锅炉热力计算

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高温烟气和管壁间的辐射换热
根据传热学基本公式， 根据传热学基本公式，高温烟气每小时传给辐射受热面的热量可 用下列公式计算： 用下列公式计算： 4
Qf =
4 a ℓ σ 0 ( ∑ x i Fi )(Thy
4 − Tb )
=
4 a ℓ σ 0 ( ∑ x i Fi )Thy (1 −
Tb
4 Thy
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炉膛出口烟气温度的选择
炉膛出口烟气温度 ϑ ′′ ℓ 为凝渣管或屏式过热器前的烟温
根据锅炉受热面的辐射和对流传热的最佳比值（ 根据锅炉受热面的辐射和对流传热的最佳比值 （ 辐射受热 1250℃ 面和对流受热面的金属耗量及总成本最小） 应为1250 面和对流受热面的金属耗量及总成本最小）， ϑ ′′ 应为1250℃ ℓ 为防止对流受热面的结渣。 为防止对流受热面的结渣。则一般应取 ϑ ′′ <(ST-100)℃ ℓ <(ST-100) 当没有可靠的灰熔点资料时， ℓ 不应超过1050 1050℃ 当没有可靠的灰熔点资料时，ϑ ′′ 不应超过1050℃ 当 炉 膛出口 处 布置 着屏 式 受热 面时 ， ϑ ′′ 一般 取 1100 ～ ℓ 1200℃ 1200℃ 对于易结渣的燃料， ℓ 应保持在1000 1050℃ 1000～ 对于易结渣的燃料， ϑ ′′ 应保持在1000～1050℃ 的水平
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பைடு நூலகம்
高温烟气和管壁间的辐射换热
上式可改写为： 上式可改写为：
4 Q f = a ℓ σ 0 ( ∑ ζ i x i Fi )Thy , kW
称之为炉墙的热有效系数（14-30） 令 ψ i = ς i x i，称之为炉墙的热有效系数（14-30） 锅炉各部分水冷壁的角系数x不同，水冷壁污染情况ζ 锅炉各部分水冷壁的角系数x不同，水冷壁污染情况ζ也不 故对整个炉墙，应采用平均热有效系数 平均热有效系数， 同，故对整个炉墙，应采用平均热有效系数，即
热空气温度t 热空气温度trk 主要取决于燃料的性质 着火性能好和水分低的燃料，可以采用较低t 着火性能好和水分低的燃料，可以采用较低trk；着火性能差或水 分较多的燃料，一般要求采用较高值。此外， 分较多的燃料，一般要求采用较高值。此外， trk值还与制粉系统的 干燥剂种类、锅炉的排渣方式等有关。推荐值见表12 12干燥剂种类、锅炉的排渣方式等有关。推荐值见表12-4
Q f = ϕ(Q ℓ − I ′′ ), kJ / kg ℓ
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炉膛黑度与火焰黑度
炉膛黑度 a
ℓ
(P325)对应火焰有效辐射的假想黑度 对应火焰有效辐射的假想黑度
与火焰黑度a 及热有效系数ψ有关 有关， 室燃炉 a ℓ 与火焰黑度 hy 及热有效系数 有关，即 a hy aℓ = ⋯ (14 − 14) a hy + (1 − a hy )ψ 火焰黑度a 火焰黑度 hy (P326) 表示炉内高温介质的辐射能力
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工质质量流速ρω与 工质质量流速ρω与 ρω 烟气速度Wy Wy的选择 烟气速度Wy的选择
工质质量流速ρω太低 工质的传热能力下降， 工质质量流速ρω太低，工质的传热能力下降，受热面管壁温度升 ρω太低， ρω太高 工质的流动阻力大， 太高， 高；ρω太高，工质的流动阻力大，电耗大 通常要求过热器系统的总阻力应不大于过热器出口压力的10% 通常要求过热器系统的总阻力应不大于过热器出口压力的10%；再热 10 系统的总阻力应不大于再热蒸汽进口压力的10 10% 系统的总阻力应不大于再热蒸汽进口压力的10%；省煤器中水的阻力应 不大于汽包压力的10 10% 推荐值见表12 12不大于汽包压力的10%。推荐值见表12-5 烟气流速Wy 过低， 受热面面积增加，积灰加重，同时影响传热； 烟气流速 Wy 过低 ， 受热面面积增加 ， 积灰加重 ， 同时影响传热 ； 过高， Wy 过高，飞灰磨损加重 飞灰颗粒变硬，磨损问题相对突出，这时， 当≤7000C时，飞灰颗粒变硬，磨损问题相对突出，这时，应按磨损 700 条件确定横向冲刷受热面的极限烟速 对于一般的煤为9 对于一般的煤为9～10 m/ s；对于灰多和灰分磨蚀性较强的燃料为 对于灰少和磨蚀性较弱的煤为10 10～ 7～8 m/ s；对于灰少和磨蚀性较弱的煤为10～12 m／s
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炉膛出口烟气温度及 辐射传热量计算式
高温烟气和管壁间辐射换热量应等于炉内烟气的放热量， 高温烟气和管壁间辐射换热量应等于炉内烟气的放热量 ， 由此可得 炉内辐射传热基本方程式 炉内辐射传热基本方程式
4 ′ a ℓ σ 0 ψ pj Fℓ Thy = ϕB j VC pj (Ta − Tℓ′）
其中 Qk 为空气带入炉内的热量
0 Q k = (α ′′ − ∆α ℓ − ∆α zf )I rk + ( ∆α ℓ + ∆α zf )I 0 , kJ / kg ℓ lk
式中： 0 I lk 分别为理论热空气、冷空气的焓，KJ/Kg。 式中： rk 、0 分别为理论热空气、冷空气的焓，KJ/Kg。 I
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炉内传热计算模型
确定炉膛出口烟气温度和炉膛的辐射传热量， 炉内传热计算目的 确定炉膛出口烟气温度和炉膛的辐射传热量， 以便进行对流受热面的换热计算及锅炉热平衡校核。 以便进行对流受热面的换热计算及锅炉热平衡校核。 为应用传热学基本原理分析炉内辐射传热，简化计算， 为应用传热学基本原理分析炉内辐射传热，简化计算，需作以下假设 把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时， 把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时，引入经 验系数予以考虑 炉内传热只考虑辐射换热，略去约占总换热量5%的对流换热 炉内传热只考虑辐射换热，略去约占总换热量5%的对流换热 5% 炉内的各物理量（温度、黑度和热负荷等） 炉内的各物理量（温度、黑度和热负荷等）认为是均匀的 与水冷壁相切的平面是火焰的辐射面， 与水冷壁相切的平面是火焰的辐射面，也是水冷壁接受火焰辐射的 面积， 面积，称为水冷壁面积 这样， 这样，炉内火焰与四周炉壁之间的辐射换热可简化为两个互相平行 的无限大平面间的辐射换热来考虑
煤粉锅炉热力计算
热力计算方法与应用
热力计算方法 主要设计参数的选择 炉膛传热计算 对流受热面计算 锅炉校核热力计算程序 F220/100-W锅炉校核热力计算说明 220/100-
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热力计算方法
锅炉机组的热力计算从燃料的燃烧和热平衡计算开始， 锅炉机组的热力计算从燃料的燃烧和热平衡计算开始，然后 从燃料的燃烧和热平衡计算开始 按烟气流向对锅炉机组的各个受热面（炉膛、屏式过热器、 按烟气流向对锅炉机组的各个受热面（炉膛、屏式过热器、对 流过热器及尾部受热面等） 流过热器及尾部受热面等）进行计算 锅炉热力计算分为设计计算和校核计算 设计计算 给定锅炉容量、 给定锅炉容量、参数和燃料特性 确定炉膛尺寸和各部件的受热面积；燃料消耗量；锅炉效率； 确定炉膛尺寸和各部件的受热面积；燃料消耗量；锅炉效率； 各受热面交界处介质的参数； 各受热面交界处介质的参数；各受热面吸热量和介质速度等 常用于新锅炉的设计。 常用于新锅炉的设计。在额定负荷下进行
), kW
式中： 为炉膛黑度； 为布置水冷壁的炉墙面积， 式中： ℓ 为炉膛黑度；Fi 为布置水冷壁的炉墙面积，m2 ，xi为 水 a 冷壁的角系数（14-28），查图14 ），查图14冷壁的角系数（14-28），查图14-3；Thy、Tb 分别为火焰平均温度 与辐射受热面上灰污层表面温度； 与辐射受热面上灰污层表面温度；（1–Tb4 /Thy4）为因受热面管壁 T 污染而使其吸热量降低的程度，用污染系数ζ(14 31)表示 ζ(14污染而使其吸热量降低的程度，用污染系数ζ(14-31)表示 ζ与燃料性质、燃烧工况、水冷壁结构等因素有关，推荐值见表 与燃料性质、燃烧工况、水冷壁结构等因素有关， 14当炉膛出口烟窗布置屏式水冷壁时， 14-2。当炉膛出口烟窗布置屏式水冷壁时，考虑炉膛与屏之间的热 交换， 与燃料种类和屏区烟温有关。可查图14 14交换，ζ= ζ0β。β与燃料种类和屏区烟温有关。可查图14-4 显然，水冷壁污染越严重， 越大， 显然 ， 水冷壁污染越严重 ， Tb 越大 ， 管壁灰污层反方向辐射越 水冷壁吸收辐射热能力下降，这时，污染系数ζ是减小的。 强，水冷壁吸收辐射热能力下降，这时，污染系数ζ是减小的。不 同受热面污染情况不同， 同受热面污染情况不同，ζ也不同
′ Q f = ϕB j (Q ℓ − I ′′ ) = ϕB j VC pj (Ta − Tℓ′), kW ⋯ (14 − 6) ℓ
式中： ϕ 为保热系数，考虑炉膛向外部环境散热的系数 式中： 保热系数，
ϕ = 1− q5 ⋯ (14 − 4) η gℓ + q 5
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炉内烟气放热量
′ VC pj 为温度Ta 至 Tℓ′ 之间燃烧产物的平均热容量 为温度T
4 Q ℓ = a ℓ σ 0 ψ Fℓ Thy , kW ⋯ (14 − 10)
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炉内烟气放热量
假设1Kg计算燃料在炉内完全燃烧产生的有效热量 假设1Kg计算燃料在炉内完全燃烧产生的有效热量Q ℓ 全部用于加 1Kg 热燃烧产物而不与炉壁发生热交换时， 热燃烧产物而不与炉壁发生热交换时，燃烧产物所能达到的最高温 度称为绝热燃烧温度或理论燃烧温度 绝热燃烧温度或理论燃烧温度， 表示， 度称为绝热燃烧温度或理论燃烧温度，用Ta 表示，Ia= Q ℓ 燃料燃烧过程中，将热量传给水冷壁， 燃料燃烧过程中，将热量传给水冷壁，离开炉膛时烟气冷却到 Tℓ′′ ， 对应的烟气焓为 I ′′ ，若以 Tℓ′′ 作为定性温度，则烟气在炉内的放热 作为定性温度， ℓ 量可用下式计算
VC pj
Q ℓ − I ′′ ℓ , kJ /(kg.k ) = ′′ Ta − Tℓ
包括燃料及燃料燃烧所需空气送入的热量, 炉内有效放热量 Qℓ 包括燃料及燃料燃烧所需空气送入的热量,即
Qℓ = Qr 100 − q 3 − q 4 − q 6 + Q k , kJ / kg 100 − q 4
ψ F ψ = ∑ i i F ⋯ (14 − 35) ℓ
...,为炉膛总炉墙面积, 式中 Fℓ = F1 + F2 +...,为炉膛总炉墙面积, m2。 将式(14-35) 代入上式, 即可得到炉内高温烟气 火焰) 炉内高温烟气( 将式 (14-35) 代入上式 , 即可得到 炉内高温烟气 ( 火焰 ) 和水 冷壁之间的辐射热交换公式
根据相似理论将上述方程变换为无因次相似准则方程可得到炉膛出 根据相似理论将上述方程变换为无因次相似准则方程可得到炉膛出 口烟气温度计算式 Ta ′′ = Tℓ , K ⋯ 14 − 43） （ 0.6 a σ ψF T 3 M ℓ 0 ℓ a + 1 ϕB VC j pj 对应1kg燃料的炉膛辐射传热量为 对应1kg燃料的炉膛辐射传热量为
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排烟温度与热空气温度的选择 排烟温度与热空气温度的选择
最佳排烟温度 ϑ py 为燃料费用和尾部受热面金属费用总和最少时 所对应的排烟温度，同时还与锅炉的给水温度、 所对应的排烟温度，同时还与锅炉的给水温度、燃料的性质等因素 有关。推荐值见表12 12有关。推荐值见表12-3 排烟热损失小，锅炉热效率高，节约燃料； ϑ py 低，排烟热损失小，锅炉热效率高，节约燃料；但由于尾部受 热面的传热温压降低，金属耗量增多 热面的传热温压降低，
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热力计算方法
校核计算 已知锅炉结构和尺寸、 已知锅炉结构和尺寸、锅炉负荷和燃料特性 确定各受热面交界处介质参数、锅炉热效率、 确定各受热面交界处介质参数、锅炉热效率、燃料消耗量等 用于考核锅炉在非设计负荷或燃用非设计燃料时热力特性及 经济指标；由于计算参数多与炉膛结构有关，故设计计算也常 经济指标；由于计算参数多与炉膛结构有关， 采用校核计算方法 锅炉校核热力计算应在锅炉结构计算的基础上进行 对锅炉机组作校核计算时， 对锅炉机组作校核计算时，烟气的中间温度和内部介质温度 包括排烟温度、热空气温度，甚至过热蒸汽温度均是未知数， 包括排烟温度、热空气温度，甚至过热蒸汽温度均是未知数， 故需先假定，然后用逐步逼近法去确定 故需先假定， 先假定