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华中科技大学娄春教授团队提出了一种基于辐射反问题求解的大型炉膛内辐射熵产、熵产数、辐射的试验测量方法，利用CCD相机获取炉膛火焰图像，通过辐射传递反问题求解获得大型燃煤锅炉内温度分布及辐射特性参数，带入辐射熵产模型中获得燃烧介质及壁面的辐射熵产，并在一台200 MW发电机组的670 t/h亚临界燃煤锅炉开始试验，对同一负荷工况下不同炉膛高度的试验结果进行炉内辐射传热分析。
引文格式
李智，张仲侬，娄春.大型燃煤锅炉内辐射熵产及辐射试验研究[J].洁净煤技术，2019，25(3):88-93.
LI Zhi,ZHANG Zhongnong,LOU Chun.Experimental investigation on radiative entropy generation and radiative exergy in a large coal-fired boiler[J].Clean Coal Technology，2019，25(3):88-93.
李 智，张仲侬，娄 春
作者单位
华中科技大学 煤燃烧国家重点实验室
摘要
为了研究燃煤炉膛内辐射传热效率，达到节约能源，降低污染物排放的目的，提出一种大型炉膛内辐射熵产及辐射的试验测量方法，并应用于一台200 MW发电机组的670 t/h燃煤锅炉上。通过在锅炉上安装CCD相机获取炉内辐射图像，基于辐射反问题求解方法重建炉膛底部、燃烧器区域及炉膛出口3个截面的炉内温度分布及辐射特性，进而获得炉内煤粉燃烧介质和水冷壁的辐射熵产、辐射熵产数及辐射，并分析了炉内温度分布的均匀性及壁面辐射热流对燃煤锅炉内辐射熵产和辐射的影响。
结果表明，随着燃煤锅炉内温度分布均方差增大，煤粉燃烧介质吸收、发射及散射过程的不可逆性增大，辐射传热效率越低，燃烧介质产生的辐射熵产从419 W/K增至629 W/K，辐射熵产数从0.048增至0.067；随着水冷壁面热流增大，水冷壁面辐射传热过程的不可逆性增大，辐射传热效率降低，水冷壁产生的辐射熵产从1.566 kW/K增至4.575 kW/K，辐射熵产数从0.258增大至0.346；在燃煤锅炉的燃烧器区域，由于燃烧温度相对最高，其辐射换热过程相对最剧烈，有用功相对最多，因而辐射相对最大；而对于温度相对最低的炉膛出口区域，其辐射换热过程相对最弱，有用功相对最少，因而辐射相对最小。由此可见，对于实际炉膛而言，提高炉膛内温度场的均匀性，尤其是提高炉膛燃烧器区域内温度场的均匀性，对于提高燃煤炉膛辐射传热效率具有重要的意义。
文中插图
图1 燃煤锅炉炉膛及试验设备
图2 3个截面下炉内温度分布和局部辐射熵产分布
图3 3个截面炉内辐射熵产、温度均方差和水冷壁辐射热流
图4 3个截面炉内辐射熵产数、温度均方差和水冷壁辐射热流
图5 3个截面下的炉内辐射
结论
1）基于大型燃煤锅炉内温度分布及辐射特性重建结果及辐射熵产计算模型，提出一种大型炉膛内辐射熵产、熵产数、辐射的试验测量方法。
2）随着燃煤锅炉内温度分布均方差增大，煤粉燃烧介质吸收、发射及散射过程的不可逆性增大，辐射传热效率降低，产生的辐射熵产数从419 W/K增至629 W/K，辐射熵产数从0.048增至0.067；随着水冷壁面热流从增大，水冷壁面辐射传热过程的不可逆性增大，辐射传热效率降低，其产生的辐射熵产从1.566 kW/K增至4.575 kW/K，辐射熵产数从0.258增至0.346。燃煤锅炉炉膛压力波动范围
3）在燃煤锅炉的燃烧器区域，由于燃烧温度相对最高，其辐射换热过程最为剧烈，有用功最多，因而辐射最大;而对于温度相对最低的炉膛出口区域，其辐射换热过程相对最弱，有用功相对最少，因而辐射相对最小。
4）对于大型燃煤锅炉的实际运行，可通过提高炉膛温度分布的均匀性，尤其是燃烧器区域温度分布的均匀性，达到提高炉膛的辐射换热效率，减少有用功损失的目的。