对流受热面换热计算-锅炉原理教学教材
锅炉对流受热面计算
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
锅炉原理 第11章锅炉热力计算
蒸汽侧进口焓值i'
水蒸汽压力
蒸汽侧进口温度t’
传热温压
烟气和工质 进出口温度
对流放热系数 辐射放热系数
28
第三节
对流受热面传热计算
能量平衡
5. 特殊问题
（1）带喷水减温的过热器
' D2i2 Dis i1'' D2 D
D1i1'' Dis D2i2 '
D1 D D2
13
第二节
炉膛传热计算
ka：辐射减弱系数（1/（m· MPa））
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
syn 1 e k 表达：
气体
a ps
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
31
第三节
对流受热面传热计算
没有布置受热面或只在壁面布置包覆受热面
（4）转向室
空间尺寸较大，只考虑烟气辐射 误差10%
漏风系数确定
（5）空气预热器 暖风器进口温度确定 热风再循环进口温度确定
32
θeco2'
第三节
对流受热面传热计算 '
teco2
'' 高温级省煤器 teco2
（6）尾部受热面双级布置
第十一章
锅炉热力计算
1
第一节
概述
辅助计算 结构计算
物质平衡 能量平衡 受热面积
热力计算
热平衡计算 锅炉计算 水力计算 强度计算
流通面积
受热面热平衡 工质和烟气进出口温度
传热计算：受热面传热量 燃烧产物
锅炉原理-第七章锅炉传热计算
炉膛传热计算 ❖ 炉膛传热原理 ❖ 炉膛黑度计算 ❖ 炉膛受热面的辐 射特性 ❖ 炉膛传热计算方 法 ❖ 炉膛结构和热负 荷分布
对流受热面计算 ❖ 传热特点 ❖ 传热计算 ❖ 传热系数 ❖ 积灰污染对传热的 影响 ❖ 温压计算 ❖ 受热面布置和计算
炉膛传热原理
炉膛辐射传热特点
炉膛传热过程 ➢ 燃烧与传热—动态过程
炉膛热负荷分布
沿炉高某段的平均热负荷：qfi＝ηgqf kw/m2 炉膛各侧壁的平均热负荷：qfb＝ηbqf kw/m2 当炉膛出口为屏式受热面时，考虑屏间烟气向炉 膛的反辐射，炉膛出口截面的热负荷为：qfp＝βqfi kw/m2
对流受热面传热特点
对流受热面中同时存在对流和辐射传热，但对 流传热的份额大，故采用对流传热的计算公式， 在传热系数中同时计及辐射传热因素。
炉膛结构和热负荷分布
炉膛结构
➢ 燃料对炉膛尺寸的影响。 燃料不同炉膛尺寸由小到大依次为：天然气、油、
煤粉。 煤种不同：烟煤挥发分高，易于着火和燃烧，炉
膛尺寸相对小些； 褐煤水分多，烟气容积大，炉膛容积要求较大； 无烟煤挥发分少，着火和燃尽困难，除了燃烧器
采用稳焰措施，还要延长在炉膛的停留时间。
炉膛结构和热负荷分布
➢ 炉壁的表面温度为Tb，黑度为ab，面积为同侧炉 墙的面积
炉膛传热原理
炉膛辐射传热公式
物理、数学模型
➢ 通过以上假定，炉膛传热计算就简化为两个互 相平行的无限大平面间的辐射传热。根据斯蒂 芬—波尔兹曼定律，可得：
辐射传热方程式： BjQf asFb0 Th4y Tb4
系统黑度：
as
污染系数
ψ、x、ζ关系 ψ＝xζ （该式只在当水冷壁管的s/d〉1、水冷壁管表 面受到污染、管壁为非黑体时才成立。）
对流受热面换热计算-锅炉原理
θ“
θ“
θ“
θ“
t“
t“
t‘
逆流
逆流
t“ t‘ t‘
顺流
t‘
t“
蒸发受热 面
2021/3/10
讲解：XX
39
第四节 传热温压t的计算
顺流的平均温压
tsl lnttt t
ltdn tdtx tx
2021/3/10
讲解：XX
40
第四节 传热温压t的计算
逆流的平均温压
tnl
t t ln t
t
2021/3/10
N ucR0e.8P0r.4
d0.02dd3l(W dd )l0.8P0.r4ctc1
2021/3/10
讲解：XX
27
第三节 受热面传热系数的计算方法
3．回转式空气预热器烟气与空气侧对流放热系数
0.0
3
Re0.83Pr0.4
ddl
2021/3/10
讲解：XX
28
第三节 受热面传热系数的计算方法
四、燃烧产物的辐射传热系数
迭代计算过程
工质温度√
工质温度？
烟温√
烟温？
H
先假定其中一种介质的终温，
k
按热平衡方程式求出受热面的吸热量并计算出另一种介质的终 温，
计算传热系数和温压，按传热方程式计算受热面的吸热量，
传热方程计算的热量应该等于热平衡方程计算的烟气放热量或 工质吸收的热量
否则重新假定终温后再行计算，直至热量之差不超过2%
1．对流受热面的传热方程
Qd
KtH j
Bj
2．烟气侧热平衡方程 Q d(I' I"Il0k)
3．工质侧热平衡方程（与受热面有关）
锅炉设备与原理chapter7工业锅炉受热面热力计算
1.横向冲刷管束时的表面传热系数
(1)烟气横向冲刷顺列管束的表面传热系数 αd=CsCnCwαH(7-31) (2)烟气横向冲刷错列管束的表面传热系数 烟气冲 刷错列管束时,其表面传热系数的计算仍按式(7-31) 进行。此时,基准传热系数的基准条件为:温度 t=530°C,烟气成分=0.11、=0.13。
7.1.6
炉膛黑度al
对火床炉, 炉膛黑度可 按式(7-19)计算或查图 7-3
al= (7-19)
7.1.7
有效辐射受热面H与水冷壁角系数x
炉膛水冷壁管的有效辐射受热面可按下式计算 H=∑xiFli(7-21) x=
7.1.8
污染系数ζ与热有效系数ψ
燃烧各种燃料时,水冷壁壁面不可避免地要被 灰垢所污染,使得水冷壁的辐射吸热量减少。为 了反映灰垢对吸热量的影响,采用污染系数ζ来 表示水冷壁管被灰垢所污染的程度。 热有效系数ψ是指被灰垢所覆盖的水冷壁管 的吸热量占火焰总有效辐射的份额。按下式计 算 ψ=ζx(7-24)
7.1.4 烟气的平均比热容cp,j
1kg燃料燃烧产生的烟气的平均比热容按下式计算
cp,j= (7-9) 式中 hl″——炉膛烟气出口焓值,根据出口烟温查烟 气温焓表得到(kJ/kg); Ql——炉膛内有效放热量(kJ/kg)。
7.1.5 火焰黑度㊀ahy
炉膛内火焰黑度ahy的计算较为复杂,因为炉 膛火焰中具有辐射能力的介质是三原子气体、 灰粒、焦炭粒和炭黑粒子等,其成分和浓度沿着 火焰的行程而变化,并且随着燃料种类、燃烧方 法和燃烧工况而异。
炉膛中产生的高温烟 气流经对流受热面时主 要以对流的方式把热量 传递给受热面中的工质。 辐射传热系数按式(743)或式(7-44)或按线 算图7-10确定。 对含灰气流 αf=αHay(7-43) 对不含灰气 αf=αHayCy(7-44)
锅炉本体的热力计算
1.72 e+0 3
03
1.72 e+0 3
1.6 4 e+0 3
03 03
1.6 4 e+0 3
1.55e+0 3 10
1.55e+0 3 1.4 6 e+0 3
03
1.4 6 e+0 3
1.3 7e+0 3
Height / m
03
1.3 7e+0 3
8
1.2 8 e+0 3
03
1.2 8 e+0 3
X 33Z..8877e+e0+20 2
22..9988e+e0+20 2 0
2 .0 8 e+0 3 1.9 9 e+0 3 1.9 0 e+0 3 1.8 1e+0 3 1.72 e+0 3 1.6 4 e+0 3 1.55e+0 3 1.4 6 e+0 3 1.3 7e+0 3 1.2 8 e+0 3 1.19 e+0 3 1.10 e+0 3 1.0 1e+0 3 9 .2 2 e+0 2 8 .3 3 e+0 2 7.4 4 e+0 2 6 .55e+0 2 Y 5Y.6 5e+0 2 X 4X.Z76 eZ+0 2 3 .8 7e+0 2 2 .9 8 e+0 2
CpCoeonrnattotouuurrress o(okff)SStattaict iTcemTepmerpateurreat(uk)re (k)
2 .0Y8 e+0 3 1.9 9 e+0 3 1.9 0 e+0 3 1.8 X1e+0 3 Z 1.72 e+0 3 1.6 4 e+0 3 1.55e+0 3 1.4 6 e+0 3 1.3 7e+0 3 1.2 8 e+0 3 1.19 e+0 3 1.10 e+0 3 1.0 1e+0 3 9 .2 2 e+0 2 8 .3 3 e+0 2 7.4 4 e+0 2 6 .55e+0 2 5.6 5e+0 2 Y 4 .76 e+0 2 X 3 .8 7Ze+0 2 2 .9 8 e+0 2
锅炉的换热原理及其换热计算
锅炉的换热原理及其换热计算换热是锅炉工作的重要过程之一，其原理和计算方法对于锅炉操作和优化至关重要。
换热原理锅炉的换热原理基于热传导和热对流的两个基本方式。
热传导是指热量沿固体传递，而热对流是指热量通过流体的循环传递。
在锅炉中，燃料燃烧产生高温烟气，烟气通过锅炉管道与水相接触。
烟气的热量通过烟管的壁面传导给水，使水升温。
同时，在烟气通过管道的过程中，热量也通过烟气与水的对流传递。
换热计算换热计算是确定锅炉的换热效率和换热面积的重要步骤。
以下是常见的换热计算方法：1. 温度差法：根据入口和出口温度的差异，计算换热器的换热效率。
换热效率可以用以下公式表示：$Efficiency = \frac{Q}{m \cdot C \cdot (T_{outlet} - T_{inlet})}$其中，$Q$ 表示换热量，$m$ 表示流体质量，$C$ 表示流体的比热容，$T_{outlet}$ 和 $T_{inlet}$ 分别表示出口和入口温度。
2. 热阻法：根据热阻的定义，计算换热器的换热面积。
热阻可以用以下公式表示：$R = \frac{T_{inlet} - T_{outlet}}{Q}$其中，$R$ 表示热阻，$T_{inlet}$ 和 $T_{outlet}$ 分别表示入口和出口温度，$Q$ 表示换热量。
3. 表面传热系数法：根据换热器表面传热系数和表面积的乘积，计算换热量。
表面传热系数可以根据实验测定或经验公式估计。
以上方法只是换热计算的基本原理，实际应用中可能需要考虑更多因素，如流体流动性质、管道结构等。
结论锅炉的换热原理是热量传递的基本原理，换热计算可用于确定锅炉的换热效率和换热面积。
通过合理的换热计算，可以优化锅炉的工作参数，提高能源利用效率。
对流受热面的换热计算
对流受热面的换热计算（锅炉原理）第一节 概述大型电站锅炉的对流受热面是指对流换热为主的对流过热器和再热器、省煤器、空气预热器、直流锅炉的过渡区等，也包括辐射份额较大的屏式受热面。
因此，本章所讲述的受热面是指除了炉膛以外的所有受热面。
尽管这些受热面的结构布置、工质和烟气的参数都有着很大的不同，辐射传热所占的份额不同，但为了简化计算，均采用对流传热计算的规律，将辐射传热部分折算到对流传热，各个不同受热面的计算方法有所不同。
锅炉对流受热面的换热计算方法与传热学所介绍的相关内容大同小异，只是在必要之处附加了与工程实际有关的修正系数。
有些修正系数的选取对计算结果的影响是至关重要的，譬如，与受热面烟气侧污染程度有关的经验系数。
不同国家或锅炉制造厂家的计算方法的主要区别也在修正系数的选取上。
本章仅讲述我国电站锅炉行业通常采用的计算方法的基本原理、计算过程和主要规定，计算细节可以参考相应的计算标准或规范。
设计计算与校核计算在计算方法上基本上是相同的，计算时所依据的传热原理、计算式和图表都是相同的，仅在于计算任务和所求的数据不同。
在对部件进行设计计算时，考虑计算上的方便，也往往采用校核计算的方法。
第二节 对流受热面换热计算的基本方程对流受热面的换热计算，不论是设计计算还是校核计算，都是利用对流传热方程和烟气侧与工质侧的热平衡方程，分别从对流传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流换热量。
1.受热面的对流传热方程d j, kJ/kg K tH Q B ∆=（10-1）式中d Q ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以1kg 燃料（固体、液体）或31m 燃料（气体）为基准；K ——传热系数,W/(m 2·℃)；t ∆——传热温压，℃；H ——参与对流换热的受热面面积，m 2；j B ——锅炉计算燃料量，kg/s 。
2.烟气侧热平衡方程对各段受热面，烟气侧热平衡方程是基本相同的，为()0d y y lk ,kJ/kg Q h h h ϕα'''=-+∆ （10-2）式中 ϕ——保热系数，考虑散热损失的影响；yh '、y "h ——烟气在该受热面入口及出口截面上的平均焓值，kJ/kg ； 0lk h ——对应于过量空气系数1α=时，漏入该段受热面烟气侧的冷空气焓值,kJ/kg ；α∆——该段受热面的漏风系数。
第十章：对流受热面传热计算
对流受热面传热计算
1
第一节 概述
辅助计算 结构计算
物质平衡 能量平衡 受热面积
热力计算
热平衡计算 锅炉计算 水力计算 强度计算
流通面积
受热面热平衡 工质和烟气进出口温度
传热计算：受热面传热量 受热面积
燃烧产物
工质参数
关系
2
阻力计算
第一节 概述
燃烧计算 （物质平衡） 辅助计算 热平衡计算
空气量的计算（成分、容积） 烟气量的计算（成分、容积） 空气、烟气焓 锅炉有效利用热 锅炉各项损失 锅炉效率
D1i1'' Dis D2i2'
D1 D D2
物质平衡
'' D i ' 1 1＋Dis i2 D1＋D
14
（2）凝渣管束 位于炉膛出口 吸收炉膛辐射热 吸热量等于对流吸热量与炉膛辐射吸热量之和 不采用工质侧热平衡方程（工质温度不变） 部分热量穿过管束被后面受热面吸收（管子排数小于5排） 误差5%
灰污系数ε
1
1 ( 1
1
K
1
2
2
)1
热有效系数ψ
K K0
1
1 2
K
1
1 1 1 2
1 2 1 2
7
利用系数ξ
K K0
1
ε、ψ和ξ经验公式或推荐值
1 2
1
（2）传热系数
αc：对流放热系数 αr ：辐射放热系数 ξ：受热面利用系数
15
θeco2 ' teco2 '
‘’ 高温级省煤器 teco2
第四章 对流受热面的传热计算
分析与说明： 分析与说明：
（1） K ≠ K
'
即理论上传热系数的数值与计算面积有关。于是传热
量的数值也计算面积有关。所以在传热计算时必须搞清二者的关系。
（2） 由于一般锅炉的工质经过严格水处理及运行的煮炉情况， 水垢较少或无水垢，即
δ ⇒ 0 ， d 3 = d 4 = d n （管内径）
δm （3）由于金属的导热系数较大，金属的热阻可忽略不计，即 ⇒0。 λm
q f = a yσ 0T a gs − a gsσ T a y = a y a gsσ 0 T − T
4 y 4 0 hb 4 y
(
4 hb
)
而
q
f
=α
f
(T
y
− T hb
)
N e w to n 冷 却 公 式
αf =
σ y a gsσ 0 (T − T
4 y
4 hb
)
T y − Thb
Thb 1− y 3 = a y a gsσ 0T y Thb T y
同样可得到按垢层内表面为计算基础的传热系数
K'
K =
'
1 1 d4 δ h + α 1 d 0 λh d4 δ m + d λ m 1 d4 δ g + d λ g 2 d4 1 + d α 2 3
4
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， 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。