第十章 对流受热面传热计算
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烟气黑度
1 1 e ka S
(10 53)
中国 南京
介质的吸收减弱系数
k a k g r k ash ash m 1 (10 54)
辐射层有效厚度
S 3.6
F
V
m
(10 55) 4 s1s2
2
光管管束
S 0.9d (
d
1)
(10 56)
四、鳍（肋）片效率
能源与环境学院 Energy & Environment
第六节 对流受热面的面积、介质 流速、流通截面积和附加受热面
一、对流受热面的面积
中国 南京
当管式受热面按平壁公式计算传热系数时，为减少误差，应 按下述原则确定受热面的面积H：
– 当壁面两侧的放热系数相差悬殊时，取放热系数较小一侧的管子表面 积作为计算受热面积。
中国 南京
第十章 对流受热面传热计算
能源与环境学院 Energy & Environment
1
第一节 对流传热计算的基本公式
中国 南京
• 对流传热的特点
1.就对流传热本身而言
• 考虑温度的影响
• 考虑气流速度的影响
2.同时需考虑管间烟气的辐射影响 3.靠近炉膛出口的受热面，需考虑直接接受炉内 辐射传热的影响（下一章：半辐射式受热面）
中国 南京
在对流受热面的传热计算中，用来表示受热面的灰污 程度有三种系数： 一、污染系数 二、热有效系数 三、利用系数
四、鳍（肋）片效率（图10-12）
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18
污染系数
• 定义
ash 1 1 ash K K 0
1 1 1 K 1 2 1 1 1 K 0 1 2 (10 60)
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2
第一节 对流传热计算的基本公式
中国 南京
• 对流传热计算的基本任务
– 设计计算：已知对流受热面的吸热量，求该受
热面的结构尺寸。
– 校核计算：已知受热面的结构尺寸，校核该受
热面的进出口参数。
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– 管内为水、汽水混合物或超临界压力以上的过热蒸汽，可简化为
K
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1 1 1
(10 23) or K 1 (10 19)
8
第三节 传热系数
二、扩展表面式承压受热面传热系数
中国 南京
外表面扩展式受热面较多地采用鳍片式和肋片式（一般用于省煤器以 强化烟气侧的传热），对省煤器，按烟气侧全部表面积计算传热系 数。 H
中国 南京
kJ / kg
(10 2)
二、工质对流吸热量
ab Qc
三、对流传热量
D (i i) Bcal
KHt Bcal kJ / kg
kJ / kg
(10 4)
tr Qc
(10 1)
热平衡：
re ab tr Qc Qc Qc
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22
三、利用系数ξ：
中国 南京
受热面积得到利用（受烟气冲刷）的程度。 1、ξ的应用： （1）影响烟气侧放热系数a1； （式10-30） （2）空气预热器： （式10-28,29） ξ包括了Ψ的影响，并直接放在K中。 2、空气预热器中，对ξ的附加影响因素 （1）管式空气预热器的中间管板数； （2）燃料含硫、进口风温； （3）漏风。
1 (c r )
(10 30)
– 影响对流放热系数的因素
• • • • • • 气流流速 温度 管子尺寸 管束冲刷方式 管束布置方式 物性参数
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11
第四节 放热系数
中国 南京
由于影响因素很多，工程上是应用相似理论来进行分析得出放热系数公式， 对于锅炉各受热面，烟气、空气、蒸汽、水等介质的流动均为强迫流动。 在不考虑自然对流影响的情况下，稳定对流放热具有下列关系：
t tcou (10 14)
• 任何复杂的流动方式，当顺流温压和逆流温压之间满足tpar 0.92tcou
t
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t par tcou 2
6
(10 17)
第三节 传热系数
一、管式承压受热面传热系数
K 1 1 ash m sc 1 1 ash m sc 2 kW /(m 2 C )
利用系数
•
中国 南京
考虑气流对受热面横向冲刷不完善（均匀性程度）的影 响。对于大容量锅炉，烟气对过热器、再热器、省煤器 都是横向冲刷，均匀性较好，ξ＝1.0（式10-30）。 对于空预器，考虑气流冲刷不完善以及受热面灰污染、 漏风等因素综合影响。查表10-5。
•
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(10 18)
忽略金属管壁的热阻和不计管内结垢
K
1 1
1
1
;
2
ash 污染系数 ash
(10 19)
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第三节 传热系数
其灰层热阻用灰污系数考虑
K 1 1 1 ;
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– 燃用固体燃料时，错列布置的横向冲刷光管管束（可用于省煤器），
x11
x1、x2分别为烟气、空气流通截面积份额。 结合ξ，π：（灰层热阻、冲刷不均，不稳定换热）,与转速有关
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10
第四节 放热系数
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• 放热系数计算涉及：烟气对管壁的放热系数1和管壁对受热介质的放 热系数2。 • 烟气对管壁的放热系数1，一般包括烟气的对流放热系数c和管间烟气 容积的辐射放热系数r 。
ash ash
(10 19)
1
2
– 其余情况下采用热有效系数（, 管子污染状况下的传热系数与清洁 状况下的传热系数的比值）法计算受热面的传热系数
K K 0
1
1
1
(10 22)
2
K0 1 1 1 (10 20)
清洁管( 0)的传热系数
1
2
鳍片管和肋片管(T1高时)，分别乘系数0.4和0.25. 烟气在管内纵向冲刷 S 0.9d i (10 57)
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16
第四节 放热系数
• 灰污表面温度 对墙式受热面和对流过热器
T2 (t 273) ( 1 Bcal (Qc Qr ) H
第四节 放热系数
四、辐射放热系数
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烟气和灰污壁面之间的热交换qR，应为多次吸收和反射的结 果。为简化 起见，仅考虑一次吸收的能量，但用加大壁面黑度的办法来对多次吸收进 行补偿。把壁面黑度取为实测灰污壁面黑度2与绝对黑体的黑度之间的平 均值即，(2 +1)/20.9，这样，
q R 0.91 0 (T14 T24 )
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适用于固体燃料错列布置管束，用经验式计算或查图
C gr Cd 0
(10 61)
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中国 南京
一、污染系数（灰污系数）
h ：灰层的热阻。 h
（式10-19,60）
计算： （式10-61~63） （1）与灰的粒径成反比； （2）与烟气流速成反比； （3）与纵向相对节距成正比； （4）与管径成正比； （5）与积灰类型、是否吹灰有关。 （表10-3）
Nu C Re m Prn
1. （烟气）横向冲刷 • 顺列管束
(10 31)
一、光管对流受热面的对流放热系数
Nu 0.211Re 0.651 Pr0.34
• 错列管束
Nu 0.345Re 0.6 Pr0.36
(10 35)
(10 36)
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2
)
K
(10 58)
对省煤器
T2 (t 273) T K (10 59)
对于入口烟温’>400℃的省煤器，取T＝60℃，当’<400 ℃时 值可相应减小，但不低于T ＝25℃。
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第五节 污染系数、热有效系数、 利用系数和鳍(肋)片效率
K (
H
K (
f
f
H
1
Ht
)1 hs1 hs
(10 25)
或
1 1
1
)
hs
1 1 1
(10 27)
(10 26)
hs
H
Hf
f
H
Ht
f为鳍片或肋片效率；hs为鳍片管或肋片管的受热面效率。
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– 当管子壁面两侧的放热系数同属一个数量级，相差不大时，则取相应 于管子平均直径的面积作为计算受热面积。
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（式10-50）
2）考虑多次吸收、反射的实际辐射换热量
qR 1
2 1
2
0 T14 T24
2、辐射放热系数
qR 2 1 T14 T24 ar 1 0 T1 T2 2 T1 T2
（式10-51,52）
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二、热有效系数
K ：有灰层的K与没有灰层的K0之比。 K0 （式10-21）
适用于
燃用固体燃料的顺列光管管束(表10-4) 燃用液体、气体燃料的所有光管管束
计算： （表10-4） 影响因素：类同ε。
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3
中国 南京
来自百度文库
本章内容：
1、传热计算的3个基本方程（传热方程、烟气和 工质的热平衡方程）； 2、传热方程中各项变量的计算（温差、传热系
数、污染系数、传热面积）。
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第一节 对流传热计算的基本公式
• 对流传热的基本方程式 一、烟气对流放热量
re Qc I I I l0
Nu C Re 0.8 Pr0.4
C取决于蓄热板的型式。
(10 49)
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四、辐射放热系数αr
1、辐射传热量qR
中国 南京
1）仅考虑一次辐射的换热（即没有多次吸收、反射）
qR1 a 2 1 0T14 a1 2 0T24 1 2 0 T14 T24
9
第三节 传热系数
三、空气预热器传热系数
中国 南京
采用受热面的利用系数来综合考虑灰分的污染、气流对受热面冲刷 的不完善等的影响。 – 管式空气预热器
1 2 K 1 1 1 2 1 2
K
(10 28)
– 回转式空气预热器
1 1 x2 2
(10 29)
(10 50)
• 烟气辐射放热系数（适合于含灰气流） 3 qR 3 1 (T2 / T1 ) r 0.9 1 0T1 kW /(m 2 C ) T1 T2 1 (T2 / T1 )
(10 51)
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15
第四节 放热系数
12
第四节 放热系数
2. 纵向冲刷（蒸汽和管式空气预热器中的介质）
中国 南京
Nu 0.023Re 0.8 Pr0.4 CL Ct
(10 37)
• 超临界水和蒸汽的放热系数[公式10-39，10-40]
二、扩张受热面的对流放热系数（用于省煤器） 三、回转式空气预热器的对流放热系数
定性尺寸：蓄热板的当量直径（表10-7）；定性温度：进出口流体均温。
5
第二节 传热温压
• 顺流或逆流（或五次以上交叉流按顺流计算）：对数平均温差
t tlar t sma tlar ln t sma (10 12)
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– 端差之比tlar/tsma1.7，则可采用算术平均温差 t t sma t lar av t av (10 13) 2 • 混合流（图10-4）和交叉流（图10-5，管式空气预热器）：按逆流传热 温压乘修正系数
1 1 e ka S
(10 53)
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介质的吸收减弱系数
k a k g r k ash ash m 1 (10 54)
辐射层有效厚度
S 3.6
F
V
m
(10 55) 4 s1s2
2
光管管束
S 0.9d (
d
1)
(10 56)
四、鳍（肋）片效率
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第六节 对流受热面的面积、介质 流速、流通截面积和附加受热面
一、对流受热面的面积
中国 南京
当管式受热面按平壁公式计算传热系数时，为减少误差，应 按下述原则确定受热面的面积H：
– 当壁面两侧的放热系数相差悬殊时，取放热系数较小一侧的管子表面 积作为计算受热面积。
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第十章 对流受热面传热计算
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1
第一节 对流传热计算的基本公式
中国 南京
• 对流传热的特点
1.就对流传热本身而言
• 考虑温度的影响
• 考虑气流速度的影响
2.同时需考虑管间烟气的辐射影响 3.靠近炉膛出口的受热面，需考虑直接接受炉内 辐射传热的影响（下一章：半辐射式受热面）
中国 南京
在对流受热面的传热计算中，用来表示受热面的灰污 程度有三种系数： 一、污染系数 二、热有效系数 三、利用系数
四、鳍（肋）片效率（图10-12）
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污染系数
• 定义
ash 1 1 ash K K 0
1 1 1 K 1 2 1 1 1 K 0 1 2 (10 60)
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2
第一节 对流传热计算的基本公式
中国 南京
• 对流传热计算的基本任务
– 设计计算：已知对流受热面的吸热量，求该受
热面的结构尺寸。
– 校核计算：已知受热面的结构尺寸，校核该受
热面的进出口参数。
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– 管内为水、汽水混合物或超临界压力以上的过热蒸汽，可简化为
K
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1 1 1
(10 23) or K 1 (10 19)
8
第三节 传热系数
二、扩展表面式承压受热面传热系数
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外表面扩展式受热面较多地采用鳍片式和肋片式（一般用于省煤器以 强化烟气侧的传热），对省煤器，按烟气侧全部表面积计算传热系 数。 H
中国 南京
kJ / kg
(10 2)
二、工质对流吸热量
ab Qc
三、对流传热量
D (i i) Bcal
KHt Bcal kJ / kg
kJ / kg
(10 4)
tr Qc
(10 1)
热平衡：
re ab tr Qc Qc Qc
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三、利用系数ξ：
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受热面积得到利用（受烟气冲刷）的程度。 1、ξ的应用： （1）影响烟气侧放热系数a1； （式10-30） （2）空气预热器： （式10-28,29） ξ包括了Ψ的影响，并直接放在K中。 2、空气预热器中，对ξ的附加影响因素 （1）管式空气预热器的中间管板数； （2）燃料含硫、进口风温； （3）漏风。
1 (c r )
(10 30)
– 影响对流放热系数的因素
• • • • • • 气流流速 温度 管子尺寸 管束冲刷方式 管束布置方式 物性参数
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第四节 放热系数
中国 南京
由于影响因素很多，工程上是应用相似理论来进行分析得出放热系数公式， 对于锅炉各受热面，烟气、空气、蒸汽、水等介质的流动均为强迫流动。 在不考虑自然对流影响的情况下，稳定对流放热具有下列关系：
t tcou (10 14)
• 任何复杂的流动方式，当顺流温压和逆流温压之间满足tpar 0.92tcou
t
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t par tcou 2
6
(10 17)
第三节 传热系数
一、管式承压受热面传热系数
K 1 1 ash m sc 1 1 ash m sc 2 kW /(m 2 C )
利用系数
•
中国 南京
考虑气流对受热面横向冲刷不完善（均匀性程度）的影 响。对于大容量锅炉，烟气对过热器、再热器、省煤器 都是横向冲刷，均匀性较好，ξ＝1.0（式10-30）。 对于空预器，考虑气流冲刷不完善以及受热面灰污染、 漏风等因素综合影响。查表10-5。
•
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(10 18)
忽略金属管壁的热阻和不计管内结垢
K
1 1
1
1
;
2
ash 污染系数 ash
(10 19)
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第三节 传热系数
其灰层热阻用灰污系数考虑
K 1 1 1 ;
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– 燃用固体燃料时，错列布置的横向冲刷光管管束（可用于省煤器），
x11
x1、x2分别为烟气、空气流通截面积份额。 结合ξ，π：（灰层热阻、冲刷不均，不稳定换热）,与转速有关
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第四节 放热系数
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• 放热系数计算涉及：烟气对管壁的放热系数1和管壁对受热介质的放 热系数2。 • 烟气对管壁的放热系数1，一般包括烟气的对流放热系数c和管间烟气 容积的辐射放热系数r 。
ash ash
(10 19)
1
2
– 其余情况下采用热有效系数（, 管子污染状况下的传热系数与清洁 状况下的传热系数的比值）法计算受热面的传热系数
K K 0
1
1
1
(10 22)
2
K0 1 1 1 (10 20)
清洁管( 0)的传热系数
1
2
鳍片管和肋片管(T1高时)，分别乘系数0.4和0.25. 烟气在管内纵向冲刷 S 0.9d i (10 57)
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第四节 放热系数
• 灰污表面温度 对墙式受热面和对流过热器
T2 (t 273) ( 1 Bcal (Qc Qr ) H
第四节 放热系数
四、辐射放热系数
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烟气和灰污壁面之间的热交换qR，应为多次吸收和反射的结 果。为简化 起见，仅考虑一次吸收的能量，但用加大壁面黑度的办法来对多次吸收进 行补偿。把壁面黑度取为实测灰污壁面黑度2与绝对黑体的黑度之间的平 均值即，(2 +1)/20.9，这样，
q R 0.91 0 (T14 T24 )
中国 南京
适用于固体燃料错列布置管束，用经验式计算或查图
C gr Cd 0
(10 61)
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一、污染系数（灰污系数）
h ：灰层的热阻。 h
（式10-19,60）
计算： （式10-61~63） （1）与灰的粒径成反比； （2）与烟气流速成反比； （3）与纵向相对节距成正比； （4）与管径成正比； （5）与积灰类型、是否吹灰有关。 （表10-3）
Nu C Re m Prn
1. （烟气）横向冲刷 • 顺列管束
(10 31)
一、光管对流受热面的对流放热系数
Nu 0.211Re 0.651 Pr0.34
• 错列管束
Nu 0.345Re 0.6 Pr0.36
(10 35)
(10 36)
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2
)
K
(10 58)
对省煤器
T2 (t 273) T K (10 59)
对于入口烟温’>400℃的省煤器，取T＝60℃，当’<400 ℃时 值可相应减小，但不低于T ＝25℃。
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第五节 污染系数、热有效系数、 利用系数和鳍(肋)片效率
K (
H
K (
f
f
H
1
Ht
)1 hs1 hs
(10 25)
或
1 1
1
)
hs
1 1 1
(10 27)
(10 26)
hs
H
Hf
f
H
Ht
f为鳍片或肋片效率；hs为鳍片管或肋片管的受热面效率。
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– 当管子壁面两侧的放热系数同属一个数量级，相差不大时，则取相应 于管子平均直径的面积作为计算受热面积。
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（式10-50）
2）考虑多次吸收、反射的实际辐射换热量
qR 1
2 1
2
0 T14 T24
2、辐射放热系数
qR 2 1 T14 T24 ar 1 0 T1 T2 2 T1 T2
（式10-51,52）
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二、热有效系数
K ：有灰层的K与没有灰层的K0之比。 K0 （式10-21）
适用于
燃用固体燃料的顺列光管管束(表10-4) 燃用液体、气体燃料的所有光管管束
计算： （表10-4） 影响因素：类同ε。
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本章内容：
1、传热计算的3个基本方程（传热方程、烟气和 工质的热平衡方程）； 2、传热方程中各项变量的计算（温差、传热系
数、污染系数、传热面积）。
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第一节 对流传热计算的基本公式
• 对流传热的基本方程式 一、烟气对流放热量
re Qc I I I l0
Nu C Re 0.8 Pr0.4
C取决于蓄热板的型式。
(10 49)
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四、辐射放热系数αr
1、辐射传热量qR
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1）仅考虑一次辐射的换热（即没有多次吸收、反射）
qR1 a 2 1 0T14 a1 2 0T24 1 2 0 T14 T24
9
第三节 传热系数
三、空气预热器传热系数
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采用受热面的利用系数来综合考虑灰分的污染、气流对受热面冲刷 的不完善等的影响。 – 管式空气预热器
1 2 K 1 1 1 2 1 2
K
(10 28)
– 回转式空气预热器
1 1 x2 2
(10 29)
(10 50)
• 烟气辐射放热系数（适合于含灰气流） 3 qR 3 1 (T2 / T1 ) r 0.9 1 0T1 kW /(m 2 C ) T1 T2 1 (T2 / T1 )
(10 51)
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第四节 放热系数
12
第四节 放热系数
2. 纵向冲刷（蒸汽和管式空气预热器中的介质）
中国 南京
Nu 0.023Re 0.8 Pr0.4 CL Ct
(10 37)
• 超临界水和蒸汽的放热系数[公式10-39，10-40]
二、扩张受热面的对流放热系数（用于省煤器） 三、回转式空气预热器的对流放热系数
定性尺寸：蓄热板的当量直径（表10-7）；定性温度：进出口流体均温。
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第二节 传热温压
• 顺流或逆流（或五次以上交叉流按顺流计算）：对数平均温差
t tlar t sma tlar ln t sma (10 12)
中国 南京
– 端差之比tlar/tsma1.7，则可采用算术平均温差 t t sma t lar av t av (10 13) 2 • 混合流（图10-4）和交叉流（图10-5，管式空气预热器）：按逆流传热 温压乘修正系数