锅炉本体热力计算

锅炉本体热力计算§6.1炉膛传热过程及计算

第六章炉膛传热过程具有如下特点炉膛内的传热过程是与燃料的燃烧过程同时进行的。炉膛传热以辐射为主、对流所占比例很小。火焰与烟气的温度在其行程上变化很大。燃用不同燃料，火焰的辐射特性不同。辐射受热面通常被灰污所包覆。

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§6.1炉膛传热过程及计算炉膛传热计算的任务在于：

确定炉膛辐射受热面的吸热量和炉膛出口烟气温度。为了应用传热学的基本原理计算炉内传热，特做如下假定：把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时，则引入经验系数来考虑。对流传热所占份额不大（5％左右），计算时可忽略。火焰辐射传热量按某一平均温度来计算。不同的燃料采用不同的火焰黑度。采用灰污系数修正。一、炉膛传热基本方程式 炉膛的传热计算实际上是计算火焰与水冷壁间的辐射换热量，据斯一波公式有： (kw)

第六章第3页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算

另一方面，可从烟气侧列出热平衡方程式： (kw)二、有效辐射受热面由于水冷管壁一般都是靠墙布置，只有曝光的一面受到火焰的辐射，而其背面只受到炉墙的反射辐射（炉壁假定为绝热面），所以不能完全利用。因此水冷壁辐射受热面积并不等于管子的外表面积。

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设火焰向炉墙总的辐射热量为

。第一次投落在管子壁面上的热量为

则热量投射的份额为：

：只与表面形状，两物体间几何位置相关，与温度无关的系数。漏过到炉墙的热量为：

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经炉墙反射至水冷壁管的热量

经两次辐射至管子的热量为：

有：有效角系数炉膛辐射受热面积Hf在锅炉实行运行时，由于水冷壁被灰污包敷，使管壁积灰层表面温度升高，以致不能忽略管壁本身的辐射，也就导致水冷壁受热面吸热量的减少，为考虑积灰的影响我们引入水冷壁管的粘污系数。第六章第6页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算

综合考虑

和

的影响，引入热有效系数

举例说明灰污对传热的影响： 管内工质温度为400°C左右 若管壁为洁净，则管壁外表面温度等于工质温度 若管壁上积灰垢厚0.5mm，λ＝0.1w/m2·

°C，此时管外 壁灰表面温度为900～1000°C，因此管壁本身辐射就不 能忽略；三、火焰黑度（

）在火焰黑度计算时有：假定第六章第7页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算火焰视为灰体，即

计算中所涉及到的温度和烟气成分以炉膛出口截面处为准。 在炉膛中，沿火焰行程,随着温度场的变化，火焰中具有辐射能力的成分如赤热焦炭粒，RO2和碳黑粒子等也是变动的，并且随燃料种类，燃烧方式，燃烧工况的不同而不同，因此，炉膛沿火焰行程各处

是不同的第六章第8页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算 例如：在燃用重油时，碳黑粒子RO2火焰尾部黑度的变化是剧烈的，这是由于引起火焰发光的碳黑颗粒完全燃尽，到火焰末端仅仅是三厚子气体的辐射所致。而燃煤炉（焦炭、灰粒、RO2）的

变化则较平缓。据传热学定义： K：火焰辐射减弱系数1/m·mPa p：炉膛压力，供热锅炉P=0.1MPa（常压燃烧） S：有效辐射层厚度：燃用气体或液体燃料时：(主要辐射介子RO2，炭黑粒子）这时

是由发光部分黑度

和不发光部分黑度

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第六章

m：发光部分在火焰中所占份额

m气体燃料液体燃料≤4000.10.55≥12000.611200≤

≤400用插值法求取第10页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算

三原子气体辐射减弱系数

炭黑粒子辐射减弱系数2.燃用固体燃料时（辐射介质RO2,,焦炭粒子、灰粒）灰粒辐射减弱系数

第六章第11页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算

第六章四、炉膛有效放热量与理论燃烧温度

对每kg完全燃烧的燃料

：空气进入炉膛所代入的热量

有ky:

无ky:

炉膛理论燃烧温度（）;是假定在绝热情况下将

作为烟气的理论焓而得的烟气理论温度。 它是假定的温度，由于炉膛内有吸热，因此炉温始终是不能达到

，但它能定性反映真实炉温高低。第12页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算五、炉膛黑度假定水冷壁分布均匀，并以整个炉膛看作为一个整体，火焰和炉膛是物性均匀的灰体，炉墙又为绝热：

第六章第13页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算第六章

第14页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算六、炉膛出口烟气温度在设计锅炉时，炉膛出口烟温的选择是一个重要问题，一般是指炉膛出口处，进入对流管束前的温度。的选择应根据以下两个要求进行(1).防止对流受热面结渣（针对固体燃料）燃用固体燃炉时，若取得过高，烟气中的灰处于熔化状态，遇到受热面管子就粘结在管子上，使管壁灰垢层温度升高，结渣就严重，最后逐步将烟道，从而影响锅炉的正常工作。一般情况下取不大于1005-1100°C(2).技术经济条件；（针对液体和气体燃料）这是因为的高低决定了锅炉中辐射受热面及对流受热面之间的热吸量比例。因此的选择与Qf和Qd比例有关一般对燃油、气燃料，＝1200-1400°C燃油选用下限，燃气选用上限。

第六章第15页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.1炉膛传热过程及计算七、炉膛传热计算步骤炉膛传热计算可分为： 校核计算：已知，校核

； 设计计算：已知

，计算；校核计算步骤：根据已知的炉膛结构尺寸图，计算、、、、

、S和水冷壁结构特性计算

，选定

和

，并计算

（由焓温表示）先假定

，求得

（烟气平均热容量）计算

和

计算，并同前假定的

相比较： 若误差<100°C则认为假设可行 若误差>100°C则应重新假定，直到两者误差<100°C6. 计算

（辐射散热面平均强度）第六章第16页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.2对流受热面的传热计算一、对流受热面传热计算的基本公式1.热平衡方程式：

1)烟气侧：(kJ/kg)2)工质侧：(kJ/kg)

空气预热器工质侧： (kJ/kg)2.传热方程式：

(kJ/kg)二、对流传热系数K的计算影响因素：烟气、积灰、管壁、结垢和工质，包括对流、辐射和传导三种基本传热方式。

第六章第17页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.2对流受热面的传热计算式中：与难以测定，在计算中一般以、、来考虑灰污对管壁传热的影响。

1.灰污系数——表示灰污引起的传热热阻的增加。⑴

则：⑵只对燃用固体燃料的错列管束考虑灰污对管壁传热的影响。①

对流管束、省煤器：因为，所以：

；

第六章第18页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.2对流受热面的传热计算②

过热器：因为很小，所以很大；⑶错列管束横向冲刷时，与、、灰粒子分散度有关；由图表分别查出、、和按下式计算：

2．有效系数——表示受热面有灰污与无灰污时的传热系数之比⑴在缺计算数据时；①燃用固体燃料的顺列管束；②燃用重油和气体燃料室，所有受热面(顺列管束、错列管束)；③小型锅炉的锅炉管束。第六章第19页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.2对流受热面的传热计算⑵

因为：；

则：

①

锅炉管束、省煤器：因为很大，所以。则

②

值可由查取。

第六章第20页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.2对流受热面的传热计算3.防渣管、对流过热器受热面K值计算对每m2对流受热面而言，管壁积灰层表面得到的热流密密度为 （a） （b）对流换热密度； 辐射热流密度灰污层表面温度； 管壁表面温度 （c）从式（a）、（b）、（c）可得 （d）第21页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.2对流受热面的传热计算 （e） （f）将（d）、（e）、（f）相加得 （h）第22页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.2对流受热面的传热计算据对流换热方程式:

并取则 （h）将（g）代入（h）得第23页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.3对流换热系数一、横向冲刷管束时的1、横向冲刷错列管束时：

2、横向冲刷顺列管束时：

3、横向冲刷错列、顺列混合布置管束时：第24页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.3对流换热系数二、纵向冲刷管束时的

管内流动：矩形通道内流动：矩形通道内有Z根管子

第25页,共31页，2024年2月25日，星期天§6.3对流换热系数三、横向－纵向混合冲刷管束对于中小型锅炉中，锅炉管束中常有被烟气混合冲刷的情况:

上式计算时必须遵循下面两个原则：烟气流量和温度取整个管束的平均值；流速应按横向