一种超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法技术

本发明专利技术涉及锅炉炉膛热力分析领域，具体涉及一种超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法，该方法依次进行最大放热区的循环迭代热力分析、中间区的循环迭代热力分析以及炉膛出口区的循环迭代热力分析；其中；循环迭代热力分析包括炉膛受热面平均外壁面温度参数和出口烟气温度参数的循环迭代分析。本申请在循环迭代热力分析的过程中考虑了平均外壁面温度对辐射换热的影响；同时，在分析的过程中考虑了对流换热的影响来计算炉膛烟气与受热面间的换热；与传统方法相比，本发明专利技术可适用于空气燃烧、烟气再循环和富氧燃烧等多种工况，且精确度更高，为选取合适的钢材并确保炉膛结构合理提供可靠的依据。可靠的依据。可靠的依据。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法


[0001]本专利技术涉及锅炉炉膛热力分析领域，具体涉及一种超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法。

技术介绍

[0002]准确的锅炉热力计算能够确定锅炉各受热面与燃烧产物和工质参数之间的关系，对锅炉的设计、生产和运行有重大意义。超临界二氧化碳锅炉是超临界二氧化碳发电技术的关键设备之一，因超临界二氧化碳锅炉的工质与传统的水锅炉的工质不同，且锅炉中工质的改变会导致锅炉设计的大幅度变化，传统水锅炉的热力计算方法并不适用于超临界二氧化碳锅炉，目前还缺乏针对超临界二氧化碳锅炉的热力计算方法。
[0003]如ZL202010986243.2、ZL202010377111.X和ZL201910457553.2等专利所述，超临界二氧化碳锅炉的炉膛壁温将升高约200℃，需引入烟气再循环来解决其炉膛壁温过高的问题。然而，无论是壁温升高还是引入烟气再循环，均会导致炉膛的辐射换热量下降以及对流换热量上升。现有的炉膛热力计算方法均只考虑辐射换热，且忽略壁温的影响，这种假设在计算超临界二氧化碳锅炉炉膛时可能存在较大的误差。当热力计算存在较大误差时，将无法获得可靠的热负荷和出口烟气温度等数据，也即难以判断该炉膛结构是否合理并选取合适的钢材。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法，可以精准的分析出超临界二氧化碳锅炉的热力分布，为选取合适的钢材提供可靠的依据。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法，
[0006]将待分析的超临界二氧化碳锅炉炉膛沿烟气行程方向依次划分为多个区；将紧邻炉膛出口的最后一个区设定为炉膛出口区，且炉膛出口区不包含屏式过热器；判断超临界二氧化碳锅炉是否存在灰斗，若是，则将第一个区设定为灰斗所在的区，其中灰斗所在的区即为灰斗区，并将紧邻灰斗区的第二个区作为最大放热区，若否，则最大放热区为第一个区；另外，位于最大放热区与炉膛出口区之间的区为中间区，且最大放热区与炉膛出口区之间有零个或一个或多个中间区；
[0007]所述超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法包括以下步骤，
[0008]S1，设置最大放热区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值；
[0009]S2，设置最大放热区的出口烟气温度假定值；
[0010]S3，根据最大放热区的出口烟气温度假定值，并结合炉膛有效辐射层厚度和最大放热区的炉墙平均热有效系数，计算出最大放热区的炉膛黑度；
[0011]S4，根据最大放热区的出口烟气温度假定值、炉膛受热面平均外壁面温度假定值、炉墙平均热有效系数以及炉膛黑度，并结合最大放热区的烟气对受热面的对流换热系数，
计算出最大放热区的出口烟气温度计算值；
[0012]S5，判断最大放热区的出口烟气温度计算值与出口烟气温度假定值之间的差值是否大于最大放热区出口烟气温度差值预设值；若是，则修改设置的最大放热区的出口烟气温度假定值，并返回至S2循环迭代执行；若否，则执行S6；
[0013]S6，最大放热区的出口烟气温度计算值迭代计算完成后，计算出最大放热区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，并根据最大放热区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，计算出最大放热区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值；
[0014]S7，判断最大放热区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值与炉膛受热面平均外壁面温度假定值之间的差值是否大于最大放热区炉膛受热面平均外壁面温度差值预设值；若是，则修改设置的最大放热区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值，并返回至S1循环迭代执行；若否，则最大放热区的热力分析完成，并执行S8；
[0015]S8，判断是否存在灰斗区；若是，则计算出灰斗区的受热面吸热量，并执行S9；若否，则直接执行S9；
[0016]S9,设置炉膛出口区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值；
[0017]S10，设置炉膛出口区的出口烟气温度假定值；
[0018]S11，根据炉膛出口区的出口烟气温度假定值，并结合炉膛有效辐射层厚度以及炉膛出口区的炉墙平均热有效系数，计算出炉膛出口区的炉膛黑度；
[0019]S12，判断是否存在中间区；若是，则依次执行S13至S24；若否，则依次执行S21至S24；
[0020]S13，基于最大放热区的炉膛黑度以及炉膛出口区的炉膛黑度，采用线性差值的方法计算出各个中间区的炉膛黑度；
[0021]S14，设置当前中间区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值；
[0022]S15，设置当前中间区的出口烟气温度假定值；
[0023]S16，根据当前中间区的出口烟气温度假定值、炉膛受热面平均外壁面温度假定值以及炉膛黑度，并结合当前中间区的进口烟气温度、烟气对受热面的对流换热系数以及炉墙平均热有效系数，计算出当前中间区的出口烟气温度计算值；其中，当前中间区的进口烟气温度为当前中间区的上一个区中出口烟气温度最后一次循环迭代计算时设置的出口烟气温度假定值或计算得到的出口烟气温度计算值；
[0024]S17，判断当前中间区的出口烟气温度计算值与出口烟气温度假定值之间的差值是否大于当前中间区出口烟气温度差值预设值；若是，则修改设置的当前中间区的出口烟气温度假定值，并返回至S15循环迭代执行；若否，则执行S18；
[0025]S18，当前中间区的出口烟气温度计算值迭代计算完成后，计算出当前中间区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，并根据当前中间区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，计算出当前中间区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值；
[0026]S19，判断当前中间区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值与炉膛受热面平均外壁面温度假定值之间的差值是否大于当前中间区炉膛受热面平均外壁面温度差值预设值；若是，则修改设置的当前中间区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值，并返回至S14循环迭
代执行；若否，则当前中间区的热力分析完成，并执行S20；
[0027]S20，基于沿烟气行程方向，判断当前中间区是否为最后一个中间区；若否，则将当前中间区的下一中间区作为当前中间区，并返回至S14循环迭代执行；若是，则中间区的热力分析完成，并执行S21；其中，当前中间区的初始区为紧邻最大放热区的中间区；
[0028]S21，根据炉膛出口区的出口烟气温度假定值、炉膛受热面平均外壁面温度假定值、炉墙平均热有效系数以及炉膛黑度，并结合炉膛出口区的进口烟气温度以及烟气对受热面的对流换热系数，计算出炉膛出口区的出口烟气温度计算值；其中，炉膛出口区的进口烟气温度为炉膛出口区的上一个区中出口烟气温度最后一次循环迭代计算时设置的出口烟气温度假定值或计算得到的出口烟气温度计算值；
[0029]S22，判本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法，其特征在于：将待分析的超临界二氧化碳锅炉炉膛沿烟气行程方向依次划分为多个区；将紧邻炉膛出口的最后一个区设定为炉膛出口区，且炉膛出口区不包含屏式过热器；判断超临界二氧化碳锅炉是否存在灰斗，若是，则将第一个区设定为灰斗所在的区，其中灰斗所在的区即为灰斗区，并将紧邻灰斗区的第二个区作为最大放热区，若否，则最大放热区为第一个区；另外，位于最大放热区与炉膛出口区之间的区为中间区，且最大放热区与炉膛出口区之间有零个或一个或多个中间区；所述超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法包括以下步骤，S1，设置最大放热区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值；S2，设置最大放热区的出口烟气温度假定值；S3，根据最大放热区的出口烟气温度假定值，并结合炉膛有效辐射层厚度和最大放热区的炉墙平均热有效系数，计算出最大放热区的炉膛黑度；S4，根据最大放热区的出口烟气温度假定值、炉膛受热面平均外壁面温度假定值、炉墙平均热有效系数以及炉膛黑度，并结合最大放热区的烟气对受热面的对流换热系数，计算出最大放热区的出口烟气温度计算值；S5，判断最大放热区的出口烟气温度计算值与出口烟气温度假定值之间的差值是否大于最大放热区出口烟气温度差值预设值；若是，则修改设置的最大放热区的出口烟气温度假定值，并返回至S2循环迭代执行；若否，则执行S6；S6，最大放热区的出口烟气温度计算值迭代计算完成后，计算出最大放热区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，并根据最大放热区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，计算出最大放热区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值；S7，判断最大放热区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值与炉膛受热面平均外壁面温度假定值之间的差值是否大于最大放热区炉膛受热面平均外壁面温度差值预设值；若是，则修改设置的最大放热区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值，并返回至S1循环迭代执行；若否，则最大放热区的热力分析完成，并执行S8；S8，判断是否存在灰斗区；若是，则计算出灰斗区的受热面吸热量，并执行S9；若否，则直接执行S9；S9,设置炉膛出口区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值；S10，设置炉膛出口区的出口烟气温度假定值；S11，根据炉膛出口区的出口烟气温度假定值，并结合炉膛有效辐射层厚度以及炉膛出口区的炉墙平均热有效系数，计算出炉膛出口区的炉膛黑度；S12，判断是否存在中间区；若是，则依次执行S13至S24；若否，则依次执行S21至S24；S13，基于最大放热区的炉膛黑度以及炉膛出口区的炉膛黑度，采用线性差值的方法计算出各个中间区的炉膛黑度；S14，设置当前中间区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值；S15，设置当前中间区的出口烟气温度假定值；S16，根据当前中间区的出口烟气温度假定值、炉膛受热面平均外壁面温度假定值以及炉膛黑度，并结合当前中间区的进口烟气温度、烟气对受热面的对流换热系数以及炉墙平均热有效系数，计算出当前中间区的出口烟气温度计算值；其中，当前中间区的进口烟气温
度为当前中间区的上一个区中出口烟气温度最后一次循环迭代计算时设置的出口烟气温度假定值或计算得到的出口烟气温度计算值；S17，判断当前中间区的出口烟气温度计算值与出口烟气温度假定值之间的差值是否大于当前中间区出口烟气温度差值预设值；若是，则修改设置的当前中间区的出口烟气温度假定值，并返回至S15循环迭代执行；若否，则执行S18；S18，当前中间区的出口烟气温度计算值迭代计算完成后，计算出当前中间区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，并根据当前中间区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，计算出当前中间区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值；S19，判断当前中间区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值与炉膛受热面平均外壁面温度假定值之间的差值是否大于当前中间区炉膛受热面平均外壁面温度差值预设值；若是，则修改设置的当前中间区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值，并返回至S14循环迭代执行；若否，则当前中间区的热力分析完成，并执行S20；S20，基于沿烟气行程方向，判断当前中间区是否为最后一个中间区；若否，则将当前中间区的下一中间区作为当前中间区，并返回至S14循环迭代执行；若是，则中间区的热力分析完成，并执行S21；其中，当前中间区的初始区为紧邻最大放热区的中间区；S21，根据炉膛出口区的出口烟气温度假定值、炉膛受热面平均外壁面温度假定值、炉墙平均热有效系数以及炉膛黑度，并结合炉膛出口区的进口烟气温度以及烟气对受热面的对流换热系数，计算出炉膛出口区的出口烟气温度计算值；其中，炉膛出口区的进口烟气温度为炉膛出口区的上一个区中出口烟气温度最后一次循环迭代计算时设置的出口烟气温度假定值或计算得到的出口烟气温度计算值；S22，判断炉膛出口区的出口烟气温度计算值与出口烟气温度假定值之间的差值是否大于炉膛出口区出口烟气温度差值预设值；若是，则修改设置的炉膛出口区的出口烟气温度假定值，并返回至S10循环迭代执行；若否，则执行S23；S23，炉膛出口区的出口烟气温度计算值迭代计算完成后，计算出炉膛出口区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，并根据炉膛出口区的炉膛受热面平均热负荷、管内超临界二氧化碳平均温度以及管内超临界二氧化碳对流传热系数，计算出炉膛出口区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值；S24，判断炉膛出口区的炉膛受热面平均外壁面温度计算值与炉膛受热面平均外壁面温度假定值之间的差值是否大于炉膛出口区炉膛受热面平均外壁面温度差值预设值；若是，则修改设置的炉膛出口区的炉膛受热面平均外壁面温度假定值，并返回至S9循环迭代执行；若否，则炉膛出口区的热力分析完成并结束，即完成炉膛热力分析。2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法，其特征在于：令区域A为最大放热区或炉膛出口区，则区域A的炉膛黑度的具体计算过程为，根据炉膛有效辐射层厚度和区域A的出口烟气温度假定值，计算出区域A的三原子气体发射率；基于朗伯比尔定律，根据炉膛有效辐射层厚度和区域A的三原子气体发射率，计算出区域A的气体辐射减弱系数；对于气体和液体燃料，根据区域A的出口烟气温度假定值计算出区域A的炭黑粒子辐射
减弱系数；对于固体燃料，根据区域A的出口烟气温度假定值计算出区域A的灰粒子辐射减弱系数和焦炭粒子辐射减弱系数；根据区域A的气体辐射减弱系数、炭黑粒子辐射减弱系数、灰粒子辐射减弱系数以及焦炭粒子辐射减弱系数，计算出区域A的火焰黑度；根据炉墙平均热有效系数和区域A的火焰黑度，计算出区域A的炉膛黑度。3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法，其特征在于：炉膛有效辐射层厚度的计算公式为，区域A的三原子气体发射率的计算公式为，且区域A的气体辐射减弱系数的计算公式为，k
gas
＝
‑
ln(1
‑
ε3)/P3s；具体的，s为有效辐射层厚度，V为炉膛的总容积，F为炉膛的总炉墙面积；ε3为区域A的三原子气体发射率，k
i
为第i种灰气体的吸收系数，a
ε,i
(T)为第i种灰气体的加权因子，a
ε,0
(T)为透明气体的加权因子，I为灰气体数，J为多项式数，b
ε,i,j
为第i种灰气体的第j项式的系数，P3为三原子气体的分压，T为出口烟气温度假定值；k
gas
为区域A的气体辐射减弱系数。4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳锅炉炉膛热力分析方法，其特征在于：中间区的炉膛黑度计算公式为，其中，a(n)为第n区的炉膛黑度,具体的，第n区为中间区；a
out
为炉膛出口区的炉膛黑度，a
max
为最大放热区的炉膛黑度，N为最大放热区、中间区和炉膛出口区的总个数，n
m...

【专利技术属性】
技术研发人员：向军，朱萌，陈磊，周琳刚，苏胜，胡松，许凯，李艾书，王灿，汪一，徐俊，江龙，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：