第11章 半辐射和对流受热面的传热计算=锅炉原理 =华中科技大学
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18
传热系数
以热有效系数 来考虑灰层污染时，按烟气侧全部受热面H
计算传热系数
K
1
1
1
1
1
1 1
(11-25)
以污染系数 来考虑灰层污染时，按烟气侧全部受热面的H
计算传热系数
K
H1 H
H2 H
1
1
(11-26)
19
放热系数a
烟气对管壁的放热系数 1 ：烟气的对流放热系数d 和管间 烟气容积的辐射放热系数 f 。 对流管束烟气侧放热系数
Pr数在0.6～120范围内时，其放热系数可用下式计算
d
0.023
ddl
Re0.8
P0.4 r
Ct Cl
，kW/(m2•℃)
(11-36)
➢ 回转式空气预热器对流放热系数
Re数在103～105范围内的回转式空气预热器烟气和空气侧的放热系数 按下式计算
d
C
ddl
R 0.8 e
P0.4 r
Ct Cl
25
pj
t pj
，℃
(11-11)
其中 p、j t pj—烟气与工质进、出口温度算术平均值。
12
传热温压
➢ 其它流动方式的温压，则按逆流温压乘以修正系数来计算
t tn ，℃ (11-12)
系数 由图查出。对于不同的流动系统
（11-5）及图（11-6）中标出 。
值分别在图（11-4）、图
➢ 对于任何一种复杂的连接方式，如果系统中顺流部分的传热温压与逆 流部分的传热温压之比大于0.92，则系统温压的计算的可简化为：
Qf
" 2
Qf "
Qph
Qph
5.67 1011 Fp"Tp4 r
Bj
8
工质对流吸热量
➢ 对于空气预热器，空气的吸热量按下式计算
Qdx
2
H 0Baidu Nhomakorabeak
H
0 k
，kJ/kg (11-8)
式中 —空气预热器出口处空气量理论空气量之比,
t t zf ，其中t 为炉膛过剩空气系数；t 和zf 分别为炉膛和制粉系统的漏风系数。按表2-7数据选取；
➢ 对于过热器
燃用固体燃料，横向冲刷错列布置的光管管束
K
1
1 1
1
2
(11-18)
15
传热系数
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、重油横向冲刷错列或顺列布置的光管管束
K 11
1 2
(11-19)
➢ 对于受热介质为水、汽水混合物和超临界压力过热蒸汽的 受热面，式（11-18）、（11-19）可变为
➢ 顺流或逆流的传热温压按对流平均温差计算
t td tx td tx
In td 2.3Ig td
tx
tx
，℃ (11-10)
11
传热温压
式中 td —受热面两端的温度差中的较大值，℃； tx —受热面两端的温度差中的较小值，℃。
当 td 1.7 时，传热温压可取算术平均值
tx
t
td
tx 2
空间而落在屏后受热面的部分。可按下式计算：
2
xp
b
b
s1
1 s1
(11-7)
b、s1——分别为屏间烟气空间的深度和宽度，后者即为屏间节距， 见图11-2。
7
工质对流吸热量
➢ 对于屏后受热面（第二级屏或凝渣管或过热器），其入口
断面的辐射热Qf
应为炉膛穿透辐射热
2
Qf
"与第一级屏屏
区高温烟气对其后受热面的辐射热Qph之和，即
算；对管式空气预热器，按该段空气预热器进、出口空气温度的平均值
计算；对回转式空气预热器，取冷段与热段空气焓的平均值。
4
工质对流吸热量
➢ 对于过热器和省煤器，工质对流吸热量按下式计算
Qdx
D Bj
(h
h)
，kJ/kg (11-2)
➢ 对开屏式过热器及吸收炉内辐射热的对流过热器，则有
， Qdx
D Bj
qf —炉膛辐射受热面的平均热负荷，kw/m2，式（10-26）计算确定；
Fp —屏进口处烟窗面积，m2。
6
工质对流吸热量
Qf—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
Qf
Qf
(1
a) xp
(11-6)
a—为屏间烟气黑度，用本章有关公式计算确定；
xp— 为屏进口截面对出口截面的角系数，表示炉膛辐射热透过屏间
kW/(m2•℃)。
14
传热系数
影响灰污层的热阻 (h )的因素：燃料种类、灰粒尺寸、烟 气流速、管子下径和h布置方式等。热力计算中用污染系数
或热有效系数 来考虑灰层的污染。
对于空气预热器则采用利用系数 综合考虑积灰污染、烟
气和空气对受热面冲刷不均匀等的影响。 不同情况下的传热系数可作如下简化：
第十一章 半辐射和对流受热面的 传热计算
对流传热计算的基本公式 传热温压 传热系数 对流受热面面积与介质速度
1
对流传热计算的基本公式
对流受热面中烟气与工质间的换热过程： ➢ 烟气对管外壁的放热（包括辐射与对流）； ➢ 管外壁到管内壁的导热 ； ➢ 管内壁对工质的对流放热 。
对流传热计算的基本公式 ： ➢ 烟气对流放热公式； ➢ 工质（蒸汽或水或空气）的对流吸热公式 ； ➢ 对流传热公式 。
示）后可用以下公式计算：
H
H
0 y
(
1)
H
0 l
kJ/k （11－1）
式中
H
—受热面进口烟气焓，
H
H
0 y
(
1)
H
0 l
，kJ/kg
H—受热面出口烟气焓，Qdf
(
H
H
H
0 l
)
，kJ/kg
H
0 l
—
1时漏入空气的焓，kJ/kg
—受热面漏风系数，按经验数据或表2－7选取。
对于空气预热器以外的各对流受热面，取冷空气温度（20～30℃）计
(h h)
Qf
kJ/kg (11-3)
式中Qf—屏式过热器来自炉膛的辐射吸热量：
Qf Qf Qf
(11-4)
5
工质对流吸热量
Qf
g q f Fp
Bj
(11-5)
Qf —屏进口处截面（炉膛出口截面）所吸收的炉膛辐射热量
g —屏区（在炉膛高度方向）热负荷分布不均匀系数，可查图10-6； —考虑屏间烟气向炉膛反辐射影响的修正系数，可查图10-1；
再用相似理论整理出实用的计算公式 。
➢ 横向冲刷
对于顺列管束：d
0.2CsCz
d
Ree0.65 Prr0.33
kW/(m2•℃)
(11-30)
对于错列管束：
d
CsCz
d
R 0.6 e
P0.33 r
kW/(m2•℃) (11-33)
21
对流放热系数ad
➢ 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、水等）以及 空气预热器中的烟气均在管内作纵向冲刷，当Re数在104～5×105；
t (ts tn ) / 2 ，℃ (11-16)
13
传热系数
传热系数K：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
K
1
1
h b g
1
1 h b g 2
，kW/(m2•℃) (11-17)
式中1、2 —加热介质对管壁及管壁对受热介质的放热系 数，kW/(m2•℃) ；
h、b、 g—烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的厚度，m； h、b 、g —烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的导热系数，
1 (d f ) ，kW/(m2•℃) (11-28)
对屏式受热面烟气侧的放热系数
1
d
2s2 x
d
f
，kW/(m2•℃)
(11-29)
20
对流放热系数ad
对流放热系数：表征对流换热过程强弱的指标。它与气流速度和温 度，定性尺寸，受热面的冲刷方式（纵向或横向），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 介质的物理性质等因素有关。其数值是在试验台上用试验方法得出，
H
0 k
、H
0 k
—空气预热器进、出口理论空气焓，kJ/kg。
9
对流传热量
对应于一公斤计算燃料，对流传热量按下式计算
Qdc
KH t Bj
，kJ/kg (11-9)
式中 K—传热系数，kW/(m2•℃)； H—传热面积，m2； t—传热温压，℃。
下面讨论上述公式中各物理量的计算方法。
10
传热温压
传热温压：是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。 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（串联混合流、平行混合流、交叉 流）的温压介乎两者之间。锅炉常用的流动方式见图11-3。
, kW/(m2•℃) (11-37)
22
污染系数
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，计算传热系数时需用污染系数 来考 虑由于管子外表面积灰引起的热阻对传热的影响 。
污染系数：与烟速、燃料性质、管子排列方式及其节距、 直径和灰粒尺寸等众多因素有关。
对于燃用固体燃料的错列管束（包括鳍片管束），污染 系数可按以下经验公式计算
，(m2•℃)/W (11-52) Cd Ch 0
23
热有效系数
对于燃用固体燃料的顺列管束、燃用液体和气体燃料的光
管管束以及燃用所有燃料的凝渣管均要用热有效系数
来考虑灰污对传热的影响。 热有效系数的数值，可按不同情况，由表11-3、表11-4、 表11-5查得。
24
利用系数
利用系数 ：表示气流对受热面冲刷不均匀等因素的影 响。 对大型电站锅炉机组的横向冲刷，可取 1.0 ；对屏式 受热面系数 可由图11-14查出；当烟气流速 y 4.0m / s 时，取 0.85 。 对于空气预热器，考虑冲刷不完善、管子污染等原因综合 影响的利用系数 可按表1-18查出。
2
对流传热计算的基本公式
假定烟气流过对流受热面，烟气 通过受热面管壁对工质放热时，
➢ 烟气温度由 ℃降至 ℃； ➢ 工质温度则由 t ℃提高到 t ℃；
➢ 漏入烟道的冷空气（其量用漏风 系数表示）同时被加热，其温度 由tlk℃提高到 ℃。
图11－1 对流受热面热量平衡图
3
烟气对流放热量
烟气在对流烟道中放出的热量在考虑了烟道的散热损失（用保热系数表
17
传热系数
➢ 对于屏式受热面（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升高，导致对流传热减少的影响）
K
1
1 1
Qf Qd
1 2
1
(11-24)
式中 Qf—屏从炉膛中吸收的辐射热，kJ/kg； Qd—屏以对流方式（包括管间空气的烟气辐射）传递
的热量，kJ/kg。
➢ 对于肋片和鳍片式省煤器（在考虑上述影响的因素外，还 要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 ）
K
(11-20)
1 1
K 1
(11-21)
16
传热系数
➢ 对于空气预热器 管式空气预热器 ：
K Cn
11
xy1 xk2
(11-22)
回转式空气预热器：
K 11
1 2
(11-23)
xy、xk—烟气、空气冲刷转子的份额 Cn——考虑在转数较低时热交换不稳定性影响的
修正系数，是转数的函数 。可在表11－1中选取。
传热系数
以热有效系数 来考虑灰层污染时，按烟气侧全部受热面H
计算传热系数
K
1
1
1
1
1
1 1
(11-25)
以污染系数 来考虑灰层污染时，按烟气侧全部受热面的H
计算传热系数
K
H1 H
H2 H
1
1
(11-26)
19
放热系数a
烟气对管壁的放热系数 1 ：烟气的对流放热系数d 和管间 烟气容积的辐射放热系数 f 。 对流管束烟气侧放热系数
Pr数在0.6～120范围内时，其放热系数可用下式计算
d
0.023
ddl
Re0.8
P0.4 r
Ct Cl
，kW/(m2•℃)
(11-36)
➢ 回转式空气预热器对流放热系数
Re数在103～105范围内的回转式空气预热器烟气和空气侧的放热系数 按下式计算
d
C
ddl
R 0.8 e
P0.4 r
Ct Cl
25
pj
t pj
，℃
(11-11)
其中 p、j t pj—烟气与工质进、出口温度算术平均值。
12
传热温压
➢ 其它流动方式的温压，则按逆流温压乘以修正系数来计算
t tn ，℃ (11-12)
系数 由图查出。对于不同的流动系统
（11-5）及图（11-6）中标出 。
值分别在图（11-4）、图
➢ 对于任何一种复杂的连接方式，如果系统中顺流部分的传热温压与逆 流部分的传热温压之比大于0.92，则系统温压的计算的可简化为：
Qf
" 2
Qf "
Qph
Qph
5.67 1011 Fp"Tp4 r
Bj
8
工质对流吸热量
➢ 对于空气预热器，空气的吸热量按下式计算
Qdx
2
H 0Baidu Nhomakorabeak
H
0 k
，kJ/kg (11-8)
式中 —空气预热器出口处空气量理论空气量之比,
t t zf ，其中t 为炉膛过剩空气系数；t 和zf 分别为炉膛和制粉系统的漏风系数。按表2-7数据选取；
➢ 对于过热器
燃用固体燃料，横向冲刷错列布置的光管管束
K
1
1 1
1
2
(11-18)
15
传热系数
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、重油横向冲刷错列或顺列布置的光管管束
K 11
1 2
(11-19)
➢ 对于受热介质为水、汽水混合物和超临界压力过热蒸汽的 受热面，式（11-18）、（11-19）可变为
➢ 顺流或逆流的传热温压按对流平均温差计算
t td tx td tx
In td 2.3Ig td
tx
tx
，℃ (11-10)
11
传热温压
式中 td —受热面两端的温度差中的较大值，℃； tx —受热面两端的温度差中的较小值，℃。
当 td 1.7 时，传热温压可取算术平均值
tx
t
td
tx 2
空间而落在屏后受热面的部分。可按下式计算：
2
xp
b
b
s1
1 s1
(11-7)
b、s1——分别为屏间烟气空间的深度和宽度，后者即为屏间节距， 见图11-2。
7
工质对流吸热量
➢ 对于屏后受热面（第二级屏或凝渣管或过热器），其入口
断面的辐射热Qf
应为炉膛穿透辐射热
2
Qf
"与第一级屏屏
区高温烟气对其后受热面的辐射热Qph之和，即
算；对管式空气预热器，按该段空气预热器进、出口空气温度的平均值
计算；对回转式空气预热器，取冷段与热段空气焓的平均值。
4
工质对流吸热量
➢ 对于过热器和省煤器，工质对流吸热量按下式计算
Qdx
D Bj
(h
h)
，kJ/kg (11-2)
➢ 对开屏式过热器及吸收炉内辐射热的对流过热器，则有
， Qdx
D Bj
qf —炉膛辐射受热面的平均热负荷，kw/m2，式（10-26）计算确定；
Fp —屏进口处烟窗面积，m2。
6
工质对流吸热量
Qf—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
Qf
Qf
(1
a) xp
(11-6)
a—为屏间烟气黑度，用本章有关公式计算确定；
xp— 为屏进口截面对出口截面的角系数，表示炉膛辐射热透过屏间
kW/(m2•℃)。
14
传热系数
影响灰污层的热阻 (h )的因素：燃料种类、灰粒尺寸、烟 气流速、管子下径和h布置方式等。热力计算中用污染系数
或热有效系数 来考虑灰层的污染。
对于空气预热器则采用利用系数 综合考虑积灰污染、烟
气和空气对受热面冲刷不均匀等的影响。 不同情况下的传热系数可作如下简化：
第十一章 半辐射和对流受热面的 传热计算
对流传热计算的基本公式 传热温压 传热系数 对流受热面面积与介质速度
1
对流传热计算的基本公式
对流受热面中烟气与工质间的换热过程： ➢ 烟气对管外壁的放热（包括辐射与对流）； ➢ 管外壁到管内壁的导热 ； ➢ 管内壁对工质的对流放热 。
对流传热计算的基本公式 ： ➢ 烟气对流放热公式； ➢ 工质（蒸汽或水或空气）的对流吸热公式 ； ➢ 对流传热公式 。
示）后可用以下公式计算：
H
H
0 y
(
1)
H
0 l
kJ/k （11－1）
式中
H
—受热面进口烟气焓，
H
H
0 y
(
1)
H
0 l
，kJ/kg
H—受热面出口烟气焓，Qdf
(
H
H
H
0 l
)
，kJ/kg
H
0 l
—
1时漏入空气的焓，kJ/kg
—受热面漏风系数，按经验数据或表2－7选取。
对于空气预热器以外的各对流受热面，取冷空气温度（20～30℃）计
(h h)
Qf
kJ/kg (11-3)
式中Qf—屏式过热器来自炉膛的辐射吸热量：
Qf Qf Qf
(11-4)
5
工质对流吸热量
Qf
g q f Fp
Bj
(11-5)
Qf —屏进口处截面（炉膛出口截面）所吸收的炉膛辐射热量
g —屏区（在炉膛高度方向）热负荷分布不均匀系数，可查图10-6； —考虑屏间烟气向炉膛反辐射影响的修正系数，可查图10-1；
再用相似理论整理出实用的计算公式 。
➢ 横向冲刷
对于顺列管束：d
0.2CsCz
d
Ree0.65 Prr0.33
kW/(m2•℃)
(11-30)
对于错列管束：
d
CsCz
d
R 0.6 e
P0.33 r
kW/(m2•℃) (11-33)
21
对流放热系数ad
➢ 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、水等）以及 空气预热器中的烟气均在管内作纵向冲刷，当Re数在104～5×105；
t (ts tn ) / 2 ，℃ (11-16)
13
传热系数
传热系数K：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
K
1
1
h b g
1
1 h b g 2
，kW/(m2•℃) (11-17)
式中1、2 —加热介质对管壁及管壁对受热介质的放热系 数，kW/(m2•℃) ；
h、b、 g—烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的厚度，m； h、b 、g —烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的导热系数，
1 (d f ) ，kW/(m2•℃) (11-28)
对屏式受热面烟气侧的放热系数
1
d
2s2 x
d
f
，kW/(m2•℃)
(11-29)
20
对流放热系数ad
对流放热系数：表征对流换热过程强弱的指标。它与气流速度和温 度，定性尺寸，受热面的冲刷方式（纵向或横向），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 介质的物理性质等因素有关。其数值是在试验台上用试验方法得出，
H
0 k
、H
0 k
—空气预热器进、出口理论空气焓，kJ/kg。
9
对流传热量
对应于一公斤计算燃料，对流传热量按下式计算
Qdc
KH t Bj
，kJ/kg (11-9)
式中 K—传热系数，kW/(m2•℃)； H—传热面积，m2； t—传热温压，℃。
下面讨论上述公式中各物理量的计算方法。
10
传热温压
传热温压：是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。 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（串联混合流、平行混合流、交叉 流）的温压介乎两者之间。锅炉常用的流动方式见图11-3。
, kW/(m2•℃) (11-37)
22
污染系数
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，计算传热系数时需用污染系数 来考 虑由于管子外表面积灰引起的热阻对传热的影响 。
污染系数：与烟速、燃料性质、管子排列方式及其节距、 直径和灰粒尺寸等众多因素有关。
对于燃用固体燃料的错列管束（包括鳍片管束），污染 系数可按以下经验公式计算
，(m2•℃)/W (11-52) Cd Ch 0
23
热有效系数
对于燃用固体燃料的顺列管束、燃用液体和气体燃料的光
管管束以及燃用所有燃料的凝渣管均要用热有效系数
来考虑灰污对传热的影响。 热有效系数的数值，可按不同情况，由表11-3、表11-4、 表11-5查得。
24
利用系数
利用系数 ：表示气流对受热面冲刷不均匀等因素的影 响。 对大型电站锅炉机组的横向冲刷，可取 1.0 ；对屏式 受热面系数 可由图11-14查出；当烟气流速 y 4.0m / s 时，取 0.85 。 对于空气预热器，考虑冲刷不完善、管子污染等原因综合 影响的利用系数 可按表1-18查出。
2
对流传热计算的基本公式
假定烟气流过对流受热面，烟气 通过受热面管壁对工质放热时，
➢ 烟气温度由 ℃降至 ℃； ➢ 工质温度则由 t ℃提高到 t ℃；
➢ 漏入烟道的冷空气（其量用漏风 系数表示）同时被加热，其温度 由tlk℃提高到 ℃。
图11－1 对流受热面热量平衡图
3
烟气对流放热量
烟气在对流烟道中放出的热量在考虑了烟道的散热损失（用保热系数表
17
传热系数
➢ 对于屏式受热面（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升高，导致对流传热减少的影响）
K
1
1 1
Qf Qd
1 2
1
(11-24)
式中 Qf—屏从炉膛中吸收的辐射热，kJ/kg； Qd—屏以对流方式（包括管间空气的烟气辐射）传递
的热量，kJ/kg。
➢ 对于肋片和鳍片式省煤器（在考虑上述影响的因素外，还 要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 ）
K
(11-20)
1 1
K 1
(11-21)
16
传热系数
➢ 对于空气预热器 管式空气预热器 ：
K Cn
11
xy1 xk2
(11-22)
回转式空气预热器：
K 11
1 2
(11-23)
xy、xk—烟气、空气冲刷转子的份额 Cn——考虑在转数较低时热交换不稳定性影响的
修正系数，是转数的函数 。可在表11－1中选取。