锅炉受热面传热及计算课件.pptx

1、锅炉受热面锅炉受热面传热及计算传热及计算 一、炉膛的传热计算一、炉膛的传热计算 炉膛是现代锅炉最重要的部分，从炉膛传炉膛是现代锅炉最重要的部分，从炉膛传热过程来看，进入炉子的燃料与空气混合热过程来看，进入炉子的燃料与空气混合着火燃烧后生成的高温的火焰与烟气，通着火燃烧后生成的高温的火焰与烟气，通过辐射把热量传递给四周水冷壁管，到达过辐射把热量传递给四周水冷壁管，到达炉膛出口处，烟气温度冷却到某一数值，炉膛出口处，烟气温度冷却到某一数值，然后进入对流烟道。然后进入对流烟道。1.特点特点炉膛内的传热过程与燃料的燃烧过程同时进行，参与燃烧与传热过程的各因素相互影响。例如，燃料种类不同燃烧过程不尽相同

2、，形成的火焰成分及温度场不同，炉膛的吸热量就会不同，即传热过程不同。反之，传热过程不同就会导致温度场发生变化，影响燃烧及燃尽。炉膛传热以辐射为主，对流所占比例很小。原因：炉膛内火焰温度较高，例如1000左右，而四周水冷壁管的温度较低，例如400炉膛内烟气流速较低，因此，对流传热量占总换热量的份额很小，一般5%。火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈对于一般的煤粉炉对于一般的煤粉炉原因：原因：火焰根部，燃料燃烧生火焰根部，燃料燃烧生成的热量大于辐射传热成的热量大于辐射传热量，火焰温度升高。量，火焰温度升高。火焰继续上升，可燃物火焰继续上升，可燃物逐渐燃烬，燃烧生成的逐渐

3、燃烬，燃烧生成的热量小于辐射传热量，热量小于辐射传热量，因而，火焰温度下降。因而，火焰温度下降。于是，存在一点在该点于是，存在一点在该点火焰温度最高，称该点火焰温度最高，称该点火焰中心。火焰中心。火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。辐射换热量与整个炉膛的形状和尺寸等有辐射换热量与整个炉膛的形状和尺寸等有关。容积越大，炉内换热器量越多，炉膛关。容积越大，炉内换热器量越多，炉膛出口烟气温度越低。反之炉膛内换热量越出口烟气温度越低。反之炉膛内换热量越小，炉膛出口烟气温度越高。小，炉膛出口烟气温度越高。运行因素影响炉内传热过程，例如，运运行因素影响炉内传热过程，例如，运

4、行过程中，污染发生，污染后的受热面表行过程中，污染发生，污染后的受热面表面温度升高，导致炉膛换热量降低。面温度升高，导致炉膛换热量降低。2.炉膛传热计算方法的分类炉膛传热计算方法的分类根据根据“维维”数数来分，有零维模型，一维，二维，三维模型。来分，有零维模型，一维，二维，三维模型。根据方法论根据方法论，有经验法和半径验法，有经验法和半径验法零维模型零维模型，假定炉内各物理量如烟温，火，假定炉内各物理量如烟温，火焰温度，受热面壁温等都是均匀的，计算焰温度，受热面壁温等都是均匀的，计算得到的结果也是某些平均值，如平均炉膛得到的结果也是某些平均值，如平均炉膛出口烟温，平均受热面热负荷等。出口烟温，

5、平均受热面热负荷等。一维模型一维模型：沿炉膛的轴线方向，例如高度，：沿炉膛的轴线方向，例如高度，考虑温度，黑度等的变化，而在垂直于轴考虑温度，黑度等的变化，而在垂直于轴线的平面上则认为各个物理量是均匀的。线的平面上则认为各个物理量是均匀的。二维模型二维模型：适用于轴对称的圆柱型炉膛。：适用于轴对称的圆柱型炉膛。三维模型三维模型：可以得到炉膛内的温度场，热：可以得到炉膛内的温度场，热负荷等。负荷等。讨论：讨论：零维、一维模型简单，计算方便，但零维、一维模型简单，计算方便，但与实际情况相差较大。与实际情况相差较大。二维模型对实际锅炉用处不大，（无二维模型对实际锅炉用处不大，（无圆柱形）圆柱形）三维

6、模型计算难度大，考虑的因素多，三维模型计算难度大，考虑的因素多，但接近实际情况，计算机的出现，使但接近实际情况，计算机的出现，使得该模型前途光明。得该模型前途光明。经验法：经验法：根据工业性试验结果，整理成经验公式根据工业性试验结果，整理成经验公式或图表，计算往往比较简单，也可能相当精确，或图表，计算往往比较简单，也可能相当精确，缺点是，局限较大，只能用于规定的范围，不能缺点是，局限较大，只能用于规定的范围，不能外推。外推。过去：过去：主要依靠经验法。主要依靠经验法。现在：现在：产品较单一的厂家，仍然采用。产品较单一的厂家，仍然采用。半经验法：半经验法：采用一定的理论（例如相似理论），采用一定

7、的理论（例如相似理论），找到描述炉内过程的微分方程，进一步得准则方找到描述炉内过程的微分方程，进一步得准则方程，再利用这些准则方程整理试验数据。程，再利用这些准则方程整理试验数据。目前：目前：零维模型半经验法仍是炉膛传热计算的基零维模型半经验法仍是炉膛传热计算的基本方法。本方法。3.炉膛传热计算的基本公式炉膛传热计算的基本公式1热平衡方程式热平衡方程式几个概念：几个概念：()()有效放热量有效放热量 ：随同每千克计算燃：随同每千克计算燃料送入炉膛的热量。料送入炉膛的热量。lQ()理论燃烧温度理论燃烧温度llT，1kg 燃料在绝热条件燃料在绝热条件下燃烧后烟气所具有的温度。下燃烧后烟气所具有的温

8、度。实实际上，由于际上，由于火焰与水壁之间有热交换，火焰的温度实际火焰与水壁之间有热交换，火焰的温度实际上会低于上会低于llT。在炉膛出口处，烟气完成了全在炉膛出口处，烟气完成了全部炉内的换热过程，温度最低，烟气的焓最部炉内的换热过程，温度最低，烟气的焓最小。小。根据能量守恒原理，烟气在炉膛内的换根据能量守恒原理，烟气在炉膛内的换热量可以看成烟气从理论燃烧温度到炉膛出热量可以看成烟气从理论燃烧温度到炉膛出口温度的焓降，即，口温度的焓降，即， lljIQBQ 保保 温温 系系 数数 ，551qqjB 计 算 燃 料 消 耗 量 若烟若烟气在气在llT和和lT温度之间的比热容量，温度之间的比热容量

9、，可以用某一平均值可以用某一平均值PjVC表示， 最后得到：表示， 最后得到： lllpjjTTVCBQ 2 2辐射换热方程式辐射换热方程式直接计算辐射换热量，直接计算辐射换热量，Stephan-Boltzmann把火焰和炉壁看成两个无限大的平行平面，则把火焰和炉壁看成两个无限大的平行平面，则系统黑度系统黑度,Thy,Tb火焰炉壁的平均温度火焰炉壁的平均温度火焰炉壁的黑度火焰炉壁的黑度;炉壁面积炉壁面积440bhylxtTTFaQxta1111bhyxtaaabhyaa ,lF 根据有效辐射计算换热量根据有效辐射计算换热量如果火焰对炉壁的有效辐射为如果火焰对炉壁的有效辐射为，炉壁对火焰，炉壁对

10、火焰的有效辐射为的有效辐射为，则单位面积上火焰和炉壁间的，则单位面积上火焰和炉壁间的换热量为换热量为。该热量与火焰对炉壁的有效辐。该热量与火焰对炉壁的有效辐射之比称为炉壁的热有效系数射之比称为炉壁的热有效系数于是于是利用辐射热统计或其他仪器可测得利用辐射热统计或其他仪器可测得和和，于，于是得到是得到Q。1yxq2yxq21yxyxqq121yxyxyxqqq121yxyxyxqqqq1yxlqFQ1yxq2yxq假定假定 也可用四次方程来表示也可用四次方程来表示 式中式中 为炉膛黑度，值得注意的是：为炉膛黑度，值得注意的是： 既非火既非火焰黑度，也非系统黑度，而是对应于火焰有效焰黑度，也非系统

11、黑度，而是对应于火焰有效辐射的一个假想的黑度。辐射的一个假想的黑度。1yxq401hylyxTaqlala四对基本换热方程式的分析四对基本换热方程式的分析由热平衡方程来看，要求得炉换热量由热平衡方程来看，要求得炉换热量Q，必须求必须求得得，那么，那么与哪些参数相关呢？与哪些参数相关呢？即即(1)或或（2） lT lT辐射热平衡QQ440 bhylxtpjllljTTFaVCTTB40 hylllllpjjTaFTTVCB由（由（1）知，若求）知，若求 ，必须预先得，必须预先得到到 ， ，由（由（1）知，若求）知，若求 ，必须预先得到，必须预先得到 , ，目前，目前， ， 的确定有困难，经过探索

12、的确定有困难，经过探索 可确定，因此，我们的任务是可确定，因此，我们的任务是：确定：确定： lThyTxtabT lThyTlaxtabTlahyTla二、炉内温度场分布规律二、炉内温度场分布规律研究炉内温度场分布规律的目的：研究炉内温度场分布规律的目的：确定火焰的平均温度确定火焰的平均温度 。 前面讲过，火焰及烟气在其行程上的变化是前面讲过，火焰及烟气在其行程上的变化是剧烈的，但影响炉内温度场沿炉膛高度及的剧烈的，但影响炉内温度场沿炉膛高度及的变化有许多因素，例如，燃料特性，燃烧方变化有许多因素，例如，燃料特性，燃烧方式，受热面的结构特性等。但试验表明，对式，受热面的结构特性等。但试验表明，

13、对于有相当高度而四周布满水冷壁的炉膛，炉于有相当高度而四周布满水冷壁的炉膛，炉内温度场具有类似性，并且可表达成内温度场具有类似性，并且可表达成 :hyT （1）其中，其中，为理论燃烧温度，为理论燃烧温度，相对火焰高度相对火焰高度L火焰的总高度（燃烧器中心到出口中心），火焰的总高度（燃烧器中心到出口中心），x距距燃烧器中心的火焰高度；燃烧器中心的火焰高度；为考虑传热，燃烧对火焰温度影响的经验系数。为考虑传热，燃烧对火焰温度影响的经验系数。（1）中令中令，得炉膛出口无因次温度的四次方，得炉膛出口无因次温度的四次方：将（将（1）从）从0到到1积分，可得到炉膛火焰温度四次方的积分，可得到炉膛火焰温度四

14、次方的平均值：平均值：最高温度点的位置最高温度点的位置得得ee4llTTllTLx,1eel4eedxhy1111104404dxdlnlnmX由于由于 均为均为 和和 的函数，联立后消去的函数，联立后消去和和，得到：得到： 此函数关系画在图上此函数关系画在图上mhylX及44,mlhyXf,可以看出，可以看出，Xm不变时不变时, 与与 呈线性关系呈线性关系.因此有因此有 m和和n均是均是Xm的函数的函数截距近似为截距近似为0， ，n实际上是实际上是Xm为不同值时，直线的斜率，从图中可以大致得到为不同值时，直线的斜率，从图中可以大致得到最后，有火焰平均温度最后，有火焰平均温度 hylgllgn

15、lhym44lglglgmnlhy0lg4m1m0 . 14 . 0 nnlllllhyTTmTT4 4nLnllhyTmTT4 1443炉膛黑度炉膛黑度一、室燃炉的一、室燃炉的前面讲过两个传热方程前面讲过两个传热方程二者相等二者相等la440bhylxtTTFaQ40hyllTaFQ441hybxtlTTaa4411111hybbhyTTaa火焰的有效辐射火焰的有效辐射 炉壁对火焰的有效辐射炉壁对火焰的有效辐射 而而 代入后，整理得代入后，整理得 401hylyxTaq404021hylbbbyxTaaTaq121yxyxyxqqqblhybaaTT14blbhylaaaaa111111bl

16、bhyaaaa1111111lhyaahyhyhyhylaaaaa111 二、火床炉的二、火床炉的对于火床炉，炉排上的赤热煤层也参与辐射对于火床炉，炉排上的赤热煤层也参与辐射换热，情况更复杂，假定燃烧层的黑度为换热，情况更复杂，假定燃烧层的黑度为1，燃，燃烧层的温度与火焰温度相等，经求解得到烧层的温度与火焰温度相等，经求解得到其中其中为炉排面积为炉排面积R与炉膛总壁面积与炉膛总壁面积之比之比（不包括（不包括R）la11111hyhyhylaaaalFlFR4火焰黑度火焰黑度在炉膛黑度的计算式中，除在炉膛黑度的计算式中，除外，还须知道外，还须知道，即火焰黑度，那么怎样计算即火焰黑度，那么怎样计算

17、呢？呢？hyahya我们在传热学中知道，固体发射或吸收辐射能可我们在传热学中知道，固体发射或吸收辐射能可以认为中在表面进行，称表面辐射，但是，当气以认为中在表面进行，称表面辐射，但是，当气体或带有悬浮固体粒子的气体和其他物体进行辐体或带有悬浮固体粒子的气体和其他物体进行辐射换热时，它的辐射和吸收是沿整个容积进行的射换热时，它的辐射和吸收是沿整个容积进行的，称容积辐射。，称容积辐射。气体介质辐射的一个重要特点是可能具有明显的气体介质辐射的一个重要特点是可能具有明显的选择性，气体只辐射和吸收一定波长间隔（称为选择性，气体只辐射和吸收一定波长间隔（称为光带）中的辐射，对于其他波长的辐射能，它几光带）

18、中的辐射，对于其他波长的辐射能，它几乎是透明的。乎是透明的。在锅炉的炉膛中，研究的是烟气辐射。在锅炉的炉膛中，研究的是烟气辐射。烟气一般由烟气一般由二原子气体（二原子气体（N2，O2，CO）三原子气体（三原子气体（CO2，H2O，SO2）以及悬浮固体粒子（炭黑、飞灰，焦碳粒以及悬浮固体粒子（炭黑、飞灰，焦碳粒子）所组成。子）所组成。氮和氧发射和吸收辐射热的能力很弱，可氮和氧发射和吸收辐射热的能力很弱，可以认为是透明的，一般情况下，烟气中以认为是透明的，一般情况下，烟气中CO的浓度很低。因此，中烟气中具有辐射能的浓度很低。因此，中烟气中具有辐射能力的主要是三原子气体和悬浮的固体粒子。力的主要是三

19、原子气体和悬浮的固体粒子。 1 1 三原子气体三原子气体 COCO2 2，H H2 2O O，SOSO2 2在红外线光谱区的某些光带内辐在红外线光谱区的某些光带内辐射和吸收能量，在光带外，既不辐射也不吸收，射和吸收能量，在光带外，既不辐射也不吸收，呈现透明性质，因而，若火焰完全是由三原子呈现透明性质，因而，若火焰完全是由三原子气体组成时，这种火焰肉眼看不到，称为不发气体组成时，这种火焰肉眼看不到，称为不发光火焰。光火焰。2 2 炭黑粒子炭黑粒子 成因：燃料的烃类化合物在高温下分解。成因：燃料的烃类化合物在高温下分解。特点特点 （1 1）直径小，）直径小，0. 030. 03mm （2 2）使火

20、焰发光，具有很强的辐射能力。使火焰发光，具有很强的辐射能力。3焦碳粒子焦碳粒子 成因：水分和挥发分逸出后的剩余部分。成因：水分和挥发分逸出后的剩余部分。特点特点 （1）直径稍大，）直径稍大，3050m （2）有很强的辐射能力。有很强的辐射能力。4灰粒子灰粒子 成因：焦碳粒子的可燃成分燃烬后的剩余部分。成因：焦碳粒子的可燃成分燃烬后的剩余部分。特点特点 （1）直径与炭黑粒子和焦碳粒子之间。）直径与炭黑粒子和焦碳粒子之间。 （2）有一定的辐射能力，在高温下发光。）有一定的辐射能力，在高温下发光。火焰辐射的特点是它在整个炉膛容积中进火焰辐射的特点是它在整个炉膛容积中进行。而火焰与周围水冷壁换热量可以

21、看作行。而火焰与周围水冷壁换热量可以看作是整个炉膛容积内的火焰对其全部周界面是整个炉膛容积内的火焰对其全部周界面的辐射力。由于炉膛的形状不尽规则，从的辐射力。由于炉膛的形状不尽规则，从不同方向辐射对周界面上的射线行程各不不同方向辐射对周界面上的射线行程各不相同，导致到达周界面上的辐射力亦不相相同，导致到达周界面上的辐射力亦不相同。同。 从传热学的观点，将火焰作为灰体，则 KPShyeQ1 P炉膛压力，一般取 P=0.1MPa； K火焰辐射减弱系数，是火焰中各辐射介质的减弱系数 的代数和。单位：1/（mMPa） 贝尔规律 ksseII0 采用当量半球的方法。此时关键是求得当量半球的半径 S， 即

22、平均射线行程，一般 CFVS4 F包壁面积，V气体容积，C修正系数，C=0.850.97 在锅炉热工计算中，取 C=0.9 即 FVS6 . 3 称 S 为有效辐射层厚度 燃用气体、重油的火焰中，主要辐射燃用气体、重油的火焰中，主要辐射介质是三原子气体及炭黑。燃用固体介质是三原子气体及炭黑。燃用固体燃料的火焰中，除三原子气体外，还燃料的火焰中，除三原子气体外，还有灰粒子及焦炭粒子。有灰粒子及焦炭粒子。一般将上述两种情况分开处理一般将上述两种情况分开处理.PSkrkfgthqqea)(1PSrkbfgqqea1式中 qr火焰中三原子气体总的容积份额, OHROqrrr22 qk三原子气体的辐射减

23、弱系数。 100037. 011 . 0106 . 178. 010 2lqoHqTSPrkqP火焰中三原子气体总的分压力，PrPqq； thk火焰中炭黑粒子的辐射减弱系数， YYllthHCTk5 . 010006 . 123 . 0 从该式中可看出：从该式中可看出： HC越高，炭黑粒子的浓度就越高，thk越大。 l越高，thk越小，当2 l时，0thk lT越高，炉温度mmHC分解得的越多，thk越大。 燃用固体燃料 21xxkkrkkjhhqq 1/（mMPa） 322 43000hlyhdTk 1/（mMPa） 式中，y烟气的密度，可取y=1.3kg/m3； hd灰粒的平均直径。对层燃

24、炉，可取hd=20m， 对煤粉炉，可取hd=16m； h灰粒的无因次浓度。 yfhyhGaA100 jk可取jk=10 1/（mMPa） 1x为考虑燃料种类影响的系数，对无烟煤和贫煤，取1x=1； 对烟煤和褐煤，取1x=0.5。 2x为考虑燃烧方式影响的系数 对煤粉炉取2x=0.1； 对层燃炉取2x=0.03。 5 炉膛受热面的辐射特性炉膛受热面的辐射特性一、角系数及有效系数一、角系数及有效系数炉内吸热是借炉膛内布置了辐射受热面炉内吸热是借炉膛内布置了辐射受热面水冷壁来达到的。水冷壁来达到的。水冷壁的辐射受热面面积并不等于所有管水冷壁的辐射受热面面积并不等于所有管子的表面积，这是因为水冷壁管一

25、般都是子的表面积，这是因为水冷壁管一般都是靠炉墙布置，只有曝光的一面受到炉内火靠炉墙布置，只有曝光的一面受到炉内火焰的辐射，而其背面只受到炉墙的反射辐焰的辐射，而其背面只受到炉墙的反射辐射，所以不能完全利用。射，所以不能完全利用。设火焰向炉壁总的投射热量为tQ， 而一次投落到管子壁面上的热量为Q， 则 tQQ （传热学的角系数定义） 为纯几何因子为纯几何因子但锅炉的水冷壁由于它与炉墙的相对位置，使得但锅炉的水冷壁由于它与炉墙的相对位置，使得未直接投射到水冷壁管上的辐射热，未直接投射到水冷壁管上的辐射热，到达炉墙后，到达炉墙后，会被反射回来而部分落到水冷壁管子上。会被反射回来而部分落到水冷壁管子

26、上。 有效角系数x的定义： 投射到炉壁的热量投射到受热面的热量x它计及了火焰辐射与炉墙反射的作用。它计及了火焰辐射与炉墙反射的作用。),(dedsfx 大大 s，管数少，炉墙温度升高。，管数少，炉墙温度升高。e 大也对炉墙失去保护作用。但太小，大也对炉墙失去保护作用。但太小，则金属利用率差。则金属利用率差。对膜式壁对膜式壁x=1。炉膛出口烟窗取炉膛出口烟窗取x=1。但对炉膛出口处布置的管排而言，但对炉膛出口处布置的管排而言，x不能视为不能视为1。有效角系数与炉壁面积的乘积称为有效辐射受热面。有效角系数与炉壁面积的乘积称为有效辐射受热面。 bfxFH若某区域的炉壁面积为若某区域的炉壁面积为Fbi

27、，有效角系数为有效角系数为xi，则则该区域的有效辐射受热面为该区域的有效辐射受热面为:biifiFxH由于名区域布置水冷壁有效角系数不尽相同，则由于名区域布置水冷壁有效角系数不尽相同，则炉膛总的效辐射受热面炉膛总的效辐射受热面 biifiFxHH整个炉膛的平均角系数 bzbibiiFHFFxx bzF为炉膛壁面总面积，对层燃炉 RFFlbz lF为炉膛包覆面积，R 为炉排面积。 也称作炉膛的水冷程度，现代锅炉膛的也称作炉膛的水冷程度，现代锅炉膛的水冷程度都很高，一般可达水冷程度都很高，一般可达0.9以上。以上。整个炉膛中，所布置的水冷壁结构特性不整个炉膛中，所布置的水冷壁结构特性不同，或污染情

28、况不同时，名部分的热有效同，或污染情况不同时，名部分的热有效系数不等。则整个炉膛的平均热有效系数系数不等。则整个炉膛的平均热有效系数为为 xbzbiilFF二、热有效系数二、热有效系数炉膛水冷壁管的热有效系数表示火焰与炉炉膛水冷壁管的热有效系数表示火焰与炉壁间接的换热量与火焰有效辐射之比。壁间接的换热量与火焰有效辐射之比。投射到炉壁的热量受热面吸收的热量121yxyxyxqqq值越大，表示炉壁的吸热能力越高， 值的大小取决于2yxq，若02yxq，1； 若 12yxyxqq，0。 2yxq是自身辐射及反辐射所组成。显然，若炉壁温度很低，则其自身辐射部相对地就很小；若炉壁黑度增大，则炉壁的反辐射

29、就减小。所以，炉壁的有效辐射决定于炉壁温度bT及黑度ba 如果水冷壁管表面十分干净，则外壁温度接近管内如果水冷壁管表面十分干净，则外壁温度接近管内工质温度，一般情况下不会高于工质温度，一般情况下不会高于400，管壁的自身，管壁的自身辐射相对于火焰的有效辐射可以忽略。辐射相对于火焰的有效辐射可以忽略。若水冷壁管外壁结了一层垢，即使很簿，管子最外若水冷壁管外壁结了一层垢，即使很簿，管子最外层灰垢的表面温度也会很高，如层灰垢的表面温度也会很高，如900，这时自身，这时自身辐射就不能忽略了。此外，水冷壁越脏，炉壁黑度辐射就不能忽略了。此外，水冷壁越脏，炉壁黑度就越小，使炉壁的反辐射增加。就越小，使炉壁

30、的反辐射增加。 三、污染系数 水冷壁管的污染系数表示水冷壁管由于结积灰垢导致管壁温度升高和黑度减小而水冷壁管吸热能力减小的一个系数。 投射到受热面的热量受热面吸收的热量显然，气体燃料的液体燃料的 固体燃料的 有 效 角 系 数 x， 污 染 系 数 和 热 有 效系 数 从 不 同 的 角 度 描 述 了 炉 膛 受热 面 的 辐 射 特 性 。 三 者 的 关 系 为 ： x M 经 验 系 数 ，取 决 于 炎 焰 最 高 点 的相 对 位 置Xm， 与 燃 料 种 类 ， 燃 烧 方式 有 关 。 6 炉膛传热计算炉膛传热计算 其中其中 40hyllTFaQnlnllhyTmTT4 14

31、4nlnllllTmTFaQ4 140 lllpjjTTVCBQ由上两式 01 04 llnlmaB llllTT 300lllpjjTFVCBB Boltzmann 准则数 它表示炉膛换热能力与炉膛为黑体时的换热能力之比。 若能够确定 m，n 的数值，则从这个无因次方程可以进行炉膛传热如前面所述，1m。则 naBfll,0 研究表明，n 与燃烧及传热条件有关，不能依靠理论分析得到，统计分析大量的试验结果： 6 . 006 . 00 lllaBMaB 或者 16 . 030 pjjlllllllVCBTaFMTT 根据这个公式可以计算出炉膛出口烟温 l，或炉膛壁面积 lF，最后得到炉膛传热量。

32、 7 炉膛出口烟温及其影响因素炉膛出口烟温及其影响因素一、炉膛出口温确定的原则一、炉膛出口温确定的原则1保证锅炉辐射受热面和对流受热面工作保证锅炉辐射受热面和对流受热面工作的可靠。的可靠。燃用固体燃料时，以受热面不结渣为为限，燃用固体燃料时，以受热面不结渣为为限，一般应小于一般应小于t1。液体和气体燃料时，无结渣问题，主要受液体和气体燃料时，无结渣问题，主要受经济性的限制。经济性的限制。但不能太低，否则炉内平均温度度水平降但不能太低，否则炉内平均温度度水平降低，影响炉内燃料稳定的着火和燃尽。低，影响炉内燃料稳定的着火和燃尽。 2 技术经济性的要求技术经济性的要求炉膛中辐射传热量与火焰的温度的四

33、次方成正比，炉膛中辐射传热量与火焰的温度的四次方成正比，在高烟温区中辐射传热的效果优于对流传热，因在高烟温区中辐射传热的效果优于对流传热，因此，若吸收相同的热量，采用辐射传热可以节省此，若吸收相同的热量，采用辐射传热可以节省受热面积和金属消耗量。但过多地增加辐射受热受热面积和金属消耗量。但过多地增加辐射受热面后，炉膛出口温度降得太低，亦即炉内温度水面后，炉膛出口温度降得太低，亦即炉内温度水平较低，这不仅影响燃烧的顺利进行，而且辐射平较低，这不仅影响燃烧的顺利进行，而且辐射热负荷的减低，节省金属的优越性不能充分体现。热负荷的减低，节省金属的优越性不能充分体现。因此，若较高辐射受热较少，对流受热面

34、就须很因此，若较高辐射受热较少，对流受热面就须很多，但较低辐射受热较多，对流受热面就也减少多，但较低辐射受热较多，对流受热面就也减少不了很多。不了很多。故有最佳值使得二者和为最小。故有最佳值使得二者和为最小。 我国热力计算标准方法中推荐，小型锅炉我国热力计算标准方法中推荐，小型锅炉燃用固体燃料时，炉膛出口烟温不宜低于燃用固体燃料时，炉膛出口烟温不宜低于950。对于燃用固体燃料的大中型室燃炉，。对于燃用固体燃料的大中型室燃炉，比较经济合理的炉膛出口烟温约为比较经济合理的炉膛出口烟温约为1200，燃用气体燃料时，因其火焰发光性较差黑燃用气体燃料时，因其火焰发光性较差黑度较小，辐射传热效果差，而对流

35、受热面度较小，辐射传热效果差，而对流受热面没有飞灰磨损的限制，将用较高的烟气流没有飞灰磨损的限制，将用较高的烟气流速，以获得较大的对流传热系数，炉膛出速，以获得较大的对流传热系数，炉膛出口烟温可提高到口烟温可提高到1400左右。左右。说明：此式虽来大量的统计数据，但当时的容量说明：此式虽来大量的统计数据，但当时的容量较小较小10 时才能不考虑其影响。 3. 讨论：讨论：(1) Re的影响较大的影响较大 (2) 相同的 Re， 错列时， 一般d较大 （虽然6 . 065. 0，但修正系数sC相差较大） (3) d, d,小 d 有强化传热之效果 二、纵向冲刷受热面的d ltredldCCPRd4

36、 . 08 . 0023. 0 Dittus-Boelter correlation dld当量直径，非圆形时 VFddl4 布置管束的矩形通道dnbadnabddl2442 tC考虑管壁温度对流体特性影响的温度修正系数， 当管内为烟气且被冷却以及管内为水蒸汽和水且被加热时1rC，管内为空气且被加热时 5 . 0btTTC T，Tb分别为流体（空气）和管壁内表面的温度 lC管长修正系数 50dl，1lC，否则 1lC 三、转式空预器 其结构特性不同性单纯的管内纵向冲刷，其d也主要通过试验决定。 4 .0RmlalltdPRdCAC A 与传热元件型式有关 m考虑无件型式的指数，强化传热型 m=

37、0.83,其它 m=0.8 4-4 辐射放热系数辐射放热系数一、计算公式一、计算公式管间烟气中含有三原子气体及飞灰，具管间烟气中含有三原子气体及飞灰，具有辐射能力，与对流受热面有辐射换热，有辐射能力，与对流受热面有辐射换热，由于烟气及鉴定壁都不是黑体，辐射能由于烟气及鉴定壁都不是黑体，辐射能要经历多次吸收和反射的过程才能被空要经历多次吸收和反射的过程才能被空气吸收，数学上严格处理较困难，只能气吸收，数学上严格处理较困难，只能近似处理。近似处理。 由于管壁黑度较大，在 0.80.9 之间，烟气与管壁之间的辐射可仅考虑一次吸收的部分， 而用增加管壁表面黑度的方法来考虑多次吸收与辐射的因素， 用管束

38、黑度 gsa来代替管壁黑度 ba，且取 21bgsaa 假定固体燃料所生成的含灰烟气与管束均假定固体燃料所生成的含灰烟气与管束均为灰体，因此是两个灰体之间的辐射换热。为灰体，因此是两个灰体之间的辐射换热。 4404040hbygsyyhbgsgsyyfTTaaaTaaTaq而 hbyffTTq N ew ton 冷 却 公 式 yhbhbygsyhbyhbygsyfTTyTTaaTTTTa4304401 当燃用气体和液体燃料时，烟气为不含灰气流，当燃用气体和液体燃料时，烟气为不含灰气流，有效辐射成分仅是三原子气体，此时，烟气的吸有效辐射成分仅是三原子气体，此时，烟气的吸收率不等于黑度，即烟气不

39、能作为灰体来处理。收率不等于黑度，即烟气不能作为灰体来处理。 设 烟 气 的 吸 收 率 为 Ay， 则yyaA 进行修正 4 . 0hbyyyTTaA 则yhbgsgsyyfATaaTaq4040 最后最后 6 . 3306 . 34 . 04011yhbyhbygsyhbyhbyygsgfTTTTTaaTTTTTaa二、烟气黑度，灰壁温度等的计算二、烟气黑度，灰壁温度等的计算烟气黑度 kpsyea1 其中 hhggkrkK 对不含灰气流，0h（燃油及气）对层燃炉，也可取0h 烟气的有效辐射层厚度 管束 149 . 0221dssdS 屏 CBAS1118 . 1 A、B、C相邻两片屏间烟气

40、的高、宽、深 管内冲刷的管式空预器 ndS9 . 0 灰壁温度的计算：灰壁温度的计算：屏式受热面，对流过热器及包墙管过热器，可按阻叠加原理计算屏式受热面，对流过热器及包墙管过热器，可按阻叠加原理计算 即21ttqhb 一般管壁热阻 0 HQBtqttjhb2211 污染系数（顺列，固体燃料时，取=4.3m2/kw，液体时=2.6 而不取；其它按的规定。 ） 其 它 受 热 面ttthb 度取空气和烟气的平均温平均值受热面燃用气体燃料时的所有的单级双级布置的小型锅炉的锅炉管束直流锅炉的过渡区双级布置的的单凝渣管kysmCsmCsmsmCCCt400,25,4006080三、对流烟道中气室辐射的影

41、响三、对流烟道中气室辐射的影响对流烟道中往往有空的气室存在，如转弯气室，各级受热面之前或级间的气室，对流烟道中往往有空的气室存在，如转弯气室，各级受热面之前或级间的气室，这些气室中的烟气具有辐射能力。这些气室中的烟气具有辐射能力。气室对四周的辐射热量气室对四周的辐射热量 jfhbpjffBHtQ/f气室的辐射放热系数 fH气室四周受热面的辐射受热面积 气室辐射对下游受热面辐射的影响， 一般用增大计算管束的辐射放热系数的办法来考虑。 07. 025. 010001gsqsqsffllTc qsT计算管束前气室中的烟气温度 qsl气室在烟气流动方向上的深度 gsl管束在烟气流动方向上的深度 C系数

42、，与燃料种类有关 f计算管束的辐射放热系数 气室辐对上游的影响可不计。 4-5 对流受热面污染及冲刷不对流受热面污染及冲刷不完全对传热的影响完全对传热的影响受热面上的积灰及冲刷不完全壁免不了一般用，及来考虑影响的大小流场不均匀烟气含灰 一、污染系数一、污染系数设 干 净 气 流 的 清 洁 管 壁 下 的 对 流 传 热 的 总 热 阻 为 01k 含灰气流和污染管壁在同样的传热温压，传热面积及结构参数条件下的传热阻为k1 则定义 011kk 一般 210111k2111hhhbk则 211hhhb所以， 不仅与灰层外表面放热系数hb和灰层热阻 hh有关，而且还与同样条件下的清洁管壁的放热系数

43、 1有关。 hh一般由实验室或实际锅炉受热面上测定hhhb1总值，再获得11来获得。 根据试验 0kldCC 0基准污染系数，实验条件 38dmm，%7 .3330R dC管径修正系数，显然 38dmm 时，1dC klC灰分颗粒组成的修正系数，即偏离%7 .3330R的情况 7 .3330lg18. 11RCkl 一般情况可取1klC 附加修正飞值，与燃料种类和受热面型式有关。 用于考虑燃用固体燃料时对横向冲刷错列管束的污染的影响。 对于屏式过热器也是采用污染系数来考虑积灰污染对传热的影响， 其值取决于燃料种类手烟气的平均温度。 二、热有效系数二、热有效系数 定义 0kk 由试验确定其值的大

44、小。由试验确定其值的大小。用于考虑当锅炉燃用固体燃料时，顺利布置的管束以及燃用液体燃料和气体燃料的各用于考虑当锅炉燃用固体燃料时，顺利布置的管束以及燃用液体燃料和气体燃料的各种布置的管束因积灰污染对传热的影响。种布置的管束因积灰污染对传热的影响。 例如：例如： 油页炭褐煤和洗中煤烟煤无烟煤贫煤固体燃料顺利布置的5 . 0/65. 0/6 . 0其它其它 查阅有关手册查阅有关手册 三、利用系数 屏式过热器的是考虑烟气对屏冲刷不完全的修正系数，其值与烟速有关。 当 4yw m/s 85. 0 4yw 时 85. 0 对对于于管管式式 ky，主主要要是是考考虑虑空空气气侧侧（管管外外横横向向冲冲刷刷

45、）的的气气流流由由于于利利用用管管板板折折流流转转向向时时，不不能能均均匀匀冲冲刷刷管管束束，造造成成对对传传热热的的影影响响。包包括括污污染染的的影影响响在在内内，与与燃燃料料种种类类，管管板板数数等等有有关关。特特殊殊情情况况：对对于于纵纵向向冲冲刷刷的的和和，可可由由烟烟速速采采取取相相应应的的横横向向冲冲刷刷受受热热面面的的值值。当当受受热热面面为为纵纵向向和和横横向向混混合合冲冲刷刷时时，可可按按各各该该段段的的平平均均烟烟速速求求出出，然然后后，按按受受热热面面积积比比例例加加以以平平均均。当当燃燃用用混混合合燃燃料料时时，按按污污染染严严重重的的燃燃料料计计算算，当当燃燃用用重重

46、油油后后燃燃用用气气体体燃燃料料时时，取取用用两两者者的的平平均均值值。当当燃燃用用固固体体燃燃料料之之后后，燃燃用用气气体体燃燃料料时时，按按固固体体燃燃料料计计算算。4-6 传热温压传热温压 所谓温压t，就是参与换热的两种流体在整个受热面中的平均温差，由传热学，对单纯的顺流或逆流 ddxdtttttln锅炉受热面，有时布置较复杂，既非纯顺流也锅炉受热面，有时布置较复杂，既非纯顺流也非纯逆流，但由传热学，我们已知，逆流布置非纯逆流，但由传热学，我们已知，逆流布置时，温压最大，顺流时最小，其它情况的温压时，温压最大，顺流时最小，其它情况的温压均介于这两者之间。均介于这两者之间。nltttnlt

47、按逆流计算的平均温压 t考虑非逆流布置的修正系数，称温压修正系数 t值可根据具体布置，进行理论求导，参见（如）“锅炉手册” ，手工计算时节制成线算图 冷热流体的布置系统分平行流和交叉流两种。冷热流体的布置系统分平行流和交叉流两种。1平行流又分串联和并联混流两种平行流又分串联和并联混流两种串联混流串联混流两段组成，一段顺流，另一段逆流两段组成，一段顺流，另一段逆流这是对流式过热器日常用的布置方案，工质这是对流式过热器日常用的布置方案，工质的低温段布置在烟气的低温部分，高温段布的低温段布置在烟气的低温部分，高温段布置在烟气的高温部分。置在烟气的高温部分。 为了确定是t，需要三个无因次参数 2tP

48、， 21R ， HHAsl 21,流体的温度变化 对(a)情形（从烟气流程看先顺后逆） 1， 2tt 对（b）情形（从烟气流程看先逆后顺） 1tt ， 2 HHsl,顺流部分及总受热面积 并联混流并联混流指在同一烟气流指在同一烟气流通截面上布置成通截面上布置成并行的几部分，并行的几部分，工质在烟气进口工质在烟气进口截面上要往返几截面上要往返几个行程。个行程。 tPx xdR d 烟 气 或 工 质 温 度 变 化 或 tt取 两 者 中 的 大 者 x 取 小 者 2交叉流交叉流此时，温压的大小主要取决于行程曲折次数及气流相互流动的总趋向（顺流或逆流）。此时，温压的大小主要取决于行程曲折次数及

49、气流相互流动的总趋向（顺流或逆流）。 当总趋向为逆流时 tPx xdR 当总趋势为顺流时，则用参数1P，代表 P 111111RRPPn n交叉次数 以上线图是按各行程受热面相等的情况作出的，以上线图是按各行程受热面相等的情况作出的，当受热面相差当受热面相差20%20%时，仍可采用，否则应分区时，仍可采用，否则应分区段进行计算温压。段进行计算温压。 4-7 传热面积和流速的计算传热面积和流速的计算一、传热面积一、传热面积当管子数很多时，以管内径计算的的面积和以管当管子数很多时，以管内径计算的的面积和以管外径计算的面积相差很大。外径计算的面积相差很大。一般原则：一般原则：若管壁两侧的放热系数相差

50、很大而采用平壁传热若管壁两侧的放热系数相差很大而采用平壁传热系数的计算公式时，以放系数小的一侧的湿润面系数的计算公式时，以放系数小的一侧的湿润面积作为传热面积。如果管壁两侧的热阻相当或放积作为传热面积。如果管壁两侧的热阻相当或放热系数相近而采用平壁传热系数的计算公式是支热系数相近而采用平壁传热系数的计算公式是支管子内外表面积的算术平均值作为传热面积。管子内外表面积的算术平均值作为传热面积。 所以：所以：凝渣管，锅炉管束，省煤器，过热器和再凝渣管，锅炉管束，省煤器，过热器和再热器等受热面，传热面积以管外表面积计算。热器等受热面，传热面积以管外表面积计算。管式空预器，以内外表面积的平均值计算。管式