锅炉设备与原理chapter7工业锅炉受热面热力计算

辐射受热面传热又称为炉膛传热,炉膛传热计算的任 务为: 1)设计计算：根据给定的或选定的炉膛出口烟气温 度,确定炉膛内需要布置多少辐射受热面。 2)校核计算：根据炉膛内布置的受热面的数量,确定 炉膛出口烟气温度。
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。
7.2 对流受热面热力计算
对流受热面是布置在锅炉烟道中,受高温烟气直 接冲刷并以对流方式传递热量的那一部分受热面。 对流受热面包括锅炉管束或烟管、过热器、省煤器 及空气预热器等。 对流受热面传热计算的任务是: 1)设计计算：根据要求传递的热量,确定需要多少受 热面。 2)校核计算：根据已布置的受热面,确定能传递多少 热量。

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)Βιβλιοθήκη Baidu
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)
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。
炉膛传热计算基本公式为
Θl″= = (7-1) 式中 Θl″——无量纲炉膛出口烟气温度; Tl″——炉膛出口烟气温度(K); Tll——理论燃烧温度(K); Bo——玻尔兹曼特征数; al——炉膛黑度。
以上各式中 θl″—炉膛出口烟气温度(°C); M—考虑燃烧条件影响的参数; Fl—炉膛周界面积(m2); ψ—热有效系数; φ—保热系数,从热平衡计算得到; Bj—计算燃料消耗量(kg/h),从热平衡计算得到; σ0—黑体辐射常数, 其值为5.67×10-11kW/(m2· K4); cp,j—燃料的燃烧产物在0°C~θl″温度区间内的平均比 热容(kJ/(kg· K))。其他符号同上。
7.2.1 对流受热面传热基本方程
对流受热面传热基本方程包括传热方程和热平衡 方程。 传热方程为 Qcr= (7-25) 热平衡方程为: (1) 烟气放出的热量Qrp为 Qrp=φ(h'-h″+Δα )(7-26) (2)工质吸收热量 Qrp=(i″-i')-Qf(7-27)
7.2.2 传热系数的计算


复 习 题 1.简述受热面热力计算的目的。 2.简述炉膛出口烟气温度的取值范围及影响因素。 3.简述辐射受热面热力计算的原理和基本方程式。 4.简述辐射受热面热力计算中热有效系数ψ和污 染系数ζ的物理意义。 5.简述对流受热面热力计算的基本方程式。
2.纵向冲刷管束时的表面传热系数
锅炉受热面管内的汽水工质均为纵向冲刷,管 外烟气作纵向冲刷的受热面及部分受热面包括管式 空气预热器烟气侧、锅炉管束、省煤器等。其表面 传热系数按下式计算：
当烟气被冷却时αd=ClCwαH(7-32) 当空气被加时αd=ClCw'αH(7-33)
7.2.4 辐射传热系数的计算
锅炉对流受热面的传热过程是:热烟气以辐 射及对流方式对管子外壁放热,管外壁向管内壁 导热以及管内壁对管内介质的对流传热。 传热系数K的综合式为 K= (7-28)
7.2.3 表面传热系数的计算
表面传热系数受诸多因素的影响, 如气流的速度和温度、定形尺寸、管 束中管子的布置方式、气流对管束的 冲刷方式、气流的物理特性等。它是 根据大量的实验研究,运用相似理论的 方法加以整理,得到在各种条件下应用 的计算式。

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。
7.1.3 理论燃烧温度Tll

理论燃烧温度Tll是假定燃料燃烧时发出 的热量未向外界传递时,使烟气所能达到的最 高温度,与其相对应的理论烟气焓等于炉内有 效放热量Ql。因此,在求得炉内有效放热量后, 即可利用从燃烧计算得到的烟气温焓表查得 理论燃烧温度
炉膛有效放热量也称入炉热量,是1kg燃料燃烧时带 入炉膛的所有热量,按下式计算： Ql=Qr+Qk-Qwr(7-6) 式中 Qr—1kg燃料带入炉膛的热量(kJ/kg); Qk—1kg燃料燃烧所需空气带入炉膛的热量(kJ/kg); Qwr—外加热源加热空气的热量, 在有外加热源时计入 (kJ/kg);

Qk按下式计算: 采用空气预热器时 Qk=(αl″-Δαl-Δαzf)+(Δαl+Δαzf)(7-7) 未采用空气预热器时Qk=αl″(7-8) 式中 —理论空气量在热空气温度时的焓(kJ/kg); —理论空气量在冷空气温度时的焓(kJ/kg); αl″—炉膛出口过量空气系数; Δαl、Δαzf—炉膛和制粉系统漏风系数。 以上各系数均可由从燃烧计算得到。
7.1.2 燃烧条件影响系数M



参数M考虑了燃烧条件对炉内传热计算的影响,其值 的确定应根据燃烧方式和燃料种类等因素来计算。 对火床炉M=0.59-0.5Xmax(7-5) 式中 Xmax——火焰最高温度点的相对高度,可按以下条件 取值: 火焰呈水平走向的炉膛,Xmax=0.3; 火焰呈垂直走向的炉膛,当采用薄煤层,Xmax=0; 固定或移动炉排上采用厚煤层时,Xmax=0.14。
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)
7.2.5 平均温压的计算
在锅炉各对流受热面中,烟气和工质进行着热 量交换,沿烟气及工质的流程,它们各自的温度是 变化的,因此所谓温压是指烟气与工质在整个受 热面中的平均温差。顺流或逆流布置的受热面, 其温压可按对数温压计算 Δt= (7-49)
第七章 工业锅炉受热面积热力计算 工业锅炉受热面热力计算是在燃 料燃烧计算和热平衡计算的基础上 进行的,是合理设计和布置工业锅炉 受热面的基础。
第七章 工业锅炉受热面积热力计算
7.1辐射受热面热力计算 7.2对流受热面热力计算

§7.1辐射受热面热力计算

辐射受热面是布置在锅炉炉膛内吸收辐射热的那 一部分受热面,主要是水冷壁受热面。