炉内辐射传热计算优秀课件
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锅炉原理课件第九篇章炉内辐射传热计算(二)
背景
随着工业技术的发展，锅炉在能源转换和利用中的地位日益 重要。炉内辐射传热作为锅炉效率的关键因素，对其进行精 确计算对于优化锅炉性能、提高能源利用效率和减少环境污 染具有重要意义。
重要性
理论基础
炉内辐射传热计算是锅炉设计和运行的理论基础，对于理解锅炉内部热力过程、 优化燃料燃烧和热能转换具有关键作用。
详细描述
燃烧效率问题通常与燃料质量、燃烧器设计、炉膛温度控制等因素有关。解决方案包括选用优质燃料 、改进燃烧器设计、优化炉膛温度控制等措施，以提高燃烧效率，减少能源浪费和污染物排放。
烟气温度控制问题
总结词
烟气温度过高或过低会影响锅炉效率和安全性，需要进行合理控制。
详细描述
烟气温度控制问题可能是由于锅炉负荷变化、燃料变化或燃烧工况不佳等原因引起的。解决方案包括根据锅炉负 荷和燃料变化调整燃烧工况、采用烟气温度控制系统等措施，以保持烟气温度在合理范围内，提高锅炉效率和安 全性。
锅炉原理课件第九篇章 炉内辐射传热计算(二)
目录 CONTENT
• 引言 • 炉内辐射传热基础 • 炉内辐射传热计算方法 • 实际应用中的问题与解决方案 • 未来研究方向与展望
01
引言
目的和背景
目的
炉内辐射传热计算是锅炉原理中的重要部分，本篇章旨在深 入探讨这一主题，为读者提供全面的理解和应用基础。
总结词
智能化控制系统的应用可以提高锅炉的运行 效率和安全性。
详细描述
随着人工智能和物联网技术的发展，智能化 控制系统在锅炉中的应用成为可能。通过智 能化控制系统，可以实现锅炉的自动化控制 、实时监测和预警等功能，从而提高锅炉的 运行效率和安全性。同时，智能化控制系统 还可以帮助企业实现能源管理和节能减排，
随着工业技术的发展，锅炉在能源转换和利用中的地位日益 重要。炉内辐射传热作为锅炉效率的关键因素，对其进行精 确计算对于优化锅炉性能、提高能源利用效率和减少环境污 染具有重要意义。
重要性
理论基础
炉内辐射传热计算是锅炉设计和运行的理论基础，对于理解锅炉内部热力过程、 优化燃料燃烧和热能转换具有关键作用。
详细描述
燃烧效率问题通常与燃料质量、燃烧器设计、炉膛温度控制等因素有关。解决方案包括选用优质燃料 、改进燃烧器设计、优化炉膛温度控制等措施，以提高燃烧效率，减少能源浪费和污染物排放。
烟气温度控制问题
总结词
烟气温度过高或过低会影响锅炉效率和安全性，需要进行合理控制。
详细描述
烟气温度控制问题可能是由于锅炉负荷变化、燃料变化或燃烧工况不佳等原因引起的。解决方案包括根据锅炉负 荷和燃料变化调整燃烧工况、采用烟气温度控制系统等措施，以保持烟气温度在合理范围内，提高锅炉效率和安 全性。
锅炉原理课件第九篇章 炉内辐射传热计算(二)
目录 CONTENT
• 引言 • 炉内辐射传热基础 • 炉内辐射传热计算方法 • 实际应用中的问题与解决方案 • 未来研究方向与展望
01
引言
目的和背景
目的
炉内辐射传热计算是锅炉原理中的重要部分，本篇章旨在深 入探讨这一主题，为读者提供全面的理解和应用基础。
总结词
智能化控制系统的应用可以提高锅炉的运行 效率和安全性。
详细描述
随着人工智能和物联网技术的发展，智能化 控制系统在锅炉中的应用成为可能。通过智 能化控制系统，可以实现锅炉的自动化控制 、实时监测和预警等功能，从而提高锅炉的 运行效率和安全性。同时，智能化控制系统 还可以帮助企业实现能源管理和节能减排，
【优质】炉膛传热计算解析PPT资料
Vc
pj
Ql
I
" l
T a Tl"
计算公式见 课本
！！！想知道推导过程 可以看看冯俊凯那本书
最终计算公式
Tl" — — 炉 膛 出 口 温 度
Ta — — 绝 热 火 焰 温 度
T "
a
M ——火焰中心位置修正系数
T l F a T 2、用该公式计算θl’’ 0
3 l l a 0.6
0 — — 黑 体 辐 射 系 数 （5.67 10 -11）
1.炉膛传热原理
从火焰和烟气的放热过程计算炉膛换热 原始的燃烧放热+烟气再循环热量-炉膛出口的烟气焓=炉膛换热
Q B j
Ql
I
" l
,
KW
1 q5 q5
Ql 炉 膛 有 效 放 热 量 （ 每 kg燃 料 计 算 的 锅 炉 输 入 热 量 加上烟气再循环的热量）
B j 锅 炉 计 算 燃 料 量 ， kg / s 保 热 系 数
q yx 1 q yx 2 q yx 1
q yx 1 火焰对炉壁的有效辐射
热负荷
q yx 2 炉壁对火焰的有效反辐
射热负荷
假想黑度，对应于有效辐射热量
q yx 1
a
l
0
T
4 hy
,
炉壁总换热量 Q ( q yx 1 q yx 2 ) F b q yx 1 F b
Q f xF tb 0(Th4y Tb4)
V c pj — — 1kg燃 料 燃 烧 产 物 在 Ta -Tl"区 间 内 总 的 平 均 比 热 容
(炉(F内10有-2效41放9已5热. 量知：量包括？修？正后？的？1公斤燃料的有效放热量、1—公斤—燃保烧热用空系气数带进炉膛的热量。
第九章 炉内辐射传热计算PPT课件
kW /m2
(91)4
– T1、1火焰平均温度和火焰黑度； – T2、2水冷壁表面温度和黑度。
–
其中
1 1 1 1 2
为系统黑度。
中国 • 南京
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两平行平面之间的辐射传热
中国 • 南京
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），两物 体之间的辐射热交换热流
度表示
1T T t1h,
fT Ttfh
(93)6
– 同时存在着对流传热。
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6
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
中国 • 南京
二、炉内传热计算的简化和假设
– 把火焰当作灰体；假设火焰黑度是均匀的； – 将燃烧和辐射两个过程分开：
• 只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所 能达到的温度，称为理论燃烧温度；
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体
Eb0T4 kW /m 2 E0 T4Eb kW /m 2
(91)
– T、温度和黑度；
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9
两平行平面之间的辐射传热
中国 • 南京
二、炉内辐射介质（火焰）的吸收率和黑度
辐射传热量）
Q Rq B R cF a,l kJ /kg
(93)1
– F炉内水冷壁的吸收表面积，m2；
– Bcal锅炉的计算燃料消耗量，kg/s；
qRs1 0(yTn1 412T2 41 ),
第10章炼焦炉的传热ppt课件
1
5.76 1
0.078
273
1500
4
273
1500
11340
1 0.093 100 100
W/㎡
0.093 0.8
计算表明 q辐 》q对
炼焦炉的传热
同时存在对流和辐射传热时，为计算方便，可以辐射传热 辐 形式
表达辐射热交换，即
q辐
=
(
辐
t气 t固
)，W/㎡，但 辐 只是便于计算及与
2O
，即为 H2O 。
炼焦炉的传热
图10-1 CO2黑度曲线图
炼焦炉的传热
当气体中同时含有CO2和 H2O汽时，混合气体的黑度为：
气 co2 ε H2O
（10-9）
式中 是CO2和H2O气的辐射波长部分重合，辐射能相互
吸收而减小的校正值。一般废气中该值不大，仅0.02～
0.04，可忽略不计，只在精确计算或 值很大时 Pco2 PH2O L
=1.95W/(㎡·℃)
对流传热量 q对 1.951500 1300 390 W/㎡
（2）辐射传热量q辐 ：
气层厚度为： m L
4V A
0.9
20.493
4 0.493 0.350 3.7
0.350 0.350 3.7 0.493
3.7
0.35
由于火道内气体吸力很小，气体总压可按0.1MPa，计，则
炼焦炉的传热
E气
气 E0
5.76 气
T气
100
4
，W/m2
式中 E0 ——绝对黑体的辐射能力，W/m2；
气 ——气体的黑度；
（10-8）
5.76——绝对黑体的辐射常数，W/（m2·K4 ）。
第九章：炉内辐射传热计算
13
第二节 炉膛传热计算
ka：辐射减弱系数（1/（m· MPa））
（4）炉膛黑度
k ps 1 e 表达： syn
a
p：炉膛内压力（0.1MPa） s：辐射层有效厚度（m）
含义：表征炉内高温介质的辐射能力
气体
三原子气体：CO2、H2O、SO2等 二原子气体：N2、O2、H2等 燃煤 灰分颗粒 焦炭颗粒
10
第二节 炉膛传热计算
（1）水冷壁结构特性
包覆有效容积的炉墙面积F 辐射受热面积：H＝xF 特殊受热面角系数 炉膛出口－角系数 x=1
x：角系数
投射到受热面的热量
投射到壁面的热量
面积
燃烧器、人孔角系数 x=0 s/d＝1水冷壁－角系数 x=1
膜式水冷壁－角系数 x=1
卫燃带－角系数 x=1
辐射层有效厚度 s
xmax
hmax hf
烟煤和褐煤 M=0.59－0.5（xmax＋∆x） 无烟煤和贫煤 M=0.56－0.5（xmax＋∆x）
12
第二节 炉膛传热计算
（4）炉膛黑度
含义：表征火焰有效辐射的假想黑度 表达：与火焰黑度εsyn有关
syn f
syn syn (1 syn )
4
第二节 炉膛传热计算 3. 基本方法
半理论 半经验 相似理论→准则方程
经验公式→计算结果
4. 基本假设
传热过程独立性：不受其它过程影响 炉内参数均匀性：零维模型 辐射换热主导性：仅考虑辐射
水冷壁管连续性：连续平面
5
第二节 炉膛传热计算 5. 基本公式
（1）数学描写
火焰与炉壁之间的辐射换热
syn 4 Q F T 辐射传热公式 f 0 1
第九章 炉内辐射传热计算
VC av Q ef I f f Tth T f Tth
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Q ef VC avTth f
能源与环境学院 Energy & Environment
Q ef f VC av
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 四、吸收减弱系数与火焰黑度
中国 南京
计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰 黑度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常 压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为
• 三原子气体：CO2和H2O • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒 计算火焰黑度或吸收率时，其减弱系数ka或光学密度τ由三原子气体、灰 分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。
四、入射辐射和有效辐射 – 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。 – 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
（书p.169）
两平行平面之间的辐射传热 一、物体的辐射
中国 南京
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。 对于黑体和灰体
Eb 0T 4 kW / m 2 kW / m 2 (9 1) E 0T 4 Eb
– T、 温度和黑度；
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a 1 e k S 1 e ka S
a
(9 5)
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9
两平行平面之间的辐射传热
中国 南京
三、炉内火焰黑度1 炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成：
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 四、吸收减弱系数与火焰黑度
中国 南京
计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰 黑度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常 压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为
• 三原子气体：CO2和H2O • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒 计算火焰黑度或吸收率时，其减弱系数ka或光学密度τ由三原子气体、灰 分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。
四、入射辐射和有效辐射 – 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。 – 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
（书p.169）
两平行平面之间的辐射传热 一、物体的辐射
中国 南京
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。 对于黑体和灰体
Eb 0T 4 kW / m 2 kW / m 2 (9 1) E 0T 4 Eb
– T、 温度和黑度；
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a 1 e k S 1 e ka S
a
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两平行平面之间的辐射传热
中国 南京
三、炉内火焰黑度1 炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成：
辐射传热的计算b课件
辐射传热与物质属性
吸收率
物质对辐射能的吸收能力，决定 了物质在辐射传热过程中的热量
吸收量。
发射率
物质发射辐射的能力，决定了物质 在辐射传热过程中的热量发射量。
反射率
物质对辐射能的反射能力，决定了 物质在辐射传热过程中的热量反射 量。
辐射传热的基本定律
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
描述了物体发射和吸收辐射能与温度和表面积的关系。
证空间物体的正常运行和安全。
05
辐射传热的未来发展
高光谱辐射传热计算
总结词
高光谱辐射传热计算是一种利用高光谱分辨率数据计算辐射传热的方法，具有更高的精度和更广泛的应用前景。
详细描述
高光谱辐射传热计算通过获取物体在不同光谱波段的辐射特性，能够更准确地模拟和预测物体间的辐射传热过程 ，对于能源利用、环境保护和航天探测等领域具有重要意义。
辐射传热的计算B课 件
xx年xx月xx日
• 辐射传热的基本概念 • 辐射传热的计算方法 • 实际物体的辐射传热计算 • 辐射传热的应用 • 辐射传热的未来发展
目录
01
辐射传热的基本概念
定义与特性
定义
辐射传热是指通过电磁波传递能量的 过程，是物质之间相互传递能量的重 要方式之一。
特性
辐射传热不受物质形态的限制，可以 在真空中传播，且传播速度与光速相 同。
04
辐射传热的应用
工业炉的辐射传热计算
工业炉是工业生产中常用的设备，其辐射传热 计算对于提高生产效率和产品质量具有重要意 义。
工业炉的辐射传热计算需要考虑炉膛内温度场 、辐射物质的光谱特性、炉膛内壁的发射率等 因素，通过建立数学模型进行计算。
计算结果可以为工业炉的优化设计提供依据， 如改进炉膛结构、调整温度分布等，从而提高 炉子的热效率和生产效率。
第九章 炉内辐射换热计算
2013-6-9 动本091-2 5
第四节
煤粉炉内传热计算方法
qR
一、炉内辐射传热公式 • 考虑介质吸收、自身辐 射和散射作用时，假想 火焰平面与水冷壁之间 的辐射换热公式
0T1 T
4
4 0 2
1 4
kR
1
1
1
2
1
qR
T T
4 0 1
4 0 2
1
syn
第九章 炉内辐射换热计算
第一节 第二节 第四节 辐射传热基本概念 炉膛换热计算方法 煤粉炉内传热计算方法
2013-6-9
动本091-2
1
第一节
一、物体的辐射
辐射传热基本概念
•物体的自身辐射
Eb 0 T
4
E 0T 4
2013-6-9 动本091-2 2
二、介质的吸收率和黑度 1.辐射介质：煤粉燃烧空间除了高温烟气中的三原子气体参与 辐射换热外，弥散在空间的悬浮粒子，飞灰和燃烧初期产生 的焦炭或炭黑固体粒子，它们构成了炉内火焰的“辐射介 质”。 焦炭：从其表面发射能量，基本集中在燃烧器区域，焦炭颗粒 的辐射力占火焰总辐射力的25%-30%。 灰分：充满整个炉膛，辐射力占火焰总辐射力的40%-50%。 2.吸收率和黑度：由于辐射介质具有吸收、发射和散射性质， 当辐射能穿过辐射介质进行传递时，辐射强度因吸收而降低。 吸收率：辐射强度的降低值与原始辐射强度的比值 黑度：根据克希霍夫定律，等温条件下介质的黑度等于吸收率。
2013-6-9 动本091-2
1
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二、火焰平均温度 • 炉膛火焰的平均温度指整个炉膛的平均值。 三、理论燃烧温度 • 理论燃烧温度即绝热燃烧温度，燃料带入炉膛的 热量全部用来加热烟气时所能达到的温度。 • 求出1kg燃料在炉膛的有效放热量，对应的温度就 是理论燃烧温度。 四、吸收减弱系数和火焰黑度 • 由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。 五、水冷壁灰污壁温和黑度 • 考虑灰垢层的影响，得到灰污表面的黑度。
第四节
煤粉炉内传热计算方法
qR
一、炉内辐射传热公式 • 考虑介质吸收、自身辐 射和散射作用时，假想 火焰平面与水冷壁之间 的辐射换热公式
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T T
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第九章 炉内辐射换热计算
第一节 第二节 第四节 辐射传热基本概念 炉膛换热计算方法 煤粉炉内传热计算方法
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第一节
一、物体的辐射
辐射传热基本概念
•物体的自身辐射
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二、介质的吸收率和黑度 1.辐射介质：煤粉燃烧空间除了高温烟气中的三原子气体参与 辐射换热外，弥散在空间的悬浮粒子，飞灰和燃烧初期产生 的焦炭或炭黑固体粒子，它们构成了炉内火焰的“辐射介 质”。 焦炭：从其表面发射能量，基本集中在燃烧器区域，焦炭颗粒 的辐射力占火焰总辐射力的25%-30%。 灰分：充满整个炉膛，辐射力占火焰总辐射力的40%-50%。 2.吸收率和黑度：由于辐射介质具有吸收、发射和散射性质， 当辐射能穿过辐射介质进行传递时，辐射强度因吸收而降低。 吸收率：辐射强度的降低值与原始辐射强度的比值 黑度：根据克希霍夫定律，等温条件下介质的黑度等于吸收率。
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二、火焰平均温度 • 炉膛火焰的平均温度指整个炉膛的平均值。 三、理论燃烧温度 • 理论燃烧温度即绝热燃烧温度，燃料带入炉膛的 热量全部用来加热烟气时所能达到的温度。 • 求出1kg燃料在炉膛的有效放热量，对应的温度就 是理论燃烧温度。 四、吸收减弱系数和火焰黑度 • 由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。 五、水冷壁灰污壁温和黑度 • 考虑灰垢层的影响，得到灰污表面的黑度。
管式加热炉辐射换热计算PPT课件
2.3.1 基本概念
自身辐射： 投入辐射：
Ei i E0i
Eti
反射辐射： ρiEti
有效辐射：
Eef
Eefi Ei i Eti i E0i i Eti
净辐射：
qi Eefi Eti i E0i i Eti Eti i (E0i Eti )
Eefi (Eefi i E0i ) / i
即： 或：
i1 i2 ....... in 1
ij 1
第4页/共21页
2.1.2 角系数的性质
⒉互换性：
对任意两表面i，j（面积分别为Ai，Aj）,均有：
Aiij Aj ji
证明： 表面1的总辐射能力为：
A1E01
表面1发射的被表面2吸收的能量为：
Q12 A1E0112
同理：表面2发射的被表面1吸收的能量为：
Q21 A2 E0221
故两表面间交换的热量为：
Q12 A1E0112 A2 E0221
显然，如果两黑表面温度相等（热平衡），T1=T2，则 E01=E02，Q12=0，有：
A112 A221
第5页/共21页
2.1.2 角系数的性质
⒊完整性（可加性）：
若表面K=K1+K2+K3，则：
1K 1K1 1K2 1K3
5.67Aef
(1T010) 4
( T2 )4 100
式中：
Aef A112 A221
有效辐射面积，又称当量冷平面面积 或辐射交换面积
第10页/共21页
2.3 有效辐射、灰体间的辐射换热
2.3.1 基本概念 2.3.2 Eefi的计算 2.3.3 几种简单情况下灰表面间辐射换
热量的计算
传热学课件第六章辐射换热计算
X 1,3
A1 A3 A2 2 A1
X 2,1
A2
A1 A3 2 A2
X 2,3
A2
A3 A1 2 A2
X 3,1
A3 A1 A2 2 A3
X 3,2
A3
A2 2 A3
A1
3．查曲线图法
利用已知几何关系的角系数，确定
其它几何关系的角系数。 例：如图，确定X1,2 由相互垂直且具有公共边的长方形表面
• 若A2和A3的温度相等，则有
J2A2X2，1＋J2A3X3，1 =J2 A2+3X(2+3)，1 角系数的可加性
即 A2+3X(2+3)，1＝A2X2，1＋A3X3，1
利用角系数的可加性，应注意只有对角系数
符号中第二个角码是可加的。
• 三、角系数的确定方法
角系数的确定方法很多，从角系数的定义直 接求解法、查曲线图法、代数分析法和几何图形 法，这里主要介绍定义直求法和代数分析法。
一、表面辐射热阻
对于任一表面A，其本身辐射为E=ε Eb， 投射辐射为G，吸收的辐射能为α G。向外 界发出的辐射能为
J E G Eb 1 G （a）
因此，表面A的净热流密度为
q ＝ J－G
（b）
对于灰体表面α ＝ε ，联解（a）和（b），
消去G得
q
Eb J
1
第六章 辐射换热计算
例内 重 基 题容 点 本 赏精 难 要 析粹 点 求
基本要求
1.掌握角系数的意义、性质及确定方法。 2.掌握有效辐射的确定方法。 3.熟练掌握简单几何条件下透热介质漫灰
面间辐射换热的计算方法。 4.掌握遮热板的原理及其应用
第六讲 辐射室的传热计算(加热炉,2013)
Lobo-Evans假定：
① 整个辐射室中，气体只有一个温度Tg′，它是辐射 传热的热源。 ② 吸热只有一个温度，即管外壁温度Tt。 ③ 反射面也只有一个温度，反射面为全反射。 ④ 烟气为灰气体，吸热面为灰表面。
二 传热速率方程式
L-E方法假定：
* 火焰和炽热烟气为发热面； * 管排为吸热面； * 除去敷设吸热面以外的其它耐火砖墙为反射面。 辐射室内以辐射方式传递的热量
的 复 杂 性
辐射室传热计算的方法
经验法：比较著名的有Wilson，Lobo，Hottel，但这类公式有很大局 限性，所以较少采用。 Lobo-Evans：在炼油工业中无反应的炉广泛应用。 别洛康：化工中裂解炉应用较多。 理论分析法： 区域法：霍特尔和科恩（Hottel and Cohen，1958），计算 比较精确，但耗机时间长。 蒙特卡洛（Monte Carlo）法：霍威尔（Howell，1968）， 应用概率论和数理统计基本原理，来分析和解决 辐射传热问题，理论和实践证明，该法数学模型 简单，易于掌握，电算省时。
QR = QRr + QRc
⎡⎛ Tg′ ⎞ 4 ⎛ T ⎞ 4 ⎤ ⎟ − ⎜ t ⎟ ⎥ + 40ϕAcp F (Tg′ − Tt ) = 5.67ϕAcp F ⎢⎜ ⎜ ⎟ ⎢⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎥ ⎣ ⎦
⎡⎛ Tg′ ⎞ 4 ⎛ T ⎞ 4 ⎤ QR ⎟ − ⎜ t ⎟ ⎥ + 40(Tg′ − Tt ) = f ( Tg′，Tt ) = 5.67 ⎢⎜ ⎜ ⎟ ϕAcp F ⎢⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎥ ⎣ ⎦
⎛ QR ⎞ ⎜ 在图7—30上找到一点(Tg(1)′， A F ⎟ ⎜ϕ ⎟ ⎝ cp ⎠ (1) ⎛ QR ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ϕA F ⎟ ； ⎝ cp ⎠ (1)
《锅炉原理精品课件》第9章炉内辐射传热计算
➢基本方法 ➢采用半经验的方法 ➢如：前苏联“全苏热工研究所和中央锅炉汽轮机研究所”编写的
《锅炉机组热力计算标准》(1973)
第九章 炉内辐射传热计算
4
5
热力计算的基础： 传热方程的热量 = 热平衡方程的热量
炉内传热计算的任务： 确定：
► 水冷壁的吸热量、炉膛出口烟温；或 ► 受热面布置
6
第一 三节 炉内辐射传热的特点和计算原 理
pcs
)
I
0 ha
( f
pcs
)I
0 ca
kJ / kg
(9 41)
引入烟气平均热容I 的V (概c )念, 计Q算eff 理I f 论 V燃C av烧(Tth温T度f) ：炉内烟 气容在。理论燃烧温V度C av至 Q炉Ttefhf膛TIf出f 口温度区间内的平均热
一、炉内辐射传热特点
1）燃烧与传热同时进行；
2）以辐射换热为主，对流换热不到5％；
3）火焰辐射成分：三原子气体+灰粒+ 焦炭颗粒
4）受热面被灰分污染；
第一 三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
二、炉内传热计算的简化和假设
1）只考虑辐射传热，把火焰当作灰体
2）炉内各参数均匀一致（零维模型 ）； （书p.161）
13
两平行平面之间的辐射传热
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节）， • 两物体之间的辐射热交换热流
qR
1
0 (T14
kR 1
T24 ) , 1 1
4
1 2
kW / m2
(9 30)
• k总辐射减弱系数，k=(1.25 1.30)ka，近似取k=1.28ka ；
• R炉膛的当量半径；
《锅炉机组热力计算标准》(1973)
第九章 炉内辐射传热计算
4
5
热力计算的基础： 传热方程的热量 = 热平衡方程的热量
炉内传热计算的任务： 确定：
► 水冷壁的吸热量、炉膛出口烟温；或 ► 受热面布置
6
第一 三节 炉内辐射传热的特点和计算原 理
pcs
)
I
0 ha
( f
pcs
)I
0 ca
kJ / kg
(9 41)
引入烟气平均热容I 的V (概c )念, 计Q算eff 理I f 论 V燃C av烧(Tth温T度f) ：炉内烟 气容在。理论燃烧温V度C av至 Q炉Ttefhf膛TIf出f 口温度区间内的平均热
一、炉内辐射传热特点
1）燃烧与传热同时进行；
2）以辐射换热为主，对流换热不到5％；
3）火焰辐射成分：三原子气体+灰粒+ 焦炭颗粒
4）受热面被灰分污染；
第一 三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
二、炉内传热计算的简化和假设
1）只考虑辐射传热，把火焰当作灰体
2）炉内各参数均匀一致（零维模型 ）； （书p.161）
13
两平行平面之间的辐射传热
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节）， • 两物体之间的辐射热交换热流
qR
1
0 (T14
kR 1
T24 ) , 1 1
4
1 2
kW / m2
(9 30)
• k总辐射减弱系数，k=(1.25 1.30)ka，近似取k=1.28ka ；
• R炉膛的当量半径；
第九章：炉内辐射传热计算
6. 参数确定
（1）水冷壁结构特性
水冷壁－管中心线所在平面 敷设卫燃带的水冷壁－卫燃带向火侧
有效容积
炉膛的底部－冷灰斗1/2处的水平面面积 炉膛出口－后屏第一排管中心线所在平面 炉膛高度－炉膛底部至炉膛出口中部水平面垂直距离
10
第二节 炉膛传热计算
（1）水冷壁结构特性
包覆有效容积的炉墙面积F
x：角系数 投射到受热面的热量 投射到壁面的热量
第二节 炉膛传热计算
（4）炉膛黑度
含义：表征火焰有效辐射的假想黑度
表达：与火焰黑度εsyn有关
syn f
syn
syn (1 syn )
13
第二节 炉膛传热计算
ka：辐射减弱系数（1/（m·MPa））
（4）炉膛黑度
p：炉膛内压力（0.1MPa）
s：辐射层有效厚度（m）
含义：表征炉内高温介质的辐射能力
100 q3 q4 q6 10膛传热计算
（2）准则方程 辐射传热公式
Q
F
T syn
4
f
01
烟气放热公式
Q
BcalVCav (Tth
T
'' f
)
辐射传热＝烟气放热
1＝
T1 Tth
"＝
f
T
" f
Tth
T1介于 Tth与Tf”之间
1＝C1 (
" f
)n
M：经验系数
表达： syn 1 eka ps
火焰 黑度
组成
气体 固体
三原子气体：CO2、H2O、SO2等
二原子气体：N2、O2、H2等
灰分颗粒 燃煤
焦炭颗粒 燃油和燃气：炭黑颗粒
管式加热炉第五节辐射室的传热计算课件
管式加热炉第五节辐射室的传热计 算课件
5.3.1 强化辐射室内传热过程的措施
⒈降低过剩空气系数α ⒉增加燃料用量B ⒊加强加热炉的保温措施
管式加热炉第五节辐射室的传热计 算课件
5.3.2 辐射室热负荷改变如何调节
若小范围的变化可以采用改变燃料用量的方 法，若辐射室热负荷变化较大，则应考虑从增加 辐射室的炉管表面面积的方法来进行调节，采用 此方法的同时应考虑增加火嘴的个数或改用喷油 能力更大的火嘴，还要注意火嘴的分布问题。
炉膛直径D，节圆直径D’，有效辐射长度Lef；
管式加热炉第五节辐射室的传热计 算课件
5.1.1 辐射管表面热强度qR
定义：单位时间内通过每平方米炉管表面积所传递的热量
qR QR/ARt
讨论：
QR一定（QR=70～80%Q），qR↑→ ARt↓→基建投资费用 ↓； Art相同， qR↑→ 生产能力↑; ❖热强度qR的大小标志着炉子传热面积的高低 ❖容许热强度
可以看出：
QR A CP F
= f(Tg，Tt)
管式加热炉第五节辐射室的传热计 算课件
⒋传热速率方程式中各参数的确定：
①冷平面面积ACP及烟气对管排的角系数φ：
❖冷平面面积ACP是指管排所占据的全部面积：
A C P ( n 1 ) S 1 d o L e fn 1 L e S f
❖烟气对管排的角系数φ是烟气辐射给管排的能量所占烟 气辐射总能量的分率, φ与管排的排列方式（单排或双 排）、管排的受热方式（单面或双面）、管排的排列密 度（S1/do）有关。
管式加热炉第五节辐射室的传热计 算课件
⒊传热速率方程式：
取αRC=11.36W/( m2·K)；F=0.57； ARt≈2Aef。 而其当中量：φ冷－平烟面气面对积管Ae排f=的φ角AC系P 数；
5.3.1 强化辐射室内传热过程的措施
⒈降低过剩空气系数α ⒉增加燃料用量B ⒊加强加热炉的保温措施
管式加热炉第五节辐射室的传热计 算课件
5.3.2 辐射室热负荷改变如何调节
若小范围的变化可以采用改变燃料用量的方 法，若辐射室热负荷变化较大，则应考虑从增加 辐射室的炉管表面面积的方法来进行调节，采用 此方法的同时应考虑增加火嘴的个数或改用喷油 能力更大的火嘴，还要注意火嘴的分布问题。
炉膛直径D，节圆直径D’，有效辐射长度Lef；
管式加热炉第五节辐射室的传热计 算课件
5.1.1 辐射管表面热强度qR
定义：单位时间内通过每平方米炉管表面积所传递的热量
qR QR/ARt
讨论：
QR一定（QR=70～80%Q），qR↑→ ARt↓→基建投资费用 ↓； Art相同， qR↑→ 生产能力↑; ❖热强度qR的大小标志着炉子传热面积的高低 ❖容许热强度
可以看出：
QR A CP F
= f(Tg，Tt)
管式加热炉第五节辐射室的传热计 算课件
⒋传热速率方程式中各参数的确定：
①冷平面面积ACP及烟气对管排的角系数φ：
❖冷平面面积ACP是指管排所占据的全部面积：
A C P ( n 1 ) S 1 d o L e fn 1 L e S f
❖烟气对管排的角系数φ是烟气辐射给管排的能量所占烟 气辐射总能量的分率, φ与管排的排列方式（单排或双 排）、管排的受热方式（单面或双面）、管排的排列密 度（S1/do）有关。
管式加热炉第五节辐射室的传热计 算课件
⒊传热速率方程式：
取αRC=11.36W/( m2·K)；F=0.57； ARt≈2Aef。 而其当中量：φ冷－平烟面气面对积管Ae排f=的φ角AC系P 数；
第14章炉膛传热计算ppt课件
S
'sio2
q
K sio2 gs
100
S sio2 gs
S sio2 q
K sio2 qx
100
(S sio2 qx
Sgs
io2
)
1 2
x：送入清洗安装的给水占总给水量的质量百分数； p：排污率；
S
'
sio q
2
：进入清洗安装蒸汽的硅酸含量；
25
清洗效率：实践去除的硅酸含量与实际上能够除去的硅 酸含量之比；
19
二、立式旋风分别器：
1、任务过程：〔见<锅炉原理>多媒体教学 软件〕
2、构外型式及允许负荷：φ290，φ315， φ350
20
三、涡轮式旋风分别器：〔轴流式〕 多用于强迫循环锅炉
21
第五节 蒸汽清洗安装
一、蒸汽清洗任务原理 二、蒸汽清洗安装 三、提高蒸汽清洗效果措施
22
一、蒸汽清洗任务原理
〔1〕复杂性： ① 丈量时难分开； ② 溶解特性差别大； ③ 锅水PH值影响大；
〔2〕蒸汽中硅化物溶解量： 〔3〕锅水中硅酸含量： 〔4〕溶解系数： 3、减少蒸汽中硅化物含量的方法： 〔1〕补给水除硅、防止凝汽器泄露； 〔2〕控制锅水的PH值，PH值增大，溶解少，普通 9～10。〔排污降低PH值，可导致硅量添加〕
分配系数： Sqsi2oa1si02oS0gsis2o， mg/kg
蒸汽的含硅酸量取决于锅水的含硅酸量；
〔1〕凝结蒸汽率：
d
1x00(100p)(i'is
m) ， %
i"i'
〔2〕总平衡方程：（ 10 p ） 0Sg s2 io 1S 0 q s2 i0 o pg sS 2 iso
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• 三原子气体：CO2和H2O • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒
根据朗伯-比尔定律，介质的吸收率
a1ekaS
(94)
– ka炉内辐射介质的吸收衰减系数，m-1；S炉内辐射层有效 厚度，m。
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a1ekaS
(95)
10
两平行平面之间的辐射传热
三、炉内火焰黑度1
计算火焰黑度或吸收率时，考虑烟气中三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗 粒。
– 把火焰当作灰体；假设火焰黑度是均匀的； – 将燃烧和辐射两个过程分开：
• 只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所 能达到的温度，称为理论燃烧温度；
• 只有传热无燃烧，完全服从辐射传热的规律。
– 采用火焰的平均温度代替火焰的真实温度； – 用炉膛出口烟温作为定性温度； – 略去对流传热的影响； – 炉墙对辐射传热的影响放到角系数中一并考虑，略去
14
( T1 Tth
)4
( Tth
3(1 xm ) ) ( Tth ) 2 ( Tth
)3
T f T f
T f
(9 37 )
xm
xB
hB hf
(9 38 )
i
ni BihBi
hB
1 i
niBi
1
(9 39 )
16
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
三、理论燃烧温度Tth
理论燃烧温度是在绝热条件下燃料燃烧所产生的热量可将燃烧产物加热达 到的温度。1kg燃料的炉内有效热（包括燃料的有效放热和随空气带入
辐射传热量）
Q Rq B R cF a,l kJ /kg
(93)1
– F炉内水冷壁的吸收表面积，m2；
– Bcal锅炉的计算燃料消耗量，kg/s；
qRs1 0(yTn1 412T2 41 ),
kW /m2
(93)4
s1yn0.3k2aR11
(93)3
– 定义syn为火焰综合黑度。
14
炉内辐射传热量
炉墙散热的影响（用保热系数表示）。
7
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理 • 炉内辐射换热就近似为两个灰体之间的辐射换热
– 包围炉膛有效容积的炉墙面，以水冷壁中心线所包围 的平面；
– 与水冷壁相切的假想平面，即火焰的辐射面，也就是 水冷壁接受火焰辐射的面积。
8
两平行平面之间的辐射传热
一、物体的辐射
四、入射辐射和有效辐射 – 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。 – 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
J E b ( 1 ) G , k/m W 2 ( 9 6 )
11
两平行平面之间的辐射传热
qR1 4k0R (T1 1 4 1 T 2 1 4 2)1,
kW /m2
(93)0
– k总辐射减弱系数，k=(1.251.30)ka，近似取k=1.28ka ； – R炉膛的当量半径；
13
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
一、炉内辐射传热公式 • 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（1kg计算燃料计的炉内
的热量） Q e f fQ f10 1q 3 0 0 q q4 4 0 q6Q a k/J kg(94)0
Q a(ffp)cIh 0 s a(fp)cIc 0 sa k/J kg (94)1
引入烟气平均热容的概念计算理论燃烧温度：炉内烟气在理论燃烧温度至 炉膛出口温度区间内的平均热容。 I V (c ), Qef f I f VCav (Tth Tf)
3
第九章 炉内辐射传热计算
4
一、炉内传热计算的基本任务
– 设计计算：根据合理选定的炉膛出口烟温，确 定炉内所需布置的受热面积。
– 校核计算：根据合理布置的受热面积，核算炉 膛出口烟气温度是否合理。
5
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
一、炉内传热计算的复杂性
– 在炉内不同地区放热量和吸热量的比例不同，造成各 处烟温高低不一；
– 由于各地区烟气成分不同，各处的辐射介质的浓度不 同；
– 各处高温介质的辐射能力不同； – 参加辐射的物体有火焰（烟气）、水冷壁、炉墙等，
且炉墙对外散热； – 燃烧和传热两个过程是同时进行的，且燃烧是一个复
杂的物理化学过程； – 同时存在着对流传热。
6
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
二、炉内传热计算的简化和假设
• 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（按计算燃料量计）
Q R0s1Fy(nT 1412T241),
kW
(934)
15
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
二、火焰平均温度T1
炉内火焰平均温度和炉膛出口烟温用与理论燃烧温度之间比值的无量刚温
度表示
1T T t1h,
fT Ttfh
(93)6
伯劳赫的理论近似公式
VCav
Qef f Tth
I f T f
Qef f VCavTth
Tth
Qef f VCav
17
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 四、吸收减弱系数与火焰黑度
计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰 黑度，由三原子气体、灰分颗粒பைடு நூலகம்焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常 压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为
五、两个无限大平行平面（灰体）之间的辐射传热
两物体之间辐射热交换热流
qR1 01(T 141 2T 24 1),
kW /m2
(91)4
– T1、1火焰平均温度和火焰黑度； – T2、2水冷壁表面温度和黑度。
–
其中
1 1 1 1 2
为系统黑度。
12
两平行平面之间的辐射传热
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），两物 体之间的辐射热交换热流
炉内辐射传热计算
锅炉热力计算
➢ 内容： ✓燃料的燃烧计算 ✓热平衡计算 ✓炉膛传热计算 ✓对流受热面传热计算
➢ 基本原理 ✓能量平衡——热平衡 • 整体平衡 • 局部平衡 ✓传热的基本原理：辐射、对流、导热
2
锅炉热力计算
➢基本方法
✓采用半经验的方法 ✓如：前苏联“全苏热工研究所和中央锅炉汽轮
机研究所”编写的《锅炉机组热力计算标准》 (1973)
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体
Eb0T4 kW /m 2 E0 T4Eb kW /m 2
(91)
– T、温度和黑度；
9
两平行平面之间的辐射传热
二、炉内辐射介质（火焰）的吸收率和黑度
炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成。
根据朗伯-比尔定律，介质的吸收率
a1ekaS
(94)
– ka炉内辐射介质的吸收衰减系数，m-1；S炉内辐射层有效 厚度，m。
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a1ekaS
(95)
10
两平行平面之间的辐射传热
三、炉内火焰黑度1
计算火焰黑度或吸收率时，考虑烟气中三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗 粒。
– 把火焰当作灰体；假设火焰黑度是均匀的； – 将燃烧和辐射两个过程分开：
• 只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所 能达到的温度，称为理论燃烧温度；
• 只有传热无燃烧，完全服从辐射传热的规律。
– 采用火焰的平均温度代替火焰的真实温度； – 用炉膛出口烟温作为定性温度； – 略去对流传热的影响； – 炉墙对辐射传热的影响放到角系数中一并考虑，略去
14
( T1 Tth
)4
( Tth
3(1 xm ) ) ( Tth ) 2 ( Tth
)3
T f T f
T f
(9 37 )
xm
xB
hB hf
(9 38 )
i
ni BihBi
hB
1 i
niBi
1
(9 39 )
16
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
三、理论燃烧温度Tth
理论燃烧温度是在绝热条件下燃料燃烧所产生的热量可将燃烧产物加热达 到的温度。1kg燃料的炉内有效热（包括燃料的有效放热和随空气带入
辐射传热量）
Q Rq B R cF a,l kJ /kg
(93)1
– F炉内水冷壁的吸收表面积，m2；
– Bcal锅炉的计算燃料消耗量，kg/s；
qRs1 0(yTn1 412T2 41 ),
kW /m2
(93)4
s1yn0.3k2aR11
(93)3
– 定义syn为火焰综合黑度。
14
炉内辐射传热量
炉墙散热的影响（用保热系数表示）。
7
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理 • 炉内辐射换热就近似为两个灰体之间的辐射换热
– 包围炉膛有效容积的炉墙面，以水冷壁中心线所包围 的平面；
– 与水冷壁相切的假想平面，即火焰的辐射面，也就是 水冷壁接受火焰辐射的面积。
8
两平行平面之间的辐射传热
一、物体的辐射
四、入射辐射和有效辐射 – 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。 – 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
J E b ( 1 ) G , k/m W 2 ( 9 6 )
11
两平行平面之间的辐射传热
qR1 4k0R (T1 1 4 1 T 2 1 4 2)1,
kW /m2
(93)0
– k总辐射减弱系数，k=(1.251.30)ka，近似取k=1.28ka ； – R炉膛的当量半径；
13
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
一、炉内辐射传热公式 • 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（1kg计算燃料计的炉内
的热量） Q e f fQ f10 1q 3 0 0 q q4 4 0 q6Q a k/J kg(94)0
Q a(ffp)cIh 0 s a(fp)cIc 0 sa k/J kg (94)1
引入烟气平均热容的概念计算理论燃烧温度：炉内烟气在理论燃烧温度至 炉膛出口温度区间内的平均热容。 I V (c ), Qef f I f VCav (Tth Tf)
3
第九章 炉内辐射传热计算
4
一、炉内传热计算的基本任务
– 设计计算：根据合理选定的炉膛出口烟温，确 定炉内所需布置的受热面积。
– 校核计算：根据合理布置的受热面积，核算炉 膛出口烟气温度是否合理。
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第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
一、炉内传热计算的复杂性
– 在炉内不同地区放热量和吸热量的比例不同，造成各 处烟温高低不一；
– 由于各地区烟气成分不同，各处的辐射介质的浓度不 同；
– 各处高温介质的辐射能力不同； – 参加辐射的物体有火焰（烟气）、水冷壁、炉墙等，
且炉墙对外散热； – 燃烧和传热两个过程是同时进行的，且燃烧是一个复
杂的物理化学过程； – 同时存在着对流传热。
6
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
二、炉内传热计算的简化和假设
• 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（按计算燃料量计）
Q R0s1Fy(nT 1412T241),
kW
(934)
15
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
二、火焰平均温度T1
炉内火焰平均温度和炉膛出口烟温用与理论燃烧温度之间比值的无量刚温
度表示
1T T t1h,
fT Ttfh
(93)6
伯劳赫的理论近似公式
VCav
Qef f Tth
I f T f
Qef f VCavTth
Tth
Qef f VCav
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 四、吸收减弱系数与火焰黑度
计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰 黑度，由三原子气体、灰分颗粒பைடு நூலகம்焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常 压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为
五、两个无限大平行平面（灰体）之间的辐射传热
两物体之间辐射热交换热流
qR1 01(T 141 2T 24 1),
kW /m2
(91)4
– T1、1火焰平均温度和火焰黑度； – T2、2水冷壁表面温度和黑度。
–
其中
1 1 1 1 2
为系统黑度。
12
两平行平面之间的辐射传热
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），两物 体之间的辐射热交换热流
炉内辐射传热计算
锅炉热力计算
➢ 内容： ✓燃料的燃烧计算 ✓热平衡计算 ✓炉膛传热计算 ✓对流受热面传热计算
➢ 基本原理 ✓能量平衡——热平衡 • 整体平衡 • 局部平衡 ✓传热的基本原理：辐射、对流、导热
2
锅炉热力计算
➢基本方法
✓采用半经验的方法 ✓如：前苏联“全苏热工研究所和中央锅炉汽轮
机研究所”编写的《锅炉机组热力计算标准》 (1973)
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体
Eb0T4 kW /m 2 E0 T4Eb kW /m 2
(91)
– T、温度和黑度；
9
两平行平面之间的辐射传热
二、炉内辐射介质（火焰）的吸收率和黑度
炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成。