循环流化床锅炉传热特性分析-东南大学学报
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］ ２ 粒团形成进入环形区贴壁下滑［ 粒团在贴壁下滑过程中与壁面进行非稳态导热， 颗粒团与壁面之间存在 ．
一层气体薄膜， 颗粒团与壁面间的传热热阻包括颗粒团与壁面的接触热阻和颗粒团本身的热阻两部分 ． 颗 粒团的对流传热系数可以表示为
[ ／ ]－ ｈ ／ ｈ ｈ ｗ ＋１ ｅ ｐ ｃ ＝ １
ｄ １ ｐ ＝ ｈ ｎ Ｋ ｗ ｇ
３ 结
语
循环流化床锅炉的传热特性是影响锅炉设计和运行控制的重要因素， 本文结合环核结构的流动数学 模型， 建立了循环流化床锅炉传热数学模型 ． 利用该模型对运行参数变化对循环流化床锅炉传热特性的影 响进行了仿真研究， 结果表明改变过量空气系数和一二次风配比都会影响循环流化床锅炉的传热， 但对对 流传热的影响更大一些， 即传热系数与辐射传热份额的变化方向相反 ． 该模型可以作为循环流化床锅炉整 体数学模型的一部分， 仿真结果可以为控制策略的设计提供理论依据 ． 参 考 文 献
， ］ １ ２ ， 作为整体数学模型和控制系统研究工作的一部分， 本文 流化床锅炉传热做了大量的理论和试验研究［
在国内外研究的基础上， 建立了循环流化床锅炉的传热数学模型， 并对运行参数改变对传热特性的影响进 行了仿真研究 ．
１ 传热数学模型
循环流化床锅炉的传热与流动特性密切相关， 循环流化床内气固流动的一个主要特征是在核心区内， 较稀的颗粒以较高的速度向上流动， 而环形区内颗粒浓度要高得多， 且颗粒以较低的速度向下运动 ． 本文 的传热模型建立在环核结构的流动模型基础上 ． 循环流化床锅炉内气固混合物与水冷壁的传热包括对流传热分量 ｈ （ 包括颗粒对流传热分量 ｈ ｃ ｏ ｎ ｐ ｃ和 气体对流传热分量 ｈ ） 和辐射传热分量 ｈ ， 总传热系数可以表示为 ｇ ｃ ｒ ａ ｄ ） ｈ １－ ｆ ｈ ｔ ｏ ｔ＝ｈ ｃ ｏ ｎ ＋ｈ ｒ ａ ｄ ＝ｆ ｗｈ ｐ ｃ ＋（ ｗ ｇ ｃ ＋ｈ ｒ ａ ｄ
循环流化床锅炉传热特性分析
房德山 冷 伟 徐治皋 张志伦
（ 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 哈尔滨 １ ） ５ ０ ０ ４ ６ （ 东南大学动力工程系， 南京 ２ ） １ ０ ０ ９ ６
摘要：作为循环流化床锅炉整体数学模型和控制系统研究工作的一部分， 结合环核结构的流 动数学模型， 建立了循环流化床锅炉的传热数学模型， 对对流传热系数和辐射传热系数随炉膛 高度的变化情况以及运行参数改变对循环流化床锅炉传热特性的影响进行了仿真研究 ． 仿真 结果表明， 一二次风配比的改变和过量空气系数的改变都会使循环流化床锅炉的传热系数改 变， 但对对流传热系数的影响更大一些， 即传热系数与辐射传热份额的变化方向相反 ． 关键词：循环流化床；对流传热；辐射传热；仿真
１
（ ） ３
颗粒团与壁面的接触热阻根据气膜的厚度 ｄ ｎ计算 ｐ／ （ ） ４
式中， ； 气膜的导热系数 Ｋ ｎ取 ２ ． ５ ｇ 根据环形区内温度和壁面温度的平均值确定 ．
收稿日期：２ 年生，博士研究生 ． ０ ０ １ ０ ３ ２ １ ． 作者 自然科学版）
（ ） Ｋ １－Ｋ Ｋ ， εｓ ｃ ｃ ｇ／ ｐ ＝１＋ ０ ． １ ８ （ ０ ６ ３ Ｋ ／ Ｋ） Ｋ ｇ ｐ ｇ （ ）． ． ２ ８ Ｋ Ｋ １－ ， εｓ ｇ／ ｐ ＋０ ｃ 式中， Ｋ ｐ和 Ｋ ｇ 分别为颗粒和气体的导热系数 ． 颗粒团的密度和定压比热根据颗粒团内的颗粒体积份额确定 （ ） １－ ， ， εｓ εｓ ｃ＋ ｃ ρｃ ＝ ρｐ ρｇ
ｅ ｐ －（ ） １－ｅ Ｂ ｐ
（ ） １ ７
， 对漫反射 Ｂ ＝０ 对各向同性反射 Ｂ ＝０ ． ５ ． ６ ６ ７ ．
２ 仿真结果与分析
根据建立的传热数学模型， 以某 １ 对改变运行参数对循环流化床锅炉传 ２ Ｍ Ｗ循环流化床锅炉为对象， 热的影响进行了仿真分析 ． 这里只给出改变一二次风配比和过量空气系数对传热系数影响的仿真结果（ 二 次风从炉膛无量纲高度为 ０ 的位置加入， 图中α 为过量空气系数， ． １ ６ ． α１ 为一次风份额） 图１ 表明在各种运行条件下， 对流传热系数都随炉膛高度的增加而减小， 这是由于随炉膛高度的增 加， 颗粒体积份额逐渐减小， 而颗粒体积份额是影响对流传热的主要因素 ． 由图可知在保持过量空气系数 不变、 减小一次风份额或保持一次风份额不变、 减小过量空气系数的情况下， 对流传热系数都减小， 这是因 为减小一次风份额或减小过量空气系数都使从密相区夹带到稀相区的颗粒量减小， 造成稀相区颗粒体积 份额减小； 相反保持一次风份额不变、 增加过量空气系数则会增大稀相区的颗粒体积份额， 从而使对流传 热系数增大 ． 图２ 表明在各种运行条件下， 辐射传热系数随炉膛高度的增加先减小后增大， 这可以根据炉内的气固 流动特性解释 ． 随炉膛高度的增加， 核心区内的颗粒体积份额不断减小， 减少的这部分颗粒进入环形区贴 壁下滑， 而核心区内的颗粒向上流动到顶部后， 部分颗粒被炉顶分离下来也进入环形区下滑 ． 在炉膛上部 由于颗粒浓度较小， 核心区进入环形区的颗粒带入的热量要小于水冷壁的吸热量， 所以沿炉膛向下环形区 内的温度逐渐降低， 当下降到一定高度后， 由于颗粒浓度的增大， 使核心区进入环形区的颗粒带入的热量 与水冷壁的吸热量相当， 再向下水冷壁的吸热量小于核心区颗粒带入的热量， 环形区内的温度又逐渐升 高． 由于环形区温度是影响辐射传热的主要因素， 所以辐射传热系数沿炉膛高度呈现与环形区温度相同的 变化趋势， 即沿炉膛高度向上先减小后增加 ． 减小一次风份额或减小过量空气系数后， 由于夹带颗粒量的 减少造成带入环形区内的热量减少， 使辐射传热系数减小； 反之， 增大过量空气系数会增加颗粒带入环形 区内的热量， 使辐射传热系数增加 ．
２ ２ ） （ ） Ｔ Ｔ σ（ ａ ｎ ｎ ＋Ｔ ｗ ａ ｎ ｎ ＋Ｔ ｗ ｈ ＝ ｐ ｒ １ ／ ｅ ／ ｅ ｃ ＋１ ｗ －１
（ ） １ ４
（ ） １ ５
式中， Ｔ ｅ σ 为斯蒂芬 波尔兹曼常数； ａ ｎ ｎ和 Ｔ ｗ 分别为环形区和壁面温度； ｃ和 ｅ ｗ 分别为颗粒团和壁面的吸 收率 ． ［ ］ ２ 基于颗粒群的多相反射推出了颗粒团的吸收率 ｅ Ｇ ｒ ａ ｃ ｅ ｃ 与颗粒的吸收率 ｅ ｐ 的关系 （ ） ｅ ． ５ １－ｅ ｃ ＝０ ｐ （ ） １ ６ 对于壁面未被颗粒团覆盖的部分的辐射传热量， 由于循环流化床锅炉壁面附近存在明显的流动边界 层， 使核心区的辐射传热不能或很少到达水冷壁， 辐射传热主要来自环形区的气固混合物， 只有在没有明 显流动边界层的情况下， 才需要考虑核心区的辐射传热穿过环形区达到壁面的部分［７］， 因此本文在建立 循环流化床锅炉辐射传热模型时， 只考虑环形区内分散相对水冷壁的辐射传热 ．
第３ 卷 １
］ ２ 颗粒团本身的热阻由 Ｍ 和Ｆ 的关系式计算［ ｉ ｃ ｋ ｌ ｅ ｙ ａ ｉ ｒ ｂ ａ ｎ ｋ ｓ
１ ＝ ｈ ｅ
槡
πｔ ｃ ４ Ｋ ， ｃ ｐ ｃ ρｃＣ
（ ） ５
在上式中为确定颗粒团本身的热阻， 需要计算颗粒团的导热系数、 密度、 定压比热和颗粒团贴壁下滑
］ ２ 颗粒团的导热系数 Ｋ 和Ｅ 的关系式计算［ 的时间 ． ｅ ｌ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ ｃ 根据 Ｇ
］ ３ 颗粒覆盖壁面的时均份额 ｆ 用下式计算［ ： ｗ 与炉内截面平均颗粒体积份额ε ｓ有密切关系， ０ ． ３ ７ ｆ ． ５ εｓ ｗ ＝３
（ ） １ （ ） ２
１ ． １ 颗粒对流传热分量 根据颗粒团更新模型的理论， 床内的颗粒积聚成颗粒团后进入环形区贴壁下滑， 颗粒团在下滑过程中 不形成连续薄膜， 而是以离散颗粒团的形式下滑， 颗粒团在下滑一定的距离后离开壁面， 又不断有新的颗
０ ． ５ ４ （ ） ． ２ ３ ９ ， εｓ εｓ ｃ ＝１ 颗粒团进入环形区贴壁后加速下滑， 达到最大速度 ｕ 因此颗粒团的贴壁下滑时间和下 ｍ ａ ｘ后离开壁面， ］ ５ 滑距离之间的关系可以表示为［
Ｌ ｃ ＝
２ ｕ ｇ ｔ ｍ ａ ｘ ｃ ｅ ｘ ｐ－ －１ ＋ｕ ｍ ａ ｘｔ ｃ ｇ ｕ ｍ ａ ｘ
[ (
) ]
（ ） １ ０
］ ６ 颗粒团下滑的距离 Ｌ 采用下式计算［ ： ｃ 与床的截面平均颗粒浓度ρ ｓ ｕ ｓ ｐ 有关， ０ ． ５ ９ ６ ． ０ １ ７ ８ Ｌ ｃ ＝０ ｕ ｓ ｐ ρｓ
（ ） １ １
） 、 （ ） 可以得到颗粒团贴壁下滑时间 ｔ 由式（ １ ０ １ １ ｃ． １ ． ２ 气体对流传热分量 在壁面未被颗粒团覆盖的部分， 存在气体的对流传热， 这部分气体中存在少量的分散颗粒， 称为固体
］ ２ 颗粒分散相 ． 固体颗粒分散相的对流传热系数采用 Ｗｅ 和Ｍ 的关系式计算［ ｎ ｉ ｌ ｌ ｅ ｒ
ｈ ｇ ｃ ＝
Ｋ ， ｇＣ ｐ ｐρ ｄ ｉ ｓ ｄ ， ｐ Ｃ ｐ ｇ ρ ｐ
[ ] [ ]
０ ． ３
２ Ｕ ｔ ｇ ｄ ｐ
０ ． ２ １
Ｐ ｒ
（ ） １ ２
式中， 为普朗特数 ． Ｕ ｄ Ｐ ｒ ｔ为颗粒的终端速度； ｐ 为颗粒直径； 固体颗粒分散相的密度ρｄ 有关 ． ｉ ｓ与固体颗粒分散相中颗粒体积份额 Ｙ ） （ ） １－Ｙ １ ３ ｉ ｓ ＝Ｙ ρｄ ρｐ ＋（ ρｇ １ ． ３ 辐射传热分量 辐射传热包括颗粒团对壁面的辐射传热和分散相对壁面的辐射传热， 总辐射传热量可以表示为 ） ｈ １－ ｆ ｈ ｒ ａ ｄ ＝ｆ ｗｈ ｐ ｒ ＋（ ｗ ｇ ｒ 对于壁面被颗粒团覆盖的部分， 颗粒团的辐射传热量为
＋ 中图分类号：Ｔ Ｋ ２ ２ ９ ． ６ ６
文献标识码：Ａ
文章编号：１ （ ） ０ ０ １ － ０ ５ ０ ５ ２ ０ ０ １ ０ ６ ０ ０ ５ ２ ０ ４
循环流化床燃烧具有高效、 低污染、 燃料适应性广的特点， 特别是燃烧劣质煤的能力很强， 我国正致力 于发展大容量循环流化床电站锅炉 ． 研究循环流化床锅炉的传热特性， 特别是研究运行参数对循环流化床 锅炉传热的影响， 对锅炉设计时受热面的布置和运行时床温的控制等具有重要意义 ． 国内外研究者对循环
第３ 卷第 ６ 期 １ Ｖ ｏ ｌ ３ １Ｎ ｏ ６ 东 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） 年 月 ２ ０ ０ １ １ １ Ｎ ｏ ｖ ．２ ０ ０ １ ） Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＳ Ｏ Ｕ Ｔ Ｈ Ｅ Ａ Ｓ ＴＵ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ
（ ） ６
（ ） ７ （ ） ８
ρｐ ＋Ｃ， （ ρｇ ） Ｃ ， ， ， ， εｓ εｓ ｐ ｃ ＝Ｃ ｐ ｐ ｃ ｐｇ １－ ｃ ｃ ρ ρｃ 式中， Ｃ ， ， ｐ ｐ和 Ｃ ｐ ｇ 分别为颗粒和气体的定压比热 ． ρｐ 和ρｇ分别为颗粒和气体的密度；
］ ４ 颗粒团内的颗粒体积份额与截面平均颗粒体积份额之间的关系为［
第６ 期
房德山等： 循环流化床锅炉传热特性分析
４ ７
固体颗粒分散相的辐射传热系数计算表达式与颗粒团辐射传热系数的表达式类似， 只需将式（ ）中 １ ５ 颗粒团的吸收率 ｅ ｃ 改为固体颗粒分散相的吸收率 ｅ ｄ 即可 ． ｅ ｄ ＝ ｅ ｅ ＋２ [（ (（ )] １－ｅ） Ｂ １－ｅ） Ｂ
ｐ ｐ ｐ ｐ ０ ． ５
图３ 总传热系数的变化是对流传热传热和辐射传热共同作用的结果 ． 图４ 说明在炉膛下部区域， 辐射 传热对总传热的贡献很小， 而在炉膛上部区域， 辐射传热和对流传热都起着重要作用 ． 图４ 还表明一次风
４ ８
东南大学学报（ 自然科学版）
第３ 卷 １
份额减小或过量空气系数减小时， 辐射传热的份额增加； 而过量空气系数增大时， 辐射传热的份额减小 ． 即 过量空气系数或一次风份额改变时， 传热系数与辐射传热份额的变化趋势相反， 这说明改变过量空气系数 或改变一次风份额对对流传热的影响要比对辐射传热的影响更大一些 ．
一层气体薄膜， 颗粒团与壁面间的传热热阻包括颗粒团与壁面的接触热阻和颗粒团本身的热阻两部分 ． 颗 粒团的对流传热系数可以表示为
[ ／ ]－ ｈ ／ ｈ ｈ ｗ ＋１ ｅ ｐ ｃ ＝ １
ｄ １ ｐ ＝ ｈ ｎ Ｋ ｗ ｇ
３ 结
语
循环流化床锅炉的传热特性是影响锅炉设计和运行控制的重要因素， 本文结合环核结构的流动数学 模型， 建立了循环流化床锅炉传热数学模型 ． 利用该模型对运行参数变化对循环流化床锅炉传热特性的影 响进行了仿真研究， 结果表明改变过量空气系数和一二次风配比都会影响循环流化床锅炉的传热， 但对对 流传热的影响更大一些， 即传热系数与辐射传热份额的变化方向相反 ． 该模型可以作为循环流化床锅炉整 体数学模型的一部分， 仿真结果可以为控制策略的设计提供理论依据 ． 参 考 文 献
， ］ １ ２ ， 作为整体数学模型和控制系统研究工作的一部分， 本文 流化床锅炉传热做了大量的理论和试验研究［
在国内外研究的基础上， 建立了循环流化床锅炉的传热数学模型， 并对运行参数改变对传热特性的影响进 行了仿真研究 ．
１ 传热数学模型
循环流化床锅炉的传热与流动特性密切相关， 循环流化床内气固流动的一个主要特征是在核心区内， 较稀的颗粒以较高的速度向上流动， 而环形区内颗粒浓度要高得多， 且颗粒以较低的速度向下运动 ． 本文 的传热模型建立在环核结构的流动模型基础上 ． 循环流化床锅炉内气固混合物与水冷壁的传热包括对流传热分量 ｈ （ 包括颗粒对流传热分量 ｈ ｃ ｏ ｎ ｐ ｃ和 气体对流传热分量 ｈ ） 和辐射传热分量 ｈ ， 总传热系数可以表示为 ｇ ｃ ｒ ａ ｄ ） ｈ １－ ｆ ｈ ｔ ｏ ｔ＝ｈ ｃ ｏ ｎ ＋ｈ ｒ ａ ｄ ＝ｆ ｗｈ ｐ ｃ ＋（ ｗ ｇ ｃ ＋ｈ ｒ ａ ｄ
循环流化床锅炉传热特性分析
房德山 冷 伟 徐治皋 张志伦
（ 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 哈尔滨 １ ） ５ ０ ０ ４ ６ （ 东南大学动力工程系， 南京 ２ ） １ ０ ０ ９ ６
摘要：作为循环流化床锅炉整体数学模型和控制系统研究工作的一部分， 结合环核结构的流 动数学模型， 建立了循环流化床锅炉的传热数学模型， 对对流传热系数和辐射传热系数随炉膛 高度的变化情况以及运行参数改变对循环流化床锅炉传热特性的影响进行了仿真研究 ． 仿真 结果表明， 一二次风配比的改变和过量空气系数的改变都会使循环流化床锅炉的传热系数改 变， 但对对流传热系数的影响更大一些， 即传热系数与辐射传热份额的变化方向相反 ． 关键词：循环流化床；对流传热；辐射传热；仿真
１
（ ） ３
颗粒团与壁面的接触热阻根据气膜的厚度 ｄ ｎ计算 ｐ／ （ ） ４
式中， ； 气膜的导热系数 Ｋ ｎ取 ２ ． ５ ｇ 根据环形区内温度和壁面温度的平均值确定 ．
收稿日期：２ 年生，博士研究生 ． ０ ０ １ ０ ３ ２ １ ． 作者 自然科学版）
（ ） Ｋ １－Ｋ Ｋ ， εｓ ｃ ｃ ｇ／ ｐ ＝１＋ ０ ． １ ８ （ ０ ６ ３ Ｋ ／ Ｋ） Ｋ ｇ ｐ ｇ （ ）． ． ２ ８ Ｋ Ｋ １－ ， εｓ ｇ／ ｐ ＋０ ｃ 式中， Ｋ ｐ和 Ｋ ｇ 分别为颗粒和气体的导热系数 ． 颗粒团的密度和定压比热根据颗粒团内的颗粒体积份额确定 （ ） １－ ， ， εｓ εｓ ｃ＋ ｃ ρｃ ＝ ρｐ ρｇ
ｅ ｐ －（ ） １－ｅ Ｂ ｐ
（ ） １ ７
， 对漫反射 Ｂ ＝０ 对各向同性反射 Ｂ ＝０ ． ５ ． ６ ６ ７ ．
２ 仿真结果与分析
根据建立的传热数学模型， 以某 １ 对改变运行参数对循环流化床锅炉传 ２ Ｍ Ｗ循环流化床锅炉为对象， 热的影响进行了仿真分析 ． 这里只给出改变一二次风配比和过量空气系数对传热系数影响的仿真结果（ 二 次风从炉膛无量纲高度为 ０ 的位置加入， 图中α 为过量空气系数， ． １ ６ ． α１ 为一次风份额） 图１ 表明在各种运行条件下， 对流传热系数都随炉膛高度的增加而减小， 这是由于随炉膛高度的增 加， 颗粒体积份额逐渐减小， 而颗粒体积份额是影响对流传热的主要因素 ． 由图可知在保持过量空气系数 不变、 减小一次风份额或保持一次风份额不变、 减小过量空气系数的情况下， 对流传热系数都减小， 这是因 为减小一次风份额或减小过量空气系数都使从密相区夹带到稀相区的颗粒量减小， 造成稀相区颗粒体积 份额减小； 相反保持一次风份额不变、 增加过量空气系数则会增大稀相区的颗粒体积份额， 从而使对流传 热系数增大 ． 图２ 表明在各种运行条件下， 辐射传热系数随炉膛高度的增加先减小后增大， 这可以根据炉内的气固 流动特性解释 ． 随炉膛高度的增加， 核心区内的颗粒体积份额不断减小， 减少的这部分颗粒进入环形区贴 壁下滑， 而核心区内的颗粒向上流动到顶部后， 部分颗粒被炉顶分离下来也进入环形区下滑 ． 在炉膛上部 由于颗粒浓度较小， 核心区进入环形区的颗粒带入的热量要小于水冷壁的吸热量， 所以沿炉膛向下环形区 内的温度逐渐降低， 当下降到一定高度后， 由于颗粒浓度的增大， 使核心区进入环形区的颗粒带入的热量 与水冷壁的吸热量相当， 再向下水冷壁的吸热量小于核心区颗粒带入的热量， 环形区内的温度又逐渐升 高． 由于环形区温度是影响辐射传热的主要因素， 所以辐射传热系数沿炉膛高度呈现与环形区温度相同的 变化趋势， 即沿炉膛高度向上先减小后增加 ． 减小一次风份额或减小过量空气系数后， 由于夹带颗粒量的 减少造成带入环形区内的热量减少， 使辐射传热系数减小； 反之， 增大过量空气系数会增加颗粒带入环形 区内的热量， 使辐射传热系数增加 ．
２ ２ ） （ ） Ｔ Ｔ σ（ ａ ｎ ｎ ＋Ｔ ｗ ａ ｎ ｎ ＋Ｔ ｗ ｈ ＝ ｐ ｒ １ ／ ｅ ／ ｅ ｃ ＋１ ｗ －１
（ ） １ ４
（ ） １ ５
式中， Ｔ ｅ σ 为斯蒂芬 波尔兹曼常数； ａ ｎ ｎ和 Ｔ ｗ 分别为环形区和壁面温度； ｃ和 ｅ ｗ 分别为颗粒团和壁面的吸 收率 ． ［ ］ ２ 基于颗粒群的多相反射推出了颗粒团的吸收率 ｅ Ｇ ｒ ａ ｃ ｅ ｃ 与颗粒的吸收率 ｅ ｐ 的关系 （ ） ｅ ． ５ １－ｅ ｃ ＝０ ｐ （ ） １ ６ 对于壁面未被颗粒团覆盖的部分的辐射传热量， 由于循环流化床锅炉壁面附近存在明显的流动边界 层， 使核心区的辐射传热不能或很少到达水冷壁， 辐射传热主要来自环形区的气固混合物， 只有在没有明 显流动边界层的情况下， 才需要考虑核心区的辐射传热穿过环形区达到壁面的部分［７］， 因此本文在建立 循环流化床锅炉辐射传热模型时， 只考虑环形区内分散相对水冷壁的辐射传热 ．
第３ 卷 １
］ ２ 颗粒团本身的热阻由 Ｍ 和Ｆ 的关系式计算［ ｉ ｃ ｋ ｌ ｅ ｙ ａ ｉ ｒ ｂ ａ ｎ ｋ ｓ
１ ＝ ｈ ｅ
槡
πｔ ｃ ４ Ｋ ， ｃ ｐ ｃ ρｃＣ
（ ） ５
在上式中为确定颗粒团本身的热阻， 需要计算颗粒团的导热系数、 密度、 定压比热和颗粒团贴壁下滑
］ ２ 颗粒团的导热系数 Ｋ 和Ｅ 的关系式计算［ 的时间 ． ｅ ｌ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ ｃ 根据 Ｇ
］ ３ 颗粒覆盖壁面的时均份额 ｆ 用下式计算［ ： ｗ 与炉内截面平均颗粒体积份额ε ｓ有密切关系， ０ ． ３ ７ ｆ ． ５ εｓ ｗ ＝３
（ ） １ （ ） ２
１ ． １ 颗粒对流传热分量 根据颗粒团更新模型的理论， 床内的颗粒积聚成颗粒团后进入环形区贴壁下滑， 颗粒团在下滑过程中 不形成连续薄膜， 而是以离散颗粒团的形式下滑， 颗粒团在下滑一定的距离后离开壁面， 又不断有新的颗
０ ． ５ ４ （ ） ． ２ ３ ９ ， εｓ εｓ ｃ ＝１ 颗粒团进入环形区贴壁后加速下滑， 达到最大速度 ｕ 因此颗粒团的贴壁下滑时间和下 ｍ ａ ｘ后离开壁面， ］ ５ 滑距离之间的关系可以表示为［
Ｌ ｃ ＝
２ ｕ ｇ ｔ ｍ ａ ｘ ｃ ｅ ｘ ｐ－ －１ ＋ｕ ｍ ａ ｘｔ ｃ ｇ ｕ ｍ ａ ｘ
[ (
) ]
（ ） １ ０
］ ６ 颗粒团下滑的距离 Ｌ 采用下式计算［ ： ｃ 与床的截面平均颗粒浓度ρ ｓ ｕ ｓ ｐ 有关， ０ ． ５ ９ ６ ． ０ １ ７ ８ Ｌ ｃ ＝０ ｕ ｓ ｐ ρｓ
（ ） １ １
） 、 （ ） 可以得到颗粒团贴壁下滑时间 ｔ 由式（ １ ０ １ １ ｃ． １ ． ２ 气体对流传热分量 在壁面未被颗粒团覆盖的部分， 存在气体的对流传热， 这部分气体中存在少量的分散颗粒， 称为固体
］ ２ 颗粒分散相 ． 固体颗粒分散相的对流传热系数采用 Ｗｅ 和Ｍ 的关系式计算［ ｎ ｉ ｌ ｌ ｅ ｒ
ｈ ｇ ｃ ＝
Ｋ ， ｇＣ ｐ ｐρ ｄ ｉ ｓ ｄ ， ｐ Ｃ ｐ ｇ ρ ｐ
[ ] [ ]
０ ． ３
２ Ｕ ｔ ｇ ｄ ｐ
０ ． ２ １
Ｐ ｒ
（ ） １ ２
式中， 为普朗特数 ． Ｕ ｄ Ｐ ｒ ｔ为颗粒的终端速度； ｐ 为颗粒直径； 固体颗粒分散相的密度ρｄ 有关 ． ｉ ｓ与固体颗粒分散相中颗粒体积份额 Ｙ ） （ ） １－Ｙ １ ３ ｉ ｓ ＝Ｙ ρｄ ρｐ ＋（ ρｇ １ ． ３ 辐射传热分量 辐射传热包括颗粒团对壁面的辐射传热和分散相对壁面的辐射传热， 总辐射传热量可以表示为 ） ｈ １－ ｆ ｈ ｒ ａ ｄ ＝ｆ ｗｈ ｐ ｒ ＋（ ｗ ｇ ｒ 对于壁面被颗粒团覆盖的部分， 颗粒团的辐射传热量为
＋ 中图分类号：Ｔ Ｋ ２ ２ ９ ． ６ ６
文献标识码：Ａ
文章编号：１ （ ） ０ ０ １ － ０ ５ ０ ５ ２ ０ ０ １ ０ ６ ０ ０ ５ ２ ０ ４
循环流化床燃烧具有高效、 低污染、 燃料适应性广的特点， 特别是燃烧劣质煤的能力很强， 我国正致力 于发展大容量循环流化床电站锅炉 ． 研究循环流化床锅炉的传热特性， 特别是研究运行参数对循环流化床 锅炉传热的影响， 对锅炉设计时受热面的布置和运行时床温的控制等具有重要意义 ． 国内外研究者对循环
第３ 卷第 ６ 期 １ Ｖ ｏ ｌ ３ １Ｎ ｏ ６ 东 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） 年 月 ２ ０ ０ １ １ １ Ｎ ｏ ｖ ．２ ０ ０ １ ） Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＳ Ｏ Ｕ Ｔ Ｈ Ｅ Ａ Ｓ ＴＵ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ
（ ） ６
（ ） ７ （ ） ８
ρｐ ＋Ｃ， （ ρｇ ） Ｃ ， ， ， ， εｓ εｓ ｐ ｃ ＝Ｃ ｐ ｐ ｃ ｐｇ １－ ｃ ｃ ρ ρｃ 式中， Ｃ ， ， ｐ ｐ和 Ｃ ｐ ｇ 分别为颗粒和气体的定压比热 ． ρｐ 和ρｇ分别为颗粒和气体的密度；
］ ４ 颗粒团内的颗粒体积份额与截面平均颗粒体积份额之间的关系为［
第６ 期
房德山等： 循环流化床锅炉传热特性分析
４ ７
固体颗粒分散相的辐射传热系数计算表达式与颗粒团辐射传热系数的表达式类似， 只需将式（ ）中 １ ５ 颗粒团的吸收率 ｅ ｃ 改为固体颗粒分散相的吸收率 ｅ ｄ 即可 ． ｅ ｄ ＝ ｅ ｅ ＋２ [（ (（ )] １－ｅ） Ｂ １－ｅ） Ｂ
ｐ ｐ ｐ ｐ ０ ． ５
图３ 总传热系数的变化是对流传热传热和辐射传热共同作用的结果 ． 图４ 说明在炉膛下部区域， 辐射 传热对总传热的贡献很小， 而在炉膛上部区域， 辐射传热和对流传热都起着重要作用 ． 图４ 还表明一次风
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东南大学学报（ 自然科学版）
第３ 卷 １
份额减小或过量空气系数减小时， 辐射传热的份额增加； 而过量空气系数增大时， 辐射传热的份额减小 ． 即 过量空气系数或一次风份额改变时， 传热系数与辐射传热份额的变化趋势相反， 这说明改变过量空气系数 或改变一次风份额对对流传热的影响要比对辐射传热的影响更大一些 ．