[发明专利]一种燃气锅炉热效率的预测方法

权利要求书

1.一种燃气锅炉热效率的预测方法，其特征在于，包括：

S1、现场数据采集试验，获取燃气锅炉多个不同负荷下的实时运行参数，根据参数分别计算得到多个不同低负荷下的燃气锅炉热效率 ；

S2、数值模拟仿真，对燃气锅炉进行多个不同低负荷下的数值模拟研究，建立初始模拟模型，在初始模拟模型中输入对应负荷下锅炉的燃气量、给风量、燃气温度以及给水侧温度，通过初始模拟模型得到不同负荷下锅炉的排烟温度、排烟组分，分别计算得到多个不同负荷下的燃气锅炉热效率；

S3、将S2中数值模拟仿真结果与S1中现场试验结果进行比较，对初始模拟模型进行修正，得到修正模拟模型；

S4、通过修正模拟模型，对相应的燃气锅炉额定负荷下运行进行数值模拟，得到额定负荷下的排烟温度及排烟组分，计算得到该燃气锅炉额定负荷运行下的热效率；

所述S2还包括：

S2.1、构建几何模型，根据燃气锅炉的实际结构构建几何模型，其中构建几何模型区域包括燃烧器、波纹炉胆、回程烟道和节能器至排烟出口段；

S2.2、对几何模型进行网格划分；

S2.3、通过基本守恒方程、湍流流动模型、气相湍流燃烧模型、辐射换热模型和NO_x生成模型对网格划分后的燃气锅炉整体燃烧过程进行多个不同负荷下数值模拟计算；

湍流流动模型采用模型；气相湍流燃烧模型采用混合分数-概率密度函数模型；辐射换热模型采用灰气体加权平均模型；

其中：

湍流流动模型为标准模型，在该模型中涡粘性系数采用湍动能和湍动能耗散率来确定，确定关系式如下：

；

式中：为湍动能，为湍动能耗散率，为模型系数，通常取0.09；和由各自的输运方程确定，其中的输运方程为

；

式中：；

的输运方程为

；

式中各经验系数的取值分别为：。

2.根据权利要求1所述的燃气锅炉热效率的预测方法，其特征在于：

所述S2.2中，对几何模型进行网格划分，其中对燃气锅炉的主燃区，包括燃烧器、波纹炉胆采用结构化网格和非结构化网格进行网格划分，对于回程烟道和节能器至排烟出口段采用非结构化网格进行网格划分。

3.根据权利要求2所述的燃气锅炉热效率的预测方法，其特征在于：

所述S3中，对初始模拟模型进行修正，包括：

现场试验中的沿程温度、排烟温度和排烟组分与模拟仿真中的沿程温度、排烟温度和排烟组分的对比、核查；

核查锅炉的燃烧方式、配风方式、边界条件输入以及根据现场数据修正湍流流动模型、气相湍流燃烧模型、辐射换热模型、NO_x生成模型。

4.根据权利要求3所述的燃气锅炉热效率的预测方法，其特征在于：

NO_x生成模型中，NO_x的求解是在数值模拟得到炉内流场、温度场和组分分布之后，独立进行；在NO_x的求解过程中，需要独立编写函数程序，建立并计算NO_x与CH_i和CO的化学反应，计算NO_x生成模型。

5.根据权利要求1所述的燃气锅炉热效率的预测方法，其特征在于：

现场试验计算燃气锅炉的热效率中，锅炉效率计算标准方法依据《GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程》进行计算；

现场数据采集，包括在锅炉内沿锅炉气流路径安装温度传感器，建立温度测定点，在锅炉排烟处安装烟气分析仪，建立烟气组分测点；

现场所采集的锅炉实时运行参数包括：沿气流方向多测点温度、排烟温度、排烟氧量、排烟CO浓度、排烟CO₂浓度，排烟氮氧化物浓度、排烟硫氧化物浓度。

6.根据权利要求5所述的燃气锅炉热效率的预测方法，其特征在于：

在锅炉内沿锅炉气流路径温度测定中，每间隔一定距离选取一平面，在选取的平面的边缘处均布4个温度传感器，建立4个温度测点，取4个温度测点的平均值作为计算中的温度值；同时，在选取的平面中建立烟气组分测点，测得平面处烟气的具体成分。

7.根据权利要求1-6任一项所述的燃气锅炉热效率的预测方法，其特征在于：

当不同负荷下的所述与所述的误差2%时，无需对初始模拟模型进行修正；当不同负荷下的所述与所述的误差≥2%时，需要修正初始模拟模型，使不同负荷下的所述与所述的误差2%，得到修正模拟模型，利用修正模拟模型得到锅炉的排烟温度和排烟组分，并依据《GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程》计算锅炉的热效率。