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燃煤電廠煤粉燃燒過程中輻射傳熱計算方法研究進展與展望

劉鵬宇1, 李德波2, 劉彥豐1, 陳兆立2, 廖宏楷2, 馮永新2    

1. 華北電力大學 動力工程系，河北 保定 071003;

2. 南方電網電力科技股份有限公司，廣東 廣州 510080

摘要：輻射傳熱是燃煤電廠煤粉燃燒過程中最主要的傳熱方式，其數值計算的方法和模型精度是開展爐內火焰及受熱面溫度監測的重要影響因素。綜述了區域法、離散坐標法、離散傳遞法、蒙特卡洛法和DRESOR法等輻射傳熱計算方法的機理、優缺點及應用，并基于現役火電機組的工程實際需要對各方法進行總結和展望。研究結果表明：區域法應進一步簡化直接交換面積的計算，并開發改進算法或與其他方法耦合，以應用于非灰體和散射性介質的輻射傳熱計算中；離散坐標法、離散傳遞法應在原模型基礎上進行改進，以應用于工程實際；蒙特卡洛法應基于商業計算流體力學數值模擬后的爐內溫度計算結果來開展研究；DRESOR法具有良好的應用前景，應多基于現役火電機組開展輻射傳熱計算方面的研究。

基金項目：國家自然科學基金重點項目

作者簡介：                                         

 ★  劉鵬宇, 李德波, 劉彥豐, 等. 燃煤電廠煤粉燃燒過程中輻射傳熱計算方法研究進展與展望[J]. 廣東電力, 2022, 35(4): 11-20. 

LIU Pengyu, Li Debo, LIU Yanfeng, et al. Research Progress and Prospect of Radiative Heat Transfer Calculation Method in Pulverized Coal Combustion Process on Coal-fired Power Plant[J]. Guangdong Electric Power, 2022, 35(4): 11-20. 

     氣候變化是我國乃至世界所面臨的最嚴重挑戰之一。目前煤炭資源仍是我國能源消費的主體，據統計，2020年煤炭占我國一次能源生產近7成，消費的一半以上，而我國目前發電結構仍然以火力發電為主，80%的CO2排放來自電力和工業部門。為實現我國向世界承諾的碳達峰、碳中和目標，我國能源政策逐漸向風電、水電和核電等清潔能源發電方式傾斜。但清潔能源具有隨機性、間歇性和不穩定性等特點，造成清潔能源大規模并網難以消納和電網調峰難題，因此，目前仍為我國主力發電形式的燃煤火力發電須承擔電網調峰的重任。

    開展爐內火焰監視需要電荷耦合器提供的高分辨率輻射圖像，通過數值計算方法來分析得出爐膛內各受熱面的溫度分布情況，因此需要采用能夠提供爐內高分辨率圖像的輻射傳熱模型。典型煤粉爐中90%以上的熱量以輻射傳熱的形式進行，因此鍋爐機組爐膛內輻射傳熱數值計算方法是目前研究的重要方向。

     本文介紹燃煤電廠鍋爐機組中輻射傳熱計算的基本方程及其假設，指出困擾輻射傳遞方程求解的難題，對基于求解受熱面熱流密度的輻射傳熱模型和基于空間方向的輻射傳熱模型進行綜述和討論，從獲得精確的壁面熱流和高方向分辨率輻射強度2個方面展開分析，為精確、動態掌握爐膛燃燒情況提供理論依據。