第十章：对流受热面传热计算

第十章
对流受热面传热计算
1
第一节 概述
辅助计算 结构计算
物质平衡 能量平衡 受热面积
热力计算
热平衡计算 锅炉计算 水力计算 强度计算
流通面积
受热面热平衡 工质和烟气进出口温度
传热计算：受热面传热量 受热面积
燃烧产物
工质参数
关系
2
阻力计算
第一节 概述
燃烧计算 （物质平衡） 辅助计算 热平衡计算
空气量的计算（成分、容积） 烟气量的计算（成分、容积） 空气、烟气焓 锅炉有效利用热 锅炉各项损失 锅炉效率
D1i1'' Dis D2i2'
D1 D D2
物质平衡
'' D i ' 1 1＋Dis i2 D1＋D
14
（2）凝渣管束 位于炉膛出口 吸收炉膛辐射热 吸热量等于对流吸热量与炉膛辐射吸热量之和 不采用工质侧热平衡方程（工质温度不变） 部分热量穿过管束被后面受热面吸收（管子排数小于5排） 误差5%
灰污系数ε
1
1 ( 1
1
K

1
2

2
)1
热有效系数ψ

K K0

1
1 2
K

1
1 1 1 2
1 2 1 2
7
利用系数ξ

K K0

1
ε、ψ和ξ经验公式或推荐值
1 2

1

（2）传热系数
αc：对流放热系数 αr ：辐射放热系数 ξ：受热面利用系数
15
θeco2 ' teco2 '
‘’ 高温级省煤器 teco2
（3）尾部受热面双级布置
θap2 ' tap2 '
θeco2 ‘’ tap2 ‘’＝tha
高温级空预器
θap2 ‘’ teco1 ‘’
θeco1 ' teco1 ‘＝tfw
低温级省煤器
θap1 ' tap1 ‘’
θeco1 ‘’ tap1 '
16
低温级空预器
θap1 ‘’＝排烟温度
（3）尾部受热面双级布置 省煤器应吸热量
Q
c eco
Qf

100 q4
c c c (Q Qsh Qsc Qrh )
省煤器出口水焓
i
'' eco
i
' eco
c Bcal Qeco Deco
给水焓ifw
17
（5）空气预热器
18
（7）附加受热面
6
K0
1 1
（2）传热系数
基本公式
K 1 1
清洁管子传热系数K0
金属热阻小
1 2
1

1
1

ash m sc 1 结垢不允许 ash m sc 2

1 1 K K0
K 1 1
K
1
1


sc 1 sc 2
燃料种类 排列方式 冲刷方式
影响因素
介质热容：热容增加→变化缓慢
相变：温度不变→与流动方式无关 tlar tsma 纯顺流或逆流：对数平均温压 t t ln lar 交叉次数≥5，纯顺或纯逆 tsma
计算
Δtlar/Δtsma≤1.7端差算术平均温压 Δtpar≥0.92 Δtcou顺流和逆流算术平均温压
交叉流或混合流：修正系数Δt＝ψΔtcou
基本方程
影响因素
辐射放热系数
气体辐射 烟气黑度 灰壁温度 烟室辐射
基本方程
f f 1, T1, T2 , 烟室容积
ε1：烟气黑度
T1 ：烟气温度 T2 ：灰壁温度
9
（2）传热系数
管内流动介质
纵向冲刷
流动速度
F Z
di4
4
温度修正
管外流动介质
烟气流速 空气流速 蒸汽流速
F ab－Z1 dl
（能量平衡）
3
1. 基本任务
设计计算 受热面吸热量 ↓ 需要布置的受热面积
非设计工 况
校核计算
已知的受热面积 ↓ 受热面吸热量，工质和烟气进出口温度
4
2. 基本公式
（1）烟气对流放热量
空气预热 器
I’：受热面前烟气焓 I”：受热面前烟气焓 Il0：漏入空气焓
Qcre ( I ' I '' Il0 )
烟气侧放热系数
1 (c r )
工质侧放热系数
2 c
8
（2）传热系数 影响因素
对流放热系数
介质物性 介质速度
介质温度 管子尺寸 冲刷方式 排列方式
Nu f Re, Pr
c p w w w Nu f Re, Pr, w , , , c p
21
0'' 0'' Qdx ( )( I k I k ) 2
''
20
2. 传热面积
● 回转式空气预热器
每米高度传热面积
H 0.95

4
2 Dn k pC
Dn：转子内径；kp：有效面积份额；C：m2/ m3 ● 屏式过热器 传热面积
H 2Fp xp Z
Fp：外圈管子中心线平面面积；xp：屏角系数；Z：屏数
传热量 传热系数
t''
t'
烟气侧出口烟气焓值I‘’
θ
'
过热器
θ''
烟气对流放热量Qcre
热平衡
蒸汽侧进口焓值i’
水蒸汽压力
灰污系数或 热有效系数
燃料性质 受热面布置
蒸汽侧进口温度t’
传热温压
烟气和工质 进出口温度
对流放热系数 辐射放热系数
13
5. 特殊问题
能量平衡
（1）带喷水减温的过热器
' D i '' 2 2 Dis i1 D2 D
附加受热面积：顶棚管、包墙管、支吊管和引出管
附加受热面积不超过主受热面积5％
不单独计算，并入主受热面
计算原
假设附加受热面的吸热量再校核
则
附加受热面积超过主受热面积5％
传热系数与主受热面相同 单独计算 吸热量相对误差<10%
19
2. 受热面的特殊问题
● 空气预热器 热空气再循环吸热量相同 回转式和管式低温级 Qf
i’：受热面进口工质焓 i”：受热面出口工质焓 D：受热面内工质流量
（2）工质对流吸热量
D '' ' Q (i i ) Bcal
ab c
（3）传热方程
KH T Qctr Bcal
吸收辐射的过热器 空气预热器
5
3. 参数确定
（1）传热温压 含义：冷热介质在整个受热面的平均温差
流动方式：顺流、逆流、交叉流、混合流
横向冲刷
F ab－Z
管式空气预热器之空气侧
总量
d
4
4 i
10
（3）传热面积
放热系数相差悬殊，取小的一侧管子表面积
基本原则
放热系数相差不大，取平均直径计算表面积
过热器、凝渣管、再热器、省煤器→传热面积＝外表面积 管式空. 基本步骤
空气平衡
过热器 校核计算
t''
t'
烟气特性
烟气焓温表 热平衡 烟气侧进口温度θ ‘ 工质侧出口温度t’‘
θ
'
过热器
θ''
（1）已知条件
工质侧进口温度t ’ 烟气侧出口温度θ‘’ 吸热量
12
4. 基本步骤
（2）计算方法
假定烟气侧出口烟温θ‘’
烟气焓温表
重新假定 不合格
Qcab－Qctr 100％ 2％ Qcab
合格