清华大学热能工程教学课件-第7章 对流受热面传热计算(1)

对于后屏 x p 按下式计算:
b 2 b x p ( ) 1 s1 s1

对于大屏
xp
按相互垂直具有一公共边的矩形平面间
的角系数,由图 11-1 确定。在上式和图中,b 为屏宽度; s1 为屏间距离;h 为屏高度。
7.1 基本方程
7.1 基本方程

屏进口截面对出口截面的角系数 xp
对于中低压锅炉取为33~63 KJ/Kg 对于高压锅炉取为42~84 KJ/Kg 如果不设减温器取为0 KJ/Kg

省煤器入口烟气焓
I
' sm
I gr Ilk
' gr
0
D '' ' 1 xnz (igr igr i jw ) Bj
Qch
7.1 基本方程
Bj
a ─屏间烟气黑度;
'' Ap ─屏后热面烟窗截面积,
m2
;
T pj
p
─屏间烟气平均温度,K; x ─屏进口截面对出口截面的角系数; r ─考虑燃料影响的修正系数,对煤及重油
r =0.5;对天燃气 r =0.7;对页岩 r =0.2。
7.1 基本方程

屏进口截面对出口截面的角系数 xp
D Qd (i i ) Bj
ky 2 )( I rk o I lk o ) ( I rk o I lk o )
Qky ( ky "
7.1 基本方程

屏式过热器所吸收来自炉膛的辐射热计算 (KJ/Kg)
Qf Q'f Q''f

屏入口截面(炉膛出口截面)所吸收的炉膛辐射热量:
第7章
对流受热面及半辐射 受热面传热计算
前言
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。 对流受热面包括： 凝渣管束 锅炉管束 对流过热器 对流再热器 省煤器

空气预热器
前言
对流受热面传热特点：
（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。 （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 。
7.1 基本方程

屏式过热器受热面积
H 2 x p Apb
式中，Apb—由屏的最靠边的 管子围成的平面面积； Xp—为屏的角系数， 可从图10-9a中曲线5查得。
在顺列管束中，如纵向相对节距 对节距
1
2
s2 1.5 d
，而横向相
s1 4 d 时，受热面即按屏计算。
7.1 基本方程
对于半大屏 x 按下式计算:
p
xp
F1 x12 F3 x32 F1 F3
式中符号含义如图 11-2 所示, x12 为
F1
对 F2 的角系数; x32 为 F3 对 F 的角系
2
数;
7.1 基本方程
Байду номын сангаас
在炉膛辐射换热中，一部分辐射热
投向炉膛出口窗 Qch(KJ/Kg) ch q f Ach Qch Bj 投向炉膛出口窗炉膛辐射换热中传
Qnz —凝渣管束总的吸热量，KJ/Kg
Q Q
f nz d nz
—凝渣管束由炉内吸收的辐射热量，KJ/Kg —凝渣管束的对流热量，KJ/Kg
7.1 基本方程

烟气对凝渣管束后过热器的放热量
f gr d gr f gr ' gr ' sm 0
Qgr Q Q Q ( I I gr Ilk )

烟气侧对空气预热器的放热量
I rk I lk Qky ( I I py ky ) 2
0 0 ' ky

空气预热器的工质从烟气侧吸收的热量 ky '' Qky ky I rk 0 I lk 0
Qky —空气预热器的吸热量，KJ/Kg

炉膛水冷壁吸热量
Q Q f Qch
f sl
Q Q f —整个炉膛的辐射热量，KJ/Kg Qch —炉膛投向出口窗的辐射热量，KJ/Kg
f sl —水冷壁吸收的辐射热量，KJ/Kg
7.1 基本方程

凝渣管束的吸热量
f nz d nz f nz '' l ' gr 0
Qnz Q Q Q ( I I nz I lk )
1 1 1 a1 a 2
kW/(m2 K)
或
K
kW/(m2 K)
7.2 传热系数
传热系数的计算，目前在国内有两种方法：

层状燃烧以及沸腾燃烧工业锅炉热力计算方法 锅炉机组热力计算标准方法
7.2 传热系数

各种受热面的传热系数计算

传热系数计算时对冲刷不均的考虑
烟气对管壁的放热系数可按下式计算:
7.2 传热系数

试验测量原理 1
h 1 1h h
1
式中， 1 —干净烟气对清洁管壁的放热系数，kW/(m2.℃);
—由于烟气含灰和管壁积灰而引起的传热热阻，称为
污染系数，m2.℃/kW。
1 h 1 1 1 1 1 1h h 2 1 2 K K0
f 给凝渣管束的热量 Qnz (KJ/Kg) ch q f Ach xnz f Qnz Bj
xnz 1 1 x
n
当凝渣管束管排数大于或 等于5排时， xnz=1
7.1 基本方程

当凝渣管束管排数小于5排时， 凝渣管束后面的对流
受热面所吸收来自炉膛的辐射热 (KJ/Kg)为：
7.2 传热系数

当燃用固体燃料，管束为错列布置时，
k 1 1 1 a1 a2
简化为
k
1 1 a1
当燃用固体燃料，管束为顺列布置以及燃用气体燃 料和重油时，

k

1 1 a1 a2
简化为
k 1
7.2 传热系数

（3） 对于屏式过热器
1 1 (1 )( ) a1 Qd a2 Qf (1 ) Qd ─考虑屏吸收炉膛辐射热的乘数;
Qrp ( I ' I " I k 0 )
一般对流受热面 I k o Ilk o
空气预热器 I k
o
1 o o ( I lk I rk ) 2
7.1 基本方程

工质吸热量
屏式过热器和炉膛出口的过热器
D(i " i ') Qd Qf Bj
省煤器/过热器/再热器 （非炉膛出口） 空气预热器
燃油/燃气 燃煤
顺列 燃油/燃气
k

1 1 a1 a2
k

1 1 a1 a2
a1 (ad a f )
7.2 传热系数
(2) 省煤器、直流锅炉的过渡区、蒸发受热 面以及超临界压力锅炉的对流过热器

对于省煤器，蒸发受热面以及超临界压力锅炉的过热 器，由于管子内壁对工质放热的热阻很小，即 1 1 2 1 则管内侧热阻可以忽略不计。
前言
二 半辐射受热面
布置在炉膛上部的屏式受热面， 该受热面同时兼以辐射和对流方 式吸收热量。其中前屏以辐射为 主，常合并在炉膛计算中。而对 于大屏、半大屏、后屏则为两种 换热量的叠加，为半辐射式，按 对流受热面的方式进行计算。
包括： 屏式过热器 屏式再热器
提
纲
7.1 基本方程
7.2 传热系数

2


'' ky
—空气预热器出口的过剩空气系数
I rk 0 Ilk 0 1 '' ky 0 ' I ky I py ky I rk I lk 0 ky 2 2
7.1 基本方程

由锅炉机组的热平衡，省煤器工质侧吸收的热量 对于沸腾炉
Qgr —过热器总的吸热量，KJ/Kg
Q Q
f gr d gr
—过热器由炉内吸收的辐射热量，KJ/Kg —过热器的对流热量，KJ/Kg
7.1 基本方程

凝渣管束后过热器的工质从烟气的吸热量
D '' ' Qgr (igr igr i jw ) Bj
D —锅炉的额定蒸发量，Kg/s i jw —减温器的减温焓，KJ/Kg
Qsm Q1 Qm Qxf Qgr Qgg
对于层燃炉、煤粉炉、油炉和煤气炉
Qsm Q1 Qsl Qnz Qgr Qgg
f


Qsm —省煤器的吸热量，KJ/Kg
7.2 传热系数

锅炉受热面的传热过程
锅炉受热面的传热过程是热烟气的热量 透过管壁传给被加热介质（水、水蒸气及 空气）的过程，包含了三个串联的换热环 节。
Q Qch Q
f gr f nz
g q f Ach (1 xnz )
Bj
f 当凝渣管束管排数大于或等于5时Qgr =0
7.1 基本方程

各受热面吸热量分配
' I gr
凝渣管
过热器
I
' sm
省煤器
I
'' l
I
' ky
Ql
炉膛
空气预热器
I py
7.1 基本方程

各受热面吸热量分配计算
a1 (ad a f )
式中 是考虑烟气对受热面冲刷不完全的修正系数,或 称为利用系数。 现代锅炉横向冲刷管束 =1, 对于复杂的混向冲刷管束取 =0.95。 屏及空气预热器的 在以后专节中介绍。
7.2 传热系数

（1） 对流过热器
燃煤 错列
k 1 1 1 a1 a2
Q 'f
g q f Al''
Bj
式中， —考虑炉膛与屏相互热交换影响的修正系数， 按图 10-10；
g
—炉膛受热面热负荷沿高度的不均匀系数， 按 图 10-11。
7.1 基本方程

由屏辐射给屏后受热面的辐射热量:
Q ''f
式中
Q 'f (1 a) x 'p


'' 4 5.67 1011 aApTpj r



热流体对外壁面的放热 从外壁面穿过管壁到内壁面的导热 内壁面对管内流体的放热
对流+辐射 外壁
导热
热烟气
内壁
对流
工质
7.2 传热系数
传热系数一般公式：
K 1 1 h b sg 1 a1 h b sg a 2
1 h 1 a1 h a2 1
简化公式：

对流受热面的传热量(每Kg燃料为基础) KH t Qcr Bj
Qcr ─每 kg(或 1 m )燃料由烟气传递给工质的热量
3
kJ/kg(或 kJ/ m 3 );
B j ─计算燃料消耗量,kg/s(或 m 3 /s)

热流密度q(KW/m2)
Q q K t H
7.1 基本方程

烟气侧放热量Qrp(KJ/Kg)
Qf
K
1 Qf
kW/(m2 K)
式中
─屏所吸收的炉膛辐射热量,按式计算
Qd ─屏所吸收的屏间烟气传热量
1 ( d
d
2S 2 x p
f )
kW/(m2 K)
7.2 传热系数

（4） 对于管式空气预热器
灰污染和冲刷不完全的影响一并用利用系数 来修正:
a1a2 K a1 a2
≥1.5
1.0
n/(r/min)
C
0.5
0.85
1.0
0.97
7.2 传热系数

受热面的污染系数、热有效系数和利用系数
锅炉对流传热计算分别用污染系数 、 热有效系数 和利用 系数 来考虑污染（积灰）对传热影响。
7.2 传热系数

(1) 污染系数
对于错列布置的管束在燃用固体燃料时， 用污染系数 来 考虑管壁表面积灰对传热的影响。
kW/(m2 K)
7.2 传热系数

（5） 对于回转式空气预热器
按蓄热板两侧的全部受热面为基准的传热系数由下式计算:
K
C
1 1 X y a1 X k a2
式中 xy， k—烟气侧受热面和空气侧受热面各占总受热面 x 的份领。 C—考虑不稳定传热彭响的系数。
7.2 传热系数
对厚度为0.6-1.2mm的蓄热板，C值与转 速的关系:
7.3 对流放热系数
7.4 辐射放热系数 7.5 温压
7.1 基本方程

传热方程 烟气热平衡方程 工质热平衡
7.1 基本方程

对流受热面的总传热量
Q KH t
传热温压（7.5） 传热系数（7.2）
汽水受热面：按烟气侧管径计算 H 管式空预器：按平均直径计算 回转式空预器：蓄热板双侧表面积 屏式受热面：双面受热的辐射受热面积
K
灰垢层热阻与许多因素有关,如燃料种类、 烟气流速、 管径及布置方式和灰粒尺寸等。由于目前尚缺乏系统 的数据资料,故采用污染系数 = / 和热有效系数 来 考虑它的影响。 的物理意义为被污染管子传热系数与 清洁管传热系数之比值。
h h
7.2 传热系数
因此传热系数可简化为:
K 1 1 1 a1 a2