电站锅炉_第十章

1、锅炉原理锅炉原理 课件课件第十章第十章 半辐射和对流受热面的传热计算半辐射和对流受热面的传热计算 传热系数传热系数传热温压传热温压对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式对流受热面面积与介质速度对流受热面面积与介质速度l 烟气对流放热：对流受热面中烟气与工质间的换热过程由烟气对管外烟气对流放热：对流受热面中烟气与工质间的换热过程由烟气对管外壁的放热（包括辐射与对流）壁的放热（包括辐射与对流）l 管外壁到管内壁的导热管外壁到管内壁的导热l 工质（蒸汽或水或空气）的对流吸热：管内壁对工质的对流放热组成工质（蒸汽或水或空气）的对流吸热：管内壁对工质的对流放热组成 对流传热对象和过程对流传热对象和

2、过程l 半辐射受热面（即屏式受热面）和对流受热面，如凝渣管、对流过热半辐射受热面（即屏式受热面）和对流受热面，如凝渣管、对流过热器、再热器、省煤器和空气预热器，对流方式吸收烟气中的热量器、再热器、省煤器和空气预热器，对流方式吸收烟气中的热量 l 炉膛出口屏式过热器，吸收较多炉内辐射，但扔按对流吸热方式计算炉膛出口屏式过热器，吸收较多炉内辐射，但扔按对流吸热方式计算l 炉膛出口烟窗后的对流受热面（如高温过热器），还要考虑管间高温炉膛出口烟窗后的对流受热面（如高温过热器），还要考虑管间高温烟气的辐射烟气的辐射 u 对流传热对象对流传热对象u 对流传热过程对流传热过程对流受热面热量平衡图对流受热面热

3、量平衡图对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式u 基本公式基本公式l 烟气对流放热公式烟气对流放热公式l 工质（蒸汽或水或空气）的对流吸热公式工质（蒸汽或水或空气）的对流吸热公式l 对流传热公式对流传热公式 u 烟气对流放热量烟气对流放热量0()dflQHHHkJ/kg l 考虑了烟道的散热损失考虑了烟道的散热损失-保热系数保热系数l 受热面进口烟气焓受热面进口烟气焓l 受热面出口烟气焓受热面出口烟气焓 l 漏入空气的焓漏入空气的焓 l 受热面漏风系数受热面漏风系数 u 工质对流吸热量工质对流吸热量()dxjDQhhB()dxfjDQhhQBfffQQQfQfQl 对于过热器和省煤器，工

4、质对流吸热量对于过热器和省煤器，工质对流吸热量l 对于屏式过热器及吸收炉内辐射热的对流过热器对于屏式过热器及吸收炉内辐射热的对流过热器n 屏式过热器来自炉膛的辐射吸热器为屏式过热器来自炉膛的辐射吸热器为屏进口处截面（炉膛出口截面）所吸收的炉膛辐射热量屏进口处截面（炉膛出口截面）所吸收的炉膛辐射热量从炉膛（透过屏）向屏后受热面（第二级屏或凝渣管或从炉膛（透过屏）向屏后受热面（第二级屏或凝渣管或过热器）的直接辐射热量过热器）的直接辐射热量 对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式l 对应于对应于1kg计算燃料，对流传热按下式计算计算燃料，对流传热按下式计算dcjKH tQBtu 对流传热量对流

5、传热量K传热系数，传热系数，kW/(m2);H传热面积，传热面积，m2； 传热温压，传热温压，；kJ/kg 对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式l 参与换热的两种介质在整个受热面中的平均温差。温压大小与两种参与换热的两种介质在整个受热面中的平均温差。温压大小与两种介质相互间的流动方向有关。介质相互间的流动方向有关。l 在对流受热面中，逆流流动方式的传热温压最大，顺流方式温压最在对流受热面中，逆流流动方式的传热温压最大，顺流方式温压最小，其它流动方式的温压介乎两者之间。小，其它流动方式的温压介乎两者之间。l 常用的流动方式常用的流动方式: 串联混合流、平行混合流、交叉流串联混合流、平行混

6、合流、交叉流（a）串联混合流）串联混合流传热温压传热温压u 传传 热热 温温 压压 （b）平行混合流）平行混合流（c）交叉流）交叉流 l 常用的流动方式常用的流动方式: 串联混合流、平行混合流、交叉流串联混合流、平行混合流、交叉流传热温压传热温压 受热面两端的温度差中的较大值，受热面两端的温度差中的较大值，； 受热面两端的温度差中的较小值，受热面两端的温度差中的较小值，。 当当 1.7时，传热温压可取算术平均值，即时，传热温压可取算术平均值，即 = = ， 、 烟气与工质进、出口温度算术平均值。烟气与工质进、出口温度算术平均值。 ln2.3lgdxdxddxxttttttttt dtxtdxt

7、tt2dxtt pjpjtpjpjtu 传热温压计算传热温压计算 l 顺流顺流或或逆流逆流的传热温压按的传热温压按对流平均温差对流平均温差计算计算传热温压传热温压u 传热温压计算传热温压计算 l 其他流动方式：其他流动方式：按逆流温压乘以修正系数按逆流温压乘以修正系数 来计算来计算 ntt n 系数由图查出系数由图查出n 辅助参数计算辅助参数计算串联混合流系统串联混合流系统 slHAH2Pt12R平行混合流及交叉流系统平行混合流及交叉流系统,辅助参数只有辅助参数只有P与与R l 对于任何一种复杂的链接方式，如果系统中对于任何一种复杂的链接方式，如果系统中顺流部分的传热温压与逆顺流部分的传热温压

8、与逆流部分的传热温压之比大于流部分的传热温压之比大于0.92，则系统温压的计算可简化为，则系统温压的计算可简化为 ()/2snttt 传热温压传热温压12111ghbhbgK传热系数传热系数u 传热系数传热系数K的表达式的表达式 l 管式受热面的传热系数可简化为多层平壁的传热系数进行计算管式受热面的传热系数可简化为多层平壁的传热系数进行计算 kW/(m2)l 管外灰污层热阻管外灰污层热阻：影响因素很多（如燃料种类、灰粒尺寸、烟气流速、：影响因素很多（如燃料种类、灰粒尺寸、烟气流速、管子直径和布置方式等），热力计算中常用污染系数管子直径和布置方式等），热力计算中常用污染系数 或热有效系数或热有效

9、系数 来来考虑灰层的污染考虑灰层的污染l 空气预热器则空气预热器则采用利用系数综合考虑积灰污染、烟气和空气对受热面采用利用系数综合考虑积灰污染、烟气和空气对受热面冲刷不均匀等的影响冲刷不均匀等的影响 g管外灰污管外灰污层热阻层热阻烟气侧烟气侧热阻热阻管壁金属管壁金属热阻热阻管内垢层管内垢层热阻热阻工质侧工质侧热阻热阻 、 加热介质对管壁及管壁对受热介质的放热系数，加热介质对管壁及管壁对受热介质的放热系数，kW/(m2) 、 、 烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的厚度，烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的厚度，m 、 、 烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层导热系数，烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层导热系数，

10、kW/(m)12hbghb12111K1211K111K1Ku 传热系数简化传热系数简化l 过热器：过热器：燃用固体燃料，横向冲刷错列燃用固体燃料，横向冲刷错列布置的光管管束布置的光管管束 l 过热器：过热器：燃用固体燃料，横向冲刷顺列燃用固体燃料，横向冲刷顺列布置的光管管束、燃用气体燃料、重油横布置的光管管束、燃用气体燃料、重油横向冲刷错列或顺列布置的光管管束向冲刷错列或顺列布置的光管管束 l 对于对于受热介质受热介质为为水、汽水混合物水、汽水混合物和超和超临界临界压力过热蒸汽压力过热蒸汽的受热面的受热面 传热系数传热系数1211K1211nykCKxxu 传热系数简化传热系数简化l 管式空

11、气预热器管式空气预热器 l 回转式空气预热器回转式空气预热器 l 屏式受热面屏式受热面: 考虑较大的炉内辐射热，考虑较大的炉内辐射热，使管壁温度，尤其是灰层外表面温度使管壁温度，尤其是灰层外表面温度升高，导致对流传热减少的影响升高，导致对流传热减少的影响 11211(1)()fdKQQl 肋片和鳍片式受热面肋片和鳍片式受热面:还应考虑在带肋片或带鳍片受热面上面积的还应考虑在带肋片或带鳍片受热面上面积的扩展，以及肋片或鳍片本身传热性能与管壁的差异扩展，以及肋片或鳍片本身传热性能与管壁的差异 传热系数传热系数u 放热系数放热系数 l 烟气对管壁的放热系数烟气对管壁的放热系数 一般包括烟气的一般包括

12、烟气的对流放热系数对流放热系数 和和管间烟气容积的管间烟气容积的辐射放热系数辐射放热系数 1dfn 对流管束烟气侧放热系数对流管束烟气侧放热系数 n 屏式受热面烟气侧的放热系数屏式受热面烟气侧的放热系数 1()df 12()2dfds xl 管壁对管内受热介质的放热系数管壁对管内受热介质的放热系数 只与对流放热系数只与对流放热系数 有关有关 2d传热系数传热系数u 对流放热系数对流放热系数 l 对流放热系数时表征对流换热过程强弱的指标对流放热系数时表征对流换热过程强弱的指标l 与气流速度和温度，定性尺寸，受热面的冲刷方式（纵向或横向），与气流速度和温度，定性尺寸，受热面的冲刷方式（纵向或横向）

13、，受热面的布置方式（顺列或错列以及节距和排数）表面形式（光管或受热面的布置方式（顺列或错列以及节距和排数）表面形式（光管或鳍片管），冲刷介质的物理性质等等有关。鳍片管），冲刷介质的物理性质等等有关。l 数值是在试验台上用试验方法得出，再用相似理论整理出实用的计数值是在试验台上用试验方法得出，再用相似理论整理出实用的计算公式算公式dl 横向冲刷：横向冲刷：烟气对屏式受热面、过热器、再热器、省煤器以及空气预烟气对屏式受热面、过热器、再热器、省煤器以及空气预热器的传热，均属横向冲刷方式热器的传热，均属横向冲刷方式 n 顺列管束顺列管束 n 错列管束错列管束 0.60.33dszerC CRPd0.6

14、50.330.2dszerC CRPdkW/(m2) kW/(m2) 传热系数传热系数u 对流放热系数对流放热系数 dl 纵向冲刷：纵向冲刷：过热器、再热器和省煤器等受热面中的受热介质（蒸汽、过热器、再热器和省煤器等受热面中的受热介质（蒸汽、水等）以及空气预热器的烟气均在管内作纵向冲刷；水等）以及空气预热器的烟气均在管内作纵向冲刷；数在数在1045105，Pr数在数在0.6120范围内时范围内时 l 回转式空气预热器：回转式空气预热器： Re数在范围内的回转式空气预热器烟气和空数在范围内的回转式空气预热器烟气和空气侧的放热系数气侧的放热系数 kW/(m2) kW/(m2) 0.80.40.02

15、3RedrtldlP CCd0.80.4RedrtldlCP C Cd传热系数传热系数ffhhhqqatTT4444100hhhhhqaaTaa Taa TT44012hhaqa TTu 辐射放热系数辐射放热系数l 管间空间的高温烟气与受热面之间还进行着辐射热交换管间空间的高温烟气与受热面之间还进行着辐射热交换l 辐射热能简化考虑一次吸收部分，用加大壁面黑度的办法对多辐射热能简化考虑一次吸收部分，用加大壁面黑度的办法对多次吸收进行补偿次吸收进行补偿 l 烟气辐射放热系数定义烟气辐射放热系数定义 n 烟气和灰污受热面之间的第一次辐射热交换能量烟气和灰污受热面之间的第一次辐射热交换能量 n 考虑多

16、次辐射吸收的影响，把壁面黑度取为实测灰污壁面考虑多次辐射吸收的影响，把壁面黑度取为实测灰污壁面黑度与绝对黑体的黑度之间的平均值黑度与绝对黑体的黑度之间的平均值 传热系数传热系数f4301121hhfhTTaaTTT3.6301121hhfhTTaaTTTu 辐射放热系数辐射放热系数kW/(m2)l 固体含灰燃料的辐射放热系数固体含灰燃料的辐射放热系数l 燃用气体和液体燃料的不含灰气流，辐射放热系数燃用气体和液体燃料的不含灰气流，辐射放热系数kW/(m2)传热系数传热系数fu 辐射放热系数辐射放热系数ml 烟气黑度烟气黑度a l 辐射层有效厚度辐射层有效厚度S 1kpSae l 灰污壁面温度灰污

17、壁面温度 3.6llVSF1 2240.91s sSdd1.8111SABC0.9nSdn 墙式及屏式受热面和对流过热器墙式及屏式受热面和对流过热器 n 其它情况其它情况 21jhdfBttQQH httt n 密封空间密封空间 n 光管管束光管管束 n 相邻两屏间的容积相邻两屏间的容积 n 烟气在管内纵向冲刷烟气在管内纵向冲刷 传热系数传热系数u 污染系数污染系数 l 管子外表积灰引起的热阻对传热的影响管子外表积灰引起的热阻对传热的影响: 对于燃用固体燃料的错对于燃用固体燃料的错列管束、燃用所有燃料的屏式受热面及肋片管束，计算传热系数时列管束、燃用所有燃料的屏式受热面及肋片管束，计算传热系数

18、时常采用污染系数常采用污染系数 来考虑来考虑l 污染系数与烟速、烟温、燃料性质、管子排列方式及其节距和直污染系数与烟速、烟温、燃料性质、管子排列方式及其节距和直径和灰粒尺寸等众多因素有关径和灰粒尺寸等众多因素有关l 燃用固体燃料的错列管束（包括鳍片管束）燃用固体燃料的错列管束（包括鳍片管束） 0dhC C (m2)/kW 基准污基准污染系数染系数 管径修管径修正系数正系数 灰粒组分灰粒组分修正系数修正系数 附加值附加值 l 燃用固体燃料的屏式受热面，查图；燃用液体燃料，燃用固体燃料的屏式受热面，查图；燃用液体燃料，污染系数污染系数取取5.2 ；燃用气体燃料时燃用气体燃料时污染系数为污染系数为0

19、 传热系数传热系数l 对于燃用固体燃料的顺列管束、燃用液体燃料和气体燃料的光管管对于燃用固体燃料的顺列管束、燃用液体燃料和气体燃料的光管管束以及燃用所有燃料的凝渣管均采用热有效系数束以及燃用所有燃料的凝渣管均采用热有效系数 来考虑灰污对传热来考虑灰污对传热的影响。的影响。燃用固体燃料并采用吹灰时凝渣管、顺列布置的过热器和省煤器燃用固体燃料并采用吹灰时凝渣管、顺列布置的过热器和省煤器u 热有效系数热有效系数传热系数传热系数燃用液体燃料（燃用液体燃料（ 1.03）时的凝渣管、过热器和省煤器的）时的凝渣管、过热器和省煤器的l燃用气体燃料的燃用气体燃料的u 热有效系数热有效系数传热系数传热系数l 利用

20、系数利用系数 表示气流对受热面冲刷不均匀等因素的影响表示气流对受热面冲刷不均匀等因素的影响y屏式受热面利用系数屏式受热面利用系数u 利用系数利用系数l 空气预热器空气预热器 l 对大型电站锅炉机组的横向冲刷，可取对大型电站锅炉机组的横向冲刷，可取 =1.0；对屏式受热面，；对屏式受热面， 可由查图；当烟可由查图；当烟气流速气流速 4.0m/s时，取时，取 =0.85。传热系数传热系数对流受热面面积与介质速度对流受热面面积与介质速度u 受热面面积受热面面积l 对于管式受热面，当按平壁公式计算传热系数对于管式受热面，当按平壁公式计算传热系数K时，为减少计算误时，为减少计算误差，受热面积的计算方法取决于烟气对管壁的放热系数差，受热面积的计算方法取决于烟气对管壁的放热系数 及管壁对及管壁对吸热工质的放热系数吸热工质的放热系数