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。
cd ckf 0 m ℃ / kW
2
0 —实验条件下（管径38mm；含灰细度R30＝33.7％）
的灰污系数，由图查得； cd —管径修正系数； ckf —灰粉颗粒分散度影响的修正系数；
K
(7 - 27)
1 h4 l4 n Bo m al 1 l 1 l
线算图
不同工作压力下m取值
得出 l
1 h4 l4 n Bo m al 1 l 1 l
烟窗管束的有效角系数
对炉膛出口烟窗对炉膛而言，可取x=1，这是因为炉膛火焰投射到出口烟 窗上的辐射热。陆续通过烟窗后各排管子，不再有反射，即全部被吸收。 对炉膛出口处布置的管排而言，x不能认为等于1。 当出口管束为三排时，各排的有效角系数为x1、x2、x3，各排的热量分配 为：
因此，炉膛火焰对烟窗出口三排管束的有效角系数xgs为三排 能量投射之和或（1－第三排管透过热量的份额），即
投射到管子的总热量为一次、二次热量的总和
Q Q Q Qhy 1 Qhy 2 2 Qhy
有效角系数为火焰投射到管壁受热面的总热量与投射到炉墙 的热量之比： x Q Qhy 2 2
有效角系数与管子布置的关系
单排光管水冷壁的x的数值与管 子的相对节距S/d及管子中心线离 开炉墙的相对距离e/d有关。 膜式水冷壁犹如管子靠管子 （S/d=1），x=1。 层燃供热炉通常布置S/d＝2～2.5， e/d＝0.5～1.5，水冷壁管径51～ 60mm。 快装锅炉常采用鳍片管或密布光 管。 煤粉炉炉膛温度较高，为防止喷 燃器对面结渣，水冷壁管布置较 紧密，S/d＝1.2～1.3，其余的 1.5～1.6。
Q f Qhy Qby
火焰与炉壁之 间的辐射换热 量为：
Qhy
1 1 ah 1 ab
Qby
火焰与炉壁之间辐射换热模型
1 1 ah 1 ab
代入
Qb 1 ab Qh
Qf
abQh ahQb Q a Qb ab h h 1 1 ah 1 ab 1 ah 1 ab 1
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
2.炉膛周界面积Fl (也称炉膛包覆面积)
包括上述所有界面的总的封闭面积，即火床面积R、 水冷壁面积、炉墙面积和出口烟窗面积。 对于靠墙布置的水冷壁其表面积等于边界中心线 间距与受热长度的乘积F=bl； 对于双面受热的水冷壁，按照水冷壁面积的两倍 计算F=2bl； 炉膛周界总面积为Fl=R+Fbz，其中Fbz是除火床面 积以外的其余炉膛周界总表面积。
八、炉膛换热计算步骤
qf
BQ f j Hf
BQnet ,ar j
qv
qR
Vl BQnet ,ar j
B j
R
第二节对流换热面的传热计算
对流受热面计算基本方程式
传热方程式： Q KH t cr 热平衡方程式：
Bj
kJ / kg
kJ / kg
(7-36a)
(7-36b)
假定火床是黑体，其温度等于火焰平均温度。这样，火焰的本 身辐射包括了火焰及火床两部分的辐射，即
Qh ah 0 FbzTh4 1 ah 0 RTh4 0 FbzTh4 ah 1 ah R Fbz
令 R Fbz ，则可得
1 al 1 1 ah 1 1 1 1 1 1 ah 1 ab ah 1 ah ab
火焰减弱系数k由三原子气体减弱系数kq和固体颗粒(灰粒和 焦炭粒)减弱系数kg所组成
k kq k g
三原子气体减弱系数kq
公式计算或查图
rq—气体中三原子气体总的容积份额
查图
rq rH 2O rRO2
固体颗粒的减弱系数kg
固体颗粒减弱系数kg是由灰粒减弱系数kh和焦炭粒等的修正系数 C组成
0
qf
Tb4
0
qf
q f Tgb
Ql I l Vy c pj Tll Tl
0Th4
1 al m

BjV y c pj
Hf
Tll Tl
0Th4
1 al m

BjV y c pj
Hf
Tll Tl
Th4 Tll4(1-n)Tl4 n
qf Bj Q f Hf BjV y c pj Hf
Bj Q f
0 al Th4 Tb4

kW / m 2
Tll Tl
qf
m
0Th4
1 al m

Vycpj——在温度Tll和Tl''区间内， 每kg燃料所产生烟气的平均热容 量 kJ/kg· K
4
Qrp I I I k0 烟气侧：
D i i 工质侧： Qrp Qf Bj
kJ / kg
(7-36c)
工质所吸收的来 自炉膛的辐射热
Qf
ch q f Fch xgs
Bj
kJ / kg
(7-36d)
对流受热面的传热系数
Qf
0 Fbz Th4 Tb4

1 ah 1 ab 1

0 H f Th4 Tb4
1 ab 1 ah 1


Qb、Qh表达式
Q f 0 al H f Th4 Tb4
炉膛系统黑度


水冷壁本身辐射:
4 Qb 0 ab H f Tb 4 0 ab FbzTb
xgs 1 1 x1 1 x2 1 x3
有效辐射受热面的计算

Hf H bz

Hf Fl R
二、炉膛传热的基本方程及炉膛黑度
Qhy Qh 1 ah Qby
Qh 1 ah Qb
Qby Qb 1 ab Qhy
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：
1 al 1 ab 1 ah 1
对于层燃炉，不仅有火焰的本身辐射，而灼热的火床表面也向 水冷壁受热面辐射热量。只是火床的辐射流在穿越炉膛空间时， 会部分被火焰吸收，余下的再会投射到水冷壁受热面上。所以 上式中的炉膛系统黑度仅适用于室燃炉。对层燃炉来说，需要 进行修正。
Th4 Tll4(1-n)Tl4 n


火焰平均温度按卜略克-肖林公式汁算，即
K (7 - 27)
水冷壁管外积灰层表面温度Tb计算式：
Tb q f Tgb K (7 - 28)
Tgb—水冷壁管金属壁温，可视为管内工作压力下介质的饱和温度； ε—管外积灰层热阻，决定于燃料性质和炉内燃烧工况，一般取为2.6 m2℃/kW； 2 q qf —水冷壁受热面辐射热流密度。 f Bj Q f H f kW / m
当燃料燃烧不用于热空气时： 当锅炉装有空气预热器向炉内送热空气时：
当根据炉膛有效放热量就可求出炉膛理论燃烧温度。
理论燃烧温度 所谓理论燃烧温度，是假定在绝热情况下将Ql作为烟气的理论焓 而得到的烟气理论温度ll。
Ql Vy c pjll kJ / kg
ll Ql Vy c pj ℃
Tll ll 273 K
可见，层燃炉炉膛的系统黑度是综合黑度，它不仅与火焰黑度ah、 水冷壁壁面黑度ab有关，而且还与炉膛几何特性中水冷程度、 火床与炉壁面积之比ρ相联系。