锅炉原理第九章炉膛计算

冷壁热有效系数也可以表述为：
火焰和水冷壁间的辐射 换热量

火焰的有效辐射热量
火焰与水冷壁间的辐射换热量为火焰与水冷壁的有效辐射热的 差值，即，
q f J hy J b
J hy Jb
J hy
第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐 射热计算方法
由上式得：
J b (1 )J hy
炉膛平均火焰黑度 发光火焰的黑度
ahy ma fg (1 m)aq
a fg 1 e kc kq ps
三原子气体的黑度
aq 1 e kq ps
第五节 炉膛火焰黑度
三、煤粉火焰黑度的计算
煤粉火焰的总减弱系数 k kq kh kt
三原子气体的辐射减弱系数
kq
决定炉膛出口无量纲烟温的特征数
l"

f ( B0 al
, n,c)
第三节 炉内传热的相似理论计算方法
炉膛出口无量纲烟温传热特征数方程
l"

Tl " Ta

Bo0.6 Mal0.6 Bo0.6
M—与燃料性质、燃烧方式、燃烧器布置的相对高度、炉内
火焰温度平均值与绝热温度的关系等有关
第三节 炉内传热的相似理论计算方法
第一节 锅炉炉膛内传热的特点
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）。
在炉膛的出口将烟气冷却到合适的温度，（烟气进入密集对流 管束，低于灰熔融温度，不结渣）。
第一节 锅炉炉膛内传热的特点
炉膛换热计算的主要任务
程实用， 采用依赖大量经验数据的计算方法。
第一节 锅炉炉膛内传热的特点
计算方法现状
世界各锅炉制造商各种各样的计算方法，差别很大， 基本思路：简化物理模型，依赖大量测试数据及总结的经验参
数，辅助以先进数值计算， 计算方法尚处于不断改进与完善中 讲述我国推荐采用的工程计算方法。
第一节 锅炉炉膛内传热的特点

2.556
5.111rH2o pq s
(1
0.38
Tl " 1000
)rn
灰粒的减弱系数
kh

4300 g
3
T
d2 2 pj

1/(m MPa)
第五节 炉膛火焰黑度
三、煤粉火焰黑度的计算
焦炭颗粒的减弱系数 kt k jt x1 x2
四、炉膛火焰辐射层厚度
s 3.6 Vl Fl
第四节 炉膛受热面的辐射特性
热有效系数 沾污系数 角系数 关系
火焰和水冷壁间的换热 量

火焰的有效辐射
受热面的吸热量
投射到受热面上的热量
投射到受热面的吸热量 x 投射到炉壁的热量
x
第四节 炉膛受热面的辐射特性
热有效系数可以从实际运行的锅炉检测， 角系数可以计算 实际锅炉的设计提供了大量的沾污系数供积累和参考（查表）。
第九章 锅炉炉膛换热计算
第一节 锅炉炉膛内传热的特点 第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐射热计算方法 第三节 炉内传热的相似理论计算方法 第四节 炉膛受热面的辐射特性 第五节 炉膛火焰黑度 第六节 火焰中心位置修正系数M 第七节 炉膛结构特征及其他参数 第八节 炉膛换热计算的修正方法 第九节 炉膛换热的其他计算方法
第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐 射热计算方法
根据以上结果，炉膛内辐射换热量可表达为
BjQf FlJ hy 0al FlTh4y
换热基本方程变化为
0al FlThy4 BjVcp (Ta Tl")
a 引入炉膛黑度 l 避免了确定 Tb 与 ab 的困难。
第九章 锅炉炉膛换热计算
所有燃料
0.20
火涂料的水冷壁
固态排渣炉覆盖耐
所有燃料
0.10
火砖的水冷壁
注：如水冷壁可有效吹灰，基本不结渣时，值可提高0.03~0.05。
第九章 锅炉炉膛换热计算
第一节 锅炉炉膛内传热的特点 第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐射热计算方法 第三节 炉内传热的相似理论计算方法 第四节 炉膛受热面的辐射特性 第五节 炉膛火焰黑度 第六节 火焰中心位置修正系数M 第七节 炉膛结构特征及其他参数 第八节 炉膛换热计算的修正方法 第九节 炉膛换热的其他计算方法
第九章 锅炉炉膛换热计算
第九章 锅炉炉膛换热计算
锅炉热力计算的目的
目的：确定锅炉受热面与燃烧产物和工质参数间的关系； 基础：燃料的燃烧计算和锅炉的热平衡计算；
按受热面性质分为炉膛换热计算和炉膛出口后对流受热面的换 热计算；
按计算方法分为设计计算和校核计算。
第九章 锅炉炉膛换热计算
第一节 锅炉炉膛内传热的特点 第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐射热计算方法 第三节 炉内传热的相似理论计算方法 第四节 炉膛受热面的辐射特性 第五节 炉膛火焰黑度 第六节 火焰中心位置修正系数M 第七节 炉膛结构特征及其他参数 第八节 炉膛换热计算的修正方法 第九节 炉膛换热的其他计算方法
第六节 火焰中心位置修正系数M
炉膛内火焰平均温度的假设与实际差别很大，尤其沿炉膛 高度温度变化显著，对传热影响很大， 系数M是考虑炉内火焰最高温度相对位置的重要修正系数， 经验关联式：
M＝ A B(xr x)
第九章 锅炉炉膛换热计算
第一节 锅炉炉膛内传热的特点 第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐射热计算方法 第三节 炉内传热的相似理论计算方法 第四节 炉膛受热面的辐射特性 第五节 炉膛火焰黑度 第六节 火焰中心位置修正系数M 第七节 炉膛结构特征及其他参数 第八节 炉膛换热计算的修正方法 第九节 炉膛换热的其他计算方法
炉膛出口烟气温度计算式
l" Tl" 273.15

M
Ta
( 0al FlTa3
)0.6
1

273.15
B jVc p
是一隐函数，需要迭代计算
第三节 炉内传热的相似理论计算方法
需要计算水冷壁的面积时
5
百度文库Fl

BjVcp 0al Ta3

1 M

Ta Tl"
由试验和经验数据总结得到： Thy c(Tl" )n
Ta
Ta
引入无量纲量：

" l

Tl" Ta
hy

Thy Ta
于是：
hy cl"n
第三节 炉内传热的相似理论计算方法
炉膛换热基本方程的演化
代入基本方程，得到
al c Bo
" n hy
l"
1

0
玻耳兹曼特征数
Bo B Vj cp 0 FlTa3
第五节 炉膛火焰黑度
一、火焰黑度
火焰的简化 （1）火焰作灰体处理，基尔霍夫定律：
ahy 1 ekps
（2）火焰温度均匀，用火焰平均温度表示；
（3）火焰各处成分均匀；
第五节 炉膛火焰黑度
火焰黑度的计算，实质上是计算辐射减弱系数K，因此与火焰 的成分有关。
第五节 炉膛火焰黑度
二、气体与液体燃料火焰黑度的计算
我国常用的炉膛换热计算方法
基于炉膛基本换热方程
0al FlThy4 BjVcp (Ta Tl")
加上对火焰平均温度近似表述，应用相似理论得到 炉膛换热计算的半经验关联式
第三节 炉内传热的相似理论计算方法
一、火焰平均温度的处理
火焰平均温度在理论燃烧温度与炉膛出口烟温之间，与燃 烧和传热过程有关

x
H
Fi
第七节 炉膛结构特征及其他参数
四、炉膛的出口截面
第七节 炉膛结构特征及其他参数
一、炉膛容积
炉膛容积的确定方法
第七节 炉膛结构特征及其他参数
二、炉壁面积
炉壁面积按包覆炉膛容积的表面积计算。将炉壁的投影面作为 火焰的辐射表面，也是炉壁受热面接受火焰辐射的表面积，称为 炉壁面积F。对于炉膛内的双面曝光水冷壁及屏式受热面，应以 边界管子中心线间的距离和曝光长度的乘积的两倍作为其相应的 炉壁面积。
第一节 锅炉炉膛内传热的特点 第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐射热计算方法 第三节 炉内传热的相似理论计算方法 第四节 炉膛受热面的辐射特性 第五节 炉膛火焰黑度 第六节 火焰中心位置修正系数M 第七节 炉膛结构特征及其他参数 第八节 炉膛换热计算的修正方法 第九节 炉膛换热的其他计算方法
第三节 炉内传热的相似理论计算方法
炉膛容积中包含有辐射屏式受热面时，炉壁总面积等于下列面 积之和：无屏区炉膛容积的炉壁面积、屏的面积和屏区的炉壁面 积，同时还需要考虑某些炉壁的曝光不完全性。
第七节 炉膛结构特征及其他参数
三、炉壁的有效辐射面积
H Fx
x f(s , e) dd
炉膛的总的有效辐射面积为：
H Fi xi
整个炉壁的平均角系数为
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。
第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐 射热计算方法
炉膛换热基本方程
0as Fl (Thy4 Tb4 ) BjVcp (Ta Tl")
需再推导 目的：将不易确定的参数替换为容易由实验和经验确定的参数。
第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐 射热计算方法
炉膛换热基本方程进一步推导
0as Fl (Thy4 Tb4 ) BjVcp (Ta Tl")
（1）设计计算：已知炉膛出口温度，求受热面（数量和布
置等）
（2）校核计算：已知炉膛内布置的受热面，求出炉膛出口
烟气温度。 炉膛出口截面上的平均烟气温度是计算的核心
第一节 锅炉炉膛内传热的特点
炉膛换热计算的主要困难
炉膛结构复杂，火焰温度分布不均匀，火焰辐射特性不易确定 （黑度），
受热面污染对传热的影响程度，极难定量估计。 基于纯数学方法描述物理化学过程的炉膛换热计算方法尚未工
于是： J hy Eb,hy (1 ah )(1 )J hy
火焰的本身辐射为
：
Eb,hy

ahy
T4
0 hy
带入上式并整理得
J hy


0
a
T4
hy hy
ahy (1 ahy )
定义炉膛黑度:
al

ahy
ahy (1 ahy )
J hy al 0Th4y
3
1

第三节 炉内传热的相似理论计算方法
以下各节的目的和内容是确定计算式中的各参数的计算方法。 详细均见锅炉热力计算标准（原苏联）规定。
第九章 锅炉炉膛换热计算
第一节 锅炉炉膛内传热的特点 第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐射热计算方法 第三节 炉内传热的相似理论计算方法 第四节 炉膛受热面的辐射特性 第五节 炉膛火焰黑度 第六节 火焰中心位置修正系数M 第七节 炉膛结构特征及其他参数 第八节 炉膛换热计算的修正方法 第九节 炉膛换热的其他计算方法
引入水冷壁热有效系数（为简化左侧）
受热面的吸热量
投射到炉壁上的热量
第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐 射热计算方法
火焰的有效辐射
根据传热学原理 J Eb G Eb (1)G
火焰有效辐射 J hy表达为，
J hy Eb,hy (1 ah )J b
第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐 射热计算方法
第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐 射热计算方法
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
BjQf 0as Fl (Thy4 Tb4 )
（2）高温烟气在炉内放热的热平衡方程
BjQf Bj (Ql Il") BjVcp (Ta Tl")
二者相等得到炉膛换热的基本方程:
第四节 炉膛受热面的辐射特性

沾污系数的选取
水冷壁形式
光管水冷壁或 膜式水冷壁 煤
粉 炉
燃料种类 气体燃料 重油 无烟煤(飞灰可燃物含量12％)
贫煤(飞灰可燃物含量8％)
烟煤和褐煤
污垢系数 0.65 0.55
0.45
无烟煤(飞灰可燃物含量<12％)
0.35
贫煤(飞灰对燃物含量<8％)
固态排渣炉覆盖耐
第一节 锅炉炉膛内传热的特点
简化
火焰面具有：平均火焰温度 ，黑度 ，面积 ， 炉膛辐射壁面具有：平均壁面温度 ，黑度 ，面积
第九章 锅炉炉膛换热计算
第一节 锅炉炉膛内传热的特点 第二节 炉膛辐射传热的基本方程和有效辐射热计算方法 第三节 炉内传热的相似理论计算方法 第四节 炉膛受热面的辐射特性 第五节 炉膛火焰黑度 第六节 火焰中心位置修正系数M 第七节 炉膛结构特征及其他参数 第八节 炉膛换热计算的修正方法 第九节 炉膛换热的其他计算方法