第十一章 半辐射受热面及其传热计算

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屏区烟气辐射热流
1 2 1
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2
S1
d
2
图11-2 两个平面之间的辐射（a）和火焰辐射面与屏片吸热面之间的辐射（b） 1——辐射高温平面或火焰辐射平面，其温度为T1；2——吸热低温平面，其温度为T2
其间充满带吸收、自身辐射和散射性能介质的两个无限大平行平面（图 11-2a）的辐射传递，其辐射热流公式 0 (T14 T14 ) qR kW / m 2 3 1 1 kd 1 4 1 2
（4）烟气焓降应与所在空间辐射热和纯对流热以及该区空间向后穿透 至下一级受热面的辐射热的总和相平衡；
（5）高温烟气与受热面直接接触(冲刷)，受热面积灰状况一般比炉内水 冷壁要严重一些；热有效系数和有关黑度中不考虑焦炭项。
（6）计算受热面积：
Hp=2xpFp
屏风面积Fp：由屏最外圈管子的外轮廓线所围成的平面面积。 （7）传热计算时将屏空间辐射与烟气纯对流合并，按对流传热方式进 行计算。半辐射受热面壁温偏高，致使传热能力有所下降，需对传热 系数进行必要修正；屏吸收的空间辐射比纯对流大， α1中αc要折算到 按屏的计算受热面积进行计算。 能源与环境学院
p qR T1 T2
kW /(m 2 C )
(11 11)
1 0.48k a s1 1 / p
(11 7)
ka S p
烟气黑度 吸收系数
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p 1 e
(11 9) (11 10)
k a k g r k ash ash
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第二节 半辐射受热面传热系数的计算
一、屏式受热面传热系数
K 1 Qr 1 1 (1 )(R f ) 1 Qc 2 kW /(m 2 C )
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(11 1)
Q 1 r 是考虑屏间辐射和炉内直接辐射导致的灰污表面、金属 其中 Qc 表面温度升高的影响。
d
L
c' b'
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c s1
D
11
b
第五节 半辐射受热面工质侧和烟气侧热平衡
• 对流吸热量
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• 烟气放热量
蒸汽在屏管中从进口焓加热至出口焓所需热量包括：获得的炉膛直接 辐射热和吸收的烟气对流热（含屏间空间辐射热）。因此，屏式过 热器吸收的对流热为 D r Qc (i i) Q p kJ / kg (11 33) p Bcal 烟气在屏区放热量与屏区对流吸热量（包括屏式受热面及附加受热面 的对流吸热量）与屏区空间向下一级受热面的穿透辐射热的总和相 平衡。 ( I I ) Q c Q c ,add Qp, S kJ / kg (11 34) p p
0 (T14 T14 )
3 1 1 ks1 1 8 1 2
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(11 5)
对于屏，假想火焰辐射面处于屏空间横截面的对称中心线上(d=s1/2)
qR
0 (T14 T14 )
0.48k a s1
15
1
1

1
1
0 (T14 T14 )
1
p syn
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第一节 半辐射受热面及其传热特点
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• 传热特点： （1）受热面吸热包括炉内直接辐射热、屏间烟气辐射热和烟气对流热。
（2）炉内直接辐射只有部分照射在屏区的受热面上（角系数小于1）， 其余则透射过去落到其后的受热面上。
（3）工质（蒸汽）温升是炉内直接辐射热、屏间烟气辐射热和烟气对 流热共同加热的结果。
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第四节 半辐射受热面吸收的炉内直接辐射
– 计算 炉膛出口区域有效热流
J1 syn 0T f 4 f (11 16)
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进入屏区的来自炉膛的直接辐射热流 进入屏区的来自炉膛的直接辐射热
q p , f J1 p , f syn 0T f4 f f
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第三节 屏空间透过屏区出口的穿透辐射
• 屏间烟气辐射穿透屏区的辐射热
屏区烟气的有效辐射热流和屏空间黑度（采用热有效系数法）：
syn syn 4 J p p , S E b , S p , S 0T p syn p,S
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(11 12) (11 13)

p syn p syn p (1 syn ) p , S

0 (T14 T24 )
1
syn

1
(11 40 / 42)
2
1
syn
0.25k a R 1 1
1
(10 41)
R—转向室作为半球体时的当量半径,m。 辐射传热量 Qr qR F kJ / kg (11 43)
Bcal
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屏空间穿透辐射热流 q J syn T 4 p,S p, S p p,S p,S 0 p 屏空间穿透辐射热
Q , S p qp, S Fou Bcal kJ / kg (11 15)
(11 14)
Tp—屏区烟气平均温度；Tp”—屏区出口烟温
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第十一章 半辐射受热面的 计算
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第一节 半辐射受热面及其传热特点
• 半辐射受热面：
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布置在炉膛上部或炉膛出口部位的屏式受热面（如前屏或称大屏、 分隔屏，和后屏等） 。
• 结构特点：
– 横向节距很大（s1/d>>4） ，纵向节距小（s2/d1）。
p Q p Q Q Q , f (1 p ) p p p
(11 20)
屏后受热面的总辐射热：炉膛直接辐射的穿透辐射和屏空间辐射的穿 透辐射之和 p
Q Q
p
p, f p
Q , S p
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(11 22)
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Qc为屏式受热面吸收的对流热（含屏间辐射热)； Qr[后文中符号为Qpr]为屏式受热面吸收的炉内直接辐射热。
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第二节 半辐射受热面传热系数的计算
二、屏式受热面烟气放热系数
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烟气对屏管的放热系数包括对流放热系数c和屏间空间辐射放热系数r。 以计算受热面积计算传热时要对c进行折算。 d 1 ( c r ) (11 2) 2s2 x p 对烟气冲刷不均匀的利用系数，前屏： 0.6；后屏： 0.85。
Q Q , f p p q Fabc f Bcal (11 18)
(11 17)
炉膛出口辐射穿透屏区的热量 Q Q p p p p
(11 19)
屏区受热面(包括屏和附加受热面)从炉膛出口辐射中获得的直接辐射热 （屏本身吸收辐射热的份额等于其所占屏区受热面的份额）
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第四节 半辐射受热面吸收的炉内直接辐射 • 屏式受热面的布置方式
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一、屏布置在炉膛出口烟窗时来自炉内的直接辐射
– 简化方法：当具有炉膛水冷壁热负荷沿炉膛高度分布的 可靠数据时，可按第九章第八节所述方法求出
q f qav f Q Q , f p p (9 62) q Fabc f Bcal (11 18)
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第二节 半辐射受热面传热系数的计算
四、屏间空间烟气辐射放热系数
屏区烟气对屏式受热面的辐射传热热流： p q R C syn 0 (T14 T24 ) (11 8)
C syn 1 1
p syn
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1
2
1
屏空间辐射放热系数 r 屏区烟气的综合黑度
p syn
• 前屏、后屏的计算
前屏计算时考虑流经前屏的烟气份额，烟气放热量 ( I I ) g1 (11 35) 后屏计算时烟气进口焓计算考虑从前屏进入和从炉膛直接进入后屏的 烟气焓的加权平均。 I 2 g1I f g 2 I f (11 37)
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本章小结
1. 2. 3. 4. 5. 6.
7. 8.
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半辐射受热面及其传热特点； 屏的传热面积； 半辐射受热面的传热系数及其内涵； 屏区烟气辐射放热系数及其计算； 屏区烟气辐射穿透辐射的计算； 炉内直接辐射在屏区的吸收的穿透及其计算（两种布置 形式的屏） 屏的热平衡及其基本计算公式； 转向室的辐射
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第四节 半辐射受热面吸收的炉内直接辐射
三、穿透屏区角系数的计算
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屏的计算涉及到两个相互垂直平面和两个平行平面的角系数的计算。
d'
两个平行平面的穿透角系数
p ( )2 1
D s1 D s1 (11 32)
a' a
第六节 转向室空间辐射传热
• 两级受热面之间烟气空间辐射的简化计算
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把该烟气空间一分为二地归入上下级受热面中，用加大辐射 层有效厚度S的方法加以处理。
• 转向室:以进口截面为底面、体积与转向室相同的半球体。
辐射热流
qR
0 (T14 T24 )
1 1 1 ka R 1 4 1 2
三、屏式受热面烟气对流放热系数（单排管子计算）
当 Re d 103 时 当 Re d 103 时 Nu
cd 0.51Re 0.5 P r0.37 d d Nu c 0.51Re 0.6 P r0.37 d
(11 3) (11 4)
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（二）后屏 • 进入后屏区域的辐射热，除来自前屏的穿透辐射外，还有直接来 自炉膛出口的直接辐射热。 • 透过后屏出口截面进入下一级受热面（如高温对流过热器）的穿 透辐射能，包括来自炉膛出口的直接辐射和来自前屏区的辐射的 穿透辐射。前者穿透角系数为两个相互垂直平面的角系数，后者 则是两个平行平面的角系数。
第四节 半辐射受热面吸收的炉内直接辐射
二、在炉膛上部布置前屏和后屏时来自炉内的直接辐射
进入屏区的来自炉膛的直接辐射热流
Q p1, f Q p 2, f q Fab f Bcal q Fbc f Bcal (11 23) (11 24)
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（一）前屏的计算 与屏布置在炉膛出口烟窗时的计算相似。
2

1
(11 6)
2
1
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屏的布置
a d
Qpk Qp Qp Qp 1 g1
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a ‹s1
Qpk1
d
Qpk2 Qp 2 g1 +g2
b
c
Qp1
g1
b Q c
p2
g2
图11-3 屏式受热面布置及炉膛出口分界面 (a)屏式过热器布置在炉膛出口；(b)在炉膛上部布置前屏和后屏