锅炉10半辐射和对流受热面的传热计算
锅炉设计计算公式表
34 蒸汽进屏焓 h'p
35 蒸汽出屏焓 h"p
36 蒸汽出屏温度 t"p
37
屏内蒸汽平均温 度
tpj
38 平均传热温差 Δt1
39
屏内蒸汽平均比 体积
v
40 屏内蒸汽流速 ωq
m²
kJ/kg
kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kg/h kg/h kg/h
℃ kJ/kg kJ/kg
序 号
名称
符号
1 烟气进屏温度 Θ'p
2 烟气进屏焓 h'yp
3 烟气出屏温度 Θ"p
4 烟气出屏焓 h"yp
5 烟气平均温度 Θpj
6
屏区附加受热面 对流吸热量
Qdpfj
7 屏的对流吸热量 Qdp
8
炉膛与屏相互换 热系数
β
炉膛出口烟囱的 9 沿高度热负荷分 ηyc
配系数
炉膛出口烟囱射
10 入屏区的炉膛辐 Q'fp
α 1/(1+(1+Qfpq/Qdp) *(ε+1/α2)*α1) 3.6*Apj*Δt1*k/Bj
(Qdp(估）Qdp)/Qdp 查计算负荷下汽包 p= 10.45 Mpa的饱 和温度 Θpj-ts
3.6*k*Δt2*Asl/Bj
查表3-10炉膛顶棚 辐射受热面吸热量 及工质焓增的计算
表 查表3-10炉膛顶棚 辐射受热面吸热量 及工质焓增的计算
查附录A-15
查《标准》线算图 11（即附录A-6） （x=h/H0=H1/H0=19
845/23938)
β*ηyc*φ*(Q1h'yp)*A'ch/Slz
循环流化床锅炉炉膛辐射传热系数的计算方法
本文摘自1995年《电站系统工程》第11卷第2期循环流化床锅炉炉膛内辐射换热计算方法探讨湖北省燃烧工程学会田正渠对比了两种循环流化床(CFB)锅炉炉膛内求取辐射换热系数的方法；计算表明：炉内稀相区辐射换热系数占总传热系数的65%左右。
下面只摘了第二种方法,也就是最简便的计算CFB锅炉炉膛内辐射换热系数方法。
床层有效黑度法俄学者勃洛东尼教授等提出，正确计算CFB炉内辐射换热系数的问题，可归结为求取流化床层的辐射有效黑度a*，然后按辐射热计算公式来求得辐射换热系数αt，即αt=a*(T∞2+T w2) (T∞+T w)式中：T∞为床层核心层温度，K；T w为炉内壁面温度，K。
对于流化床炉膛a*=σ/[(1/εw)＋( 1/εe)－1]；对于循环流化床炉膛a*=σ/[(1/εw)＋( 1/εb)－1]。
式中：σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数，σ= 5. 67×10-8，W/(m2·K4)。
εw——炉膛壁面黑度，在前苏联BTTI-9HIIH热力计算标准方法中(1973年)取其为常量，即εw = 0.75或0.8；εb——为床层等温黑度；εe——为床层有效黑度。
关于εb与εe关系式如下：εe/εb=A+(1－A)( T w/ T∞)^4；当( T w/T∞)≤1时，εb=εs^0.4。
其中εs为床层颗粒物料黑度(可据工作温度查有关手册)；A为反映床层等温性的参数，A=1－exp(－0. 16Ar^0.26 )，A r≥122这里Ar由床层温度T∞算出。
当Ar≥10^5，等温性参数A≈1，且εe≈εb，这时对应于充分掺混的等温床层。
对于快速循环流化床炉膛的稀相区，实为一空隙度很大的物料弥散系统，可允许使用εb=εs^0.31式作计算。
〔举例]援引文[1]中74页例题CFB炉在床温850℃及流化速度6米/秒下运行。
床砂粒200微米，膜式壁温360 ℃，在给出了一系列的物性和热工参数条件下，问求总传热系数。
热传递热量计算公式
热传递热量计算公式
热传递是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
热传递的计算可以通过多种公式来实现，具体取决于热传递的方式。
以下是一些常见的热传递计算公式：
1. 热传导（导热）的计算公式：
热传导是指热量通过物质内部传递的过程。
其计算公式可以用傅立叶定律来表示：
Q = -kAΔT/Δx.
其中，Q表示传导热量，k表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，Δx表示传热距离。
2. 热对流的计算公式：
热对流是指热量通过流体（气体或液体）对流传递的过程。
其计算公式可以用牛顿冷却定律来表示：
Q = hAΔT.
其中，Q表示对流热量，h表示对流换热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。
3. 热辐射的计算公式：
热辐射是指热量通过辐射传递的过程。
其计算公式可以用斯特藩-玻尔兹曼定律来表示：
Q = εσA(T₁^4 T₂^4)。
其中，Q表示辐射热量，ε表示发射率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，A表示辐射面积，T₁和T₂分别表示两个物体的绝对温度。
以上是一些常见的热传递计算公式，它们分别适用于不同的热传递方式。
在实际问题中，需要根据具体情况选择合适的公式进行计算。
第九章 炉内辐射传热计算
17
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)
能源与环境学院 Energy & Environment
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：
第七章锅炉本体的热力计算
1.炉膛容积Vl
炉子火床表面到炉膛出口烟窗之间 的容积。 底部是火床表面；四周以及顶部为 水冷壁中心线表面（如水冷壁覆盖 耐火材料，则为耐火材料向火表 面） ；没有布置水冷壁的部分为炉 墙内表面 ；炉膛出口界面为出口烟 窗第一排管子中心线界面。 炉排上的燃料层厚度一般取 为150毫米。 如果装有老鹰铁，则炉排长 度计算到两者的接触点的垂 直平面，如没老鹰铁，则到 炉排末端。
Vy—对应αl''的每kg燃料燃烧后的烟气容积，Nm3/kg cpj—烟气从0到ll温度范围内的平均容积比热，kJ/Nm3· ℃。
五、火焰平均温度及水冷壁管外积灰层表面温度
事实上，燃烧是一个动态过程， 烟气温度的变化取决于燃烧放热 与辐射换热之间的平衡。
Q f 0 al H f Th4 Tb4
（7-21）
或查图
h
Aar a fh 100G y
* * k kq k g kq rq kh h C
ah 1 e
kp
2. 燃用气体或液体燃料时
分发光部分和不发光部分的黑度合成.
四、炉膛有效放热量与理论燃烧温度
炉膛有效放热量,也称入炉热量，是相应于1kg真正参与燃烧的 燃料所进入炉膛的热量，它计及了随它一起加进炉膛的其他 热量，即
解决关键
K
1 1
1
1
K
1
2
h 1 1 h 2
1
1
h 1 1 1 h 2
工业试验解决缺Βιβλιοθήκη 灰污系数值另外方法:有效系数
燃用固体燃料的错列管束，在烟气横向冲刷时，其灰污 系数与烟气的流速、管子的节距和直径以及烟气中灰粒 的分散度等因素有关。
第9章 锅炉传热性能计算
第9章 锅炉传热性能计算1. 说明炉内换热的特点。
答：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。
2) 炉膛传热以辐射为主，对流所占比例很小。
3) 火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈。
4) 火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。
5) 运行因素影响炉内传热过程。
6)2. 炉内烟气的成分有哪些？请说明它们对炉内换热的作用。
答：烟气一般由二原子气体（N 2，O 2，CO ）、三原子气体（CO 2，H 2O ，SO 2）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，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。
包括：1）三原子气体：CO 2，H 2O ，SO 2在红外线光谱区的某些光带内辐射和吸收能量，在光带外，既不辐射也不吸收，呈现透明性质。
2）炭黑粒子：燃料的烃类化合物在高温下裂解而形成炭黑粒子，其直径约为0. 03μm ，具有很强的辐射能力，使火焰发光。
3）灰粒子：焦碳粒子的可燃成分燃烬后的剩余部分，直径约为10~20μm ，有一定的辐射能力，在高温下发光。
4）焦碳粒子：煤粉颗粒中的水分和挥发分逸出后的剩余部分，其直径稍大，约为30~50μm ，有很强的辐射能力。
3. 炉内传热计算的原理和基础方程式是什么？简述原苏联的炉内换热计算的基本思路，并与我国层燃炉炉内换热计算方法做比较。
答：1）热平衡方程式：根据能量守恒原理，烟气在炉膛内的换热量可以看成烟气从理论燃烧温度到炉膛出口温度的焓降，即()''j l l Q B Q I ϕ=-，其中，ϕ——保温系数；j B ——计算燃烧消耗量；l Q ——有效放热量。
2）辐射换热方程式：由于炉内传热以辐射为主，对流传热可忽略不计，因此辐射换热量可以认为等于炉内传热量。
（1）由Stephan-Boltzmann 定律直接计算辐射换热量()440xt l hy b Q a F T T σ=-，式中，xt a ——系统黑度；hy T ，b T ——火焰和炉壁的平均温度；l F ——炉壁面积。
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。）
对流受热面传热计算
F
(或f
)
Z
d
2 i
m2
4
(10 69)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 管外烟气横向冲刷 F ab Z1dl m2
(10 70)
• 烟道截面变化时取几何平均 F 2F F
F F
(10 70a)
第十章 对流受热面传热计算
三、回转式空气预热器旳受热面积、流通截面 积和当量直径
1、转子有效截面积Fa
（式10-71）
– 当壁面两侧旳放热系数相差悬殊时，取放热系数较小一侧旳管子表面 积作为计算受热面积。
– 当管子壁面两侧旳放热系数同属一种数量级，相差不大时，则取相应 于管子平均直径旳面积作为计算受热面积。
第十章 对流受热面传热计算
一、对流受热面旳面积
– 过热器、再热器和省煤器：H=管子外表面积 – 管式空预器：H=烟气侧和空气侧旳平均表面积 – 再生式空预器：H=2×蓄热板面积 – 附加受热面：H=炉墙面积×角系数（膜式壁角系数为1.0）
9. 求烟气黑度1
10. 求灰污壁温T2
11. 求烟气侧辐射放热系数r 12. 根据燃料种类、受热面布置选用污染系数、热有效系数、利用系数
13. 求传热系数K
14. 求对流传热量Qctr
15. 校核
Qctr Qcre
Q
100
Qcre
主受热面（对流过、再、省、屏、空）Q 2%
凝渣管Q 5%
则计算满足要求,不然重新假设烟气出口温度（第2步）计算。
Nu 0.023Re0.8 Pr 0.4 CLCt
(10 37)
• 超临界水和蒸汽旳放热系数[公式10-39，10-40]
二、扩张受热面旳对流放热系数（用于省煤器） 三、回转式空气预热器旳对流放热系数
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。
对流受热面的换热计算
锅炉对流受热面的换热计算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。
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。
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。
对流受热面换热计算的基本方程1. 受热面的对流传热方程式中Q j ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以况燃料（固体、液体）或 1m 3 ；燃料（气体）为基准；K ——传热系数,W/（m 2・，C ）；廿——传热温压，°C； H — 一参与对流换热的受热面面积，m 2； 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Q d =^（h ，— h 〃 + A a h o ）,kJ/kg式中中——保热系数，考虑散热损失的影响；h '、 y截面上的平均焓值，Mg ；址一对应于过量空气系数a =1时，漏入该段受热面烟气侧的冷空气焓值,kJ/kg ； A a ——该段受热面的漏风系数。
3.工质侧热平衡方程对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。
（1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。
这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面）烟气的对流换热量 和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受热面）的对流换热量时，应从工质吸 收的热量中扣除该受热面接受的炉膛辐射热量，即 D （h ”- h ） Q d = ―B— - Q f ,kJ/kg式中 Q f ——受热面吸收来自炉膛的辐射热量,kJ/kg ；D ——工质流量，kg/s ； h ”、h f — 受热面出口及入口的工质焓值,kJ/kg 。
第9章 锅炉受热面的布置和热力计算
而↑，即随 D↑，单位宽度上的蒸发量迅速↑。
③∵ V y D ， ∴随 D b ↑，水平烟道的高度 h 需增加，否则烟速可能太高，∵b 相对较小，gr 也 可能超速。尾部竖井深度也需增大，同样由于增大 较慢，gr 采用多重管圈，sm 采用多重管圈或双面 进水。ky 采用双面进风，以避免工质流速过高。
还要考虑到与其它设备（主要是汽轮机的配合等）。
1．层燃炉的外形
一般低压小容量锅炉，蒸发吸热量较大， 都布置有锅炉管束，管束与炉排的相对位 置非常重要。 主要有纵置式和横置式 双锅筒纵置式：优点：管束布置灵活，燃 烧室的形状适合于采用链条炉排等机械化 燃烧设备。缺点：双面进风困难，容量大 时，炉排宽大，难于快装。
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。
已知条件和计算目的不 同
设计计算的任务是在给定的给水温度和燃料特 性的前提下确定保证达到额定蒸发量，选定的 经济指标及给定的蒸汽参数所必须的锅炉各个 受热面的结构尺寸，并为选择辅助设备和进行 锅炉的其它计算提供原始资料。 设计计算是设计新锅炉时常用的计算方法 设计一个好的锅炉，须遵循，实践—认识—再 实践—再认识。
py 经济性：降低 py q 2 节约能源，但
太低，
使得传热温差减小，传热面积增大，浪费金属，提高初投资。
加热炉辐射室传热计算
4-4 蒙特卡罗法(统计模拟法)
蒙特卡罗法 核心 用分区把炉膛中从整体来看是不均匀的 物理量和性质视为局部均匀 用能束来模拟发射、吸收、反射等实际过程， 统计每区能束的得失从而计算辐射热交换。 能束从发射开始直到最后被表面或气体吸收的全
部历程是由一系列随机数来决定的。这些随机数决定
其发射位置、方向、光谱区间、行程长度以及反射和 吸收。对能束进行跟踪，记录它自发射到被吸收的历 程，并为吸收区记分，最后可以统计出系统中各区发 射和吸收能束数的多少，作为温度分布、热通量的计 算基础。
4 4 T T QR g w 40(Tg Tw ) 5.67 A cpF 100 100
仅是烟气温度Tg及炉管表面温度TW的函数，可 以作成如图 4-6 图 4-6 的曲线。
Q R / A cp
热平衡方程式的处理:
传热速率 方程式: 热平衡 方程式:
Hs
Tp
4 T 4 T p w h Rc A Rt (Tp Tw ) Q R Q Rr Q Rc Cs H s 100 100
BQl T B(mi ci )Tp (Tp T0 ) Q R
冷平面面积 A c p
当量冷平面
总辐射交换因素
F
4 4
引用了霍特尔推导的结果：
Q 5.67AF(T g Tw )
管心距/管外径
F
1 1 1 1 ε t ε F
1 AR ε ε 1 F g ε 1 A g 1 1 ε g R C
长/高＜4（一般宽/高=0.5～0.6）
小 结 任 务 传热计算 确定辐射室热负荷 烟气出辐射室的温度 由传热速率方程和热平衡方程计算 结构尺寸的确定
锅炉炉膛传热计算
Tb al (1 ) 4 Thy ab al ahy ahy (1 ahy )
要想知道炉膛黑度必须 知道火焰黑度和热有效 系数
3.炉膛黑度计算
二、火焰黑度 将火焰当做灰体处理，固体燃料火焰黑度求法
k k q r k h h k j x1 x2 k q 三原子气体的辐射减弱 系数 0.78 1.6 H 2O Tl" k q 10.2 （ 0.1 (1 0.37 ） ) 1000 10.2 pq s r rH 2O rCO2 VH 2O VCO2 Vy
3.传热系数
高温烟气对流 和辐射放热的热阻 1 d f
管壁导热热阻 水垢热阻
灰层热阻
水垢表面对流 换热系数
h m g 1 R 1 h m g 2
1 K
h h
m m
m m
2
h m g 1 1 h m g 2
4.炉膛受热面的辐射特性
一、角系数（几何参数，物理量？） 求解方法见传热学课本第？章辐射换热计算，对 于课程设计，查表，也可采用公式计算 二、热有效系数 三、污染系数（针对水冷壁污染来讲的） 可以查表，课本以及课程设计书中有
x
5.炉膛结构和热负荷分布
看看上次课笔记
对流换热面计算
主要内容
1
1
3.传热系数
至于对流换热系数等等见课本
1.炉膛传热原理
三、炉膛辐射传热公式 方法：利用假设来建立物理模型和数学模型，用经验公式和 半经验公式方法 假设： 传热与燃烧模型分开，引入经验系数考虑燃烧工况 忽略对流换热 各物理量均匀分布 火焰与炉膛的处理辐射换热等效为两块大平板 两块大平板的物理量为 b , Tb , hy , Thy
第十一章半辐射受热面及其传热计算
第二节 半辐射受热面传热系数的计算
一、屏式受热面传热系数
1 2 K kW /( m C ) Q 1 1 ( 1 r )( R f ) Q 1 c 2 ( 11 1 )
Qr 其中 1 Q 是考虑屏间辐射和炉内直接辐射导致的灰污表面、金属 c 表面温度升高的影响。
16
（6）计算受热面积：
Hp=2xpFp
屏风面积Fp：由屏最外圈管子的外轮廓线所围成的平面面积。 （7）传热计算时将屏空间辐射与烟气纯对流合并，按对流传热方式进 行计算。半辐射受热面壁温偏高，致使传热能力有所下降，需对传热 系数进行必要修正；屏吸收的空间辐射比纯对流大， α1中αc要折算到 按屏的计算受热面积进行计算。
4 4 ( T T ) 0 1 1 q R 4 4 ( T T ) 0 1 1
( 11 5 )
对于屏，假想火焰辐射面处于屏空间横截面的对称中心线上(d=s1/2)
3 11 11 1 1 ks 1 0 . 48 k s 1 1 1 a 1 p 8 1 2 1 2 2 syn
• 烟气放热量
• 前屏、后屏的计算
( I I ) g 11 3 ) 1 ( 前屏计算时考虑流经前屏的烟气份额，烟气放热量 后屏计算时烟气进口焓计算考虑从前屏进入和从炉膛直接进入后屏的 烟气焓的加权平均。 I g I g I ( 11 37 ) 2 1 f 2 f
p syn
1
2
1
屏空间辐射放热系数 屏区烟气的综合黑度
p q R r T T 1 2
2 kW /( m C ) ( 11 11 )
p s yn
1 0 .48 k 1 /p as 1
第7章 锅炉受热面热力计算
复习题
1、为什么炉膛出口烟气温度不能太高，也不能太低而要 为什么炉膛出口烟气温度不能太高， 保持在一个合理的取值范围内？ 保持在一个合理的取值范围内？ 2、简述受热面热力计算的目的。 简述受热面热力计算的目的。
Chapter 7－工业锅炉受热面热力计算 7－
Chapter 7－工业锅炉受热面热力计算 7－
污染系数：为了反映灰垢对吸热量的影响，利用污染系数来 污染系数：为了反映灰垢对吸热量的影响， 表示水冷壁管被灰垢所污染的程度， 表示水冷壁管被灰垢所污染的程度，其意义是表示火焰辐射 到水冷壁受热面上的能量为水冷壁受热面所吸收的份额。 到水冷壁受热面上的能量为水冷壁受热面所吸收的份额。污 染系数越小，表明水冷壁受污染的程度越严重， 染系数越小，表明水冷壁受污染的程度越严重，这时炉壁温 度升高，换热面黑度减小，水冷壁吸收辐射热的能力降低 度升高，换热面黑度减小，
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
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 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。 热面，主要是水冷壁受热面。 计算的任务： 计算的任务： 1.设计计算：已知炉膛出口烟气温度，确定炉膛内应布置 1.设计计算：已知炉膛出口烟气温度， 设计计算 多少受热面； 多少受热面； 2.校核计算：已知炉膛内布置的受热面大小，确定炉膛出 2.校核计算：已知炉膛内布置的受热面大小， 校核计算 口烟气温度。 口烟气温度。 炉膛出口烟气温度取值范围： 炉膛出口烟气温度取值范围： 燃煤锅炉：900～1150℃（流化床除外）； 燃煤锅炉：900～1150℃ 流化床除外）； 燃油锅炉：≤1250℃； 燃油锅炉： 1250℃ 燃气锅炉： ≤ 1350℃。 燃气锅炉： 1350℃
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已知受热面进口烟温和进口（或出口）工质温度
假设出口烟气温度、或出口（或进口）工质温度
一般对流受热面 的校核计算流程图
利用热平衡方程计算未知的烟温或工质温度及对流换热量
计算平均传热温压及传热系数
利用传热方程计算对流传热量
校核对流传热量
否 差值满足要求？ 是 该受热面计算结束
第五节 对流受热面传热计算方法说明
Tab 1 a gb 1 T 3 a hT Tab 2 1 T
4
不含灰气流
Tgb 1 a 1 T gb f 5.7 108 aqT 3 2 Tgb 1 T
3.6
第四节 对流受热面的面积和流通截面的面积
河北理工大学本科优秀课程
主讲：赵 斌 教授
第十章 半辐射和对流受热面的传热计算
对流传热计算的基本公式 传热温压 传热系数 对流受热面面积和流通截面面积 对流受热面传热计算方法说明
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
第一节 对流传热计算的基本公式
利用： 三个基本方程 对流传热方程
烟气侧热平衡方程 工质侧的热平衡方程 分别从传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对 流传热量。（热平衡方程实际为一个） 以1kg燃料为基准(kJ/kg或kJ/m3)
ky 2
kJ / kg
烟温√
H
烟温？
" Qd ( ky
0" 0' )( I ky I ky )
kJ / kg
k
第一节 对流传热计算的基本公式
工质温度√ 工质温度？
迭代计算的原因
烟温√ H 烟温？
两种介质均各已知一个温度，
两种介质均有一个温度未知， 只有一个热平衡方程，无法求解 必须采用先假定后校核的迭代计算方法。
对流换热面积 一般原则: 壁面两侧放热系数相差很大，放热系数小侧的 湿润面积为传热面积。 放热系数相近，管子内外表面积的算术平均值 作为传热面积。
第四节 对流受热面的面积和流通截面的面积
过热器、再热器、省煤器和锅炉凝渣管束等受热 面，换热面积以管子烟气侧表面积计算。 管式空气预热器换热面积以管内外表面积的平均值计 算。 回转式空气预热器的换热面积按蓄热板两侧面积之和计 算。 屏式过热器的换热面积
△t=ψ △tm
图2 串联混流的温压改正系数ψ
第二节 传热温压
△t=ψ △tm
图3 并联混流的温压改正系数ψ
第二节 传热温压
第二节 传热温压
△t=ψ △tm
图4决定
第三节 传热系数
传热系数计算的 一般表达式
K 1
h b sg 1 1h h b sg 2
各段受热面的迭代计算
过热器系统的迭代计算
第一节 对流传热计算的基本公式
对流受热面的传热方程
烟气侧热平衡方程
Qd
KtH j Bj
0 Qd ( I ' I " I lk )
工质侧热平衡方程（与受热面有关）
工质温度√ 工质温度？
D(i " i ' ) Qd Qf Bj
Qd D(i " i ' ) Bj
逆流的平均温压
t t tnl t ln t
第二节 传热温压
串联混合流系统
tch tnl
tbh tnl
并联混合流系统
交叉流系统
t jc tnl
第二节 传热温压
图1 串联混合流图
第二节 传热温压
不同的受热面的计算有不同特点和方法； 均具有迭代特点： 作业：一段省煤器的校核计算： 已知：受热面结构，逆流，进口烟气温度，进口工质温度（锅 炉给水温度）
求：出口烟气温度和出口水温。
第五节 对流受热面传热计算方法说明
整台锅炉的迭代计算
不仅烟气的中间温度和工质温度是未知数，且锅炉 的排烟温度、热空气温度、甚至蒸汽的过热温度都 是未知数， 计算时须预先假定，然后用逐次逼近法完成。
K
1 1
1
1
2
当燃用固体燃料、管束为 顺列布置
K
1 1
1
1
2
第三节 传热系数
2．省煤器、直流锅炉的过渡区、蒸发受热面以 及超临界压力锅炉的受热面
工质对管内壁的传热系数很大 当燃用固体燃料、管束为错列布置
1 K 1 1
K 1
燃用固体燃料、管束为顺列布置
第四节 对流受热面的面积和流通截面的面积
2．介质的平均流通截面积
1）计算原则
有效流通截面积系指烟道横断面的内侧总面积与管束所占面积 的差值。 2）介质横向冲刷光管的流通截面 3）介质纵向冲刷光管的流通截面积
F ab z1ld
d 2
4
Fz
2 dn
4
F ab z
第五节 对流受热面传热计算方法说明
上的平均流速。
定性温度一般取为流体进出口截面上的温度的算 术平均值。
第四节 对流受热面的面积和流通截面的面积
1．介质平均体积流量
烟气的平均体积流量
Vy
Vk
B jVr ( 273) 273
273
空气的平均体积流量
ky B jV 0 (t 273)
水和水蒸气的平均体积流量
Vs Dv
1
K 1 1 1
引入灰污系数
h 1 1h h 1
1
K K0
1
2
引入热有效系数
K
1 1 1 1 2
烟气侧对流放热系数
1 d f
第三节 传热系数
不同受热面的传热系数实用表达式 1．对流式过热器和再热器受热面 当燃用固体燃料、管束为错列布置时，
第三节 传热系数
3．屏式过热器（半辐射式屏式过热器）受热面
K 1 1 Qf Qd
1
(1
)(
1
2
)
4．对管式空气预热器
1 2 K 1 1
C 1 x y1 1 xk 2
5．回转式空气预热器 K
第三节 传热系数
对流放热系数 传热学的知识，稳态强制对流换热的 准则数方程为
0.03
d dl Re0.83 Pr 0.4
第三节 传热系数
燃烧产物的辐射传热系数
对流放热量与温差的一次方成正比，辐射换
热与烟气温度四次方和管壁温度四次方之差值
成比例。
燃烧产物的辐射传热系数，把辐射换热量
计算在总的对流换热之中。
第三节 传热系数
燃烧产物的辐射传热系数计算式
含灰气流
f 5.7 108
Nu C Re Pr
n
m
第三节 传热系数
1．气流横向冲刷光滑管束的对流放热系数
1)顺列管束
Nu 0.177Cz Re
或
0.64
wd 0.64 d 0.177 C z ( ) d
第三节 传热系数
顺 列 管 束
错 列 管 束
第三节 传热系数
2)错列管束
气流横向冲刷束时，表面传热系数的特征数方程为
迭代计算过程
先假定其中一种介质的终温，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，传热系数和 温压，按传热方程式计算受热面的吸热量，后校核传热 方程计算的热量是否等于热平衡方程计算的烟气放热量 或工质吸收的热量。不满足则重新假定终温后再行计算， 直至热量之差不超过2%
第五节 对流受热面传热计算方法说明
Nu Cz Cs Re
或
0.6
Pr
0.33
wd 0.6 0.33 d C z C s ( ) Pr d
第三节 传热系数
2．流体纵向冲刷光滑管束的对流放热系数
工质及管式空气预热器中管内流动的烟气或空气:
Nu c Re0.8 Pr0.4
Wddl 0.8 0.4 d 0.023 ( ) Pr ct c1 d dl
喷水减温器热量平衡相关计算 D, i jw ' Dh , iq
过热器 "
Dq , iq
' " 喷水减温器 i jw iq iq
过热器
热量平衡：
' D(iq i jws ) Dq i jw
减温水量计算
D Dh Dq Dq
i jw iq i jws
'
第五节 对流受热面传热计算方法说明
k
第一节 对流传热计算的基本公式
迭代计算过程
先假定其中一种介质的终温，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%
屏式过热器是一半辐射式受热面，传热面积按平壁 表面积计算：
H 2x p Fp (m )
2
第四节 对流受热面的面积和流通截面的面积
对流受热面流体流速 计算对流放热系数需介质的流速（介质的平均 体积）温度不断变化，体积流量也随之变化，因此， 流体的流速不恒定。 流体流速是指在定性温度下、规定的流通截面
第二节 传热温压
顺流和逆流
θ
‘
θ θ
“
‘
θ θ
“
‘
θ θ
“
‘
t“ t“ t‘
θ
“
t‘ 逆流 逆流
t“
t‘
顺流
t‘ 蒸发受热面