锅炉设备与原理chapter7工业锅炉受热面热力计算
工业锅炉热力计算
工业锅炉热力计算提纲1、锅炉热力计算简介2、热力计算模型介绍3、软件的功能及特点4、软件的使用锅炉热力计算简介热力计算在锅炉设计、改造及经济性预测方面有着极为重要的作用，是锅炉设计中最重要、也是最复杂的技术环节。
热力计算一般需要完成每个受热面部分的迭代循环和锅炉整体的迭代循环。
受热面循环是为了达到应有的精度而进行的迭代计算，锅炉整体循环是当假设的排烟温度与实际计算温度相差较大时，在假设排烟温度调整后重新进行计算。
传统手工运算方式对设计人员经验要求很高，如果计算时对一些参数假设不合理，为达到计算要求就必须进行多次反复运算，造成运算量过大。
目前，锅炉热力计算通常都通过编制锅炉热力计算软件进行。
2锅炉热力计算简介锅炉热力计算具有通用性差，计算模型复杂，计算过程复杂等特点，现阶段各研究机构和锅炉厂家自行开发的热力计算软件都有一定的局限性：缺乏高度抽象和统一的热力计算模型；开发技术比较落后，扩展性不强；软件操作界面不够人性化；工业锅炉具有炉型更加多样化，受热面布置形式更加灵活等特点，开发一款具有一定通用性的工业锅炉热力计算软件就具有十分显著的社会效益和经济效益。
3锅炉热力计算简介热力计算简介热力计算分为设计计算和校核计算设计计算设计计算是设计新锅炉时常用的计算方法计算任务：在给定的给水温度和燃料特性的前提下确定保证达4锅炉热力计算简介热力计算简介校核计算校核计算是估计已有锅炉在非设计工况条件下的运行指标或者改造后锅炉热力性能计算计算任务：根据已有的锅炉各受热面结构参数及传热面积和热力系统形式在锅炉参数，燃料种类或局部受热面面积发生变化时，通过传热性能计算确定各个受热面交界处的水温、汽温、烟温及空气温度的值，确定锅炉的热效率和燃料消耗量等。
5锅炉热力计算简介设计计算和校核计算设计计算和校核计算依据相同的传热原理，区别仅在于计算任务和所求数据不同。
遵循的传热原理为：热平衡方程0Qh,bIIIl,a传热方程Qh,tKHt/Bcal6锅炉热力计算简介单个部件设计计算步骤：吸热量假定烟气温度指定受热工质温度温压传热系数传热面积7锅炉热力计算简介单个部件校核计算步骤工质的终温假定烟气的终温温压传热系数+否判断二者之差绝对值是否在合理范围受热面面积吸热量Qh,b是计算结束温度和吸热量以热平衡方程为准吸热量Qh,t8锅炉热力计算简介层燃炉炉膛热力计算方法：采用校核计算的方法，先确定炉膛几何结构参数，然后迭代求出炉膛的出口烟气温度；主要计算方程Qr0afurHrBcalT4av4Twal100q3q4q6QfurQinQaQfo100q49锅炉热力计算简介层燃炉炉膛热力计算TavTadiTfurn1n抛煤机炉取n=0.6,其它层燃炉取n=0.7TfurfurTadi1furkB0mafurp10锅炉热力计算简介燃尽室热力计算方法：采用校核计算的方法，先确定燃尽室几何结构参数，然后求出燃尽室出口烟气温度；主要计算方程0ab,cHr44QrBcalTavTwal0Qb,cIb,cl,aIb,cIb,cTavTb,cTcb,11锅炉热力计算简介燃油燃气锅炉炉胆热力计算方法：采用校核计算方法；主要计算方程CHrQrBcalTav4Twal4100100Tav0.9TadiTl12锅炉热力计算简介对流受热面热力计算锅炉中的对流受热面主要有锅炉管束、对流过热器、省煤器、空预器等，在这些受热面中，高温烟气主要以对流的方式进行放热。
锅炉热力计算课件
通过热力计算，可以预测和评估锅炉在各种工况下 的性能表现和安全风险，及时发现和解决潜在问题 ，提高设备的安全性和可靠性。
锅炉热力计算的基本原理
能量守恒原理
能量守恒是热力计算的基本原理，即能量不能凭空产生也不能凭空消失，只能从一种形式 转化为另一种形式。在锅炉热力计算中，通过能量守恒原理可以建立各种能量平衡方程式 ，用于求解各种参数。
加强锅炉保温，减少热量散失 ，提高热效率。同时，定期维 护和检查锅炉及管道的保温层 ，确保其完好有效。
THANK YOU
感谢聆听
根据传热面积和锅炉结构，合理布置 各受热面。
根据传热面积，确定各受热面的结构尺寸
材料选择
根据受热面的工作温度、压力和腐蚀条件，选择合适的材料 。
结构尺寸设计
根据传热面积、材料属性和制造工艺，设计各受热面的结构 尺寸。
04
锅炉热力计算的实例分析
实例一：工业锅炉的热力计算
总结词
工业锅炉热力计算涉及燃料燃烧、热量传递和工质加热等过程， 需要综合考虑燃烧效率、热效率和经济性等因素。
详细描述
工业锅炉通常采用固体、液体或气体燃料，通过燃烧产生热量， 加热给水或蒸汽。热力计算的主要目的是确定锅炉各部分受热面 的传热面积、传热系数、热流量等参数，从而优化锅炉设计，提 高运行效率。
实例二：电站锅炉的热力计算
总结词
电站锅炉热力计算涉及高温、高压和高效率的工况，需要精确控制燃烧过程和蒸汽参数，以满足电网和汽轮机的 需求。
根据使用需求，确定锅炉的蒸汽量或供热量。
确定锅炉的热效率
热效率计算
根据锅炉的实际运行数据，采用合适 的公式计算热效率。
热效率标准
参考国家和行业标准，确定锅炉应达 到的热效率指标。
工业锅炉热力计算
工业锅炉热力计算
工业锅炉是现代工业生产中广泛使用的一种热能装置，通过燃烧燃料将化学能转化为热能，然后利用热能将介质加热至一定温度或产生蒸汽，用于生产或供热。
工业锅炉的热力计算主要包括热效率计算、燃料消耗量计算和烟气排放计算。
热效率是衡量锅炉能量转化效果的重要指标，表示锅炉每单位燃料所转化的热能。
热效率计算可以根据以下公式得出：
η=100×（Q1-Q2）/Q1
其中，η表示热效率，Q1表示锅炉所有燃料的热值，Q2表示烟气中未利用的热量。
燃料消耗量的计算可以通过锅炉的额定蒸发量和热效率来计算。
额定蒸发量是指锅炉在规定工况下所产生的蒸汽量。
燃料消耗量的计算公式如下：
G=S/LHV
其中，G表示燃料消耗量，S表示蒸汽量，LHV表示燃料的低位发热值。
烟气排放计算是指通过对锅炉燃烧过程中产生的烟气中的各种气体成分进行分析，并计算其排放浓度和排放量的过程。
烟气排放计算需要考虑锅炉燃烧过程中产生的二氧化碳、一氧化碳、硫化物等气体，并结合锅炉燃烧空气量、燃料成分等因素进行计算。
工业锅炉热力计算的目的是为了评估锅炉的热力性能以及燃烧效率，为提高锅炉的能效和环境保护提供依据。
在实际工程应用中，可以根据锅
炉的具体参数和运行情况进行热力计算，并结合能源管理的要求，优化锅炉运行参数，降低能耗和环境污染。
总之，工业锅炉热力计算是对锅炉热力性能参数进行计算和分析，推导出锅炉热效率、燃料消耗量和烟气排放等指标的方法和过程。
通过热力计算，可以评估锅炉的能效和环保性能，并为优化锅炉运行提供依据。
锅炉受热面传热及计算
在锅炉的炉膛中，研究的是烟气辐射。
烟气一般由
二原子气体（N2，O2，CO） 三原子气体（CO2，H2O，SO2） 以及悬浮固体粒子（炭黑、飞灰，焦碳粒子） 所组成。
氮和氧发射和吸收辐射热的能力很弱，可以 认为是透明的，一般情况下，烟气中CO的 浓度很低。因此，中烟气中具有辐射能力的 主要是三原子气体和悬浮的固体粒子。
锅炉受热面传热及计算
一、炉膛的传热计算
炉膛是现代锅炉最重要的部分，从炉膛传 热过程来看，进入炉子的燃料与空气混合 着火燃烧后生成的高温的火焰与烟气，通 过辐射把热量传递给四周水冷壁管，到达 炉膛出口处，烟气温度冷却到某一数值， 然后进入对流烟道。
1.特点 ①炉膛内的传热过程与燃料的燃烧过程同时进行，参与燃烧与传热过程 的各因素相互影响。例如，燃料种类不同燃烧过程不尽相同，形成的火 焰成分及温度场不同，炉膛的吸热量就会不同，即传热过程不同。反之， 传热过程不同就会导致温度场发生变化，影响燃烧及燃尽。 ②炉膛传热以辐射为主，对流所占比例很小。 原因： 炉膛内火焰温度较高，例如1000℃左右，而四周水冷壁管的温度较低， 例如≤400℃ 炉膛内烟气流速较低，因此，对流传热量占总换热量的份额很小，一般 ≤5%。
③火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈 对于一般的煤粉炉
原因： 火焰根部，燃料燃烧生成 的热量大于辐射传热量， 火焰温度升高。 火焰继续上升，可燃物逐 渐燃烬，燃烧生成的热量 小于辐射传热量，因而， 火焰温度下降。 于是，存在一点在该点火 焰温度最高，称该点火焰 中心。
④火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。 辐射换热量与整个炉膛的形状和尺寸等有 关。容积越大，炉内换热器量越多，炉膛 出口烟气温度越低。反之炉膛内换热量越 小，炉膛出口烟气温度越高。 ⑤运行因素影响炉内传热过程，例如，运 行过程中，污染发生，污染后的受热面表 面温度升高，导致炉膛换热量降低。
锅炉本体的热力计算
§7.2 对流受热面的传热计算
六、炉膛出口烟气温度
炉膛出口焰温的大小，决定着 锅炉辐射受热面及对流受热面吸热 量的比例关系，炉膛辐射受热面处 于烟气高温区段，辐射换热量与烟 温四次方成正比的，因此，辐射受 热面热负荷比对流受热面高得多； 这样，吸收同等热量时，辐射受热 面所需的受热面积及金属耗量就比 对流受热面少。
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 26
§7.2 对流受热面的传热计算
⑵
K ' 因为： K o
；
' 1 K ' Ko ' 则： 1 1 1 1 1 2 2
1
1
2
W / m 2 o C
① 锅炉管束、省煤器：因为 2 很大，所以 则 K ' 1 W / m 2 o C
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 8
§7.1 炉膛传热过程及计算
二、炉膛传热的基本方程式及炉膛黑度
传热计算简化模型:
（1）水冷壁分布均匀，并把整个炉 膛看作一个整体 （2）火焰和炉壁是物性均匀的灰体 （3）炉墙绝热
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 9
§7.1 炉膛传热过程及计算
1 1
1h
h 1 h 2
kw / m 2 o C
式中：
1h
与
h h
难以测定，在计算中一般以 、 '
、 来考虑灰污对管壁传热的影响。
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 23
§7.2 对流受热面的传热计算
1. 灰污系数ε ——表示灰污引起的传热热阻的增加。
锅炉与锅炉房设备7
§7.2 对流受热面的传热计算
第七章
1 1 K K K o ⑵ 因为： ； 则： 1 1 Ko 1 1 1 2 2
1
W / m 2 o C
① 锅炉管束、省煤器：因为 2 很大，所以 2
0
。则
②空气预热器一般可不考虑烟气的辐射影响
锅炉及锅炉房设备.ppt, 02/2010 Page 24
式中：k——火焰辐射减弱系数，即火焰中各介质成分的辐射减弱 系数代数和； 1
m Mpa
p——炉膛压力，(微负压锅炉： δ——有效辐射层厚度， 3.6 2．固体燃料燃烧时的火焰黑度：Vl 源自lp 0.1Mp a )
(m) 。
h 1 e
1）三原子气体辐射减弱系数：
Fl Fbz R
锅炉及锅炉房设备.ppt, 02/2010 Page 5
§7.1 炉膛传热过程及计算
第七章
3、 有效辐射受热面的面积：
H f Fi xi
炉内辐射换热计算中的系数：
1）辐射角系数：
Φ＝ 火焰投射到管壁的一次热量Q’/投射到炉墙上的热量Qhy 2）有效辐射角系数x。
火焰投射到管壁的总热量/火焰投射到炉墙的热量Qhy ；
(kJ/kg)
炉膛出口烟窗后的对流受热面，接受来自炉膛的辐射热Qf
二、对流传热系数K的计算
影响因素：烟气、积灰、管壁、结垢和工质，包括对流、辐射和传 导三种基本传热方式。
锅炉及锅炉房设备.ppt, 02/2010 Page 21
§7.2 对流受热面的传热计算
第七章
1 h 1 h b sg 1 kw / m 2 o C 1h h b sg sg 1h h 2 h 1 ' 式中： 与 难以测定，在计算中一般以ε 、 来 h 1h 考虑灰污对管壁传热的影响。 1
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。）
锅炉本体热力计算
qf
Bj 'Qf Hf
kW / m2
qV
B' Qne t,a r Vl
kW
/ m3 ；qR
B' Qne t,ar R
kW / m2 B’—每秒燃料消耗量，kg/s。
5
七、锅炉本体热力计算
6.2 对流传热面传热计算
6.2.1基本方程式
以燃烧1kg燃料为计算基础：
传热方程式： Qcr 热平衡方程式：
七、锅炉本体热力计算
7.1 锅炉传热过程及计算
7.1.1炉膛几何特性
炉膛容积Vl：由炉子火床表面至炉膛出口烟窗之间的容积。
炉膛周界面积Fl：包围炉膛容积的所有周界封闭面积的总和，包 含火床面积R、全部水冷壁面积、未有水冷壁的炉墙面积和出口 烟窗第一排水管中心线面积。
有效辐射受热面Hf ： 有效角系数x：火焰投射到管壁受热面的总热量与投射到炉壁
KHt Bj'
kJ / kg
烟气侧： Qrp (I'I"Ik0)
工质侧：
Qrp
D' (i"i' ) Bj' Qf
kJ / kg
kJ / kg
炉膛出口烟窗后的对流受热面，受到的炉膛辐射热：
Qf
'
ch
q f Fch Bj '
xgs
kJ / kg
6
七、锅炉本体热力计算
6.1.6炉膛换热计算
炉膛换热无因次方程式： Bo( 1 )＝ 4h "l4n
al m 1 l " 1 l "
波尔茨曼准则—Bo＝
B 0
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)
锅炉受热面传热及计算
Q
Bj
Ql
I
'' l
—保温系数， 1 q5 q5
B j —计算燃料消耗量 若烟气在Tll 和Tl" 温度之间的比热容量，
可以用某一平均值VCPj 表示，最后得到：
Q B jVC pj Tll Tl''
2．辐射换热方程式 ① 直接计算辐射换热量，Stephan-Boltzmann 把火焰和炉壁看成两个无限大的平行平面，则
Q axt Fl 0 Th4y Tb4
axt
—系统黑度 ,
axt
1
1 1 1
ahy ab
Thy , Tb 火焰炉壁的平均温度
F ahy , ab —火焰炉壁的黑度; l —炉壁面积
② 根据有效辐射计算换热量 如果火焰对炉壁的有效辐射为 q yx1 ，炉壁对火焰 的有效辐射为 q yx2 ，则单位面积上火焰和炉壁间的 换热量为 q yx1 q yx2 。该热量与火焰对炉壁的有效辐
③火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈 对于一般的煤粉炉
原因： 火焰根部，燃料燃烧生成 的热量大于辐射传热量， 火焰温度升高。 火焰继续上升，可燃物逐 渐燃烬，燃烧生成的热量 小于辐射传热量，因而， 火焰温度下降。 于是，存在一点在该点火 焰温度最高，称该点火焰 中心。
④火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。 辐射换热量与整个炉膛的形状和尺寸等有 关。容积越大，炉内换热器量越多，炉膛 出口烟气温度越低。反之炉膛内换热量越 小，炉膛出口烟气温度越高。 ⑤运行因素影响炉内传热过程，例如，运 行过程中，污染发生，污染后的受热面表 面温度升高，导致炉膛换热量降低。
二维模型：适用于轴对称的圆柱型炉膛。
锅炉热力计算
锅炉热力计算锅炉热力计算是指计算燃煤、燃油、燃气等能源燃烧后产生的热量与蒸汽的转换效率，是评估锅炉工作性能和能源利用效果的重要指标。
本文将介绍锅炉热力计算的相关内容，包括热效率计算、燃料燃烧热计算、热负荷计算以及节能措施。
1. 热效率计算：热效率是衡量锅炉能源利用率的重要指标，其计算公式为：热效率 = 实际产热值 / 理论产热值 * 100%其中，实际产热值表示锅炉通过燃料燃烧释放的可利用热量，理论产热值是指锅炉燃料完全燃烧时所释放的热量。
2. 燃料燃烧热计算：锅炉燃料燃烧热量是指燃料在单位时间内释放的热量，其计算公式为：燃料燃烧热量 = 燃料消耗量 * 燃料热值其中，燃料消耗量表示单位时间内燃料的消耗量，燃料热值表示单位质量燃料所含的热量。
3. 热负荷计算：热负荷是指锅炉需要提供的热量，其计算公式为：热负荷 = 热负荷系数 * 热效率 * 燃料燃烧热量其中，热负荷系数是根据工程需要和所用能源类型进行确定的。
4. 节能措施：为提高锅炉的能源利用效果，可以采取一些节能措施，如下：- 锅炉热效率提高：通过改进燃烧系统、优化锅炉结构等方式，提高锅炉的热效率。
- 锅炉余热利用：利用锅炉排放废气、废烟等余热，进行蒸汽、热水等能量的回收与再利用。
- 锅炉运行优化：采用智能控制系统，通过合理的调节和运行参数优化，降低能源消耗。
- 锅炉设备更新：更换老化设备、选用新型高效节能设备，提高整个系统的能源利用效率。
总之，锅炉热力计算是评估锅炉工作性能和能源利用效果的重要指标。
通过热效率计算、燃料燃烧热计算和热负荷计算，可以评估锅炉的能源利用效率，并采取相关措施提高其节能效果。
在实际应用中，还需根据具体情况进行参数调整和优化，以达到最佳的节能效果。
锅炉受热面布置和热力计算
对于层燃炉，若 t rk ，易烧坏炉排。
教材中，按煤种的不同，有推荐的 t rk 值。
三、过量空气系数的选取
原则：保证燃烧稳定的基础上，尽量减小损失。
t ky 足够大， 一般情况下，为了传热效果较好，须保证t sm 和
t lk 较高时， py 不妨设为一定，因此，当t gs 和
应选高些。
m 值表示空预器中空气的水当量与烟气的水当量之比。 它与燃料性质尤其是燃料的水分有关，还与排烟中的 过量空气系数有关。当燃料中水分增加时，由于烟气 容积及比热都增加，而使 m 值下降，一般 m=0.7~0.9。
igr igs igr i '' i '' i ' i ' igs
P r i i r i i 0
'' ' '
P Pcr
结论： ①总吸热量不变时，P↑，过热、蒸发、加热三部 分的吸热量占总吸热量的比例发生变化。即P↑， 蒸发↓，其它两项升高。
为了防止结渣，控制 ，炉膛高度大，以利燃烬。
'' l
当折算水分增加时，烟气量↑，炉膛
pj ↓，炉膛受热面吸热量减少，sm
的吸热量增加，ky 的吸热量也↑。 所以须多布置 sm 和 ky。总之，燃料 的影响较为复杂，有时，并非单向， 趋势难于判断。
三、容量对热力系统的影响 若炉膛简化为
且 a∶b∶H=const=K
④高压及超高压时，由于蒸发吸热的比例下降，仅 布置水冷壁受热面就能满足蒸发吸热的需要，甚至 富裕。而过热器吸热↑，故一部分gr进入炉膛构成辐 射或半辐射式gr。过热器的传热方式多，系统庞大而 复杂。 ⑤超临界时，工质为单相，仅能采用直流锅炉，加 热吸热量约30%，其余为过热吸热量，无蒸发受热面。
锅炉热力计算
锅炉热力计算锅炉热力计算是指根据给定的燃料热值、锅炉效率、蒸汽参数等数据，计算出锅炉的热效率、蒸汽产量、烟气排放等相关参数的过程。
下面是锅炉热力计算的一些相关参考内容：1. 锅炉热力计算的基本原理：锅炉热力计算基于能量平衡原理，即燃料的能量输入必须等于锅炉输出的热能和热损失的总和。
根据能量平衡原理可以得出以下公式：燃烧器燃料输入 = 燃料热值 ×燃料用量锅炉热效率 = 锅炉输出热能 / 燃料热值 × 100%蒸汽产量 = 锅炉输出热能 / 蒸汽焓值2. 锅炉热力计算中的关键参数：(1) 燃料热值：指燃料所含热能的大小，不同燃料的热值有所差异，常用的单位是千焦/千克（kJ/kg）或大卡/千克（kcal/kg）。
(2) 锅炉效率：指锅炉从燃料中转化为有效热能的百分比。
锅炉效率受燃料的质量和燃烧过程的控制，常用的单位是百分比。
(3) 蒸汽参数：包括蒸汽压力、蒸汽温度和蒸汽湿度等，蒸汽参数直接影响锅炉的输出能力和蒸汽的质量。
(4) 烟气排放：指锅炉燃烧后产生的废气中的污染物种类和浓度，一般包括烟尘、SO2、NOx等，烟气排放直接关系到锅炉的环保性能。
3. 锅炉热力计算的步骤：(1) 确定锅炉运行工况：包括燃料种类、燃烧方式、蒸汽参数要求等。
(2) 选择合适的燃料：根据工况要求和燃料性能进行选择，同时考虑燃料的成本和环保性能。
(3) 计算燃料用量：根据燃料热值和锅炉热效率计算出燃烧器燃料输入。
(4) 计算锅炉热效率：根据锅炉输出热能和燃料热值计算出锅炉热效率。
(5) 计算蒸汽产量：根据锅炉输出热能和蒸汽焓值计算出蒸汽产量。
(6) 评估烟气排放：根据燃料成分和燃烧条件计算出烟气中污染物的生成量和浓度。
4. 锅炉热力计算的应用：锅炉热力计算广泛应用于锅炉设计、运行管理和节能改造等方面。
通过热力计算，可以准确评估锅炉的热效率和蒸汽产量，以指导合理的锅炉选择和操作管理。
此外，通过锅炉热力计算，还可以评估锅炉的污染物排放情况，以指导锅炉环保改造和减排工作。
锅炉原理锅炉热力计算.pptx
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
锅炉本体的热力计算
∑H
度，即
f
= ∑ xi Fbi
m2
（7-9）
整个炉膛的平均有效角系数也称为炉膛水冷程
x=
∑H
Fbz
f
=
∑x F
i
bi
Fbz
2
（7-10）
式中，Fbz 为炉膛壁面总面积，m ，包括未布置水冷壁的炉壁。对层燃炉来讲， Fbz=Fl-R，其中 Fl 是炉膛周界总面积，R 是炉排面积。
在锅炉实际运行中，由于水冷壁被灰粒沾污，使管 壁积灰层的表面温度升高及黑度减少，以致不能忽略 管壁本身的辐射，也就是导致水冷壁受热面吸热量的 减少。因此，在计算中引入水冷壁管壁的沾污系数ζ， 即:
4 4 Q = σ a H T = σ a xF T 水冷壁本身辐射： b 0 b f b 0 b bz b
火焰的本身辐射是 Q b = σ 0 a h H bz T
4
将 Qb 和 Qh 的关系式代入式（7-19） ，得
Qf =
σ 0 Fbz (T 4 − Tb4 )
2
（7-4）
如炉膛内布置有双面水冷壁时， 其所占面积也是炉 膛周界面的组成部分，应作为炉壁面积计算，它按双 面水冷壁所在面积的两倍计算，即 F=2bl m2 (7-5) 炉膛周界总面积为上述面积的总和，即 F =R+F
l
bz
m
2
（7-6）
式中 Fbz -- 除火床面积以外的其余炉膛周界总面 积。 (三)有效辐射受热面 炉内吸热是靠炉膛内布置的辐射受热面 — 水冷壁 管来完成的。但水冷壁的辐射受热面面积不等于所有 管子的表面积，因为水冷壁管一般都是靠炉墙布置， 只有曝光的一面受到炉内火焰的直接辐射，而其背面
时，确定需布置多少辐射受热面积；或在布置好了炉 内受热面后，校核炉膛出口烟温是否合理。 炉膛传热计算主要是计算炉内高温火焰和水冷壁 之间的辐射换热量。由于炉内烟气流速较小，对流传 热较弱，所占炉膛换热份额很少，故计算时流传热量 可以忽略。
第七章锅炉本体的热力计算
第一节 炉膛传热计算
在炉膛内火焰与管内介质的换热主要依靠辐射换热，一 般将对流换热忽略。计算辐射换热的公式是斯蒂芬－波 尔茨曼定律。 我们主要以层燃炉的传热计算为主。
要计算的问题： 确定炉膛出口烟温？ 炉膛换热量？
炉膛布置的水冷壁管数量是否合适？
一、炉膛的几何特性
包括炉膛容积、炉膛周界面积、有效辐射面积等等
六、炉膛出口烟温
炉膛出口烟温一般指防渣管前，进对流管束时的烟气温度。
七、炉膛换热计算
对每kg计算燃料而言
从炉膛烟侧热平衡公式可得：
Qf
qf
0 al H f
Bj
Hf
Th4
Tb4
kJ / kg
Q f Ql Il Vy c pj Tll Tl kJ / kg
1
室燃炉炉膛的系统黑度：
al
1 1 ab 1 ah 1
层燃炉而言，用 ah 1 ah 层燃炉炉膛的系统黑度：
al 1 1 1 1 ab ah 1 ah
代替上式中的ah
1 1 ah 1 1 ab 1 1 ah 1
3.有效辐射受热面积Hf
炉膛内换热是借辐射受热面即水冷壁管辐射 来完成(如图)。但水冷壁的辐射受热面积并 不等于水冷壁的表面积，水冷壁管边靠炉墙 布置，只有向火面直接受到炉内火焰的辐射， 而其背火面只受到炉墙反射辐射。 设火焰向炉墙总的投射热量为Qhy，而一次投 落到管子壁面上的热量为Q′，则能量投射的 分额(即传热学中的辐射角系数)为：
火焰本身辐射:
Qh 0 ah FbzTh4
对比Qf 的表达式，可以得到炉膛的系统黑度为：
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－
7_锅炉本体的热力计算
Qr Qar ,net ir Qwr (kJ / kg )
kJ / kg
0 0 Qk ( l" l zf )I rk ( l zf )I lk
炉膛内复杂换热过程简化——我国现行工程计算方法
1．将炉膛内燃烧与传热过程分开考虑 2．炉膛内换热以辐射换热方式进行 3．炉内温度看作均匀，火焰辐射按平均火焰温度计算，
4．炉膛受热面及火焰面均按灰体处理。
基本物理模型：
复杂的炉膛换热过程被简化为两个无限接近的灰体表面（具有
不同的温度和黑度）间的辐射换热问题。
炉膛传热的基本方程
（1）高温烟气与辐射受热面间的辐射换热方程
B j Q f 0as Fl (Thy Tb )
4 4
（2）高温烟气在炉内放热的热平衡方程
B j Q f B j (Ql I l ) B jV c p (Ta Tl )
" "
二者相等得到炉膛换热的基本方程:
第五节 炉膛结构特征及其他参数
灰污系数：灰污引起的传热热阻的增加。 有效系数：受热面有灰污与无灰污时传热系数之 比 利用系数：受热面实际传热系数与无灰污并冲刷 完全时的传热系数之比。
对流受热面传热计算的基本方法
校核计算： 已知：进口烟气温度，一个工质温度(进口或出口)。 求：另一个烟气温度，另一个工质温度。
o Qdf I y ' I y " I lk
烟气侧：燃料与空气混合，着火、燃烧、产生高温烟气，与水
冷壁进行热交换（辐射为主、对流为辅）。
工质侧：管内工质流动，吸收烟气放热量（以对流换热为主）。
广东工业大学锅炉原理课件7
常用经验性的污染系数、热有效系数、 利用系数来表示。
K
1
1 1
1
2
K 1
11
1 2
K 12 12
44
积灰污染对传热的影响
污染系数， 热有效系数 利用系数；
45
污染系数
烟道当量直径
圆管内流动为管内径
d
非圆形通道则为
ddl=4F(流通截面积)/U(湿周)
a
ddl
4F U
4a
bnd2
4
2(ab)nd
b
33
计算公式汇总
d0.2CsCzdR0.e65P0.r33 d CsCz dR0e.6P0r.33
d0.02Ct3Cl ddlR0.e8P0.r4
单位：kW/m2C
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 以对流方式计算的 半辐射式屏 -大屏过热器 -后屏过热器
20
第三节传热计算中有关参数的计算
传热系数K 传热温差t 受热面面积的计算
21
7.3.1 传热系数 – 基础
（1）计算要求 （2）传热系数公式 （3）其他计算方法
22
计算要求
传热理论与工程实际结合 对复杂的传热过程进行相应的简化假设，
如简单认为：对流 + 辐射相互独立，传 热系数可以认为两者之和 结构、运行参数考虑
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
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。
7.2.1 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″算
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)
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。
7.1.6
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。
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。
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。
7.1.2 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。
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
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。
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。
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。
7.1.3 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);