锅炉受热面金属壁温计算PPT
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锅炉对流受热面计算
锅炉热力计算
对流受热面的计算
第一节 对流受热面传热特点 第二节 对流受热面的传热计算 第三节 传热系数 第四节 温压计算 第五节 受热面布置和计算
15.1 对流受热面的传热特点
烟气 受热面 （1）传热方式 （2）对流受热面间的传热方式 （3）锅炉中以对流为主的受热面 （4）对流换热计算要点 （5）受热面外的对流换热系数
传热方式
烟气
对流
共存
辐射
CO2, H2O, SO2 三原子
受热面
主要对流（温度低，辐射小）
主要对流，所以按对流换热计算
对流受热面间传热方式
壁面导热 对流
对流+（辐射）
锅炉中以对流为主的受热面
凝渣管束（锅炉出口大间
距，不易结渣，降低渣温）
锅炉管束 对流过热器 再热器 省煤器 空气预热器
Fpj
H1 H2 H1 H2
F1 F2
辐射放热系数af
概念
烟气容积 ---- 受热面 近似认为气体层和包围它的壳壁之间的辐射传热问题
辐射传热量（假设壳壁为黑体）
Q 0 (ayTy4 AyTb4 )H
实际： 烟气黑度 烟气对壳壁辐射的吸收率
Re0.6
Pr0.33
纵向
18.7 W/m2C l/d>50
d
0.023CtCl
d dl
Re 0.8 Pr 0.4
Wy=6 m/s, d=51 mm, s1/d=2.5, s2/d=2.0, Z2=20, py=600 C Cs:管束几何布置方式的修正系数； Cz:烟气行程方向上管子排数的修正系数； Ct:考虑管壁温度对流体物性影响的温度修正系数； Cl:相对长度修正系数
对流受热面的计算
第一节 对流受热面传热特点 第二节 对流受热面的传热计算 第三节 传热系数 第四节 温压计算 第五节 受热面布置和计算
15.1 对流受热面的传热特点
烟气 受热面 （1）传热方式 （2）对流受热面间的传热方式 （3）锅炉中以对流为主的受热面 （4）对流换热计算要点 （5）受热面外的对流换热系数
传热方式
烟气
对流
共存
辐射
CO2, H2O, SO2 三原子
受热面
主要对流（温度低，辐射小）
主要对流，所以按对流换热计算
对流受热面间传热方式
壁面导热 对流
对流+（辐射）
锅炉中以对流为主的受热面
凝渣管束（锅炉出口大间
距，不易结渣，降低渣温）
锅炉管束 对流过热器 再热器 省煤器 空气预热器
Fpj
H1 H2 H1 H2
F1 F2
辐射放热系数af
概念
烟气容积 ---- 受热面 近似认为气体层和包围它的壳壁之间的辐射传热问题
辐射传热量（假设壳壁为黑体）
Q 0 (ayTy4 AyTb4 )H
实际： 烟气黑度 烟气对壳壁辐射的吸收率
Re0.6
Pr0.33
纵向
18.7 W/m2C l/d>50
d
0.023CtCl
d dl
Re 0.8 Pr 0.4
Wy=6 m/s, d=51 mm, s1/d=2.5, s2/d=2.0, Z2=20, py=600 C Cs:管束几何布置方式的修正系数； Cz:烟气行程方向上管子排数的修正系数； Ct:考虑管壁温度对流体物性影响的温度修正系数； Cl:相对长度修正系数
第二十三章受热面管壁温度计算第二十三章受热面管壁温度计算
一、均匀受热光管的管壁温度图23-1 锅炉受热管壁温变化图23-5 膜式水冷壁管结构膜式水冷壁鳍片管正面壁温的确定与光管的相同，其均流系数按前述方法确定也具有足够的精确性。
鳍片顶端的温度按下式确定：d t d g hf qt t K t =+∆gt 鳍片根部的温度max 2211g g t t t q δβμλβα⎛⎫=+∆++ ⎪+⎝⎭23.2 壁温校核点工质温度的确定在校核管组中偏差管某一截面的管壁温度时，校核点的工质温度等于该管组计算截面的工质平均温度加上计算管的温度偏差。
gz t t t ∆组件内计算截面处工质的平均温度，t (1)对亚临界压力锅炉的蒸发受热面取其等于工质的饱和温度；(2)对于超临界压力锅炉的水冷壁、过热器、再热器、省煤器和过渡区则按计算确定。
若校核点为管组的出口截面，则工质平均温度等于该管组的出口温度，可由热力计算取用。
x i i i '=+∆若校核点为管组中任一中间点，则其平均温度按计算截面的比焓计算：i 一、炉膛水冷壁炉膛水冷壁计算管组中，从进口到计算截面区段的工质平均焓增为：()zjl f g bqdx km q A i q ηηη∆=∑二、屏及对流受热面计算管组中，从进口到计算截面区段的工质焓增为：zjk j qdx m B Q i q η∆=d fqd qd qdQ Q Q =+qd Q ：计算区段每公斤燃料的吸热量dqd Q ：计算区段的对流吸热量和管间辐射吸热量。
f qd Q ：计算区段从炉膛或相邻气室的辐射吸热量(1) 计算管段从炉膛、屏间气室或空气室的辐射吸热量f f f qdjq A Q B =(2) 计算管段对流和管间辐射的吸热量可由下式确定：f qdd qd jKA t Q B ∆=：计算区段的平均温压。
qd t ∆计算管温度偏差：max t t t∆=-计算管校核点处的工质温度按焓值计算。
max t max i max 1rl jg xsl i i i ηηη⎛⎫=+-∆ ⎪⎝⎭rl η：热力不均匀系数。
第6章锅炉受热面分析
第6章锅炉受热面分析
四、控制循环锅炉蒸发受热面： 控制循环工作原理：压力提 高，汽水密度差减小，为了 保证受热蒸发管内有足够的 流量循环，在蒸发系统的下 降管系统内加装循环泵8，以 增强工质循环流动的推动力。 蒸发受热面内的工质循环除 了依靠水与汽水混合物密度 差外，主要依靠循环泵。
第6章锅炉受热面分析
五、直流锅炉蒸发受热面： 1. 直流锅炉工作原理：靠给水泵的压头，给水一次通过
锅炉各受热面产生蒸汽。给水经省煤器加热后，流经 蒸发受热面，在其中全部蒸发汽化为蒸汽，蒸汽在过 热器中加热为过热蒸汽。因此直流锅炉循环倍率K=1， 并且不存在汽包。 2. 特点：没有汽包，不构成循环，工质靠水泵压头作强 制流动，炉膛水冷壁可自由布置。直流锅炉水冷壁形 式主要有螺旋管圈式和立式管屏式两种。
第6章锅炉受热面分析
不同参数的锅炉，工质加热、蒸发、过热吸热量 的比例是不同的。一般随着锅炉工质压力等级的提高， 加热给水和过热蒸汽的热量比例增大，而蒸发吸热比 例下降。
第6章锅炉受热面分析
❖ 蒸发受热面及系统（水冷壁）
一、水冷壁的作用： 水冷壁是布置在炉膛四周以辐射换热为主的蒸发受热 面，管内工质一般为汽水混合物。其作用如下： 1. 吸收炉内火焰辐射热，使水加热并蒸发为饱和蒸汽。 2. 保护炉墙，减少熔渣和高温对炉墙的破坏。 3. 使炉膛出口烟温降到允许值，避免对流受热面结渣。 4. 强化传热，减少锅炉总受热面面积，降低金属耗量。 5. 减轻炉墙重量，便于采用悬吊结构。
（1）对流式：布置在锅炉对流烟道内，主要吸收烟气对 流热的过热器和再热器。按不同的分类方式，可分为：
第6章锅炉受热面分析
①根据烟气和管内蒸汽的相对流向：
逆流：传热温压大，传热效果好，节约受热面面积，金 属耗量少。但高温蒸汽出口管段恰好位于高温烟气区， 管子出口端壁温高。逆流布置多用于低温级或进口段。 顺流：传热温压小，传热效果较差，受热面积大，金属 耗量多，但高温蒸汽出口管段烟气温度较低，利于管子 出口端壁面冷却。顺流布置多用于高温级或出口段。 混合流：先经逆流传热段，再经顺流传热段，折中布置。
四、控制循环锅炉蒸发受热面： 控制循环工作原理：压力提 高，汽水密度差减小，为了 保证受热蒸发管内有足够的 流量循环，在蒸发系统的下 降管系统内加装循环泵8，以 增强工质循环流动的推动力。 蒸发受热面内的工质循环除 了依靠水与汽水混合物密度 差外，主要依靠循环泵。
第6章锅炉受热面分析
五、直流锅炉蒸发受热面： 1. 直流锅炉工作原理：靠给水泵的压头，给水一次通过
锅炉各受热面产生蒸汽。给水经省煤器加热后，流经 蒸发受热面，在其中全部蒸发汽化为蒸汽，蒸汽在过 热器中加热为过热蒸汽。因此直流锅炉循环倍率K=1， 并且不存在汽包。 2. 特点：没有汽包，不构成循环，工质靠水泵压头作强 制流动，炉膛水冷壁可自由布置。直流锅炉水冷壁形 式主要有螺旋管圈式和立式管屏式两种。
第6章锅炉受热面分析
不同参数的锅炉，工质加热、蒸发、过热吸热量 的比例是不同的。一般随着锅炉工质压力等级的提高， 加热给水和过热蒸汽的热量比例增大，而蒸发吸热比 例下降。
第6章锅炉受热面分析
❖ 蒸发受热面及系统（水冷壁）
一、水冷壁的作用： 水冷壁是布置在炉膛四周以辐射换热为主的蒸发受热 面，管内工质一般为汽水混合物。其作用如下： 1. 吸收炉内火焰辐射热，使水加热并蒸发为饱和蒸汽。 2. 保护炉墙，减少熔渣和高温对炉墙的破坏。 3. 使炉膛出口烟温降到允许值，避免对流受热面结渣。 4. 强化传热，减少锅炉总受热面面积，降低金属耗量。 5. 减轻炉墙重量，便于采用悬吊结构。
（1）对流式：布置在锅炉对流烟道内，主要吸收烟气对 流热的过热器和再热器。按不同的分类方式，可分为：
第6章锅炉受热面分析
①根据烟气和管内蒸汽的相对流向：
逆流：传热温压大，传热效果好，节约受热面面积，金 属耗量少。但高温蒸汽出口管段恰好位于高温烟气区， 管子出口端壁温高。逆流布置多用于低温级或进口段。 顺流：传热温压小，传热效果较差，受热面积大，金属 耗量多，但高温蒸汽出口管段烟气温度较低，利于管子 出口端壁面冷却。顺流布置多用于高温级或出口段。 混合流：先经逆流传热段，再经顺流传热段，折中布置。
锅炉管内传热及壁温工况
锅炉受热面管壁温度校核
14.1锅炉受热面管壁温度校核计算基础
保持正常壁温工况的三个条件： • 保证金属材料的机械强度； • 限制因为温度过高在表面形成氧化皮； • 不允许出现壁温持久波动 需要得到的温度： • 管内外壁温的平均温度 ，确定材料的持久强度的需用应力； • 校核管外壁温度，过高则会产生氧化皮； • 壁温波动引起的疲劳寿命； • 相邻管之间的温差不大于50℃-保证热应力不会过大造成焊
壁温的影响因素
提高管内放热系数高，管子向火面o 点的温度和鳍片顶端d点温度都降低， 但是o点温度降低得更多；
提高热负荷，管子向火面o点的温度 和鳍片顶端d点温度都升高，但是鳍 片端部d点的温度升高更多，温度更 高。
增加鳍片高度，鳍片端部d点的温度 增加。
因此壁温与热负荷，鳍片结构，材 料，以及管内放热都有关系，需要 校核向火面o和鳍片端点d点的温度。
校核的目的
1、管壁温度校核要求管壁温度低于材 料强度允许的温度；
2、鳍片端部温度的校核是为了确定合 适的鳍片尺寸，保证鳍片不至于因为温 度过高发生材料发生氧化；
3、校核鳍片的温度分布，防止温差太 大导致膜式水冷壁变形和焊缝开裂。
1、向火面o点温度的计算
计算表明，通过鳍片吸收热量，再通过鳍 根传递给管子的热量对管子最高壁温点的 影响小于4%，所以o点温度的计算可以采 用光管的计算方法，热量分流系数也同样 按照不均匀加热光管的方法确定。
2、鳍端d点温度的计算
• 矩形鳍片部分的求解需做如下假定：①管 内放热系数α2及金属导热系数λ为常数；② 沿管子长度方向无热量传递；③相邻两管 的对称界面无热流通过；④通过背墙保温 材料的散热量忽略不计；⑤鳍片吸收的热 量均匀通过鳍根传递给管子；⑥鳍片的热 负荷q(x)为常数，即不考虑q沿x方向的变化。
14.1锅炉受热面管壁温度校核计算基础
保持正常壁温工况的三个条件： • 保证金属材料的机械强度； • 限制因为温度过高在表面形成氧化皮； • 不允许出现壁温持久波动 需要得到的温度： • 管内外壁温的平均温度 ，确定材料的持久强度的需用应力； • 校核管外壁温度，过高则会产生氧化皮； • 壁温波动引起的疲劳寿命； • 相邻管之间的温差不大于50℃-保证热应力不会过大造成焊
壁温的影响因素
提高管内放热系数高，管子向火面o 点的温度和鳍片顶端d点温度都降低， 但是o点温度降低得更多；
提高热负荷，管子向火面o点的温度 和鳍片顶端d点温度都升高，但是鳍 片端部d点的温度升高更多，温度更 高。
增加鳍片高度，鳍片端部d点的温度 增加。
因此壁温与热负荷，鳍片结构，材 料，以及管内放热都有关系，需要 校核向火面o和鳍片端点d点的温度。
校核的目的
1、管壁温度校核要求管壁温度低于材 料强度允许的温度；
2、鳍片端部温度的校核是为了确定合 适的鳍片尺寸，保证鳍片不至于因为温 度过高发生材料发生氧化；
3、校核鳍片的温度分布，防止温差太 大导致膜式水冷壁变形和焊缝开裂。
1、向火面o点温度的计算
计算表明，通过鳍片吸收热量，再通过鳍 根传递给管子的热量对管子最高壁温点的 影响小于4%，所以o点温度的计算可以采 用光管的计算方法，热量分流系数也同样 按照不均匀加热光管的方法确定。
2、鳍端d点温度的计算
• 矩形鳍片部分的求解需做如下假定：①管 内放热系数α2及金属导热系数λ为常数；② 沿管子长度方向无热量传递；③相邻两管 的对称界面无热流通过；④通过背墙保温 材料的散热量忽略不计；⑤鳍片吸收的热 量均匀通过鳍根传递给管子；⑥鳍片的热 负荷q(x)为常数，即不考虑q沿x方向的变化。
锅炉受热面解析PPT教案
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水冷壁
第15页/共86页
水冷壁的作用
• a. 吸收火焰辐射热，使水蒸发汽化；（介绍3种导热方式） • b. 保护炉墙； • c. 将炉膛出口烟气温度高于对流热强度的特点，降低锅炉总受热面
的金属耗量与造价。
第16页/共86页
第11页/共86页
停滞 倒流 膜态沸腾
连续水膜被破坏
超温 爆管
传热恶化
水的冷却 汽的冷却
第12页/共86页
内螺纹管抑制传热恶化的作用
• 鳍片光管： x=0.3，壁温开始飞升 x=0.6 ， 壁 温 达 到 第 一 个 高
峰点，此后壁温略有下降， x =0.8，出现蒸干,管壁温度
再次出现飞升。 • 内螺纹管：
分类
• a，光管水冷壁；漏风，强度低，
• b，膜式水冷壁；密封性好，减少漏风，炉墙很薄， 重量轻。现代大型电站锅炉，均采用此结构；
• c，销钉管水冷壁；用来敷设卫燃带。在水冷壁管 上焊上销钉，然后敷上铬(ge)矿砂耐火材料制成。
光管疏排
光管密排
膜式水冷壁
重型炉墙
第17页/共86页
轻型炉墙
表征
• 相对节距：s/d • s－节距；d－管外径 • s/d越大，炉内布置的总辐射受热面减少；对炉墙的保护作用也减小；但水冷壁管背火侧吸收的炉墙反射的
由后墙水冷壁向上延伸而成的管束布置在炉膛出口处，起到 一定的悬吊作用
在此烟气冷却，灰渣凝结，因此名凝渣管。而由于凝渣管束 的横向节距和纵向节距都很大，不易发生堵渣现象。
第21页/共86页
3、汽包（不受热）
• 直径：1.7m左右
• 作用：
• 1与下降管、水冷壁构成水循环系统；
• 2接受省煤器来的给水，向过热器输送饱和蒸 汽；
水冷壁
第15页/共86页
水冷壁的作用
• a. 吸收火焰辐射热，使水蒸发汽化；（介绍3种导热方式） • b. 保护炉墙； • c. 将炉膛出口烟气温度高于对流热强度的特点，降低锅炉总受热面
的金属耗量与造价。
第16页/共86页
第11页/共86页
停滞 倒流 膜态沸腾
连续水膜被破坏
超温 爆管
传热恶化
水的冷却 汽的冷却
第12页/共86页
内螺纹管抑制传热恶化的作用
• 鳍片光管： x=0.3，壁温开始飞升 x=0.6 ， 壁 温 达 到 第 一 个 高
峰点，此后壁温略有下降， x =0.8，出现蒸干,管壁温度
再次出现飞升。 • 内螺纹管：
分类
• a，光管水冷壁；漏风，强度低，
• b，膜式水冷壁；密封性好，减少漏风，炉墙很薄， 重量轻。现代大型电站锅炉，均采用此结构；
• c，销钉管水冷壁；用来敷设卫燃带。在水冷壁管 上焊上销钉，然后敷上铬(ge)矿砂耐火材料制成。
光管疏排
光管密排
膜式水冷壁
重型炉墙
第17页/共86页
轻型炉墙
表征
• 相对节距：s/d • s－节距；d－管外径 • s/d越大，炉内布置的总辐射受热面减少；对炉墙的保护作用也减小；但水冷壁管背火侧吸收的炉墙反射的
由后墙水冷壁向上延伸而成的管束布置在炉膛出口处，起到 一定的悬吊作用
在此烟气冷却，灰渣凝结，因此名凝渣管。而由于凝渣管束 的横向节距和纵向节距都很大，不易发生堵渣现象。
第21页/共86页
3、汽包（不受热）
• 直径：1.7m左右
• 作用：
• 1与下降管、水冷壁构成水循环系统；
• 2接受省煤器来的给水，向过热器输送饱和蒸 汽；
锅炉原理锅炉热力计算.pptx
过程复杂 参数不均
炉膛内已知的受热面积F ↓
炉膛出口烟气温度Tf''
流动、混合、传热、燃烧、污染 速度、温度、浓度、物性、黑度
辐射为主
对流换热比例5％
第3页/共41页
3
第二节 炉膛传热计算
3. 基本方法
半理论
相似理论→准则方程
半经验
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-无限靠近的平行平板灰体
M=0.59－0.5（xmax＋∆x） ∆x：燃烧器布置 无烟煤和贫煤
10
第M11=页0/共.5461－页0.5（xmax＋∆x）
11
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 )
第12页/共41页
12
tap1''
第33页/共41页
低温级空预器 tap1' ＝ tca
18
第三节 对流受热面传热计算
2. 基本公式
（1）烟气对流放热量
Qcre
(I'
I ''
I
0 ca
)
I’：受热面前烟气焓 I”：受热面前烟气焓 Ica0：漏入空气焓
（2）工质对流吸热量
Qcab
D Bcal
(i''
i' )
（3）传热方程
Qctr
KH T Bcal
第19页/共41页
i’：受热面进口工质焓 i”：受热面出口工质焓 D：受热面内工质流量
炉膛内已知的受热面积F ↓
炉膛出口烟气温度Tf''
流动、混合、传热、燃烧、污染 速度、温度、浓度、物性、黑度
辐射为主
对流换热比例5％
第3页/共41页
3
第二节 炉膛传热计算
3. 基本方法
半理论
相似理论→准则方程
半经验
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-无限靠近的平行平板灰体
M=0.59－0.5（xmax＋∆x） ∆x：燃烧器布置 无烟煤和贫煤
10
第M11=页0/共.5461－页0.5（xmax＋∆x）
11
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 )
第12页/共41页
12
tap1''
第33页/共41页
低温级空预器 tap1' ＝ tca
18
第三节 对流受热面传热计算
2. 基本公式
（1）烟气对流放热量
Qcre
(I'
I ''
I
0 ca
)
I’：受热面前烟气焓 I”：受热面前烟气焓 Ica0：漏入空气焓
（2）工质对流吸热量
Qcab
D Bcal
(i''
i' )
（3）传热方程
Qctr
KH T Bcal
第19页/共41页
i’：受热面进口工质焓 i”：受热面出口工质焓 D：受热面内工质流量
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同时各流程的烟气流通截面随烟气温度降低而逐渐缩小,以保持烟气流速 足够高.对流管束中的烟速取10～14m/s
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第四节 锅炉受热面
二. 过热器与再热器
1. 过热器 作用: 将饱和蒸汽加热成一定温
度的过热蒸汽,以提高系统 效率. 型式: 对流过热器、屏式过热器 (半辐射式过热器)及辐射式 过热器. 布置位置: (图2-32)
第四节 锅炉受热面
2. 再热器 作用: 为了减少汽轮机尾部的蒸汽湿度
以及进一步提高电站的热经济性,将 汽轮机高压缸的排气再回到锅炉中 加热到高温,然后送到汽轮机的中压 缸及低压缸中膨胀作功. 工况: 再热蒸汽的压力为一次过热蒸汽压 力的1/5,温度与一次过热蒸汽相近. 结构: 与对流过热器相似,由大量平行连接 的蛇形管所组成,如图2-33所示:
水速 在非沸腾省煤器中应不低于0.3/s; 在沸腾式省煤器中应不低于1.0m/s; 水阻力 在高压和超高压时不大于锅筒压力的5%; 在中压时不大于8%;
烟速 8～9m/s.
第四节 锅炉受热面
第四节 锅炉受热面
四. 空气预热器
作用: 利用省煤器后排出烟气的热量加热燃烧用的空气,利于 燃料着火和燃烧, 降低排烟,提高锅炉效率.
《锅炉受热面》PPT幻灯片PPT
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第四节 锅炉受热面
一. 锅炉蒸发受热面的结构与布置 二. 过热器与再热器 三. 省煤器 四. 空气预热器
第四节 锅炉受热面 本节的学习要求
❖ 了解各个受热面基本形式及布置要求 ❖ 了解各个受热面之间的区别和传热特性
水冷壁循环回路由不受 热的下降管和受热的水 冷壁组成。
第四节 锅炉受热面
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第四节 锅炉受热面
二. 过热器与再热器
1. 过热器 作用: 将饱和蒸汽加热成一定温
度的过热蒸汽,以提高系统 效率. 型式: 对流过热器、屏式过热器 (半辐射式过热器)及辐射式 过热器. 布置位置: (图2-32)
第四节 锅炉受热面
2. 再热器 作用: 为了减少汽轮机尾部的蒸汽湿度
以及进一步提高电站的热经济性,将 汽轮机高压缸的排气再回到锅炉中 加热到高温,然后送到汽轮机的中压 缸及低压缸中膨胀作功. 工况: 再热蒸汽的压力为一次过热蒸汽压 力的1/5,温度与一次过热蒸汽相近. 结构: 与对流过热器相似,由大量平行连接 的蛇形管所组成,如图2-33所示:
水速 在非沸腾省煤器中应不低于0.3/s; 在沸腾式省煤器中应不低于1.0m/s; 水阻力 在高压和超高压时不大于锅筒压力的5%; 在中压时不大于8%;
烟速 8～9m/s.
第四节 锅炉受热面
第四节 锅炉受热面
四. 空气预热器
作用: 利用省煤器后排出烟气的热量加热燃烧用的空气,利于 燃料着火和燃烧, 降低排烟,提高锅炉效率.
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第四节 锅炉受热面
一. 锅炉蒸发受热面的结构与布置 二. 过热器与再热器 三. 省煤器 四. 空气预热器
第四节 锅炉受热面 本节的学习要求
❖ 了解各个受热面基本形式及布置要求 ❖ 了解各个受热面之间的区别和传热特性
水冷壁循环回路由不受 热的下降管和受热的水 冷壁组成。
第四节 锅炉受热面
第3章 工业锅炉热工计算 ppt课件
Q r Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6kJ／kg
(3-la)
Qr——每公斤燃料带入锅炉的热量，kJ/kg； Q1——锅炉有效利用热量kJ/kg； Q2——排出烟气带走的热量，称为锅炉排烟热损失，kJ/kg Q3——未燃完可燃气体所带走的热量，称为气体不完全燃烧热损 失（化学不完全烧热损失），kJ/kg；
Q4——未燃完的固体燃料所带走的热量，称为固体不完全燃烧热 损失（机械不完全燃烧热损失），kJ/kg；
Q5——锅炉散热损失，kJ/kg； Q6——灰渣物理热损失及其他热损失，kJ/kg。
Q5
Qr
Q1
Q2
Q6
Q3
Q4
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 10
§3.4 锅炉机组的热平衡
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 14
固体不完全燃烧热损失
第3章
一、形成
灰渣损失：未参与燃烧或未燃尽的碳粒与灰渣一同落入灰斗 所造成的损失。
漏煤损失：部分燃料经炉排落入灰坑造成的损失。对于煤粉 炉，则
飞灰损失：——未燃尽的碳粒随烟气带走所造成的损失 二、影响因素 1．燃料特性对q4的影响
（3）外来热量Qwl——当用锅炉范围以外的废气、废热等来预热
空气时考虑
Qwl (Ir0kIl0k)
一般情况下： Qr Qnet,v,ar
二、锅炉热效率 1．锅炉正平衡热效率
gl
Q1 Qr
100%
（1）锅炉有效利用热量Qgl
Q1
Q gl B
kJ/kg
（2）蒸汽锅炉每小时有效利用热量Qgl
Q g lD 1 3 ( iq 0 ig ) sD p s 1 3 ( ip 0 s ig )skJ/h
第14章 受热面的热偏差和壁温计算PPT
p0 p p
G
wp w0
（式14-29~35）
2、流量不均 （续）
G
w d w 0
Z 0 v0 Zd vd
+ or0vor0 + ord vord
1
pgr
p fr 0
（式14-30）
由上式得影响流量不均的主要因素：
（1）阻力特性（Z，v）不均；
（2）吸热不均（v）；
（3）节流圈阻力（ζor）； （4）重位压头 pgr
（1）蒸发管进口加装节流圈；（图14-9）
节流圈的作用：（书p.268第5段） 防止或减小：1）水动力多值性、2）脉动、3）热偏差；
节流圈的位置：蒸发管热水段进口。
二、减少热偏差的措施 （续）
（2）采用较高的质量流速；（使管壁不易超温） （3）把蒸发受热面分成多个相互独立的并联管组； （4）减少管组工质焓增，使工质中间混合；（图14-4） （5）组织好炉内燃烧工况，减小吸热不均。
二、过热器热偏差的计算 （书p.262~263）
以书中p.262的5点假设作为前提； 计算仅仅由于吸热不均造成的流量不
均和热偏差。
对于某根受热管内工质：
吸热多
焓增大
比容大 流量低
三、减少热偏差的措施 （书p.264~265）
（根据吸热不均、流量不均、结构不均的影响因素得到）
1、受热面分级，每级之间通过联箱混合； 2、相邻两级受热面左右交叉；
qH G
G0
G0
第二节 过热器和再热器的热偏差
一、影响热偏差的因素
（1）吸热不均的影响因素 （书p.135）
1）切圆燃烧；
2）烟道本身宽度方向烟温不均；
（图14-1）
3）沿烟道宽度方向的受热面布置方式：（图14-1）
第7章 锅炉受热面热力计算
Chapter 7－工业锅炉受热面热力计算 7－
§7.1 辐射受热面热力计算
7.1.1 炉膛传热计算基本公式 锅炉炉膛内的传热计算过程十分复杂，至今为止尚未找 锅炉炉膛内的传热计算过程十分复杂， 到严格精确的理论计算方法， 到严格精确的理论计算方法，目前工程上炉内传热计算的方 法仍然采用以简化的传热模型与相似理论为基础， 法仍然采用以简化的传热模型与相似理论为基础，根据大量 试验和运行数据进行补充修正而得到的半经验或经验公式。 试验和运行数据进行补充修正而得到的半经验或经验公式。 炉膛传热计算包括以下内容：确定燃烧条件对传热的 炉膛传热计算包括以下内容： 影响，即计算M 确定炉膛内烟气性质， 影响，即计算M值；确定炉膛内烟气性质，即计算理论燃 烧温度和烟气平均热容量；确定炉膛内火焰辐射特性， 烧温度和烟气平均热容量；确定炉膛内火焰辐射特性，即 计算火焰黑度和炉膛黑度；确定辐射受热面特性， 计算火焰黑度和炉膛黑度；确定辐射受热面特性，即计算 热有效系数、有效辐射面积、角系数和污染系数。 热有效系数、有效辐射面积、角系数和污染系数。
wwwdocincomchapterchapter7工业锅炉受热面热力计算工业锅炉受热面热力计算7171辐射受热面热力计算辐射受热面热力计算711711炉膛传热计算基本公式炉膛传热计算基本公式锅炉炉膛内的传热计算过程十分复杂至今为止尚未找锅炉炉膛内的传热计算过程十分复杂至今为止尚未找到严格精确的理论计算方法目前工程上炉内传热计算的方到严格精确的理论计算方法目前工程上炉内传热计算的方法仍然采用以简化的传热模型与相似理论为基础根据大量法仍然采用以简化的传热模型与相似理论为基础根据大量试验和运行数据进行补充修正而得到的半经验或经验公式
Chapter 7－工业锅炉受热面热力计算 7－
第五章-1-锅炉受热面的作用及结构PPT课件
2021/7/23
25
第三节 省煤器及空气预热器
省煤器和空气预热器在尾部烟道的布置 管式空气预热器
省煤器和空气预热器在尾部烟道的布置 回转式空气预热器
一、 省煤器
省煤器的作用：
1、降低排烟温度，减少排烟热损失，节约燃料； 2、减少蒸发受热面，降低锅炉造价：
以管径小、管壁薄、价格较低的省煤器代替管径大、 管壁厚、价格较高的水冷壁 换热好(低温、强制流动、逆流布置)
锅筒进入进口集箱，然后分配到并联蛇型 管束升温，再汇集到出口集箱送出。 过热器蛇形管数目的选取与烟气、蒸汽流 速有关，烟气流速一般6~12m/s，尽量少 磨损少积灰，蒸汽15~25m/s保证管壁良好 的冷却，并保证蒸汽压力降不超过10%。 多采用外径28~42mm无缝钢管制作，顺 列布置，横、纵向节距与管径之比为 2.2~3.4和2.5~5.0。 每根蛇管平面与前墙垂直布置，保证平行 的所有组吸热相同，并消除烟道高度的烟 温偏差；有时候采用多级过热器，中间设 置集箱，并将蒸汽左右交叉混合，以减少 烟道宽度方向温度偏差的影响。
铸铁式耐冲击差，只能用作非沸腾式，出口 水温至少应比相应压力下的饱和温度低 30℃；体积大、易积灰、渗漏，但是耐腐 蚀耐磨。
铸铁省煤器应装置压力表、安全阀、放气阀等安全装置；
应有再循环管，保证在锅炉启动时省煤器与锅筒构成自然循环，避 免过热烧毁；
应有旁通上水管路，当省煤器损坏的时候，将之与锅筒断开，利用 旁通管道上水。
双级对流过热器
2021/7/23
22
蒸汽交换流动的连接系统
2021/7/23
23
对流过热器不同的管圈结构
2021/7/23
24
过热器的基本结构示例
1－锅筒；2－二行程在
锅炉原理课件第十章对流受热面传热计算(二)
h s
1 11
1 hs
hs
H
f
H
f
Ht H
(10 27)
(10 26)
f为鳍片或肋片效率；hs为鳍片管或肋片管的受热面效率。
能源与环境学院
Energy & Environment
8
第三节 传热系数
中国 • 南京
三、空气预热器传热系数
采用受热面的利用系数来综合考虑灰分的污染、气流对受热面冲刷
的不完善等的影响。
• 烟气对管壁的放热系数1，一般包括烟气的对流放热系数c和管间烟气 容积的辐射放热系数r 。
1 ( c r) (1 3 0)0
– 影响对流放热系数的因素
• 气流流速 • 温度 • 管子尺寸 • 管束冲刷方式 • 管束布置方式 • 物性参数
能源与环境学院
Energy & Environment
10
4. 由Qcre = Qcab，求出工质的出口焓I” ，并查得温度t” 。 5. 求平均传热温压Δt
6. 求烟气流速wg、工质流速w
7. 求烟气侧的对流放热系数1 8. 求工质侧的对流放热系数2
能源与环境学院
Energy & Environment
23
炉膛传热计算的基本步骤
中国 • 南京
9. 求烟气黑度1
能源与环境学院
Energy & Environment
25
D ,t",i"
烟气对流放热量
Q c r e I I I l 0
I[Ig0 (1)Ia0]1
kJ kg
, ,
I
I1
I
0 y
1
I
0 k
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Dgz
• 当炉膛不分区计算时，计算区段的吸热量为：
Qqd
rg ql H qd , f
Bj
20
屏和对流受热面管组中工质平均焓增计算
• 从计算管组进口到计算截面区段中工质的平均焓增
计算式为：
ijx rk
Qqd Bj Dqd
计算管段吸热量
Qqd
Qf qd
Qd qd
对流及管间辐射热量
Qqdd
3. 膜式水冷壁的管壁温度
鳍片管温度场的分布规律也可用拉普拉斯导热方程进行理论求解。 这里只介绍最简单的矩形结构鳍片温度场的求解方法：
2t
y2
2t x2
0
t x0 tg
t 0
x x=h
t
0
t q
y y-b 2
y y= b 2
15
壁温计算基本公式的推导
采用分离变量法求解得到鳍端温度为：
qrj rwqw max / r
导热系数λ为常数时，热量比也就是温升的比值：
r
tr tgz trj tgz
半径r处的实际温差 沿圆周以qmax均匀加热时r处的温差11
壁温计算基本公式的推导
因此，对于实际管子中最大热负荷处（ θ=0 ）的外壁温度 和平均管壁温度分别可以表示为：
twb
tgz
rw
考察一个内外径分别为dn和dw
qw
的圆管，数学描述为：
d dr
r
dt dr
0
dt dr
qw
,r
dw 2
解之得，管子外壁温度和内壁温度之差为：
tnw
qwdw ln
2
qwdw 1 2时
2
2
1
1
2qw ,
1
dw
dn 6
壁温计算基本公式的推导
又有，管子内壁温度与工质温度之差为：t2
3
壁温计算的必要性
壁温计算的必要性
保证锅炉安全工作
热应力计算的前提
“四管爆漏” 严重
壁温测量不准确
问题1
问题2
4
壁温计算基本公式的推导
• 根据传热学的基本知 识，有
tnb tgz t2
twb tgz t2 tgb
tb
tgz
t2
1 2
tgb
5
壁温计算基本公式的推导
1. 圆管沿圆周均匀受热时的管壁温度
锅炉受热面金属壁温计算
1
主要内容
1. 进行壁温计算的必要性 2. 壁温计算基本公式的推导 3. 壁温校核点工质温度的计算 4. 壁温校核点最大热负荷计算
2
一、管壁温度
所有受热管壁温度必须低于安全极限。
（1）高温持久强度：反映了金属材料在高温下长期 使用直至断裂时的强度和塑性性能，有一个极限允许 温度。平均tb应满足钢材的高温持久强度要求。 （2）抗氧化温度：氧化速度主要取决于温度， tw小 于快速氧化温度（强度计算中用附加壁厚考虑）。 （3）热应力和热疲劳：限制壁温波动。
1-μ(r) 是分流热量的份额。 ●μ(r)值大，分流作用小，壁温高，对管壁不利。
13
壁温计算基本公式的推导
Bi
2rn
rn / 1/2
固体内导热热阻（内阻） 内表面换热热阻（外阻）
Bi小，内阻小，外阻大，μ小（分流作用大）； Bi大，内阻大，外阻小，μ大（分流作用小）。
14
壁温计算基本公式的推导
qw,max
2
rw qw,max
2
1
t jb
tgz
r
qw,max
2
r qw,max
1
12
壁温计算基本公式的推导
这样问题就归结为寻求一个确定热量分流系数的简单方法。
上式中， r f q , Bi,
●均匀加热， μ(r)＝1 ●非均匀加热，μ(r)＜1 ●μ(r)是r处剩余热量的份额，
17
壁温计算基本公式的推导
• 鳍根温度也是圆管上相应位置的温度，根据前 述圆管外壁温度计算方法确定，即：
tg
tgz
g qmax
1
2
2
(
1)
至此，若已知管外最大热流强度和工质温度， 就可以计算出相应位置的管壁温度。
18
壁温校核线处工质的温度
•校核线上工质平均温度tpj的计算方法
计算方法 校核线工质平均温度
G 2
Gdw ln 2r dnGn 2 dn n1 2n
n1
2n
Bi Bi
n n
2r dn
n
dn 2r
n
Bi Bi
n n
cos n
其中，
G
1
0
q
d
Gn
1
q cosn d
0
Bi 2dn 2
9
讨论沿管壁周向热负荷最大处的壁温
qrj, trj
假设热负荷沿管子圆周分布状况如图所示。 假设另外有一热负荷沿圆周均匀分布的情况，其热负荷值等于
受热面种类
tpj的计算方法
亚临界锅炉蒸发受热 取工质平均温度为该
面
压力下的饱和温度
亚临界锅炉其他受热 面和超临界锅炉所有
受热面
根据计算截面处的工 质平均焓和压力确定
19
辐射受热面管组中的工质平均焓增计算
• 从水冷壁计算管组进口到计算截面区段中工质的 平均焓增计算式为：
ijx rk
Qqdrq Bj
qw,max，此时θ=0 处的壁温容易求出。 设法将这两种情况在θ=0 处的壁温联系起来。
10
讨论沿管壁周向热负荷最大处的壁温
Qw,max均匀加热，全部径向传递时，qrj
rwqw,max r
非均匀加热，径r
定义热量分流系数μ(r)
(r) qr qr 1
qn
2
qw 2
于是，管子沿厚度方向平均温度为：
tb
tgz
t2
1 2
tnw
tgz
qw
2
qw
1
管子外表面温度为：
twb
tgz
t2
tnw
tgz
qw
2
qw
2
1
由此可见：管壁温度和工质温度、热流密度、管内壁放热 系数、管材导热系数、管壁厚度及内外径比等因素有关。
7
壁温计算基本公式的推导
2. 圆管沿圆周不均匀受热时的管壁温度
td
tg
qh
2
h b
0.75
b h
对于梯形鳍片，计算结果为：
td
tg
qh
A
其中，A为形状系数：A
1h
2 bg
a ln a 1 a
a 1 a2
0.375 bd h
16
鳍片形状系数
a＝bd/bg • a一定，有一h/bg的最
佳比值，使Amin，则 tdmin。 • h/bg＞Amin对应的h/bg 时，a↑，使A↓，则 td↓。最好采用矩形 鳍片。 • h/bg＜Amin对应的h/bg 时，a↓，使A↓，则 td↓。最好采用梯形 鳍片。
求解圆管中各点温度可以用传热学中的导热方程来
解。忽略沿管子长度的导热，问题简化为二维的拉 普拉斯方程：
2t 1 t 1 2t
r 2 r r r 2 2 0
边界条件为：
r
dw 2
,
t r
q
r
dn 2
, t r
2
t tgz
8
壁温计算基本公式的推导
利用分离变量方法解之得：
t
tgz
• 当炉膛不分区计算时，计算区段的吸热量为：
Qqd
rg ql H qd , f
Bj
20
屏和对流受热面管组中工质平均焓增计算
• 从计算管组进口到计算截面区段中工质的平均焓增
计算式为：
ijx rk
Qqd Bj Dqd
计算管段吸热量
Qqd
Qf qd
Qd qd
对流及管间辐射热量
Qqdd
3. 膜式水冷壁的管壁温度
鳍片管温度场的分布规律也可用拉普拉斯导热方程进行理论求解。 这里只介绍最简单的矩形结构鳍片温度场的求解方法：
2t
y2
2t x2
0
t x0 tg
t 0
x x=h
t
0
t q
y y-b 2
y y= b 2
15
壁温计算基本公式的推导
采用分离变量法求解得到鳍端温度为：
qrj rwqw max / r
导热系数λ为常数时，热量比也就是温升的比值：
r
tr tgz trj tgz
半径r处的实际温差 沿圆周以qmax均匀加热时r处的温差11
壁温计算基本公式的推导
因此，对于实际管子中最大热负荷处（ θ=0 ）的外壁温度 和平均管壁温度分别可以表示为：
twb
tgz
rw
考察一个内外径分别为dn和dw
qw
的圆管，数学描述为：
d dr
r
dt dr
0
dt dr
qw
,r
dw 2
解之得，管子外壁温度和内壁温度之差为：
tnw
qwdw ln
2
qwdw 1 2时
2
2
1
1
2qw ,
1
dw
dn 6
壁温计算基本公式的推导
又有，管子内壁温度与工质温度之差为：t2
3
壁温计算的必要性
壁温计算的必要性
保证锅炉安全工作
热应力计算的前提
“四管爆漏” 严重
壁温测量不准确
问题1
问题2
4
壁温计算基本公式的推导
• 根据传热学的基本知 识，有
tnb tgz t2
twb tgz t2 tgb
tb
tgz
t2
1 2
tgb
5
壁温计算基本公式的推导
1. 圆管沿圆周均匀受热时的管壁温度
锅炉受热面金属壁温计算
1
主要内容
1. 进行壁温计算的必要性 2. 壁温计算基本公式的推导 3. 壁温校核点工质温度的计算 4. 壁温校核点最大热负荷计算
2
一、管壁温度
所有受热管壁温度必须低于安全极限。
（1）高温持久强度：反映了金属材料在高温下长期 使用直至断裂时的强度和塑性性能，有一个极限允许 温度。平均tb应满足钢材的高温持久强度要求。 （2）抗氧化温度：氧化速度主要取决于温度， tw小 于快速氧化温度（强度计算中用附加壁厚考虑）。 （3）热应力和热疲劳：限制壁温波动。
1-μ(r) 是分流热量的份额。 ●μ(r)值大，分流作用小，壁温高，对管壁不利。
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壁温计算基本公式的推导
Bi
2rn
rn / 1/2
固体内导热热阻（内阻） 内表面换热热阻（外阻）
Bi小，内阻小，外阻大，μ小（分流作用大）； Bi大，内阻大，外阻小，μ大（分流作用小）。
14
壁温计算基本公式的推导
qw,max
2
rw qw,max
2
1
t jb
tgz
r
qw,max
2
r qw,max
1
12
壁温计算基本公式的推导
这样问题就归结为寻求一个确定热量分流系数的简单方法。
上式中， r f q , Bi,
●均匀加热， μ(r)＝1 ●非均匀加热，μ(r)＜1 ●μ(r)是r处剩余热量的份额，
17
壁温计算基本公式的推导
• 鳍根温度也是圆管上相应位置的温度，根据前 述圆管外壁温度计算方法确定，即：
tg
tgz
g qmax
1
2
2
(
1)
至此，若已知管外最大热流强度和工质温度， 就可以计算出相应位置的管壁温度。
18
壁温校核线处工质的温度
•校核线上工质平均温度tpj的计算方法
计算方法 校核线工质平均温度
G 2
Gdw ln 2r dnGn 2 dn n1 2n
n1
2n
Bi Bi
n n
2r dn
n
dn 2r
n
Bi Bi
n n
cos n
其中，
G
1
0
q
d
Gn
1
q cosn d
0
Bi 2dn 2
9
讨论沿管壁周向热负荷最大处的壁温
qrj, trj
假设热负荷沿管子圆周分布状况如图所示。 假设另外有一热负荷沿圆周均匀分布的情况，其热负荷值等于
受热面种类
tpj的计算方法
亚临界锅炉蒸发受热 取工质平均温度为该
面
压力下的饱和温度
亚临界锅炉其他受热 面和超临界锅炉所有
受热面
根据计算截面处的工 质平均焓和压力确定
19
辐射受热面管组中的工质平均焓增计算
• 从水冷壁计算管组进口到计算截面区段中工质的 平均焓增计算式为：
ijx rk
Qqdrq Bj
qw,max，此时θ=0 处的壁温容易求出。 设法将这两种情况在θ=0 处的壁温联系起来。
10
讨论沿管壁周向热负荷最大处的壁温
Qw,max均匀加热，全部径向传递时，qrj
rwqw,max r
非均匀加热，径r
定义热量分流系数μ(r)
(r) qr qr 1
qn
2
qw 2
于是，管子沿厚度方向平均温度为：
tb
tgz
t2
1 2
tnw
tgz
qw
2
qw
1
管子外表面温度为：
twb
tgz
t2
tnw
tgz
qw
2
qw
2
1
由此可见：管壁温度和工质温度、热流密度、管内壁放热 系数、管材导热系数、管壁厚度及内外径比等因素有关。
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壁温计算基本公式的推导
2. 圆管沿圆周不均匀受热时的管壁温度
td
tg
qh
2
h b
0.75
b h
对于梯形鳍片，计算结果为：
td
tg
qh
A
其中，A为形状系数：A
1h
2 bg
a ln a 1 a
a 1 a2
0.375 bd h
16
鳍片形状系数
a＝bd/bg • a一定，有一h/bg的最
佳比值，使Amin，则 tdmin。 • h/bg＞Amin对应的h/bg 时，a↑，使A↓，则 td↓。最好采用矩形 鳍片。 • h/bg＜Amin对应的h/bg 时，a↓，使A↓，则 td↓。最好采用梯形 鳍片。
求解圆管中各点温度可以用传热学中的导热方程来
解。忽略沿管子长度的导热，问题简化为二维的拉 普拉斯方程：
2t 1 t 1 2t
r 2 r r r 2 2 0
边界条件为：
r
dw 2
,
t r
q
r
dn 2
, t r
2
t tgz
8
壁温计算基本公式的推导
利用分离变量方法解之得：
t
tgz