第四章 对流受热面的传热

d0 g d g 2
d0 1 d 2 3
d 0 d 4
以灰层外表作为计算基础的圆管传热系数K为 1 K 1 h d 0 m d 0 g d 0 1 d 0 1 h d 1 m d 2 g d 3 2 d 4
T Ct T b
Cl

0.5
T，Tb 分别为流体（空气）和管壁
内表面的温度 —管长修正系数
l Cl 1 Cl 1 50 ， ，否则 d
三、转式空预器 其结构特性不同性单纯的管内纵向冲刷，其 d 也主要通过试验决定。
d ACt Cl

d al
R P
m l
对于锅炉对流受热面，影响的因素有物性，流 速，温度。管束中管子布置方式及结构特性， 受热的冲刷方式等。 放热系数的值多是在专门试验台上用试验方法 确定，用相似理论方法加以整理，得出各种实 用的计算公式。
一、横向冲刷管束时的对流放热系数
错列布置时
d Cs Cn

d
R P
0.6 e
0.33 r
0.4 R
A— 与传热元件型式有关 m—考虑无件型式的指数，强化传热型 m=0.83, 其它 m=0.8
§4-4 辐射放热系数 一、计算公式 管间烟气中含有三原子气体及飞灰，具 有辐射能力，与对流受热面有辐射换热， 由于烟气及鉴定壁都不是黑体，辐射能 要经历多次吸收和反射的过程才能被空 气吸收，数学上严格处理较困难，只能 近似处理。
d dl 当量直径，非圆形时
4F d dl V
2 d 4 ab n 4 布置管束的矩形通道 d dl 2a b nd
C t —考虑管壁温度对流体特性影响的温度修正系数， 当管
内为烟气且被冷却以及管内为水蒸汽和水且被加热时
C r 1 ，管内为空气且被加热时
q f a y T ags ags T a y a y ags 0 T T
4 0 y 4 0 hb 4 y

4 hb

而
q f f Ty Thb
Newton 冷却公式
f
y a gs 0 T T
4 y
4 hb

Ty Thb
Thb 1 y 3 a y a gs 0T y Thb T y
K
1
h 1 1 h 2
1
尽管如此，实际中，上式直接由于确定传热系数仍有困难。 须由实验确定 K 的大小。
实用的传热系数计算式
1．对流式过热器
燃用固体燃料，管束错列布置时
K

1 1
1

1
2
—污染系数
Байду номын сангаас
燃用固体燃料，管束顺列布置，以及燃 用气体和液体燃料时
K
1 1
同样可得到按垢层内表面为计算基础的传热系数 K
'
K
'
1 1 d4 h 1 d 0 h d4 m d m 1 d4 g d g 2 d4 1 d 2 3
m tb 2 tb3 d 2l Q m
g tb3 tb2 d 3l Q g
Q 2 tb 2 t 2 d 4l
说明各符号的意义，注意：d1, d2, d3, 为平均直径，整理得：
Q 1 h d0 m t1 t 2 d 0 l 1 h d 1 m
C s —节距修正系数 C n —考虑沿气流方向管子排数以
及横向相对节距的修正系数
2. 顺列布置
d Cs Cn

d
R
0.65 e
P
0.33 r
3. 讨论：
(1) Re的影响较大
0.65 0.6 ， (2) 相同的 Re， 错列时， 一般 d 较大 （虽然
但修正系数C s 相差较大）
' 400C的单sm, 双级布置的sm , 直流锅炉的过渡区
三、对流烟道中气室辐射的影响
对流烟道中往往有空的气室存在，如转弯气室，各级受热面 之前或级间的气室，这些气室中的烟气具有辐射能力。 气室对四周的辐射热量
Q f f pj t hb H f / B j
f —气室的辐射放热系数
Q Q d Q f d f d 0 l t1 t b1
1d 0 l t1 t b1 d 0 —灰层外表面直径
t1
—烟气平均温度 —灰层外表层温度
t b1
Q 1 t1 t b1 d 0 l
h t b1 t b 2 d1l Q h
（4）管外壁虽有积灰，但一般灰层较薄，即 d 0 d1 d （管外径） 。
（5）计算表明，无论何种情况，采用平壁传热系数的计算公式来代
d 1， 替上面的计算公式， 即认为 所引起的计算误差不大。 但是， dn
传热量的数值受计算传热面积的影响仍很大。实际中，任何情况可以 认为： K
1
h 1 1 h 2

1 1 B jQ t q t H 2 2
② 其它受热面 t hb t t
80C 60C t 25C 平均值 凝渣管 小型锅炉的锅炉管束 双级布置的sm, ' 400C的单级sm 燃用气体燃料时的所有 受热面 ky 取空气和烟气的平均温 度
烟气对灰层外表面的对流传热量 Q d d d 0 l t1 t b1
即牛顿冷却公式 我们知道，辐射传热量与两物体温度四次方之差成正比。为了方 便， 把高温烟气对灰层外表面的辐射放热也写或牛顿冷却公式的 形式，即
Q f f d 0 l t1 t 0
总放热量
4
当燃用气体和液体燃料时，烟气为不含灰气流， 有效辐射成分仅是三原子气体，此时，烟气的吸 收率不等于黑度，即烟气不能作为灰体来处理。
设烟气的吸收率为 Ay，则 Ay a y
进行修正
Ty Ay a y T hb
4 y

0.4
则 q f a y 0T a gs a gs 0T A y
xp—屏的辐射角系数
4．管式空预器
1 2 K 1 2
5．回转式空预器
—利用系数
K
C 1 x y 1 1 xk 2
x y ， x k 烟气侧受热面，空气侧受热面各点总受热面积的份额
§4-3 对流放热系数
由传热学，受迫流动下
N u f Re, Pr wd C p d d f , v
①由于管壁黑度较大，在 0.8~0.9 之间，烟气与管 壁之间的辐射可仅考虑一次吸收的部分， 而用增 加管壁表面黑度的方法来考虑多次吸收与辐射
的因素， 用管束黑度 a gs 来代替管壁黑度 a b ， 且取
a gs
1 ab 2
②假定固体燃料所生成的含灰烟气与管束均 为灰体，因此是两个灰体之间的辐射换热。
一、传热基本方程式 传热方程： Q cr KH t B j 除以 B j 表示以每 kg 计算燃料为基础。 热平衡方程： 烟气侧
Q rp I I I
' ''

0 lf

工质侧
D i i Q rp Qf Bj
'' '


§4-2 传热过程和传热系数
传热过程：
三个串联环节
1

1
2
—热有效系数
2．省煤器，真流锅炉的过渡区，蒸发受热面等，燃 用固体燃料，管束错列布置时
K
1 1
1

燃用固体燃料，管束顺列布置及燃用气体和液体燃料时
K 1
对于凝渣管和小型锅炉的锅炉管束，燃用固体燃料时， 不 论布置型式如何，K 1
3． 半辐射式屏式过热器
1 K 1 Q f 1 1 1 Qd 2
③管内冲刷的管式空预器
S 0 .9 d n
灰壁温度的计算：
①屏式受热面，对流过热器及包墙管过热器，可按阻叠加原理计算
即q
2
1
t hb t
0 一般管壁热阻
∴ t hb
—污染系数（顺列，固体燃料时，取 ε =4.3m2℃/kw，液 体时ε =2.6 而不取 ；其它按ε 的规定。 ）
4 hb
最后
f
a g a gs 0 T T T
4 y

0.4 3.6 y hb

Ty Thb
3.6
Thb 1 T y 3 a y a gs 0Ty Thb 1 T y
二、烟气黑度，灰壁温度等的计算
烟气黑度
a y 1 e kps
H f —气室四周受热面的辐射受热面积
气室辐射对下游受热面辐射的影响， 一般用增大 计算管束的辐射放热系数的办法来考虑。
分析与说明：
' K K （1）
即理论上传热系数的数值与计算面积有关。于是传热
量的数值也计算面积有关。所以在传热计算时必须搞清二者的关系。
（2） 由于一般锅炉的工质经过严格水处理及运行的煮炉情况， 水垢较少或无水垢，即 0 ， d 3 d 4 d n （管内径）
m 0 。 （3）由于金属的导热系数较大，金属的热阻可忽略不计，即 m
式中：
Qf 1 Q d
Qf
Qd
—考虑屏式过热器吸收炉膛辐射热影响的系数
—屏吸收炉膛的辐射热量 —屏吸收屏间烟气的辐射和对流的热量
因为：屏的受热面按平壁计算，烟气侧的放热系 数
d 1 f d 2s 2 x p

—屏的利用系数，s2—屏的管子纵向管节距，
1
K 以平壁代圆管
'
(a) 当管壁两侧的放热系数相差很大时，以放热系数小的 侧面积作为计算传热面积。 (b) 当两侧的放热系数相当时，以内、外壁的表面积的算 术平均值作为计算传热面积。
1 为烟气对灰层外表面的放热系数， 1h （ 6） 理论上， 即应以
代替 1 。 综合上述，传热系数可一般性地表示为
（1）从热流体（烟气）到壁面高温侧的热量 传递。由于积灰，管外壁上有灰层，实际上 是热流体向灰层外表面放热。 （2）从壁面高温侧向低温侧的热量传递。 （3）从壁面低温侧向冷流体的热量传递。由 于有结垢，实际上是垢层由表面对冷流体的 放热。
导热 对流 对流 辐射 工质 热烟气 即， 外壁 内壁
(3) d , d ,小 d 有强化传热之效果
(4) 管束的入口、出口流动都是不稳定，只有当排数相当多， 一般 n>10 时才能不考虑其影响。
二、纵向冲刷受热面的 d
d 0.023

d dl
R P Ct Cl
0 .8 e
0 .4 r
Dittus-Boelter correlation
其中
K k g rg k h h
h 0 对不含灰气流， h 0 （燃油及气）对层燃炉，也可取
烟气的有效辐射层厚度 ①管束
4 s1 s 2 S 0 .9 d 1 2 d
②屏
1.8 S 1 1 1 A B C
A、B、C—相邻两片屏间烟气的高、宽、深
第四章 对流受热面的传热计算
§4-1 基本方程式
一、对流受热面 是指炉膛出口后烟气行程中所有用来交换烟气热 量的受热面。 特点：
（1）对流传热方式为主
（2）由于烟气中含有三原子气体及飞灰，∴受热 面还接受烟气的辐射放热。为一复合传热过程。 （3）布置在炉膛出口处的对流受热面还直接受来 自炉膛的辐射热 。