中，關(guān)于步驟S106中受熱面的面積H的計算以及步驟S108中對數(shù)溫差△t的計算，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中已有的方式進(jìn)行計算，本發(fā)明不對此進(jìn)行限定。

舉例而言，可以基于受熱面進(jìn)口水溫、受熱面出口水溫、受熱面進(jìn)口煙氣溫度和受熱面出口煙氣溫度計算對數(shù)溫差△t。

根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式，利用下述公式對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r’進(jìn)行修正得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r：

K_r＝K_r’-ΔK，其中，

其中為水蒸氣的分壓(單位為MPa)、為CO₂的分壓(單位為MPa)、F為有效輻射層厚度(單位為cm)。

在富氧燃燒(O₂/CO₂循環(huán)方式下)煙氣中CO₂體積比發(fā)生了很大的變化，因此在計算三原子氣體輻射減弱系數(shù)時必須考慮CO₂和H₂O光帶部分重疊所帶來的影響。通過上述公式可以實(shí)現(xiàn)對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)的修正，可以將CO₂體積比發(fā)生變化所帶來的影響考慮在內(nèi)，從而能夠準(zhǔn)確計算富氧燃燒氣氛下的傳熱系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式，可以通過下述公式計算爐膛火焰黑度α：

α＝1-e^-KPS，

KPS＝A×(Kr*γ+K_h*μ+K_C*C₁*C₂)×S，

其中，所述KPS為燃燒產(chǎn)物總吸引力，K_r為富氧燃燒氣氛下三原子氣體輻射減弱系數(shù)；γ為煙氣中三原子氣體容積份額；K_h為灰粒輻射減弱系數(shù)；μ為質(zhì)量飛灰濃度；K_C為碳粒輻射減弱系數(shù)；C₁、C₂為無因次參數(shù)；A為系數(shù)；S為爐膛的輻射層有效厚度，其中A可以為常數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式，可以通過下述公式計算灰粒輻射減弱系數(shù)K_h：

其中d_h為灰粒子有效直徑，G_g為煙氣質(zhì)量，V_g為煙氣體積，T_O為爐膛出口處煙氣溫度。

空氣燃燒氣氛下煙氣的密度一般處在一個相對不變的水平，所以涉及煙氣密度的公式中通常將密度當(dāng)作常量。然而在O₂/CO₂循環(huán)方式下煙氣組分體積比的巨大變化導(dǎo)致煙氣的密度發(fā)生了相當(dāng)大的變化，因此煙氣的密度不能作為常量來計算。通過上述公式計算灰粒輻射減弱系數(shù)K_h，可以將煙氣組分體積比的變化導(dǎo)致的煙氣的密度的變化考慮在內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式，可以基于爐膛的吸熱量Q、受熱面的面積H和對數(shù)溫差△t通過下述公式計算爐膛的平均傳熱系數(shù)K：

其中，爐膛的吸熱量Q的單位為W；受熱面的面積H的單位為m²；對數(shù)溫差△t的單位為℃。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)隨總氧分壓變化的示意圖。

如圖2所示，利用本發(fā)明上述實(shí)施方式中所述的計算方法計算得到爐膛傳熱系數(shù)隨著總氧分壓的增加逐漸增大。

具體地，處于干循環(huán)時，總氧分壓為21％時爐膛的傳熱系數(shù)約為112W/m²·K；總氧分壓為26％時爐膛的傳熱系數(shù)約為115W/m²·K；總氧分壓為35％時爐膛的傳熱系數(shù)約為121W/m²·K。處于濕循環(huán)時，總氧分壓為21％時爐膛的傳熱系數(shù)約為108W/m²·K；總氧分壓為26％時爐膛的傳熱系數(shù)約為115W/m²·K；總氧分壓35％時爐膛的傳熱系數(shù)約為126W/m²·K。

本發(fā)明上述實(shí)施方式描述的內(nèi)容主要針對的是與現(xiàn)有技術(shù)中空氣氣氛下爐膛熱力計算方法不同的地方，關(guān)于熱平衡計算步驟、受熱面計算步驟以及爐膛熱力計算中除爐膛火焰黑度以外的計算步驟均可以采用與現(xiàn)有技術(shù)中空氣氣氛下爐膛熱力計算方法一致的方法步驟。為了不混淆本發(fā)明，下面僅對這些與現(xiàn)有技術(shù)一致的步驟簡單舉例說明，不對其進(jìn)行詳細(xì)描述。

舉例而言，現(xiàn)有技術(shù)中空氣氣氛下熱平衡計算可以包括：

計算鍋爐輸入熱量QPP、計算熱循環(huán)煙氣焓值HRK、確定鍋爐排煙溫度下的排煙焓、計算排煙損失(扣除了回收)、確定鍋爐散熱損失和灰渣物理熱損失、用反平衡法計算鍋爐熱效率、計算鍋爐工質(zhì)有效利用熱量、確定鍋爐燃料消耗熱量及計算燃料消耗量。

舉例而言，現(xiàn)有技術(shù)中空氣氣氛下爐膛熱力計算中除爐膛火焰黑度以外的計算步驟可以包括：

根據(jù)假定的熱風(fēng)溫度計算隨熱風(fēng)帶入的熱量和計算隨每千克燃料進(jìn)入爐膛的有效熱量，并求得絕熱燃燒溫度、根據(jù)燃料種類和燃燒設(shè)備的形式以及布置方式計算火焰中心位置系數(shù)M、根據(jù)爐膛受熱面結(jié)構(gòu)特性確定爐膛受熱面平均熱有效系數(shù)、估計爐膛出口煙氣溫度并計算爐膛煙氣平均熱容量、計算爐膛出口煙溫并核對爐膛出口煙溫誤差、計算爐膛熱力參數(shù)(如爐膛容積熱負(fù)荷、斷面熱負(fù)荷、壁面熱負(fù)荷)、爐膛內(nèi)輻射受熱面的換熱計算(如屏式過熱器、爐頂管等)。

舉例而言，現(xiàn)有技術(shù)中空氣氣氛下受熱面計算可以包括：

獲得受熱面進(jìn)口煙溫及煙焓并查取相應(yīng)焓值、假定受熱面煙道的煙氣份額(比例)及煙氣對受熱面的放熱量并以此為依據(jù)計算出口煙溫和煙焓、確定受熱面介質(zhì)流量(其中，對于過熱器可以根據(jù)噴水位置及噴水量確定)、根據(jù)傳熱平衡確定受熱面的介質(zhì)出口溫度和焓值、計算受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、計算受熱面?zhèn)鳠釡貕骸⒂嬎闶軣崦鎮(zhèn)鳠崃俊⑿：藗鳠崃空`差。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算裝置的方框圖。

如圖3所示，本發(fā)明一種實(shí)施方式提供的富氧燃燒的爐膛的傳熱系數(shù)計算裝置包括：修正模塊1，用于對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r’進(jìn)行修正得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r；第一計算模塊2，用于基于富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r計算爐膛火焰黑度α；第二計算模塊3，用于基于所述爐膛火焰黑度α計算爐膛的吸熱量Q；第三計算模塊4，用于計算受熱面的面積H；第四計算模塊5，用于計算對數(shù)溫差△t；以及第五計算模塊6，用于基于爐膛的吸熱量Q、受熱面的面積H和對數(shù)溫差△t計算爐膛的傳熱系數(shù)K。

通過上述技術(shù)方案，可以對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)進(jìn)行修正以得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)，從而可以基于該富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)計算爐膛火焰黑度，進(jìn)而準(zhǔn)確計算得到富氧燃燒氣氛下的傳熱系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式，所述修正模塊1利用下述公式對空氣燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r’進(jìn)行修正得到富氧燃燒氣氛下的三原子氣體輻射減弱系數(shù)K_r：

K_r＝K_r’-ΔK，其中，

其中為水蒸氣的分壓(單位為MPa)、為CO₂的分壓(單位為MPa)、F為有效輻射層厚度(單位為cm)。

根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式，所述第一計算模塊2通過下述公式計算爐膛火焰黑度α：

α＝1-e^-KPS，

KPS＝A×(Kr*γ+K_h*μ+K_C*C₁*C₂)×S，

其中，所述KPS為燃燒產(chǎn)物總吸引力，K_r為富氧燃燒氣氛下三原子氣體輻射減弱系數(shù)；γ為煙氣中三原子氣體容積份額；K_h為灰粒輻射減弱系數(shù)；μ為質(zhì)量飛灰濃度；K_C為碳粒輻射減弱系數(shù)；C₁、C₂為無因次參數(shù)；A為系數(shù)；S為爐膛的輻射層有效厚度，其中A可以為常數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式，可以通過下述公式計算灰粒輻射減弱系數(shù)K_h：

其中d_h為灰粒子有效直徑，G_g為煙氣質(zhì)量，V_g為煙氣體積，T_O為爐膛出口處煙氣溫度。

根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式，所述第五計算模塊6基于爐膛的吸熱量Q、受熱面的面積H和對數(shù)溫差△t通過下述公式計算爐膛的平均傳熱系數(shù)K：

本發(fā)明上述的裝置與上述的方法相對應(yīng)，對于裝置的具體描述可以參照前述關(guān)于方法的描述，本發(fā)明不再贅述。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。