論文推薦｜姚禹歌等：煤燃燒成灰髮射率研究進展頭條網

2021-03-24 14:05:10 佚名

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創新點

全面總結了煤灰髮射率的主要影響因素和預測模型，系統性地概述煤灰髮射率的研究現狀。煤灰髮射率主要影響因素包括：波長、溫度、表面狀態和化學組成，然而目前有關煤灰髮射率的研究大多基於定性而非定量。對於煤灰髮射率的預測模型按照建立方式的不同可分為兩類：基於物理過程建立的預測模型，或在實驗數據的基礎上得到的經驗或半經驗模型。前者形式複雜，需要更多參數的確定；後者便於計算，但是應用範圍較小，不具有普適性。因此在未來的研究中，煤灰髮射率的測量和數據庫的建立，對於為實際應用中煤灰髮射率的確定和預測模型的進一步完善是必要的。

作者

姚禹歌1,蔣苓1,張縵1,楊海瑞1,呂俊復1,何維2,周棋2

作者單位

1. 清華大學能源與動力工程系；2. 東方鍋爐股份有限公司清潔燃燒與煙氣淨化四川省重點實驗室

研究背景

煤炭是中國的基礎能源。煤燃燒後其中的礦物質形成底渣和飛灰,煙氣中的飛灰影響著煙氣對受熱面的熱輻射特性。經過長期的運行,粉塵會沉積附著在水冷壁、過熱器、再熱器等受熱面管壁表面,形成灰汙層。灰汙層的形成,在高溫火焰和受熱面之間構成了一層導熱熱阻,同時改變管壁表面的輻射換熱特性,進而影響管內工質的換熱和流動狀態,對機組的經濟性甚至安全性產生影響。煤粉燃燒中,爐膛傳熱主要是以輻射換熱的形式進行的,火焰和煙氣中粉塵的輻射特性對此有重要影響,因此灰的發射率的確定對於煤粉鍋爐的數值模擬、設計與運行有著重要的意義。

相比於燃燒優質動力煤的煤粉鍋爐,循環流化床鍋爐可以燃用劣質煤,煤中的灰分對於循環流化床燃燒的循環物料具有至關重要的作用,煤灰髮射率也是CFB主循環迴路內傳熱研究的重要參數,尤其是某些事故條件下顆粒堆積向受熱面的輻射,危及設備安全,因此煤灰髮射率的研究具有重要意義。人們對這個問題已經有一些研究,筆者對此問題的國內外研究進行綜述。

摘要

煤燃燒成灰髮射率是爐內傳熱的重要參數,對於電站鍋爐的設計與安全運行均有重要意義。為了系統性地概述煤灰髮射率的研究現狀,為實際應用中煤灰髮射率的確定提供參考,總結了煤灰髮射率的主要影響因素和預測模型。煤灰髮射率主要影響因素包括:波長、溫度、表面狀態和化學組成。煤灰不是灰體,其光譜發射率隨波長變化。

波長與表面狀態是煤灰光譜發射率的主要影響因素;溫度與表面狀態是煤灰總髮射率的主要影響因素。Fe元素是主要影響煤灰髮射率的化學元素,然而化學組成對於煤灰髮射率的影響相對較小,並取決於波長、溫度和表面狀態。目前關於煤灰髮射率影響因素的研究大多屬於定性研究,難以給出具有普適性的定量結論。

煤灰髮射率的預測模型可以分為兩類,一類是基於物理過程建立的預測模型,一類是基於實驗數據得到的經驗模型和半經驗模型。前者涉及到散射相關的計算和光學常數的選取,較為複雜;後者雖然具有形式較為簡單的表達式,便於計算,但是有較多特定的限制條件,應用範圍相對較小。目前還幾乎沒有同時涵蓋多種影響因素,可以廣泛應用的經驗模型或半經驗模型,因此煤灰髮射率的測量是必要的。有關數據的補充,建立起不同種類煤灰和主要成分發射率的數據庫,對於實際應用和預測模型的完善都會有很大幫助。

文中圖片

一種煤灰樣品光譜發射率的測量結果

表面溫度對於一種煤灰總半球發射率的影響

表面溫度對於一種煤灰光譜發射率的影響

BHATTACHARYA提出的光譜發射率模型

來源：

姚禹歌,蔣苓,張縵,等.煤燃燒成灰髮射率研究進展[J].煤炭學報,2020,45(3):1170-1178.

YAO Yuge,JIANG Ling,ZHANG Man,et al. Research progress review on the emittance of the ash from coal combustion[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(3):1170-1178.

責任編輯：常明然

編輯整理：郭曉煒

審核：常琛

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