第四章-对流受热面的传热
传热系数计算方法
据实验研究，可以归纳出循环流化床锅炉燃烧室受热面传热系数的计算方法。
CFB锅炉炉膛受热面的吸热量按下式计算:
(4-1)式中Q――传热量，W;
Ht――烟气侧总面积,
Hf——工质侧总面积，m2；
as――附加热阻，m2K/W;
1——管子厚度，m;
受热面金属导热系数，W/m2K;
b[P(1)1]1
式中P――鳍片面积系数，P旦如
Ht
Ht——受热面外部面积，m2o
式中
pHfm
Hts1
s, d管子节距、外径,
鳍片利用系数,
th( h)h
与受热面受热情况、
g1 exp kgSg
烟气辐射减弱系数k可按下式简单计算:
kg
0.55 2rH2o
0.1 1
(4-25)
式中，rH2o——烟气中水蒸气份额;
r——烟气中三原子气体份额;
sg――烟气辐射厚度，近似为下降流厚度,
对流换热ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数由烟气对流和颗粒对流两部分组成，即
(4-26)
C――烟气对流换热系数，W/m2K，计算见式(4-27);
则由内循环流率决定， 它沿炉膛高度是逐渐变化的，底部高、 上部低。近壁区贴壁下降流的温 度比中心区温度低的趋势, 使边壁下降流减少了辐射换热系数； 水平截面方向上的横向搅混形 成良好的近壁区物料与中心区物料的质交换, 同时近壁区与中心区的对流和辐射的热交换使截 面方向的温度趋于一致, 综合作用的结果近壁区物料向壁面的辐射加强, 总辐射换热系数明显 提高。在计算水冷壁、双面水冷壁、屏式过热器和屏式再热器时需采用不同的计算式。物料浓 度Cp对辐射传热和对流传热都有显着影响。燃烧室的平均温度是床对受热面换热系数的另一 个重要影响因素。 床温的升高增加了烟气辐射换热并提高烟气的导热系数。 虽然粒径的减小会 提高颗粒对受热面的对流换热系数, 在循环流化床锅炉条件下, 燃烧室内部的物料颗粒粒径变 化较小,在较小范围内的粒径变化时换热系数的变化不大, 在进行满负荷传热计算时可以忽略, 但在低负荷传热计算时,应该考虑小的颗粒有提高传热系数的能力。
传热过程基础知识
传热过程基础知识传热过程是一个物体或系统与其周围环境之间热量交换的过程。
热量是指能量的转移，可以通过辐射、传导和对流三种方式传递。
首先，我们来看辐射传热。
辐射传热是指物体通过电磁波的传播而向周围环境传递热量。
辐射传热不需要介质的存在，它可以在真空中传输热量。
这是因为所有物体都会产生热辐射，用一个术语叫做黑体辐射。
黑体辐射的强度与物体的温度有关，温度越高，辐射的能量越多。
例如，太阳发出的光和热就是一种辐射传热。
传导传热是指物体之间的热量通过分子或原子之间的碰撞传递。
这种传热方式通常发生在固体物体中，因为固体物体的分子或原子之间是紧密排列的。
热传导通常发生在热端和冷端之间存在温度差的物体中。
当物体的一部分受热后，分子或原子的振动能量会传递给相邻的分子或原子，从而传递热量。
对流传热是指液体或气体中的热量通过流体的运动和对流传递给周围环境。
对流传热通常包括自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是指流体受热而形成的密度梯度引起的自发流动。
如在锅中烧开水时，底部热水会上升，而冷水会下降，形成对流循环。
强制对流是指通过外力的作用，如风或泵浦，使流体产生对流流动。
例如，空调中的风扇可以通过强制对流将室内的热空气排出室外，从而降低室内温度。
除了以上三种传热方式，还存在相变传热和混相传热。
相变传热是指物体在相变过程中释放或吸收热量。
当物体发生相变时，其温度保持不变，所吸收或释放的热量用于相变过程。
例如，冰块融化时，吸收的热量被用于将冰转化为水。
混相传热是指不同相（如气相和液相）之间的热量转移。
这种传热方式通常发生在液滴蒸发和冷凝过程中。
传热过程的速率可以通过热传导、辐射和对流传热的传热系数来衡量。
传热系数是指单位时间内单位面积上热量的传递速率与温度差的比值。
热传导传热系数取决于物体的导热性质，如热导率。
辐射传热系数取决于物体的辐射性质，例如发射率和吸收率。
对流传热系数取决于流体的流动性质，如流速和流体的粘度。
传热过程在许多实际应用中起着重要作用，如建筑物的供暖和空调、发动机的冷却、工业生产中的加热与冷却等。
第四章 对流受热面的传热计算
对于锅炉对流受热面，影响的因素有物性， 对于锅炉对流受热面，影响的因素有物性，流 温度。管束中管子布置方式及结构特性， 速，温度。管束中管子布置方式及结构特性， 受热的冲刷方式等。 受热的冲刷方式等。 放热系数的值多是在专门试验台上用试验方法 确定，用相似理论方法加以整理， 确定，用相似理论方法加以整理，得出各种实 用的计算公式。 用的计算公式。
4
当燃用气体和液体燃料时，烟气为不含灰气流， 当燃用气体和液体燃料时 ， 烟气为不含灰气流 ， 有效辐射成分仅是三原子气体，此时， 有效辐射成分仅是三原子气体，此时，烟气的吸 收率不等于黑度，即烟气不能作为灰体来处理。 收率不等于黑度，即烟气不能作为灰体来处理。
设 烟 气 的 吸 收 率 为 A y， 则 A y ≠ a
以灰层外表作为计算基础的圆管传热系数K为 以灰层外表作为计算基础的圆管传热系数 为 1 K= 1 δ h d 0 δ m d 0 δ g d 0 1 d 0 + + d λ d + λ d + α d α 1 λh 1 m 2 g 3 2 4
即， 热烟气 → 外壁 → 内壁 → 工质
导热 对流
对流+辐射
烟气对灰层外表面的对流传热量 Qd = α d πd 0 l (t1 − t b1 ) → 即牛顿冷却公式 我们知道，辐射传热量与两物体温度四次方之差成正比。为了方 便， 把高温烟气对灰层外表面的辐射放热也写或牛顿冷却公式的 形式，即
化工原理传热
化工原理传热
传热是化工过程中重要的物理现象之一，它涉及能量的转移和分布。
传热可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是指热能在固体或液体中以分子间相互碰撞的方式传递。
在传导过程中，热量会从高温区域传递到低温区域，直到温度达到平衡。
对流是指热能通过流体的运动传递。
当物体表面受热时，周围的流体会被加热并膨胀，然后从热源处上升。
这导致了对流循环，使热量从热源传递到周围环境。
辐射是指热能以电磁波的形式传递，不需要介质来传递热量。
辐射可以通过空气、液体和固体传播，甚至可以在真空中传播。
辐射热传递取决于物体的温度和表面特性。
在化工过程中，传热是必不可少的。
传热的目的可以是控制温度以实现反应的理想条件，或者从一个系统中移除或向其输入热量。
为了实现有效的传热，可以采取以下措施：
1. 提高传热系数：通过增加传热表面积或提高传热介质的流速，可以增加传热系数，从而加快传热速度。
2. 减小传热阻力：通过改变传热介质的性质或减小传热介质的流通路径长度，可以减小传热阻力，提高传热效率。
3. 使用传热表面增强技术：如使用鳍片、流体分散剂或填料等
技术，可以增大传热表面积，从而提高传热效率。
4. 优化换热设备设计：通过合理设计换热设备的结构和组件，可以实现更高效的传热过程，并减少传热介质的能量损失。
化工过程中的传热是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。
通过合理选择传热方式和采取相应的措施，可以实现高效的能量传递和分布，从而提高化工过程的效率和质量。
对流受热面的换热系数与烟气流速的关系
对流受热面的换热系数与烟气流速的关系【摘要】本文探讨了对流受热面的换热系数与烟气流速的关系。
首先介绍了研究背景，指出了换热系数在工程领域中的重要性。
接着阐述了换热系数的定义及其在换热过程中的作用。
然后分析了流速对换热系数的影响，并介绍了进行实验的方法。
通过实验结果的分析，探讨了烟气流速对换热系数的影响规律。
最后总结了影响换热系数的因素，并给出了结论总结。
未来展望部分提出了进一步深入研究的方向，为相关领域的研究提供了参考。
本研究对于深化对流受热面的换热系数与烟气流速之间关系的认识具有一定的理论和实际意义，为工程实践提供了有益的指导。
【关键词】对流受热面、换热系数、烟气流速、引言、研究背景、流速影响、实验方法、结果分析、影响因素、结论总结、未来展望1. 引言1.1 研究背景对流受热面的换热系数与烟气流速之间的关系是传热学领域中一个重要且具有挑战性的研究课题。
换热系数是描述热交换效率的重要参数，而烟气流速则是影响换热过程的关键因素之一。
深入研究受热面的换热系数与烟气流速之间的关系，不仅有助于优化传热设备的设计与运行，还能为提高能源利用效率、减少对环境的影响提供重要参考。
过去的研究表明，换热系数与烟气流速之间存在着明显的相关性。
随着烟气流速的增加，受热面的换热系数往往会有所提高。
这是因为较高的流速可以加速烟气与受热面的热交换，促进烟气中的热量传递到受热面上。
烟气流速对换热系数的影响并非线性的，不同的情况下可能存在一定的变化规律，因此需要进行更深入的研究与分析。
本文旨在通过实验方法，探讨对流受热面的换热系数与烟气流速之间的关系，为相关领域的研究提供新的实证依据。
2. 正文2.1 换热系数的定义换热系数是指在对流传热过程中，单位面积上的传热功率与温度差之比。
换热系数的大小反映了对流换热效果的好坏，换热系数越大，说明换热效果越好，传热速率越快。
换热系数通常用W/(m^2·K)表示，表示每平方米面积上每温度单位温差下传热功率的大小。
4 供热锅炉的构造
以增强对煤种的适应性；锅炉水容量大，适应负荷变 化的能力强。但只能单面操作，单面进风。此型燃煤 锅炉容量以不大于10t/h为宜。
（二）“O”型锅炉 1、基本构造: 如图所示为SZ型双锅纵置
2）第一回程烟管进口（平封头）处，由于管板内外温 差大，产生很大的应力，致使后管板产生裂纹，进而 产生水（汽）泄漏。
第四节 水管锅炉
定义:汽水在管内流动吸热，烟气在管外冲刷放热的锅 炉称之为水管锅炉。
特点 1、水管锅炉没有大直径的锅壳，用富有弹性的弯水管
取代了刚性较大的直烟管，增大了锅炉容量和提高了 参数。 2、采用外燃方式，燃烧室的布置非常灵活，在燃烧室 内可以布置各种燃烧设备，有效地燃用各种燃料。 结论 水管锅炉具有很多的优越性，对于大容量、高参数锅 炉来说，水管锅炉是惟一选择。 水管锅炉的主要特征反映在锅筒的数目和布置方式上， 下面介绍几种典型的水管锅炉结构型式。
立式烟管锅炉
1—下炉排 2—下炉门 3—水冷炉排 4—上炉 门 5—第一烟管管束6—前烟箱 7—第二烟管 管 8—烟囱 9—后上烟箱 10—后下烟箱
第三节 水火管锅炉
水火管锅炉是火管和水管组合的卧式外燃快装锅炉。 （一）基本构造：
1、燃烧室由锅壳内移至锅壳外，置于锅壳下部，形成 外置炉膛（外燃）。在炉膛内设置炉排。
低温水直接冲击高温的锅筒壁；由于给水管略低于锅 炉的最低水位，使水面处的炉水含盐量降低，消除了 蒸发表面上的发沫现象。
②结构：将给水管放置在给水槽内，管上开有 10~12mm的小孔，孔距100mm左右。
3）排污装置 ①目的：排除蒸发表面浓缩（含盐量较高）的炉水， 降低炉水的含盐量。
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程和设备的设计与操作。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品质量和生产效率，还直接关系到能源的利用效率和环境保护。
因此，对于化工原理传热的深入理解和掌握，对于化工工程师来说至关重要。
传热的基本原理包括传热方式、传热系数、传热表达式等。
传热方式主要包括传导、对流和辐射三种方式。
传导是指热量通过物质内部的传递，对流是指热量通过流体的对流传递，而辐射是指热量通过电磁波的辐射传递。
传热系数是描述传热效果的物理量，它与传热介质的性质、流体状态、流体性质等因素有关。
传热表达式则是用来描述传热过程的数学表达式，可以通过传热方程和传热系数来进行计算和分析。
在化工生产中，传热过程通常涉及到换热器、蒸发器、冷凝器等设备。
换热器是用来实现不同流体之间热量交换的设备，它包括了许多种类，如壳管式换热器、板式换热器等。
蒸发器是将液态物质转化为气态物质的设备，它在化工生产中应用广泛。
而冷凝器则是将气态物质转化为液态物质的设备，也是化工生产不可或缺的一部分。
在传热过程中，热传导、对流传热和辐射传热是相互作用的。
热传导是传热过程中最基本的方式，它在许多设备和工艺中都有重要的应用。
对流传热则是流体在传热过程中的一种重要方式，它受到流体的流动状态、速度、流体性质等因素的影响。
而辐射传热则是在高温条件下的一种重要传热方式，它在许多高温工艺和设备中都有重要的应用。
总的来说，化工原理传热是化工工程师必须要深入了解和掌握的一个重要内容。
通过对传热的基本原理、传热设备和传热过程的深入研究，可以更好地指导化工生产实践，提高生产效率，降低能源消耗，保护环境，实现可持续发展。
希望本文能为化工工程师提供一些有益的参考和帮助。
锅炉原理课程设计
榆林学院题目锅炉课程设计学生姓名学号院 ( 系 ) 能源工程学院专业热能与动力工程指导教师胡广涛报告日期2015年06月 10日目录前言第一章锅炉课程设计任务书 (4)第二章煤的元素分析数据校核和煤种判别 (5)第三章燃料燃烧计算 (6)第四章锅炉热平衡计算 (8)第五章炉膛设计和热力计算 (9)第六章前屏过热器设计和热力计算 (13)第七章后屏过热器设计和热力计算 (17)第八章高温再热器设计和热力计算 (21)第九章第一悬吊管热力计算 (25)第十章高温对流过热器设计和热力计算 (27)第十一章第二悬吊管热力计算 (30)第十二章低温再热器垂直段设计和热力计算 (32)第十三章转向室热力计算 (36)第十四章低温再热器水平段设计和热力计算 (38)第十五章省煤器设计及热力计算 (41)第十六章分离器气温和前屏进口气温的校核 (44)第十七章空气预热器设计和热力计算 (45)第十八章锅炉整体热平衡校核 (52)第十九章热力计算结果的汇总 (53)前言《锅炉原理》是一门涉及基础理论面较广，而专业实践性较强的课程。
该课程的教学必须有相应的实践教学环节相配合，而课程设计就是让学生全面运用所学的锅炉原理知识设计一台锅炉，因此，它是《锅炉原理》课程理论联系实际的重要教学环节。
它对加强学生的能力培养起着重要的作用。
本设计说明书详细的记录了锅炉本体各受热面的结构特征和工作过程，内容包括锅炉受热面，锅炉炉膛的辐射传热及计算。
对流受热面的传热及计算，锅炉受热面的布置原理和热力计算，受热面外部工作过程，锅炉蒸汽参数的变化特性与调节空气动力计算等。
由于知识掌握程度有限以及三周的设计时间对于我们难免有些仓促，此次设计一定存在一些错误和遗漏。
第一章锅炉课程设计任务书1.1 引言锅炉课程设计是巩固我们理论知识和提高实践能力的重要环节。
它不仅使我们对锅炉原理课程的知识得以巩固、充实和提高掌握了锅炉机组的热力计算方法，学会使用锅炉机组热力计算标准方法，并具有综合考虑锅炉机组设计与布置的初步能力而且培养了我们查阅资料，合理选择和分析数据的能力，培养了我们严肃认真和负责的态度。
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1
K ' 以平壁代圆管
1 h 2
(a)当管壁两侧的放热系数相差很大时，以放热系数小的 侧面积作为计算传热面积。
(b)当两侧的放热系数相当时，以内、外壁的表面积的算 术平均值作为计算传热面积。
（6）理论上，1 为烟气对灰层外表面的放热系数，即应以1h
代替1 。
综合上述，传热系数可一般性地表示为
Q f f d 0lt1 t0
总放热量
Q Qd Q f d f d0lt1 tb1
1d0lt1 tb1
d0 —灰层外表面直径 t1 —烟气平均温度 tb1 —灰层外表层温度
Q 1 t1 tb1 d0l
1 2
—热有效系数
2．省煤器，真流锅炉的过渡区，蒸发受热面等，燃 用固体燃料，管束错列布置时
K 1
1 1
燃用固体燃料，管束顺列布置及燃用气体和液体燃料时
K 1
对于凝渣管和小型锅炉的锅炉管束，燃用固体燃料时，不
论布置型式如何，K 1
3． 半辐射式屏式过热器
K
1
1
错列布置时
d
CsCn
d
R P 0.6 0.33 er
Cs —节距修正系数
Cn —考虑沿气流方向管子排数以
及横向相对节距的修正系数
2. 顺列布置
d
CsCn
d
R P 0.65 0.33
Q
h h
tb1
tb2
d1l
Q
m m
tb2
tb3 d 2l
Q
g g
tb3
tb2 d3l
Q 2 tb2 t2 d 4l
说明各符号的意义，注意：d1, d2, d3, 为平均直径，整理得：
t1
t2
Q
d 0 l
1
1
h h
（1）K K ' 即理论上传热系数的数值与计算面积有关。于是传热
量的数值也计算面积有关。所以在传热计算时必须搞清二者的关系。
（2）由于一般锅炉的工质经过严格水处理及运行的煮炉情况，
水垢较少或无水垢，即 0 ，d3 d 4 dn （管内径）
（3）由于金属的导热系数较大，金属的热阻可忽略不计，即 m 0 。 m
1
1
Qf Qd
1
2
式中：
1
Qf Qd
—考虑屏式过热器吸收炉膛辐射热影响的系数
Q f —屏吸收炉膛的辐射热量
Qd —屏吸收屏间烟气的辐射和对流的热量
因为：屏的受热面按平壁计算，烟气侧的放热系 数
1
d
d
2s2 x p
（2）从壁面高温侧向低温侧的热量传递。
（3）从壁面低温侧向冷流体的热量传递。由 于有结垢，实际上是垢层由表面对冷流体的 放热。
即， 热烟气 对流辐射 外壁 导热 内壁对流 工质
烟气对灰层外表面的对流传热量 Qd dd0lt1 tb1
即牛顿冷却公式 我们知道，辐射传热量与两物体温度四次方之差成正比。为了方 便，把高温烟气对灰层外表面的辐射放热也写或牛顿冷却公式的 形式，即
d0 d3
1
2
d d
0 4
同样可得到按垢层内表面为计算基础的传热系数K '
K'
1
1
1
d d
4 0
h h
d4 d1
m m
d4 d2
g g
d d
4 3
1
2
分析与说明：
f
—屏的利用系数，s2—屏的管子纵向管节距，
xp—屏的辐射角系数
4．管式空预器
K 1 2 1 2
—利用系数
5．回转式空预器
K
C
11
xy1 xk 2
xy ， xk 烟气侧受热面，空气侧受热面各点总受热面积的份额
§4-3 对流放热系数
由传热学，受迫流动下
d0 d1
m m
d0 d2
g g
d0 d3
1
2
d0 d4
以灰层外表作为计算基础的圆管传热系数K为
1
K
1
1
h h
d0 d1
m m
d d
0 2
g g
Nu f Re, Pr
dd
f
wd v
, C p
对于锅炉对流受热面，影响的因素有物性，流
速，温度。管束中管子布置方式及结构特性，
受热的冲刷方式等。
放热系数的值多是在专门试验台上用试验方法 确定，用相似理论方法加以整理，得出各种实 用的计算公式。
一、横向冲刷管束时的对流放热系数
一、
除以B j 表示以每 kg 计算燃料为基础。
热平衡方程：
烟气侧
Qrp
I'
I ''
I
0 lf
工质侧
D i'' i'
Qrp
Bj
Qf
§4-2 传热过程和传热系数
传热过程：
三个串联环节
（1）从热流体（烟气）到壁面高温侧的热量 传递。由于积灰，管外壁上有灰层，实际上 是热流体向灰层外表面放热。
（4）管外壁虽有积灰，但一般灰层较薄，即 d0 d1 d （管外径）。
（5）计算表明，无论何种情况，采用平壁传热系数的计算公式来代
替上面的计算公式，即认为 d 1 ，所引起的计算误差不大。但是， dn
传热量的数值受计算传热面积的影响仍很大。实际中，任何情况可以
认为： K
1
1 h
K
1
1
h
1
1 h 2
尽管如此，实际中，上式直接由于确定传热系数仍有困难。 须由实验确定 K 的大小。
实用的传热系数计算式
1．对流式过热器
燃用固体燃料，管束错列布置时
K
1
1 1
1
2
—污染系数
燃用固体燃料，管束顺列布置，以及燃 用气体和液体燃料时
K 1
11
第四章 对流受热面的传热计算
§4-1 基本方程式
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。
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。为一复合传热过程。
（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 。