第九章 炉内辐射传热计算

Q ef f 100 − q3 − q 4 − q6 = Qf + Qa 100 − q4 kJ / kg (9 − 40) kJ / kg (9 − 41)
0 0 Qa = (α ′f′ − ∆α f − ∆α pcs ) I ha + (∆α f + ∆α pcs ) I ca
引入烟气平均热容的概念计算理论燃烧温度： 引入烟气平均热容的概念计算理论燃烧温度：炉内烟气在理论燃烧温度至 烟气平均热容的概念计算理论燃烧温度 炉膛出口温度区间内的平均热容。 炉膛出口温度区间内的平均热容。 I = V (cθ ), Q ef − I ′f′ = VC av (Tth − T f′′ ) f
k a = k g r + k ash µ ash + k cok µ cok
(9 − 42)
ε1 = 1 − e −ka S
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 五、水冷壁灰污表面的壁温T2和黑度ε2 水冷壁灰污表面的壁温
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考虑水冷壁管子外表面的灰污，与炉内火焰辐射热交换的壁面温度 考虑水冷壁管子外表面的灰污，与炉内火焰辐射热交换的壁面温度T2
=
ε syn ε syn + (1 − ε syn )ψ
• 只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所 只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气， 能达到的温度，称为理论燃烧温度 理论燃烧温度； 能达到的温度，称为理论燃烧温度； • 只有传热无燃烧，完全服从辐射传热的规律。 只有传热无燃烧，完全服从辐射传热的规律。 辐射传热的规律
– – – –
qR F QR = , Bcal kJ / kg (9 − 31)
– F炉内水冷壁的吸收表面积，m2； 炉内水冷壁的吸收表面积， 炉内水冷壁的吸收表面积 – Bcal锅炉的计算燃料消耗量，kg/s； ； 锅炉的计算燃料消耗量，
qR =
σ 0 (T14 − T24 )
1
ε syn
1
+
1
,
kW / m 2
采用火焰的平均温度代替火焰的真实温度； 采用火焰的平均温度代替火焰的真实温度； 用炉膛出口烟温作为定性温度； 用炉膛出口烟温作为定性温度； 略去对流传热的影响； 略去对流传热的影响； 炉墙对辐射传热的影响放到角系数中一并考虑， 炉墙对辐射传热的影响放到角系数中一并考虑，略去 炉墙散热的影响（用保热系数表示）。 炉墙散热的影响（用保热系数表示）。
ε2
−1
(9 − 34)
ε syn
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= 0.32k a R +
1
ε1
(9 − 33)
– 定义εsyn为火焰综合黑度。 火焰综合黑度。
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炉内辐射传热量
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• 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（按计算燃料量计） 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（ 计算燃料量计） 辐射传热量
两平行平面之间的辐射传热
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• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），两物 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），两物 ）， 体之间的辐射热交换热流
qR =
σ 0 (T14 − T24 )
1 1 1 kR + + −1 ε1 ε 2 4
,
kW / m 2
(9 − 30)
炉内火焰的辐射介质： 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。
• 三原子气体：CO2和H2O 三原子气体： • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒 固体颗粒：
根据朗伯-比尔定律，介质的吸收率 根据朗伯 比尔定律， 比尔定律
a = 1 − e −ka S
(9 − 4)
– ka炉内辐射介质的吸收衰减系数，m-1；S炉内辐射层有效 炉内辐射介质的吸收衰减系数， 炉内辐射层有效 厚度， 。 厚度，m。 对于灰体， 对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
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锅炉热力计算
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基本方法
采用半经验的方法 如：前苏联“全苏热工研究所和中央锅炉汽轮 机研究所”编写的《锅炉机组热力计算标准》 (1973)
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第九章 炉内辐射传热计算
E b = σ 0T 4 kW / m 2 kW / m 2 (9 − 1) E = εσ 0T 4 = εEb
– T、ε温度和黑度； 、 温度和黑度；
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两平行平面之间的辐射传热 二、炉内辐射介质（火焰）的吸收率和黑度 炉内辐射介质（火焰）
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第一∼ 第一∼三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
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• 炉内辐射换热就近似为两个灰体之间的辐射换热
– 包围炉膛有效容积的炉墙面，以水冷壁中心线所包围 包围炉膛有效容积的炉墙面， 的平面； 的平面； – 与水冷壁相切的假想平面，即火焰的辐射面，也就是 与水冷壁相切的假想平面，即火焰的辐射面， 水冷壁接受火焰辐射的面积。 水冷壁接受火焰辐射的面积。
T2 = Tw + R f q R
K
(9 − 50)
可以通过灰污表面温度T 利用式（ 可以通过灰污表面温度 2和黑度ε2，利用式（9-34）计算辐射传热量。也可 ）计算辐射传热量。 采用经验方法简化计算。 以采用经验方法简化计算。
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第五节 炉内辐射传热计算的热有效系数法 一、热有效系数和炉膛黑度
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定义： 定义：水冷壁的热有效系数ψ表示火焰假象平面与水冷壁平面之 间辐射热交换热流q 占火焰有效辐射热流的份额， 间辐射热交换热流 R占火焰有效辐射热流的份额，则
q R = ψ ε synσ 0T14 f kW / m 2 (9 − 52)
炉膛黑度和火焰综合黑度的关系
ε syn f
热有效系数
1
ε1
+
1
,
kW / m 2
ε2
−1
(9 − 14)
火焰平均温度和火焰黑度； – T1、ε1火焰平均温度和火焰黑度； – T2、ε2水冷壁表面温度和黑度。 水冷壁表面温度和黑度。 – 其中 ε1
1 + 1
ε2
− 1 为系统黑度。 为系统黑度。
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J = εEb + (1 − ε )G, kW / m 2 (9 − 6)
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两平行平面之间的辐射传热
五、两个无限大平行平面（灰体）之间的辐射传热 两个无限大平行平面（灰体）
两物体之间辐射热交换热流
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qR =
σ 0 (T14 − T24 )
VC av = Q ef − I ′f′ f Tth − T f′′ Tth =
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Q ef = VC avTth f
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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
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计算炉内辐射传热量（ 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， 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 ）下工作的煤粉炉，
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第一∼ 第一∼三节 炉内辐射传热的特点和计算原理 二、炉内传热计算的简化和假设
– 把火焰当作灰体；假设火焰黑度是均匀的； 把火焰当作灰体 假设火焰黑度是均匀的； 灰体； – 将燃烧和辐射两个过程分开： 将燃烧和辐射两个过程分开：
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T1 θ1 = , Tth
θ ′f′ =
T f′′
Tth
(9 − 36)
3(1 − xm ) T1 4 ) = T T T Tth ( th ) + ( th ) 2 + ( th ) 3 T f′′ T f′′ T f′′ xm ≈ x B =
i
伯劳赫的理论近似公式
θ14 = (
(9 − 37)
hB hf
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第一∼ 第一∼三节 炉内辐射传热的特点和计算原理 一、炉内传热计算的复杂性
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– 在炉内不同地区放热量和吸热量的比例不同，造成各 在炉内不同地区放热量和吸热量的比例不同， 处烟温高低不一； 处烟温高低不一； – 由于各地区烟气成分不同，各处的辐射介质的浓度不 由于各地区烟气成分不同， 同； – 各处高温介质的辐射能力不同； 各处高温介质的辐射能力不同； – 参加辐射的物体有火焰（烟气）、水冷壁、炉墙等， 参加辐射的物体有火焰（烟气）、水冷壁、炉墙等， ）、水冷壁 且炉墙对外散热； 且炉墙对外散热； – 燃烧和传热两个过程是同时进行的，且燃烧是一个复 燃烧和传热两个过程是同时进行的， 杂的物理化学过程； 杂的物理化学过程； – 同时存在着对流传热。 同时存在着对流传热。
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两平行平面之间的辐射传热 一、物体的辐射
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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 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。 向所发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体
i i Bi
(9 − 38)
∑n B h
hB =
1 i
(9 − 39)
i i
wk.baidu.com∑n B
1
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 三、理论燃烧温度Tth 理论燃烧温度
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理论燃烧温度是在绝热条件下燃料燃烧所产生的热量可将燃烧产物加热达 理论燃烧温度是在绝热条件下燃料燃烧所产生的热量可将燃烧产物加热达 到的温度。 燃料的炉内有效热（ 到的温度。1kg燃料的炉内有效热（包括燃料的有效放热和随空气带入 燃料的炉内有效热 的热量） 的热量）
ε = a = 1 − e −ka S
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(9 − 5)
两平行平面之间的辐射传热
三、炉内火焰黑度ε1
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计算火焰黑度或吸收率时，考虑烟气中三原子气体、 计算火焰黑度或吸收率时，考虑烟气中三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗 粒。
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
ɺ QR =
σ 0 F (T14 − T24 )
1
ε syn
+
1
,
kW
ε2
−1
(9 − 34)
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 二、火焰平均温度T1 火焰平均温度
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炉内火焰平均温度和炉膛出口烟温用与理论燃烧温度之间比值的无量刚温 度表示
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一、炉内传热计算的基本任务
– 设计计算：根据合理选定的炉膛出口烟温，确 定炉内所需布置的受热面积。 – 校核计算：根据合理布置的受热面积，核算炉 膛出口烟气温度是否合理。
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锅炉计算 锅炉热力计算 水循环计算 管内工质流动阻力计算 通风计算 强度计算 炉墙和构架计算
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锅炉热力计算 内容： 燃料的燃烧计算 热平衡计算 炉膛传热计算 对流受热面传热计算 基本原理 能量平衡——热平衡 • 整体平衡 • 局部平衡 传热的基本原理：辐射、对流、导热
– k总辐射减弱系数，k=(1.25∼1.30)ka，近似取 总辐射减弱系数， 近似取k=1.28ka ； 总辐射减弱系数 ∼ – R炉膛的当量半径； 炉膛的当量半径； 炉膛的当量半径
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
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一、炉内辐射传热公式 辐射传热量（ 计算燃料计的炉内 • 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（1kg计算燃料计的炉内 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量 计算燃料计 辐射传热量） 辐射传热量）