(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211013857.8 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 南方电网电力科技股份有限公司 地址 510000 广东省广州市越秀区西华路 捶帽新街1-3号华业大厦附楼501-503 室 (72)发明人 李德波　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 周伟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06T 17/20(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种锅炉数值模拟与性能计算耦合的壁温 预测方法 (57)摘要 本发明涉及锅炉壁 温计算技术领域， 公开了 一种锅炉数值模拟与性能计算耦合的壁温预测 方法， 通过对锅炉的几何结构进行建模， 构建锅 炉受热面壁温计算方法的数学模 型， 通过数值模 拟， 得到锅炉壁面的热流密度分布和锅炉壁面的 壁温分布， 还通过将水冷壁的壁温和热流密度作 为水动力计算方法的初始条件， 对 水动力计算进 行修正， 再利用水动力计算方法计算锅炉的管壁 温度， 根据锅炉的管壁温度修正锅炉物理模型中 的锅炉壁 温的初始边界条件， 重新进行数值模拟 直至计算收敛， 得到相应的锅炉壁面的壁温分 布， 实现了数值模拟与水动力计算之间的耦合， 提高了燃煤电厂深度调峰下锅炉壁温的预测准 确性。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115374636 A 2022.11.22 CN 115374636 A 1.一种锅炉数值模拟与性能计算耦合的壁温预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 对整个锅炉的几何结构进行建模， 得到锅炉物 理模型， 设定锅炉壁温的初始边界条 件， 构建锅炉受热面 壁温计算方法的数 学模型； S2、 对所述数学模型进行数值模拟， 得到锅炉壁面的热流密度分布和锅炉壁面的壁温 分布； S3、 根据锅炉壁面的壁温分布选取水冷壁的壁温， 通过水冷壁的壁温的壁温与预设的 壁温计算壁温偏 差值进行比对， 若壁温偏 差值大于预设偏差阈值， 则执行步骤S4； 若壁温偏 差值不大于预设偏差阈值， 则输出相应的锅炉壁 面的壁温分布； S4、 将所述水冷壁的壁温和热流密度作为水动力计算方法的初始条件， 利用水动力计 算方法计算锅炉的管壁温度； S5、 根据所述锅炉的管壁温度更新所述锅炉物理模型中的锅炉壁温的初始边界条件， 重新执行步骤S2～S3， 直至计算收敛， 输出相应的锅炉壁面的壁温分布， 其中， 计算收敛的 条件为水冷壁的壁温的壁温与预设的壁温的壁温偏差值 不大于预设偏差阈值。 2.根据权利要求1所述的锅炉 数值模拟与性 能计算耦合的壁温预测方法， 其特征在于， 步骤S1具体包括： 对整个锅炉的几何结构进行建模， 整个锅炉包括炉膛、 水冷壁区域、 燃烧器、 冷灰斗、 各 级换热器和 后烟道， 在建模过程中， 对整个锅炉的炉膛和燃烧器 分别进行单独建模， 得到锅 炉物理模 型， 对所述锅炉物理模型进 行网格划分， 设定水冷壁及炉顶屏式换热器厚度为零， 以及设定锅炉壁温的初始边界条件， 构建锅炉受热面 壁温计算方法的数 学模型。 3.根据权利要求2所述的锅炉 数值模拟与性 能计算耦合的壁温预测方法， 其特征在于， 所述数学模型包括湍流模型、 气固两相流模型、 煤粉颗粒燃烧模型、 辐射换热模 型和氮氧化 物生成模型； 其中， 所述湍流模型采用Standard  k‑ε两方程模型； 所述气固两相流模型具体采用拉 格朗日方法描述的颗粒轨道模型； 所述煤粉颗粒燃烧模型包括热解模 型、 气相燃烧模型、 焦 炭燃烧模 型， 其中， 所述热解模 型具体采用双步竞争方程模型， 所述气相燃烧模 型具体采用 有限速率/涡耗散模型， 所述焦炭燃烧模型具体采用动力学/扩散控制反应速率模型； 所述 辐射换热模型具体采用离散坐标辐 射模型， 其中， 气相的辐 射吸收系 数采用灰色气体加权 求和模型计算， 所述氮氧化物生成模型 具体采用CFD数值模拟程序。 4.根据权利要求2所述的锅炉 数值模拟与性 能计算耦合的壁温预测方法， 其特征在于， 步骤S4具体包括： 将所述水冷壁的壁温和热流密度作为水动力计算方法的初始条件； 通过下式1计算锅炉的管壁温度为： 式1中， tq为预设管 段的管内蒸汽温度； β 为管子外径与管子内径之比； μ为散热系数， 对于屏式过热器的首排管子， μ取值为1， 或根据毕欧准则数Bi及管子外 径与管子内径之比β 进行插值计算出散热系数， 其中， q为点管子壁 面热负荷；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374636 A 2α1为预设管 段的烟气侧对流 放热系数； δ 为管子壁厚； α2为蒸汽侧的放热系数； λ为管壁金属的导热系数； 其中， 通过 下式2计算得到点管子壁 面热负荷q为： 式2中， θ为预设管段的烟气温度， α3为预设管段的烟气辐射放热系数； ε为预设管段的管 子的污染系数； 通过下式3计算烟气侧对流 放热系数α1为： 式3中， KTP为烟气横向冲刷管束时沿管子周界吸热不均匀系数； CZ为烟道深度方向上管 子排数的修正系数； d1为管子外径； λ1为预设管段的烟气的导热系数； v1为烟气的运动粘性 系数； w1为预设管 段的烟气速度； 其中， 通过 下式4计算预设管 段的烟气速度w1为： 式4中， Bp为锅炉的计算燃料消耗量； νr为单位燃料所产生的烟气容积； Fr为截面烟气流 通面积； 其中， 通过 下式5计算蒸汽侧的对流 放热系数α2为： 式5中， λ2为预设管段的蒸汽导热系数； d2为管子内径； v2为预设管段的蒸汽运动粘性系 数； pr为预设管段的蒸汽的普朗特数； Ct为修正系数， 对于水蒸气常取Ct＝1； Cl为相对长度 修正系数； w2为预设管 段的蒸汽流速， 通过 下式6计算得到： 式6中， Di、 νp、 fn分别为管内蒸汽流量、 比容和流通面积， 其中， 比容vp根据蒸汽温度及压 力由热力计算 程序算出； 其中， 通过 下式7计算 点烟气辐射 放热系数α3得到： 式7中， 为从炉子吸收辐射热最多处的曝光系数； αq为前部烟窗对第一排管子的辐射 放热系数； αp为屏间烟气的辐射 放热系数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374636 A 3