工業熱爐膛內熱輻射場分析及反演重建

禹 健， 劉 鑫， 安永泉

(1. 山西大學 自動化與軟件學院， 山西 太原 030006； 2. 中北大學 信息與通信工程學院， 山西 太原 030051)

0 引 言

我國目前電力生產仍以燃煤發電為主. 提高燃煤發電機組的發電效率以及對爐膛燃燒火焰場有效監視、 診斷和控制， 是降低供電煤耗的重要技術手段之一. 大型電站鍋爐爐膛內的火焰溫度分布是燃料在經過高溫化學反應、 流動以及傳熱傳質等過程后的綜合體現. 對三維爐膛溫度場輻射分布機理的研究， 可探索燃燒現象的本質和規律， 幫助運行操作人員直觀觀察、 調整和優化， 同時， 為燃燒設備的機械設計提供依據.

工業熱爐膛數學模型的建立， 最先使用的是零維模型(Zero dimensional model)， 即“充分攪拌的爐膛”模型[1]. Salter和Costik引入“假想斷面”的概念[2]， 簡化了多段加熱爐熱輻射場問題的求解. 在工業爐膛溫度場重建與監測的研究中， 聲學CT法是一個重要的分支， 多采用聲波在氣相介質中沿路徑傳播的原理[3-4]. 考慮到傳統 CT 算法中忽略了火焰吸收的影響， 目前越來越多的學者從熱輻射傳遞過程的分析出發， 通過對爐內流體介質處理， 從邊界輻射的角度來實現爐膛三維溫度場的重建[5-6]， 還有部分學者采用CFD數值模擬進行富氧燃燒的傳熱計算[7]， 基于火焰圖像處理的燃燒診斷開展研究[8-10].

本文研究借鑒“假想斷面”的概念， 引入網格定位模型， 按照吸收發射系數計算方法得到網格單元的輻射強度， 沿虛擬射線路徑積分光譜輻射分布得到爐膛熱輻射場的……