一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法及装置.pdf

本发明实施例公开了一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法及装置。本实施例中，通过迭代计算，使得燃烧产物成分趋于稳定、求得的锅炉的燃料消耗量，传热计算，求得锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度的过程实现了富氧燃烧煤粉锅炉热力计算，解决了目前由于富氧燃烧技术与常规空气燃烧技术存在着一定的差别，常规空气燃烧技术导致的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算不够精确的技术问题。

1.一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法，其特征在于，包括：
S1：根据获取到的参数，对燃料和燃烧产物特性进行迭代计算，使得燃烧产物成分趋于
稳定；
S2：预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度，根据所述
预置的锅炉排烟温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行锅炉热平衡计算，从而求得锅炉
的燃料消耗量；
S3：根据所述求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向对各换热部件进行传热计算，
求得锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度；
S4：将所述求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与所述预置的过热蒸汽温度、再热蒸汽
温度进行相减，求得第一差值和第二差值；
若满足所述第一差值不大于预置第一偏差，且所述第二差值不大于预置第二偏差，则
执行S5；
若不满足，则对所述求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调节，若有调节裕量，则
执行S3；若无，则执行S2；
S5：将所述求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与所述预置的锅炉排烟温度、再循
环热烟气温度进行相减，求得第三差值和第四差值；
若满足所述第三差值不大于预置第三偏差，且所述第四差值不大于预置第四偏差，则
输出计算结果报告；
若不满足，则执行重新执行S2，重新预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度，并进行计
算直至满足要求。
2.根据权利要求1所述的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法，其特征在于，所述参数包
括：富氧燃烧锅炉结构参数、燃料参数、烟气再循环方式及相关热力参数。
3.根据权利要求1所述的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法，其特征在于，所述根据所述
求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向对各换热部件进行传热计算，求得锅炉排烟温
度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度具体为：
根据所述求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向依次对锅炉炉膛辐射换热、屏、高
温对流受热面、尾部低温受热面积空气预热器进行传热计算，求得锅炉排烟温度、再循环热
烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度。
4.根据权利要求1所述的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法，其特征在于，所述S4中对所
述求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调节具体为：
调整喷水减温量或烟气挡板从而对所述求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调
节。
5.根据权利要求3所述的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法，其特征在于，所述对锅炉炉
膛辐射换热进行传热计算包括对三原子辐射减弱系数进行了修正。
6.根据权利要求5所述的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法，其特征在于，所述三原子辐
射减弱系数k_q的计算公式为：
$k_q=(\frac{7.8+16r_{H_{2}O}}{\sqrt{10{\mathrm{pr}}_{n}s}}-1)(1-0.37\×{10}^{-3}{T}_f^{\′\′})r_n$
其中，为烟气中三原子气体的总容积份额；为烟气中水蒸汽容积份
额；p为炉膛内的压力，单位为MPa；s为有效辐射层厚度，单位为m；T″_f为炉膛出口烟气温度，
单位为K。
7.根据权利要求6所述的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法，其特征在于，修正系数Δk
的计算公式为：
$\mathrm{\Δ}k=(\frac{\mathrm{\ξ}}{10.7+101\mathrm{\ξ}}-0.089{\mathrm{\ξ}}^{10.4}){\mathrm{\λ}}^{2.76}$
其中，为烟气中水蒸气分压力与水蒸气和二氧
化碳分压力之和的比值。
8.一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算装置，其特征在于，包括：
第一计算单元，用于根据获取到的参数，对燃料和燃烧产物特性进行迭代计算，使得燃
烧产物成分趋于稳定；
第二计算单元，用于预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽
温度，根据所述预置的锅炉排烟温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行锅炉热平衡计算，
从而求得锅炉的燃料消耗量；
第三计算单元，用于根据所述求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向对各换热部
件进行传热计算，求得锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度；
第四计算单元，用于将所述求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与所述预置的过热蒸
汽温度、再热蒸汽温度进行相减，求得第一差值和第二差值；
若满足所述第一差值不大于预置第一偏差，且所述第二差值不大于预置第二偏差，则
触发第五计算单元；
若不满足，则对所述求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调节，若有调节裕量，则
再次触发第三计算单元；若无，则再次触发第二计算单元；
第五计算单元，用于将所述求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与所述预置的锅
炉排烟温度、再循环热烟气温度进行相减，求得第三差值和第四差值；
若满足所述第三差值不大于预置第三偏差，且所述第四差值不大于预置第四偏差，则
输出计算结果报告；
若不满足，则执行再次触发第二计算单元，重新预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温
度，并进行计算直至满足要求。
9.根据权利要求8所述的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算装置，其特征在于，所述第四计算
单元包括：
第一计算子单元，用于将所述求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与所述预置的过热
蒸汽温度、再热蒸汽温度进行相减，求得第一差值和第二差值；
第一判断子单元，用于判断是否满足所述第一差值不大于预置第一偏差，且所述第二
差值不大于预置第二偏差。
10.根据权利要求8所述的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算装置，其特征在于，所述第五计
算单元包括：
第二计算子单元，用于将所述求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与所述预置的
锅炉排烟温度、再循环热烟气温度进行相减，求得第三差值和第四差值；
第二判断子单元，用于判断是否满足所述第三差值不大于预置第三偏差，且所述第四
差值不大于预置第四偏差。

一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法及装置

技术领域

本发明涉及电站煤粉富氧燃烧领域，尤其涉及一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方
法及装置。

背景技术

目前针对燃煤电站锅炉CO₂减排的技术路线主要分为三种：燃烧前捕集，在现有
IGCC系统中的气化炉之后增加转化器，将气化气中的CO转化为CO₂后进行捕集，剩余的低碳
可燃气体可用于燃气轮机做功或用于化工原料。燃烧后捕集，对电站锅炉排放烟气中的CO₂
通过物理、化学或微生物吸收的方法进行捕集。燃烧中捕集，典型的技术是富氧燃烧技术。
富氧燃烧的概念是1982年由Abraham提出的，当时的目的是为了捕集CO₂用于提高原油产
量。

富氧燃烧技术是一种较容易实现CO₂富集及减排的技术。该技术是将纯氧与主要
成分为CO₂的再循环烟气以一定比例混合(混合后的气体称为助燃气或燃烧气)后送入炉膛
与燃料混合燃烧。由于几乎杜绝了传统燃烧方式中的氮气，富氧燃烧产生烟气中的CO₂浓度
较高。燃烧产生的含高浓度CO₂的烟气，一部分以再循环方式与纯氧混合后进入炉膛，用于
干燥、输送燃料和控制炉膛燃烧温度；另一部分则经过相对简易的除杂处理后，如冷凝、干
燥等，即可直接进入压缩设备进行CO₂储存。该技术既适用于电厂旧锅炉改造，也可用于新
建锅炉，具有成本低、可靠性高，与现有锅炉燃烧技术继承性好的优点，也是最容易被传统
发电企业接受的CO₂减排技术路线。

富氧燃烧技术特点

(1)烟气再循环方式

与常规空气燃烧锅炉相比，富氧燃烧锅炉需额外增加空气分离装置、再循环烟气
系统、烟气冷凝脱水设备以及CO₂压缩储存装置等。富氧燃烧技术使用烟气循环将O₂浓度降
低而不直接使用纯氧的原因是要控制炉膛火焰温度不至于太高。其中，再循环烟气系统存
在两种再循环方式，即干烟气再循环和湿烟气再循环(也有文献称为冷循环和热循环)。无
论是干烟气再循环方式还是湿烟气再循环方式，都需将再循环烟气分为两部分，即一次再
循环烟气和二次再循环烟气。由于一次再循环烟气用于干燥与输送煤粉，因此，一次再循环
烟气经过除尘器后必须经冷凝器脱除其中大部分的水分。然而，二次再循环烟气主要用于
控制炉膛燃烧温度以及满足受热面的换热要求，它有两种循环方式。将二次再循环烟气经
过除尘器后直接送入锅炉炉膛而不脱水的方式称为湿烟气循环；将二次循环烟气经过除尘
器并且脱水后送入锅炉炉膛的方式称为干烟气循环。两种烟气再循环方式具有以下优缺
点：

1)干烟气再循环方式的优点：二次再循环烟气中水蒸气容积份额小，锅炉燃烧产
生的烟气中CO₂纯度高，有利于CO₂的富集；烟气中水蒸气份额小，有利于防止尾部低温受热
面的低温腐蚀。干烟气循环方式的缺点：二次再循环烟气需经冷凝器冷却脱水，使得这部分
烟气中的热量在冷凝器中释放而白白浪费，降低了能源利用效率；此外，冷凝器除需要冷凝
一次再循环烟气之外，还需处理二次再循环烟气，增大了冷凝器的投资和运行成本。

2)湿烟气再循环方式的优点：与干烟气再循环方式相比，二次再循环烟气直接来
源于除尘器出口，此时烟气温度较高，将高温二次再循环烟气送入锅炉有利于提高能源利
用效率；二次再循环烟气不需要经过冷凝器冷凝脱水，冷凝器的烟气处理量减少(只需冷凝
一次再循环烟气)，冷凝器的投资和运行费用相对较低。湿烟气循环方式的缺点：二次再循
环烟气中水蒸气容积份额大，锅炉燃烧产生的烟气中CO₂纯度相对较低，不利于CO₂的富集；
烟气中水蒸气份额大，容易使尾部低温受热面产生低温腐蚀。

3)此外，烟气再循环方式不同，使得燃烧产生的烟气成分不同，从而导致烟气的物
性参数有所区别，进而导致烟气的辐射和对流换热特性不同。

(2)燃料燃烧及烟气特性

与常规空气燃烧方式不同，富氧燃烧方式下，送入炉膛的助燃气(燃烧气)由纯氧
和再循环烟气混合而成。空气燃烧方式下的燃料燃烧计算方法、烟气焓值计算方法均不再
适用于富氧燃烧方式下的燃料燃烧计算、烟气焓值计算。需对富氧燃烧锅炉燃料燃烧计算
方法和烟气焓值计算方法展开研究。

空气燃烧条件下，实际烟气的物性参数是在采用水蒸气份额等参数对平均成分烟
气的物性参数进行修正的基础上得到的。但是，富氧燃烧条件下，烟气的成分远偏离平均成
分烟气(ω_v＝0.11，)，此时，不能采用此方法计算烟气物性参数(运动粘度、导热
系数和普朗特数等)。

(3)富氧燃烧锅炉热平衡计算

富氧燃烧锅炉热平衡计算方法与常规锅炉热平衡方法相似，存在同样的热损失项
(排烟热损失、机械不完全燃烧热损失、化学不完全燃烧热损失、散热损失及其他热损失
项)，仅有部分细节方面存在不一样。例如，由于两种燃烧方式下氧化剂中的氧气浓度不一
样，会导致机械不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失不同。

(4)烟气传热特性

富氧燃烧方式与空气燃烧方式下产生烟气的最大区别在于烟气中CO₂和N₂的含量
不同，富氧燃烧锅炉中的烟气以CO₂(一般高达80％以上)为主，空气燃烧锅炉中的烟气以N₂
为主。CO₂与N₂的主要区别：CO₂分子密度大于N₂分子密度，故富氧燃烧产生的烟气密度大于
空气燃烧产生的烟气密度；CO₂比热大于N₂比热，1200K时CO₂比热是N₂比热的1.6倍；CO₂是三
原子气体，其辐射能力强于N₂；O₂在CO₂气氛中的扩散系数小于其在N₂气氛中的扩散系数。

由于富氧燃烧条件下三原子气体的浓度增加、烟气体积较小导致灰粒子浓度提高
等原因，将使得富氧燃烧条件下炉内辐射能力大于空气燃烧条件下。由于辐射能力的增强，
使富氧燃烧锅炉炉膛达到同样的辐射换热效果，其火焰温度可低于空气燃烧。此外，烟气具
有更强的换热能力，对于对流受热面而言，在同样的受热面结构下，虽然烟气量减少流速降
低，但是其传热系数仍增大，故受热面的传热量更大，受热面出口烟温减低。由以上分析可
知，富氧燃烧锅炉中烟气的辐射和对流传热特性都与空气燃烧锅炉有一定的差别。

综上可知，富氧燃烧技术与常规空气燃烧技术存在着一定的差别，要实现富氧燃
烧技术的大规模工业化应用，仍然面临着许多挑战，常规空气燃烧技术导致了富氧燃烧煤
粉锅炉热力计算不够精确的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法及装置。本实施例中，
通过迭代计算，使得燃烧产物成分趋于稳定、求得的锅炉的燃料消耗量，传热计算，求得锅
炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度的过程实现了富氧燃烧煤
粉锅炉热力计算，解决了目前由于富氧燃烧技术与常规空气燃烧技术存在着一定的差别，
常规空气燃烧技术导致的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算不够精确的技术问题。

本发明实施例提供了一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法，包括：

S1：根据获取到的参数，对燃料和燃烧产物特性进行迭代计算，使得燃烧产物成分
趋于稳定；

S2：预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度，根据
所述预置的锅炉排烟温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行锅炉热平衡计算，从而求得
锅炉的燃料消耗量；

S3：根据所述求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向对各换热部件进行传热
计算，求得锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度；

S4：将所述求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与所述预置的过热蒸汽温度、再热
蒸汽温度进行相减，求得第一差值和第二差值；

若满足所述第一差值不大于预置第一偏差，且所述第二差值不大于预置第二偏
差，则执行S5；

若不满足，则对所述求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调节，若有调节裕
量，则执行S3；若无，则执行S2；

S5：将所述求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与所述预置的锅炉排烟温度、
再循环热烟气温度进行相减，求得第三差值和第四差值；

若满足所述第三差值不大于预置第三偏差，且所述第四差值不大于预置第四偏
差，则输出计算结果报告；

若不满足，则执行重新执行S2，重新预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度，并进
行计算直至满足要求。

优选地，所述S1中获取到的参数包括：富氧燃烧锅炉结构参数、燃料参数、烟气再
循环方式及相关热力参数。

优选地，所述根据所述求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向对各换热部件
进行传热计算，求得锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度具体
为：

根据所述求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向依次对锅炉炉膛辐射换热、
屏、高温对流受热面、尾部低温受热面积空气预热器进行传热计算，求得锅炉排烟温度、再
循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度。

优选地，所述S4中对所述求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调节具体为：

调整喷水减温量或烟气挡板从而对所述求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进
行调节。

优选地，所述对锅炉炉膛辐射换热进行传热计算包括对三原子辐射减弱系数进行
了修正。

优选地，所述三原子辐射减弱系数k_q的计算公式为：

其中，为烟气中三原子气体的总容积份额；为烟气中水蒸汽容积
份额；p为炉膛内的压力，单位为MPa；s为有效辐射层厚度，单位为m；T_f″为炉膛出口烟气温
度，单位为K。

优选地，修正系数Δk的计算公式为：

其中，为烟气中水蒸气分压力与水蒸气
和二氧化碳分压力之和的比值。

优选地，本发明实施例还提供了一种包括富氧燃烧煤粉锅炉热力计算装置：

第一计算单元，用于根据获取到的参数，对燃料和燃烧产物特性进行迭代计算，使
得燃烧产物成分趋于稳定；

第二计算单元，用于预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热
蒸汽温度，根据所述预置的锅炉排烟温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行锅炉热平衡
计算，从而求得锅炉的燃料消耗量；

第三计算单元，用于根据所述求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向对各换
热部件进行传热计算，求得锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温
度；

第四计算单元，用于将所述求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与所述预置的过
热蒸汽温度、再热蒸汽温度进行相减，求得第一差值和第二差值；

若满足所述第一差值不大于预置第一偏差，且所述第二差值不大于预置第二偏
差，则触发第五计算单元；

若不满足，则对所述求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调节，若有调节裕
量，则再次触发第三计算单元；若无，则再次触发第二计算单元；

第五计算单元，用于将所述求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与所述预置
的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度进行相减，求得第三差值和第四差值；

若满足所述第三差值不大于预置第三偏差，且所述第四差值不大于预置第四偏
差，则输出计算结果报告；

若不满足，则执行再次触发第二计算单元，重新预置锅炉排烟温度、再循环热烟气
温度，并进行计算直至满足要求。

优选地，所述第四计算单元包括：

第一计算子单元，用于将所述求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与所述预置的
过热蒸汽温度、再热蒸汽温度进行相减，求得第一差值和第二差值；

第一判断子单元，用于判断是否满足所述第一差值不大于预置第一偏差，且所述
第二差值不大于预置第二偏差。

优选地，所述第五计算单元包括：

第二计算子单元，用于将所述求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与所述预
置的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度进行相减，求得第三差值和第四差值；

第二判断子单元，用于判断是否满足所述第三差值不大于预置第三偏差，且所述
第四差值不大于预置第四偏差。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法及装置，其中，该富氧
燃烧煤粉锅炉热力计算方法包括：S1：根据获取到的参数，对燃料和燃烧产物特性进行迭代
计算，使得燃烧产物成分趋于稳定；S2：预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温
度和再热蒸汽温度，根据所述预置的锅炉排烟温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行锅
炉热平衡计算，从而求得锅炉的燃料消耗量；S3：根据所述求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟
气流程方向对各换热部件进行传热计算，求得锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽
温度和再热蒸汽温度；S4：将所述求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与所述预置的过热蒸
汽温度、再热蒸汽温度进行相减，求得第一差值和第二差值；若满足所述第一差值不大于预
置第一偏差，且所述第二差值不大于预置第二偏差，则执行S5；若不满足，则对所述求得的
过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调节，若有调节裕量，则执行S3；若无，则执行S2；S5：将
所述求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与所述预置的锅炉排烟温度、再循环热烟气
温度进行相减，求得第三差值和第四差值；若满足所述第三差值不大于预置第三偏差，且所
述第四差值不大于预置第四偏差，则输出计算结果报告；若不满足，则执行重新执行S2，重
新预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度，并进行计算直至满足要求。本实施例中，通过迭
代计算，使得燃烧产物成分趋于稳定、求得的锅炉的燃料消耗量，传热计算，求得锅炉排烟
温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度的过程实现了富氧燃烧煤粉锅炉
热力计算，解决了目前由于富氧燃烧技术与常规空气燃烧技术存在着一定的差别，常规空
气燃烧技术导致的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算不够精确的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可
以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算装置的结构示意图；

图3是燃料和燃烧产物特性迭代计算的流程示意图；

图4是空气燃烧锅炉改造为富氧燃烧锅炉时的校核热力计算流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法及装置。本实施例中，
通过迭代计算，使得燃烧产物成分趋于稳定、求得的锅炉的燃料消耗量，传热计算，求得锅
炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度的过程实现了富氧燃烧煤
粉锅炉热力计算，解决了目前由于富氧燃烧技术与常规空气燃烧技术存在着一定的差别，
常规空气燃烧技术导致的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算不够精确的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述
的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域
普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护
的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法，包括：

S1：根据获取到的参数，对燃料和燃烧产物特性进行迭代计算，使得燃烧产物成分
趋于稳定；

燃料燃烧计算是锅炉热力计算的基础，富氧燃烧锅炉燃料燃烧计算有别于常规空
气燃烧锅炉燃料燃烧计算。进行富氧燃烧锅炉燃料燃烧计算时，需要对燃烧产物进行迭代
计算，直至燃烧产物成分趋于稳定，其迭代计算流程如图3所示。其中，获取到的参数包括：
富氧燃烧锅炉结构参数、燃料参数、烟气再循环方式及相关热力参数。

S2：预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度，根据
预置的锅炉排烟温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行锅炉热平衡计算，从而求得锅炉
的燃料消耗量；

燃烧产物成分趋于稳定后，预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度
和再热蒸汽温度，根据预置的锅炉排烟温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行锅炉热平
衡计算，从而求得锅炉的燃料消耗量。

S3：根据求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向对各换热部件进行传热计算，
求得锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度；

以求得的燃料消耗量为基础，沿着烟气流程方向依次对锅炉炉膛辐射换热、屏、高
温对流受热面、尾部低温受热面积空气预热器等进行传热计算，由于省煤器(位于烟气侧流
程尾部位置)出口的工质直接引入到炉膛水冷壁(位于烟气侧流程头部位置)，因此在次步
计算过程中也需要假设省煤器出口工质温度。

S4：将求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与预置的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度
进行相减，求得第一差值和第二差值；

若满足第一差值不大于预置第一偏差，且第二差值不大于预置第二偏差，则执行
S5；

若不满足，则对求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调节，若有调节裕量，则
执行S3；若无，则执行S2；

在本实施例中，是通过调整喷水减温量或烟气挡板从而对求得的过热蒸汽温度和
再热蒸汽温度进行调节。

S5：将求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与预置的锅炉排烟温度、再循环热
烟气温度进行相减，求得第三差值和第四差值；

若满足第三差值不大于预置第三偏差，且第四差值不大于预置第四偏差，则输出
计算结果报告；

若不满足，则执行重新执行S2，重新预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度，并进
行计算直至满足要求。

在本实施例中，炉内传热计算包括：

(1)三原子气体辐射减弱系数的修正

在常规空气燃烧锅炉中，因烟气中CO₂浓度很低，一般均以H₂O的性质为主，计算三
原子辐射减弱系数k_q的计算式为：

在O₂/CO₂燃烧条件下，烟气中70％以上为CO₂，此时还必须考虑CO₂的影响，应将式
中修正为但是有前人研究结果可知，CO₂和H₂O不可避免的在光带部分重叠进而
导致部分辐射减弱，因此还需要对这种减弱效应进行适当的修正。应用较广的一种是
Lechner修正的辐射减弱系数计算方法，修正系数Δk为：

式中：

为烟气中三原子气体的总容积份额；

为烟气中水蒸汽容积份额；

p为炉膛内的压力，单位为MPa；

s为有效辐射层厚度，单位为m；

T_f″为炉膛出口烟气温度，单位为K；

为烟气中水蒸气分压力与水蒸气和二
氧化碳分压力之和的比值。

(2)炉膛出口烟温的计算

炉膛的几何特性、燃烧产物的辐射特性(除上述对三原子气体修正外)、绝热燃烧
温度、炉膛M数和水冷壁的平均热有效系数等的计算方法，为本领域技术人员公知，此处不
再赘述。

炉内总换热量的计算方法是基于将相似理论应用于炉内过程。决定炉膛出口无因
次烟气温度θ_T″的主要参数是波尔兹曼辐射换热准则数(Bo)和布格尔吸收特性准则数
(Bu)。联系这些参数的函数形式是建立在锅炉炉内换热试验数据的基础之上。

炉膛出口烟气无因次温度按下式确定：

波尔兹曼辐射换热准则数Bo：

根据准则方程得到炉膛出口烟温的计算式如下：

此处需要说明的是，上述进行富氧燃烧锅炉炉内传热计算时，与常规空气燃烧锅
炉相比，只对三原子气体辐射减弱系数进行了修正，这种处理方法的正确性还有待商榷。后
续研究可通过Fluent数值模拟以及实炉试验数据来进一步对富氧燃烧锅炉炉膛辐射传热
计算方法进行验证和修正。

在实施例中，屏和对流受热面的传热计算包括：

对对流换热计算影响最大的是对流换热系数，传统锅炉空气气氛下对流换热系数
是以平均成分烟气为基础计算的，该情况下烟气的导热系数及粘度等大部分物性参数主要
取决于水蒸气的体积比。而对于O₂/CO₂燃烧锅炉而言，烟气成分严重偏离平均成分烟气(ω_v
＝0.11，)，这将导致富氧燃烧条件下烟气的对流换热特性与空气燃烧条件下烟
气的对流换热特性有很大差别。烟气管外横向冲刷管束的对流换热系数的通式如下：

式中：C为与受热面结构相关的常量；m为系数；n为系数。

系数C、m、n的值应后续研究中通过试验或Fluent数值模拟方法拟合求得。而对流
换热系数中其他相关参数的求解方法为本领域技术人员公知，此处不再赘述。

富氧燃烧锅炉对流受热面的传热计算方法与常规空气燃烧锅炉的最大不同点仅
在于烟气侧对流传热关联式不同。对流受热面的热量平衡方程、工质侧对流放热系数、冷热
流体传热温压、受热面结构尺寸、受热面热有效系数和污染系数等参数的求解方法为本领
域技术人员公知，此处不再赘述。

在本实施例中，将常规空气燃烧锅炉改造为富氧燃烧锅炉时，燃烧气中氧气浓度
是影响锅炉结构和性能的一个主要参数。对于富氧燃烧锅炉改造而言，要降低改造成本，必
须确保不改变炉膛结构，通常以炉膛辐射换热量及整个锅炉热量分配是否合理等指标作为
燃烧气中氧气浓度的选取依据。空气燃烧锅炉改造为富氧燃烧锅炉时的校核热力计算流程
如图4所示，其中“富氧燃烧锅炉校核热力计算”步骤是由如图1所示的流程图组成。

综上可知，根据本文总结得到的燃料燃烧计算模型及烟气特性计算方法、锅炉热
平衡计算方法、锅炉传热计算方法以及锅炉热力计算流程，即可完成富氧燃烧锅炉的热力
计算。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算装置，包括：

第一计算单元201，用于根据获取到的参数，对燃料和燃烧产物特性进行迭代计
算，使得燃烧产物成分趋于稳定；

第二计算单元202，用于预置锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和
再热蒸汽温度，根据预置的锅炉排烟温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行锅炉热平衡
计算，从而求得锅炉的燃料消耗量；

第三计算单元203，用于根据求得的锅炉的燃料消耗量，沿烟气流程方向对各换热
部件进行传热计算，求得锅炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温
度；

第四计算单元204，用于将求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与预置的过热蒸汽
温度、再热蒸汽温度进行相减，求得第一差值和第二差值；

若满足第一差值不大于预置第一偏差，且第二差值不大于预置第二偏差，则触发
第五计算单元；

若不满足，则对求得的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度进行调节，若有调节裕量，则
再次触发第三计算单元；若无，则再次触发第二计算单元；

第五计算单元205，用于将求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与预置的锅炉
排烟温度、再循环热烟气温度进行相减，求得第三差值和第四差值；

若满足第三差值不大于预置第三偏差，且第四差值不大于预置第四偏差，则输出
计算结果报告；

若不满足，则执行再次触发第二计算单元，重新预置锅炉排烟温度、再循环热烟气
温度，并进行计算直至满足要求。

第四计算单元204包括：

第一计算子单元2041，用于将求得的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度与预置的过热
蒸汽温度、再热蒸汽温度进行相减，求得第一差值和第二差值；

第一判断子单元2042，用于判断是否满足第一差值不大于预置第一偏差，且第二
差值不大于预置第二偏差。

第五计算单元205包括：

第二计算子单元2051，用于将求得的锅炉排烟温度、再循环热烟气温度与预置的
锅炉排烟温度、再循环热烟气温度进行相减，求得第三差值和第四差值；

第二判断子单元2052，用于判断是否满足第三差值不大于预置第三偏差，且第四
差值不大于预置第四偏差。

本发明实施例提供了一种富氧燃烧煤粉锅炉热力计算方法及装置。本实施例中，
通过迭代计算，使得燃烧产物成分趋于稳定、求得的锅炉的燃料消耗量，传热计算，求得锅
炉排烟温度、再循环热烟气温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度的过程实现了富氧燃烧煤
粉锅炉热力计算，解决了目前由于富氧燃烧技术与常规空气燃烧技术存在着一定的差别，
常规空气燃烧技术导致的富氧燃烧煤粉锅炉热力计算不够精确的技术问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，
装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以
通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的
划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件
可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或
讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦
合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显
示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个
网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目
的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以
是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单
元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用
时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上
或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式
体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机
设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全
部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only
Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程
序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前
述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前
述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些
修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。