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

本发明专利技术涉及一种富氧燃烧烟气辐射换热系数的计算方法，本发明专利技术还涉及所述的方法在富氧燃烧换热计算中的应用。本发明专利技术在富氧燃烧条件下对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富氧燃烧条件下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富氧燃烧传热计算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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CO2烟气，经冷凝压缩后可实现CO2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CO2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CO2利用和处理，对环境保护具有非常重要的意义。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。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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的专利技术人在研究中发现，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。因此，为了实现上述目的，一方面，本专利技术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：(1)进行传热辅助计算，得到辐射层有效厚度δ、烟气密度ρq、烟气质量Gq、烟气中灰粒质量浓度μh、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；(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、δ进行富氧燃烧WSGG模型修正，得到kq和修正后的发射率ε；(3)利用测定的烟气平均温度T和测定的飞灰颗粒的平均直径dh和步骤(1)计算得到的ρq、Gq、Vq进行烟气中飞灰辐射减弱系数计算，得到烟气中飞灰辐射减弱系数kh；(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、μh和γ以及步骤(2)得到的ε和kq、步骤(3)计算得到的kh进行烟气辐射换热系数计算。另一方面，本专利技术提供了上述方法在富氧燃烧换热计算中的应用。本专利技术在富氧燃烧下对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。本专利技术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。附图说明图1是本专利技术富氧燃烧烟气辐射换热系数的计算方法的流程图；图2是本专利技术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；图3是本专利技术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。具体实施方式以下对本专利技术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专利技术，并不用于限制本专利技术。如图1所示，一方面，本专利技术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：(1)进行传热辅助计算，得到辐射层有效厚度δ、烟气密度ρq、烟气质量Gq、烟气中灰粒质量浓度μh、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；(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、δ进行富氧燃烧WSGG模型修正，得到kq和修正后的发射率ε；(3)利用测定的烟气平均温度T和测定的飞灰颗粒的平均直径dh和步骤(1)计算得到的ρq、Gq、Vq进行烟气中飞灰辐射减弱系数计算，得到烟气中飞灰辐射减弱系数kh；(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、μh和γ以及步骤(2)得到的ε和kq、步骤(3)计算得到的kh进行烟气辐射换热系数计算。根据本专利技术所述的方法，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δ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ρq、烟气质量Gq、烟气中灰粒质量浓度μh、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的计算。根据本专利技术所述的方法，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0.05≤φ≤2，分压比步长为0.2；水和二氧化碳的总压Ps为0.88atm，烟气平均温度600K≤T≤2500K，温度步长为50K；参考温度Tref为1000K，灰气体数J为4的条件下，拟合相对于烟气平均温度T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(4)计算bj,i，将计算得到的bj,i代入式(3)中求得将常数cj,i代入公式(2)中，得到aj(T)，再将aj(T)、和Ps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，ϵ(T,φ)=Σj=0Jaj(T)(1-e-Pskqj(T,φ)δ)]]>式(1)aj(T)=Σi=1Icj,i(TTref)I-i]]>式(2)kqj(T,φ)=Σi=1Ibj,i(TTref)I-i]]>式(3)bj,i=Σm=1Mdi,mφM-m]]>式(4)。上述公式中，T的单位为K，Ps的单位为atm，δ的单位为m。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cj,i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di,m可以查阅下表2。表1cj,i权重多项式系数j1234cj,10.00527770.01273960.0106085-0.0286258cj,20.0587741-0.2107950-0.04988030.2019010cj,3-0.00221320.6406980-0.0751580-0.5633270cj,40.0336798-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富氧燃烧烟气辐射换热系数的计算方法，其特征在于，该方法包括：(1)进行传热辅助计算，得到辐射层有效厚度δ、烟气密度ρq、烟气质量Gq、烟气中灰粒质量浓度μh、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；(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、δ进行富氧燃烧WSGG模型修正，得到kq和修正后的发射率ε；(3)利用测定的烟气平均温度T和测定的飞灰颗粒的平均直径dh和步骤(1)计算得到的ρq、Gq、Vq进行烟气中飞灰辐射减弱系数计算，得到烟气中飞灰辐射减弱系数kh；(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、μh和γ以及步骤(2)得到的ε和kq、步骤(3)计算得到的kh进行烟气辐射换热系数计算。

【技术特征摘要】
1.一种富氧燃烧烟气辐射换热系数的计算方法，其特征在于，该方法包括：
(1)进行传热辅助计算，得到辐射层有效厚度δ、烟气密度ρq、烟气质量Gq、烟气中灰粒质
量浓度μh、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；
(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、δ
进行富氧燃烧WSGG模型修正，得到kq和修正后的发射率ε；
(3)利用测定的烟气平均温度T和测定的飞灰颗粒的平均直径dh和步骤(1)计算得到的
ρq、Gq、Vq进行烟气中飞灰辐射减弱系数计算，得到烟气中飞灰辐射减弱系数kh；
(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、μh和γ以及步骤(2)得到的ε和kq、步骤(3)计算得
到的kh进行烟气辐射换热系数计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，所述传热辅助计算的方法包括：进行
辐射层有效厚度δ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
ρq、烟气质量Gq、烟气中灰粒质量浓度μh、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的计算。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤(2)中，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0.05≤φ≤2，分压比步长为0.2；水
和二氧化碳的总压Ps为0.88atm，烟气平均温度600K≤T≤2500K，温度步长为50K；参考温度
Tref为1000K，灰气体数J为4的条件下，拟合相对于烟气平均温度T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(4)计算bj,i，将计算得到的bj,i代入式(3)中求得
将常数cj,i代入公式(2)中，得到aj(T)，再将aj(T)、和Ps代入式(1)中，计算得到修正
后的发射率ε，
ϵ(T,φ)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，陈寅彪，柳朝晖，廖海燕，李延兵，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，北京国华电力有限责任公司，神华国华北京电力研究院有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11