第十一章 半辐射受热面的计算
循环流化床锅炉炉膛辐射传热系数的计算方法
本文摘自1995年《电站系统工程》第11卷第2期循环流化床锅炉炉膛内辐射换热计算方法探讨湖北省燃烧工程学会田正渠对比了两种循环流化床(CFB)锅炉炉膛内求取辐射换热系数的方法；计算表明：炉内稀相区辐射换热系数占总传热系数的65%左右。
下面只摘了第二种方法,也就是最简便的计算CFB锅炉炉膛内辐射换热系数方法。
床层有效黑度法俄学者勃洛东尼教授等提出，正确计算CFB炉内辐射换热系数的问题，可归结为求取流化床层的辐射有效黑度a*，然后按辐射热计算公式来求得辐射换热系数αt，即αt=a*(T∞2+T w2) (T∞+T w)式中：T∞为床层核心层温度，K；T w为炉内壁面温度，K。
对于流化床炉膛a*=σ/[(1/εw)＋( 1/εe)－1]；对于循环流化床炉膛a*=σ/[(1/εw)＋( 1/εb)－1]。
式中：σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数，σ= 5. 67×10-8，W/(m2·K4)。
εw——炉膛壁面黑度，在前苏联BTTI-9HIIH热力计算标准方法中(1973年)取其为常量，即εw = 0.75或0.8；εb——为床层等温黑度；εe——为床层有效黑度。
关于εb与εe关系式如下：εe/εb=A+(1－A)( T w/ T∞)^4；当( T w/T∞)≤1时，εb=εs^0.4。
其中εs为床层颗粒物料黑度(可据工作温度查有关手册)；A为反映床层等温性的参数，A=1－exp(－0. 16Ar^0.26 )，A r≥122这里Ar由床层温度T∞算出。
当Ar≥10^5，等温性参数A≈1，且εe≈εb，这时对应于充分掺混的等温床层。
对于快速循环流化床炉膛的稀相区，实为一空隙度很大的物料弥散系统，可允许使用εb=εs^0.31式作计算。
〔举例]援引文[1]中74页例题CFB炉在床温850℃及流化速度6米/秒下运行。
床砂粒200微米，膜式壁温360 ℃，在给出了一系列的物性和热工参数条件下，问求总传热系数。
热辐射计算讲解
I
dQ
dF1 cosd
E
dQ
dF1d
REVIEW
可得：
dQ dF1
I
cosd E d
根据辐射力定义，将上式在半球空间(ω=2π)积分，并代入 dω=sinθdθdφ，得：
E
dQ I
2
cosd I d 2 cos sind I
示。有效辐射可表示为：
J E RG Eb (1 A)G
（12-36）
有效辐射是单位时间内离开物体单位面积的总辐射能量，
也是用仪器可测量出来的物体实际辐射的能量。
由图 12-29 可知，该物体与外界的辐射换热通量可从两方面去研究。从物体
与外界的热平衡看：
q J G
从物体内部热平衡看：
面即小球的投影面积dF1 rc2 为定值，且始终与连线 r 垂直，故cos1 1 ，应用式（12-26）得：
12
1 F1
F1 dF1
F2
cos 2 2Rdl r 2
因 cos 2
R r
，r
(R2 l 2 ) ,代人上式后得：
12
rc2 4r 2
dF1dF2
根据角系数的定义，由表面 F1对表面 F2 的角系数为：
12
Q12 Q1
1
F1
cos1 cos 2
F2
r 2
Eb1 F1
dF1dF2
1
F1 F1
F2
cos1 cos 2 r 2
dF1dF2
（12-26）
同理可推导出：
12
1 F2
一个凹面和一个平面的情况。而其中任一面对 f 面的角系数也就是它对另一面
辐射传热的计算
Q Q Q Q Q Q Q 1 Q Q Q
1
机械工程
对于大多数的固体和液体： 0, 1
对于不含颗粒的气体：
0, 1
热辐射 : 由于物体内部微观粒子的热运动状态 改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射 出去的过程。电磁波落到物体上，一部分被物 体吸收，将电磁波的能量重新转换成内能。
机械工程
2、特点：
①不需要物体直接接触。可在真空中传递(最有效）
②有能量的转化。
–辐射：辐射体内热能→辐射能 –吸收：辐射能→受射体内热能
1
完整性
1
机械工程
4. 角系数的可加性 求解：组合面A（1+2）对面A3的辐射角系数。
分析
根据角系数的完整性：
X 3,(12) X 3,1 X 3, 2
A3
即是： A3 X 3,(12) A3 X 3,1 A3 X 3,2 又由角系数的相对性：
A3 X 3,(12) A(12) X (12),3
③只要T>0K,就有能量辐射。高温物体低温物体双向 辐射热能 ④物体的辐射能力与绝对温度的四次方成正比。 ⑤电磁波遵循c =νλ规律
机械工程
3、电磁波谱
由于起因不同，物体发出电磁波的波长也同。 热辐射的波长主要位于0.10~1000μm的范围内。 热射线：热辐射产生的电磁波
机械工程
• 热射线：
– 紫外线0.1~0.38μm 工业上一般物体(T<2000K) 热辐射的大部分能量的波长 位于0.76~20μm。 太阳辐射：0.1~20μm 约定：除特殊说明，以后论
11、辐射换热计算PPT课件
1
角系数Fij的定义： 离开表面i的辐射被表面j所拦截的份额
5
热电比拟
电路图
示意图
电势差 电阻 电流
热网络图
6
例1：
7
图(2-3) 两个表面空腔的辐射换热
8
9
例2：
10
12
图2-4 例题2的辐射网络示意图
11
12
13
14
15
？
37
38
同情形下，没有辐射遮热板时的热阻为：
39
由上式可以看出，有辐射遮热板的 热阻比无辐射遮热板的热阻大 (n+1) 倍。
40
若两种情况下，换热表面的温度相同， 则：
41
§2.3 辐射对温度测量的影响
42
当把温度计放在气流中测量温度时， 感受元件所指示的是温度取决于感受 元件上的总的能量平衡。 如图(2-9)所示:
部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
43
图(2-9) 温度计测温
44
45
从上式可知，温度计指示的温度并 非是气体的真实温度，而是温度计 进行对流和辐射换热的平衡温度。 因此会造成测量误差，有时误差甚 至会很大。
46
例4
图(2-4) 用热电偶测量气流温度的示意图 47
48
49
50
51
52
53
54
The End
55
16
图(2-5)
17
18
19
图2-6 矩形的角系数
20
21
22
23
24
§2.2 辐射遮热板(辐射屏)
减少两个特定的表面之间辐射换 热的方法之一是采用高反射率的 材料。
第十一章 传热过程
三、传热实例分析
3、省煤器传热分析 最大热阻在管外的灰垢层导热热阻
省煤器
三、传热实例分析
4、凝汽器传热分析
凝汽器传热总热阻 1 1 1 rk Rf K 1 2
增强凝汽器传热的措施：
污垢热阻
① 减小铜管内侧冷却水对流换热热阻1/α1；如提高流速等。 ② 减小污垢热阻Rf；如定期清洗等。
三、传热实例分析
1、锅炉水冷壁传热分析
传热特点：
烟气与灰垢层外表面的复
合换热热阻较大（主要热
阻），而管壁导热热阻及 管内沸腾换热热很小。 火焰温度高，而管壁温度 不高，它只比管内水温高 10～20 0C.
三、传热实例分析
2、汽缸壁传热分析
主要热阻在保温层； 缸壁本身导热热阻和缸内壁与蒸汽的换热热阻很小， 温差小，不必担心热变形。 但保温层损坏或脱落时，会产生热变形和热损失。
热过程；如过热器的传热，水冷壁的传热；冷油器中的换热， 特点：
① 传热过程有时存在三种基本传热方式； ② 一个传热过程至少由三个环节组成； ③ 传热过程中，放热和吸热同时进行。
电厂中换热设备传热过程
过热器传热过程
图 管壁
对流
烟 气
导热 辐射
对流
蒸 汽
烟 气
蒸 蒸 汽 汽
烟 气
对流 辐射 烟气
1
10 ～ 100 10 ～ 30 340 ～ 910 60 ～ 280 115 ?40 2000 ～ 6000 30 ～ 300
455 ～ 1140 2000 ～ 4250
455 ～ 1020
11-2 平壁和圆筒壁的传热
一、通过平壁的传热 1、单层平壁的传热 传热过程的三个环节
对流、辐射
辐射传热的计算
Q12
A(Eb1Eb2)A T14T24
1112 1
21
在两块平壁之间加一块大小一样、表面发射率相同的遮热板 （忽略导热热阻）
辐射换热量减少为原来的 1/2，即：
112
1 2
12
A 3X 3,1A 3X 3,2A 3
根据角系数的相对性有：
A1X1,2A2X2,1
A1X1,3A3X3,1 A2X2,3A3X3,2
三个非凹表面组成的封闭辐射系统
X1
2
A1
A2 A3 2A1
X1,3
A1
A3 A2 2A1
X2,3
A2
A3 A1 2A2
黑体间的辐射换热及角系数例题讲解：
[例] 试用代数法确定如图所示
的辐射和吸收是在整个气体容积中进行的，属 于体积辐射。
(4) 气体的反射率为零
气体辐射的特点1：
在工业上常见的温度范围内，单原子气体 及空气、H2、O2、N2等结构对称的双原 子气体，无发射和吸收辐射的能力可认为 是透明体。 CO2、H2O、SO2、CH4和CO等气体都具 有辐射的本领。
例：煤和天然气的燃烧产物中常有一定浓度的CO2和
例：大气中的臭氧层能保护人类免受紫外线的伤害
气体辐射的特点3:
热射线穿过气体层时，辐射能沿途被气体 分子吸收而逐渐减弱。其减弱程度取决于 沿途碰到的气体分子数目，碰到的分子数 目越多，被吸收的辐射能也越多。因此气 体的吸收能力αg与热射线经历的行程长 度L，气体分压力p和气体温度Tg等因素有 关。
9.5 辐射传热的控制（强化与削弱）
遮热板的应用:
在现代隔热保温技术中，遮热板的应用 比较广泛。例如：
西安交通大学锅炉原理复习思考题
<<锅炉及其工作原理>>复习思考题判断题 (对者划√, 错者划×)●炉膛中火焰的放热量等于布置在炉膛四周的受热面内工质的吸热量之和。
（）●锅炉的热力计算分为设计热力计算和校核热力计算. ( )●小容量“D”型锅炉的优点之一是容易实现炉排双侧进风（）●烟气仅由三原子气体、炭黑、焦炭粒子和飞灰粒子所组成. ( )●空气的热容量比烟气的热容量大. ( )●炉膛黑度是对应于火焰有效辐射的一个假想黑度. ( )●对锅炉炉膛辐射受热面， （）●锅炉对流受热面的传热系数与计算传热面积有关. ( )●干松灰的积聚量可以无限增长. ( )●酸露点温度就是指硫酸蒸汽凝结时的烟气温度. ( )●省煤器和空气预热器是任何锅炉都必不可少的部件. ( )●整台锅炉的校核计算较整台锅炉的设计计算更容易完成。
●炉膛黑度和系统黑度是一回事. ( )●其它条件相同时, 顺列布置时较错列布置时的对流放热系数大. ( )●烟气侧的汽温调节方式既可降低汽温也可升高汽温. ( )●化学反应能力强的煤种的火焰黑度大于化学反应能力弱的煤种的火焰黑度。
（）●其它条件相同时, 含灰气流时较不含灰气流时的辐射放热系数大. ( )●对流受热面的热量传递全部以对流方式完成（）●折算水分是指随同单位热量(每kJ)进入锅炉的水分. ( )●理论燃烧温度是指每公斤燃料在绝热条件下完全燃烧后烟气的温度. ( )●热空气温度越高越好（）●采用摆动式燃烧器调节过热蒸汽温度的方法既适用与燃煤锅炉也适用燃气锅炉（）●水冷壁涂有卫燃带时的污染系数较无卫燃带时的大（）●发电厂中的烟囱主要是为了增加锅炉的通风能力（）●对于自然通风的锅炉, 夏天时的通风能力大于冬天的通风能力. ( ) ●自生通风能力既可克服流动阻力也可阻滞流体的流动（）●煤粉炉的火焰辐射能离大于油气炉的火焰辐射能力。
（）●理论上锅炉的容量和它所产生的蒸汽的参数是相互独立的量。
锅炉原理课件11
第一节 半辐射受热面及其传热特点
一、半辐射受热面（书p.117 ） 二、半辐射受热面传热计算的特点：（书p.206 ）
1、辐射和对流传热所占的份额都比较大； 2、接受来自炉膛的辐射热，且有一部分透射到后面的受热面； 3、工质吸热量来源： 烟气放热 ＋ 来自前面辐射受热面和炉膛的辐射热； 4、烟气辐射热中，有一部分透射到后面的受热面； 5、烟气辐射成分中，焦炭的作用可忽略不计； 6、换热面积按平面的双面计算； 7、来自炉膛的辐射热，会降低受热面本身的烟气放热量。
0 T p p ,S
syn
4
kW/m2 （式11-14）
2、单位kg燃料的烟气，对屏后受热面的辐射热
Q , S p q p , S F ou B cal
kJ/kg
（式11-15）
第四节 半辐射受热面吸收的炉内直接辐射
炉膛出口边界
二、屏布置在炉膛出口烟窗时来自炉内的直接辐射 1、炉膛出口的辐射换热量 syn 4 kW/m2（式11-16,17） q f p , f J 1 p , f f 0 T f 1kg燃料：Q p
Q , f p q f F abc B cal
kJ/kg
（式11-18）
2、炉膛出口的辐射透过屏区的辐射热 p Q Q p 屏区烟气透明时： p kJ/kg p
p
（式11-19）
p ：屏区进口对出口的角系数。
3、屏区受热面得到的炉膛辐射热
Q
p
Q Q p p
p
2
1
有修正： syn 按式11-7计算。
p
2、辐射放热系数
（式11-11）
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半辐射受热面的计算
第一节 半辐射受热面及其传热特点
第二节 第三节 第四节 第五节
半辐射受热面传热系数的计算 屏空间透过屏区出口的穿透辐射 半辐射受热面吸收炉内直接辐射 半辐射受热面工质侧和烟气侧热平衡方程
2013-6-9
动本091-2
1
第一节 半辐射受热面及其传热特点
• 屏式过热器既以对流传热方式吸收烟气的热量，也以辐射传热方 式吸收炉膛的热量。屏区既有水冷壁受热面，又有炉顶过热器等 附加受热面，因此传热情况比较复杂。屏式过热器接受少量的炉 内直接辐射热，主要接受屏区空间烟气的辐射热和对流热。 • 半辐射受热面传热特点： 1. 除了吸收炉内直接辐射热外，还吸收屏间烟气的辐射热和对流热， 屏间空间辐射 2. 所占比例最大。 3. 工质（蒸汽）的温升是炉内直接辐射、屏间烟气的空间辐射热和 接触烟气的对流热共同作用的结果。 4. 烟气的焓降=该区域全部受热面（屏、屏区水冷壁、顶棚等附加 受热面）空间辐射+纯对流热+穿透到下一级受热面的辐射热。 5. 屏式受热面的计算受热面积为屏片最外圈管子的外轮廓线所围成 的平面面积 6. 屏空间辐射与接触烟气的纯对流热合并，按纯对流方式计算。
动本091-2 5
第五节 半辐射受热面工质侧和烟气侧热平衡方程
• 屏式过热器蒸汽从进口焓加热到出口焓所需的热量，是 由炉内直接辐射热和烟气流经屏式受热面的对流热（含 屏间烟气空间辐射热）两部分共同提供。 • 工质侧的热9; '' (i i ) Bcal
c r • 屏式过热器吸收的对流热： Qp D (i ' i '' ) Qp
• 屏空间穿透辐射热
'' Q p, s
'' q P Fou
Bcal
2013-6-9
动本091-2
4
第四节 半辐射受热面吸收炉内直接辐射
屏区受热面获取的直接辐射热
' p Q p Q 'p Q 'p Q 'p (1 p )
屏式过热器获得的炉内直接辐射
Qr p
2013-6-9
HP Qp HP
2013-6-9 动本091-2 2
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公式
K 1 (1
二、烟气放热系数
1
Qpf Q
d p
)(
1
2
)1
1 (
2013-6-9
d
2s2 x p
c r )
3
动本091-2
第三节 屏空间透过屏区出口的穿透辐射
Bcal
' • 烟气侧的热平衡方程： ( I ' I '' ) Q c Q c ,add Q 'p,s p p
2013-6-9
动本091-2
6