华北电力大学 刘鹏宇，南网科技 李德波 等：燃煤电厂煤粉燃烧过程中辐射传热计算方法研究进展与展望
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专家意见
燃煤火力发电依然是电力生产的主力军，而典型煤粉炉中90%以上的热量以辐射传热的形式进行，因此对锅炉机组炉膛内辐射传热数值计算方法研究是目前研究的重要方向。文章对燃煤电厂锅炉机组中辐射传热计算的基本方程及其假设进行介绍并指出了困扰辐射传递方程求解的困难之处；接着，对基于求解受热面热流密度的辐射传热模型以及基于空间方向的辐射传热模型进行了综述和展望。并列举了计算案例并对不同模型作了比较分析。
文章发表在《广东电力》2022年4期。欢迎广大读者阅读。可点击文后“阅读原文”，登录我刊网站免费下载PDF文章。
文章精选
燃煤电厂煤粉燃烧过程中辐射传热计算方法研究进展与展望
刘鹏宇1, 李德波2, 刘彦丰1, 陈兆立2, 廖宏楷2, 冯永新2
1. 华北电力大学 动力工程系，河北 保定 071003;
2. 南方电网电力科技股份有限公司，广东 广州 510080
摘要：辐射传热是燃煤电厂煤粉燃烧过程中最主要的传热方式，其数值计算的方法和模型精度是开展炉内火焰及受热面温度监测的重要影响因素。综述了区域法、离散坐标法、离散传递法、蒙特卡洛法和DRESOR法等辐射传热计算方法的机理、优缺点及应用，并基于现役火电机组的工程实际需要对各方法进行总结和展望。研究结果表明：区域法应进一步简化直接交换面积的计算，并开发改进算法或与其他方法耦合，以应用于非灰体和散射性介质的辐射传热计算中；离散坐标法、离散传递法应在原模型基础上进行改进，以应用于工程实际；蒙特卡洛法应基于商业计算流体力学数值模拟后的炉内温度计算结果来开展研究；DRESOR法具有良好的应用前景，应多基于现役火电机组开展辐射传热计算方面的研究。
基金项目：国家自然科学基金重点项目
作者简介：
刘鹏宇(1997)，男，甘肃兰州人，在读硕士研究生，研究方向为煤粉燃烧及污染物控制、燃煤电厂数值模拟、热力计算、壁温和水动力算法，E-mail：ncepulpy@126.com;
李德波(1983)，通信作者，男，湖北宜昌人，教授级高级工程师，博士，研究方向为煤粉燃烧理论研究、数值模拟和现场试验研究，超超临界锅炉调试、试验和技术监督，煤粉燃烧高级数值模拟，大规模并行计算方法和程序开发等，E-mail：ldbyx@126.com
刘彦丰(1965)，男，河北邢台人，教授，硕士生导师，博士，主要研究方向为电站锅炉燃烧技术、强化传热等，E-mail：liuyf100@sina.com
引文信息
★ 刘鹏宇, 李德波, 刘彦丰, 等. 燃煤电厂煤粉燃烧过程中辐射传热计算方法研究进展与展望[J]. 广东电力, 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.
主要内容
研 究 背 景
气候变化是我国乃至世界所面临的最严重挑战之一。目前煤炭资源仍是我国能源消费的主体，据统计，2020年煤炭占我国一次能源生产近7成，消费的一半以上，而我国目前发电结构仍然以火力发电为主，80%的CO2排放来自电力和工业部门。为实现我国向世界承诺的碳达峰、碳中和目标，我国能源政策逐渐向风电、水电和核电等清洁能源发电方式倾斜。但清洁能源具有随机性、间歇性和不稳定性等特点，造成清洁能源大规模并网难以消纳和电网调峰难题，因此，目前仍为我国主力发电形式的燃煤火力发电须承担电网调峰的重任。
存在问题
开展炉内火焰监视需要电荷耦合器提供的高分辨率辐射图像，通过数值计算方法来分析得出炉膛内各受热面的温度分布情况，因此需要采用能够提供炉内高分辨率图像的辐射传热模型。典型煤粉炉中90%以上的热量以辐射传热的形式进行，因此锅炉机组炉膛内辐射传热数值计算方法是目前研究的重要方向。
本文研究内容
本文介绍燃煤电厂锅炉机组中辐射传热计算的基本方程及其假设，指出困扰辐射传递方程求解的难题，对基于求解受热面热流密度的辐射传热模型和基于空间方向的辐射传热模型进行综述和讨论，从获得精确的壁面热流和高方向分辨率辐射强度2个方面展开分析，为精确、动态掌握炉膛燃烧情况提供理论依据。
