10、对流受热面传热计算

kJ / kg
(10 2)
二、工质对流吸热量
ab Qc
三、对流传热量
tr Qc
D (i i ) Bcal
KHt Bcal kJ / kg
kJ / kg
(10 4)
(10 1)
热平衡：
re ab tr Qc Qc Qc
第十章 对流受热面传热计算
第二节 传热温压
第十章 对流受热面传热计算
第四节 放热系数
• 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 。
1 ( c r )
(10 30)
– 影响对流放热系数的因素
（2）附加受热面积不超过5%的主受热面：
合并到主受热面中计算。
第十章 对流受热面传热计算
一、对流受热面传热计算的基本步骤
– 已知：受热面的结构尺寸，进口烟气温度，进口工质温 度。 – 求：出口的烟气温度，出口工质温度，以及受热面的吸 热量。
•
第十章 对流受热面传热计算
三、利用系数ξ：
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。
Nu C Rem 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 0.211Re0.651 Pr0.34
• 错列管束
Nu 0.345Re0.6 Pr0.36
(10 35)
(10 36)
第十章 对流受热面传热计算
2. 纵向冲刷（蒸汽和管式空气预热器中的介质）
• 烟气
• 空气
wg BcalVg (av 273) 273F Bcal V 0 (t av 273) wa 273F
w D av f m/s
m/ s
m/s
(10 66)
(10 67)
• 蒸汽
(10 68)
– 流通截面积
• 管内介质流动
F (或f ) Z
di2
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。
第十章 对流受热面传热计算
四、鳍（肋）片效率（图10-12）
第十章 对流受热面传热计算
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)
适用于固体燃料错列布置管束，用经验式计算或查图
Cgr Cd 0
烟气黑度
1 1 e k a S
(10 53)
介质的吸收减弱系数
ka k g r kash ash m1 (10 54)
辐射层有效厚度
S 3.6
F
V
m
(10 55) 4 s1s 2
2
光管管束
S 0.9d (
d
1)
(10 56) (10 57)
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
第十章 对流受热面传热计算
• 灰污表面温度 对墙式受热面和对流过热器
T2 (t 273) ( 1
2
)
Bcal (Qc Qr ) H
K
(10 58)
对省煤器
T2 (t 273) T K (10 59)
四、鳍（肋）片效率
第十章 对流受热面传热计算
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
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。 – 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。
三、空气预热器传热系数
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
– 回转式空气预热器
(10 28)
K

1 x11 1 x2 2
(10 29)
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
第十章 对流受热面传热计算
第一节 对流传热计算的基本公式
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。
Fra Baidu bibliotek十章 对流受热面传热计算
• 对流传热的基本方程式
一、烟气对流放热量
re Qc I I I l0
qR 0.91 0 (T14 T24 )
(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 T1 T2 1 (T2 / T1 )
kW /(m 2 C )
(10 51)
第十章 对流受热面传热计算
• • • • • • 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
第十章 对流受热面传热计算
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 t cou (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 t par tcou 2 (10 17)
第十章 对流受热面传热计算
第三节 传热系数
一、管式承压受热面传热系数
K 1 1
1
ash m sc 1 ash m sc 2
kW /(m 2 C )
(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)
第十章 对流受热面传热计算
– 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），
其灰层热阻用灰污系数考虑
K 1 1 1 ;
第十章 对流受热面传热计算
一、对流受热面的面积
– 过热器、再热器和省煤器：H=管子外表面积 – 管式空预器：H=烟气侧和空气侧的平均表面积 – 再生式空预器：H=2×蓄热板面积
– 附加受热面：H=炉墙面积×角系数（膜式壁角系数为1.0）
24
第十章 对流受热面传热计算
二、介质流速和流通截面积
– 介质流速
第十章 对流受热面传热计算
四、附加受热面的计算
（1）附加受热面积超过5%的主受热面：
附加受热面单独计算。计算时：
1） 传热温差： a 与主受热面并行布置：t av tav b 布置在主受热面之后：t "tav 2）传热系数：同主受热面传热系数；
10% （主受热面： 3）允许的误差： 2% ）
• 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 t ln lar t sma (10 12)
– 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
2
– 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 1 K (10 23) or K 1 (10 19) 1 1
第十章 对流受热面传热计算
二、扩展表面式承压受热面传热系数
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
第十章 对流受热面传热计算
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。
第十章 对流受热面传热计算
利用系数
• 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。
第十章 对流受热面传热计算
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）。
第十章 对流受热面传热计算
第一节 对流传热计算的基本公式
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）
(10 61)
第十章 对流受热面传热计算
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）

1
2
ash ash
(10 19)
– 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 (10 22)
1
1

1
2
K0 1 1 1 (10 20)
清洁管( 0)的传热系数
1
(10 49)
第十章 对流受热面传热计算
四、辐射放热系数
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，
2、受热面积 H CF Fa h F
3、各分仓流通截面积
（式10-72）
Fi Fa f hs xi
受热面占据的截面积 f hs
（式10-74）
（式10-75）
4、当量直径
d eq
H hs 2h
4F 4Fa f hs 2Fa f hs （式10-76） U 2l hs l hs
4
m2
(10 69)
• 管外烟气横向冲刷
F ab Z1dl
m2
(10 70)
• 烟道截面变化时取几何平均
F
2F F F F
(10 70a)
第十章 对流受热面传热计算
三、回转式空气预热器的受热面积、流通截面 积和当量直径
1、转子有效截面积Fa
（式10-71）
Nu 0.023Re0.8 Pr0.4 CLCt
(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。
Nu C Re0.8 Pr0.4 C取决于蓄热板的型式。
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℃。
第十章 对流受热面传热计算
第五节 污染系数、热有效系数、利用系数和 鳍(肋)片效率
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