一种富氧燃烧烟气辐射换热系数的计算方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种富氧燃烧烟气辐射换热系数的计算方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 富氧燃烧是在现有电站锅炉系统基础上，用高纯度的氧气与co2烟气混合代替助 燃空气，采用烟气循环调节炉膛内的介质流量和传热特性，在锅炉尾部可获得高浓度的C〇2 烟气，经冷凝压缩后可实现co 2的永久封存或资源化利用，较为容易实现大规模化co2捕集和 减排。这种锅炉燃烧方式的主要特点是采用烟气再循环，以烟气中的co 2替代助燃空气中的 氮气，与氧气混合一起参与燃烧，这样可大幅度提高烟气中的co2浓度，便于co 2利用和处理， 对环境保护具有非常重要的意义。
[0003] 工程中发射率的计算方法较为成熟，其中最有代表性的是由采用试验方法测量得 出的Hottel线算图和源于经验公式的1973年前苏联锅炉热力计算标准，但其适用范围局限 于常规空气燃烧氛围。
[0004] 因此，现在急需一种在富氧燃烧条件下进行烟气辐射换热系数计算的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种在富氧燃烧条件下进行烟气辐射换热系数计算的方法， 还提供了上述方法在富氧燃烧换热计算中的应用。
[0006] 本发明的发明人在研究中发现，先进行传热辅助计算，再进行富氧燃烧WSGG模型 修正，随后进行烟气中飞灰辐射减弱系数计算，最后在富氧燃烧条件下，进行烟气辐射换热 系数计算，能够获得富氧燃烧条件下烟气辐射换热系数的准确的计算方法。
[0007] 因此，为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种富氧燃烧烟气辐射换热系数 的计算方法，该方法包括：
[0008] (1)进行传热辅助计算，得到辐射层有效厚度δ、烟气密度pq、烟气质量Gq、烟气中灰 粒质量浓度yh、三原子气体容积份额γ、烟气总容积vq、水和二氧化碳的分压比Φ、水和二氧 化碳的总压p s;
[0009] (2)利用测定的烟气平均温度T、参考温度Tref、灰气体数J和步骤（1)计算得到的 Φ、Ps、S进行富氧燃烧WSGG模型修正，得到匕和修正后的发射率ε ;
[0010] (3)利用测定的烟气平均温度Τ和测定的飞灰颗粒的平均直径dh和步骤（1)计算得 至扣加^^通行烟气中飞灰辐射减弱系数计算屬到烟气中飞灰辐射减弱系数!^
[0011] (4)在富氧燃烧条件下，利用测定的烟气的绝对压力P、管壁灰污黑度ab、灰污壁面 温度Tb、烟气平均温度T、步骤(1)计算得到的δ、μ0Ργ以及步骤(2)得到的ε和kq、步骤(3)计 算得到的k h进行烟气辐射换热系数计算。
[0012] 另一方面，本发明提供了上述方法在富氧燃烧换热计算中的应用。
[0013] 本发明在富氧燃烧下对WSGG模型进行了修正，因此，能够提高修正后的WSGG模型 的准确性，进而提供一种能够准确计算烟气辐射换热系数的方法，将计算得到烟气辐射换 热系数代入传热方程中，从而能够更准确地进行传热计算。
[0014] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明富氧燃烧烟气辐射换热系数的计算方法的流程图；
[0016] 图2是本发明实施例和对比例干循环典型工况下计算得到发射率的相对误差对比 图；
[0017] 图3是本发明实施例和对比例湿循环典型工况下计算得到发射率的相对误差对比 图。
【具体实施方式】
[0018] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0019]如图1所示，一方面，本发明提供了一种富氧燃烧烟气辐射换热系数的计算方法， 该方法包括：
[0020] (1)进行传热辅助计算，得到辐射层有效厚度δ、烟气密度pq、烟气质量Gq、烟气中灰 粒质量浓度yh、三原子气体容积份额γ、烟气总容积Vq、水和二氧化碳的分压比Φ、水和二氧 化碳的总压Ps;
[0021] (2)利用测定的烟气平均温度T、参考温度Tref、灰气体数J和步骤（1)计算得到的 Φ、Pd进行富氧燃烧WSGG模型修正，得到匕和修正后的发射率ε ;
[0022] (3)利用测定的烟气平均温度Τ和测定的飞灰颗粒的平均直径dh和步骤（1)计算得 至扣加^^通行烟气中飞灰辐射减弱系数计算屬到烟气中飞灰辐射减弱系数!^
[0023] (4)在富氧燃烧条件下，利用测定的烟气的绝对压力P、管壁灰污黑度ab、灰污壁面 温度Tb、烟气平均温度T、步骤(1)计算得到的δ、μ0Ργ以及步骤(2)得到的ε和kq、步骤(3)计 算得到的k h进行烟气辐射换热系数计算。
[0024] 根据本发明所述的方法，其中，步骤（1)中，传热辅助计算可以为本领域常规的传 热辅助计算方法，例如可以包括:进行辐射层有效厚度S的计算，在富氧燃烧锅炉烟气再循 环达到平衡状态下，分别进行烟气密度p q、烟气质量Gq、烟气中灰粒质量浓度yh、三原子气体 容积份额γ、烟气总容积V q、水和二氧化碳的分压比Φ、水和二氧化碳的总压匕的计算。
[0025] 根据本发明所述的方法，步骤(2)中，优选地，富氧燃烧WSGG模型修正的方法包括： 采用HITEMP2010光谱数据库，在水和二氧化碳的分压比0.05S Φ <2,分压比步长为0.2;水 和二氧化碳的总压Ps为〇.88atm，烟气平均温度600K<T< 2500K，温度步长为50K;参考温度 Tref为1000Κ，灰气体数J为4的条件下，拟合^.相对于烟气平均温度Τ和分压比Φ的曲线，该 曲线的表达式为式(3)，当M = 3时，采用式⑷计算b^，将计算得到的代入式(3)中求得 将常数代入公式⑵中，得到aj(T)，再将aj(T)、\^PP s代入式（1)中，计算得到修正 后的发射率ε，从而能够更准确地计算富氧燃烧换热条件下的发射率 ε，
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] 上述公式中，T的单位为K，PS的单位为atm，δ的单位为m。
[0031]在上述优选实施方式中，当采用式(2)计算时，其中的常数权重多项式系数(^;1可 以查阅下表1，另外，当采用式(4)计算时，其中的吸收系数多项式系数cU,m可以查阅下表2。 [0032]表1 Cj,i权重多项式系数 [0033]
[0034]表2 di,m吸收系数多项式系数
[0035]
[0036] 根据本发明所述的方法，优选地，步骤(3)中，烟气中飞灰辐射减弱系数kh的计算 方法包括:将烟气密度P q、烟气质量Gq、烟气总容积Vq、测得的烟气平均温度T和测得的飞灰 颗粒的平均直径d h代入式(5)计算，从而能够准确计算烟气中飞灰辐射减弱系数kh，
[0037]
[0038] 其中，T的单位为K，Pq的单位为kg/Nm3，Gq的单位为kg/kg，Vq的单位为Nm3，dh的单位 μηι〇
[0039] 根据本发明所述的方法，优选地，步骤(4)中，烟气辐射换热系数af计算的方法包 括:将步骤⑵中得到的修正后的发射率ε进行加和，得到总发射率ε'，将总发射率ε'代入式 (6)中，计算得三原子气体减弱系数k q，然后将三原子气体减弱系数kq，烟气的绝对压力Ρ，步 骤(3)中得到的烟气中飞灰辐射减弱系数k h，步骤（1)中计算得到的辐射层有效厚度δ、气中 灰粒质量浓度Μ和三原子气体容积份额γ代入式(7)中计算得燃烧产物总吸引力kPS，然后 将kPS代入式(8)中计算得烟气黑度a，将烟气黑度a、斯特潘-波尔兹曼常数 〇〇、测得的管壁 灰污黑度ab、灰污壁面温度Tb、烟气平均温度T代入式(9)中，计算得到烟气辐射换热系数a f，
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044] 其中，δ的单位为m，P的单位为MPa，yh的单位为kg/kg，Tb的单位为K，T的单位为K。
[0045] 上述优选实施方式中，将步骤(2)中得到的修正后的发射率ε进行加和的方式为： 采用式(10)进行加和。
[0046]
[0047] 本发明所述的方法适用于富氧燃烧典型工况下的烟气辐射换热系数af的计算，其 中，富氧燃烧典型工况包括湿循环典型工况和干循环典型工况，湿循环典型工况和干循环 典型工况均为本领域公知，在此不再赘述，湿循环典型工况和干循环典型工况计算过程的 区别仅在于三原子份额不同以及分压比不同，其它的计算过程均相同，且本发明的计算方 法在湿循环典型工况和干循环典型工况下所计算结果的准确度相同。
[0048] 另一方面，本发明还提供了上述方法在富氧燃烧换热计算中的应用。
[0049] 根据上述应用，其中，该应用包括将计算得到的烟气辐射换热系数af代入传热方 程中进行应用。
[0050] 本发明中，传热方程的表达式为本领域的技术人员公知技术。
[0051] 本发明计算得到的烟气辐射换热系数<^更准确，采用本发明的方法能够在富氧燃 烧条件下准确地计算烟气辐射