锅炉设备与原理chapter7工业锅炉受热面热力计算
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工业锅炉热力计算
工业锅炉热力计算提纲1、锅炉热力计算简介2、热力计算模型介绍3、软件的功能及特点4、软件的使用锅炉热力计算简介热力计算在锅炉设计、改造及经济性预测方面有着极为重要的作用，是锅炉设计中最重要、也是最复杂的技术环节。
热力计算一般需要完成每个受热面部分的迭代循环和锅炉整体的迭代循环。
受热面循环是为了达到应有的精度而进行的迭代计算，锅炉整体循环是当假设的排烟温度与实际计算温度相差较大时，在假设排烟温度调整后重新进行计算。
传统手工运算方式对设计人员经验要求很高，如果计算时对一些参数假设不合理，为达到计算要求就必须进行多次反复运算，造成运算量过大。
目前，锅炉热力计算通常都通过编制锅炉热力计算软件进行。
2锅炉热力计算简介锅炉热力计算具有通用性差，计算模型复杂，计算过程复杂等特点，现阶段各研究机构和锅炉厂家自行开发的热力计算软件都有一定的局限性：缺乏高度抽象和统一的热力计算模型；开发技术比较落后，扩展性不强；软件操作界面不够人性化；工业锅炉具有炉型更加多样化，受热面布置形式更加灵活等特点，开发一款具有一定通用性的工业锅炉热力计算软件就具有十分显著的社会效益和经济效益。
3锅炉热力计算简介热力计算简介热力计算分为设计计算和校核计算设计计算设计计算是设计新锅炉时常用的计算方法计算任务：在给定的给水温度和燃料特性的前提下确定保证达4锅炉热力计算简介热力计算简介校核计算校核计算是估计已有锅炉在非设计工况条件下的运行指标或者改造后锅炉热力性能计算计算任务：根据已有的锅炉各受热面结构参数及传热面积和热力系统形式在锅炉参数，燃料种类或局部受热面面积发生变化时，通过传热性能计算确定各个受热面交界处的水温、汽温、烟温及空气温度的值，确定锅炉的热效率和燃料消耗量等。
5锅炉热力计算简介设计计算和校核计算设计计算和校核计算依据相同的传热原理，区别仅在于计算任务和所求数据不同。
遵循的传热原理为：热平衡方程0Qh,bIIIl,a传热方程Qh,tKHt/Bcal6锅炉热力计算简介单个部件设计计算步骤：吸热量假定烟气温度指定受热工质温度温压传热系数传热面积7锅炉热力计算简介单个部件校核计算步骤工质的终温假定烟气的终温温压传热系数+否判断二者之差绝对值是否在合理范围受热面面积吸热量Qh,b是计算结束温度和吸热量以热平衡方程为准吸热量Qh,t8锅炉热力计算简介层燃炉炉膛热力计算方法：采用校核计算的方法，先确定炉膛几何结构参数，然后迭代求出炉膛的出口烟气温度；主要计算方程Qr0afurHrBcalT4av4Twal100q3q4q6QfurQinQaQfo100q49锅炉热力计算简介层燃炉炉膛热力计算TavTadiTfurn1n抛煤机炉取n=0.6,其它层燃炉取n=0.7TfurfurTadi1furkB0mafurp10锅炉热力计算简介燃尽室热力计算方法：采用校核计算的方法，先确定燃尽室几何结构参数，然后求出燃尽室出口烟气温度；主要计算方程0ab,cHr44QrBcalTavTwal0Qb,cIb,cl,aIb,cIb,cTavTb,cTcb,11锅炉热力计算简介燃油燃气锅炉炉胆热力计算方法：采用校核计算方法；主要计算方程CHrQrBcalTav4Twal4100100Tav0.9TadiTl12锅炉热力计算简介对流受热面热力计算锅炉中的对流受热面主要有锅炉管束、对流过热器、省煤器、空预器等，在这些受热面中，高温烟气主要以对流的方式进行放热。
锅炉热力计算课件
提高设备安全性和可靠性
通过热力计算，可以预测和评估锅炉在各种工况下 的性能表现和安全风险，及时发现和解决潜在问题 ，提高设备的安全性和可靠性。
锅炉热力计算的基本原理
能量守恒原理
能量守恒是热力计算的基本原理，即能量不能凭空产生也不能凭空消失，只能从一种形式 转化为另一种形式。在锅炉热力计算中，通过能量守恒原理可以建立各种能量平衡方程式 ，用于求解各种参数。
加强锅炉保温，减少热量散失 ，提高热效率。同时，定期维 护和检查锅炉及管道的保温层 ，确保其完好有效。
THANK YOU
感谢聆听
根据传热面积和锅炉结构，合理布置 各受热面。
根据传热面积，确定各受热面的结构尺寸
材料选择
根据受热面的工作温度、压力和腐蚀条件，选择合适的材料 。
结构尺寸设计
根据传热面积、材料属性和制造工艺，设计各受热面的结构 尺寸。
04
锅炉热力计算的实例分析
实例一：工业锅炉的热力计算
总结词
工业锅炉热力计算涉及燃料燃烧、热量传递和工质加热等过程， 需要综合考虑燃烧效率、热效率和经济性等因素。
详细描述
工业锅炉通常采用固体、液体或气体燃料，通过燃烧产生热量， 加热给水或蒸汽。热力计算的主要目的是确定锅炉各部分受热面 的传热面积、传热系数、热流量等参数，从而优化锅炉设计，提 高运行效率。
实例二：电站锅炉的热力计算
总结词
电站锅炉热力计算涉及高温、高压和高效率的工况，需要精确控制燃烧过程和蒸汽参数，以满足电网和汽轮机的 需求。
根据使用需求，确定锅炉的蒸汽量或供热量。
确定锅炉的热效率
热效率计算
根据锅炉的实际运行数据，采用合适 的公式计算热效率。
热效率标准
参考国家和行业标准，确定锅炉应达 到的热效率指标。
通过热力计算，可以预测和评估锅炉在各种工况下 的性能表现和安全风险，及时发现和解决潜在问题 ，提高设备的安全性和可靠性。
锅炉热力计算的基本原理
能量守恒原理
能量守恒是热力计算的基本原理，即能量不能凭空产生也不能凭空消失，只能从一种形式 转化为另一种形式。在锅炉热力计算中，通过能量守恒原理可以建立各种能量平衡方程式 ，用于求解各种参数。
加强锅炉保温，减少热量散失 ，提高热效率。同时，定期维 护和检查锅炉及管道的保温层 ，确保其完好有效。
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根据传热面积和锅炉结构，合理布置 各受热面。
根据传热面积，确定各受热面的结构尺寸
材料选择
根据受热面的工作温度、压力和腐蚀条件，选择合适的材料 。
结构尺寸设计
根据传热面积、材料属性和制造工艺，设计各受热面的结构 尺寸。
04
锅炉热力计算的实例分析
实例一：工业锅炉的热力计算
总结词
工业锅炉热力计算涉及燃料燃烧、热量传递和工质加热等过程， 需要综合考虑燃烧效率、热效率和经济性等因素。
详细描述
工业锅炉通常采用固体、液体或气体燃料，通过燃烧产生热量， 加热给水或蒸汽。热力计算的主要目的是确定锅炉各部分受热面 的传热面积、传热系数、热流量等参数，从而优化锅炉设计，提 高运行效率。
实例二：电站锅炉的热力计算
总结词
电站锅炉热力计算涉及高温、高压和高效率的工况，需要精确控制燃烧过程和蒸汽参数，以满足电网和汽轮机的 需求。
根据使用需求，确定锅炉的蒸汽量或供热量。
确定锅炉的热效率
热效率计算
根据锅炉的实际运行数据，采用合适 的公式计算热效率。
热效率标准
参考国家和行业标准，确定锅炉应达 到的热效率指标。
工业锅炉热力计算
工业锅炉热力计算
工业锅炉是现代工业生产中广泛使用的一种热能装置，通过燃烧燃料将化学能转化为热能，然后利用热能将介质加热至一定温度或产生蒸汽，用于生产或供热。
工业锅炉的热力计算主要包括热效率计算、燃料消耗量计算和烟气排放计算。
热效率是衡量锅炉能量转化效果的重要指标，表示锅炉每单位燃料所转化的热能。
热效率计算可以根据以下公式得出：
η=100×（Q1-Q2）/Q1
其中，η表示热效率，Q1表示锅炉所有燃料的热值，Q2表示烟气中未利用的热量。
燃料消耗量的计算可以通过锅炉的额定蒸发量和热效率来计算。
额定蒸发量是指锅炉在规定工况下所产生的蒸汽量。
燃料消耗量的计算公式如下：
G=S/LHV
其中，G表示燃料消耗量，S表示蒸汽量，LHV表示燃料的低位发热值。
烟气排放计算是指通过对锅炉燃烧过程中产生的烟气中的各种气体成分进行分析，并计算其排放浓度和排放量的过程。
烟气排放计算需要考虑锅炉燃烧过程中产生的二氧化碳、一氧化碳、硫化物等气体，并结合锅炉燃烧空气量、燃料成分等因素进行计算。
工业锅炉热力计算的目的是为了评估锅炉的热力性能以及燃烧效率，为提高锅炉的能效和环境保护提供依据。
在实际工程应用中，可以根据锅
炉的具体参数和运行情况进行热力计算，并结合能源管理的要求，优化锅炉运行参数，降低能耗和环境污染。
总之，工业锅炉热力计算是对锅炉热力性能参数进行计算和分析，推导出锅炉热效率、燃料消耗量和烟气排放等指标的方法和过程。
通过热力计算，可以评估锅炉的能效和环保性能，并为优化锅炉运行提供依据。
锅炉受热面传热及计算
在锅炉的炉膛中，研究的是烟气辐射。
烟气一般由
二原子气体（N2，O2，CO） 三原子气体（CO2，H2O，SO2） 以及悬浮固体粒子（炭黑、飞灰，焦碳粒子） 所组成。
氮和氧发射和吸收辐射热的能力很弱，可以 认为是透明的，一般情况下，烟气中CO的 浓度很低。因此，中烟气中具有辐射能力的 主要是三原子气体和悬浮的固体粒子。
锅炉受热面传热及计算
一、炉膛的传热计算
炉膛是现代锅炉最重要的部分，从炉膛传 热过程来看，进入炉子的燃料与空气混合 着火燃烧后生成的高温的火焰与烟气，通 过辐射把热量传递给四周水冷壁管，到达 炉膛出口处，烟气温度冷却到某一数值， 然后进入对流烟道。
1.特点 ①炉膛内的传热过程与燃料的燃烧过程同时进行，参与燃烧与传热过程 的各因素相互影响。例如，燃料种类不同燃烧过程不尽相同，形成的火 焰成分及温度场不同，炉膛的吸热量就会不同，即传热过程不同。反之， 传热过程不同就会导致温度场发生变化，影响燃烧及燃尽。 ②炉膛传热以辐射为主，对流所占比例很小。 原因： 炉膛内火焰温度较高，例如1000℃左右，而四周水冷壁管的温度较低， 例如≤400℃ 炉膛内烟气流速较低，因此，对流传热量占总换热量的份额很小，一般 ≤5%。
③火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈 对于一般的煤粉炉
原因： 火焰根部，燃料燃烧生成 的热量大于辐射传热量， 火焰温度升高。 火焰继续上升，可燃物逐 渐燃烬，燃烧生成的热量 小于辐射传热量，因而， 火焰温度下降。 于是，存在一点在该点火 焰温度最高，称该点火焰 中心。
④火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。 辐射换热量与整个炉膛的形状和尺寸等有 关。容积越大，炉内换热器量越多，炉膛 出口烟气温度越低。反之炉膛内换热量越 小，炉膛出口烟气温度越高。 ⑤运行因素影响炉内传热过程，例如，运 行过程中，污染发生，污染后的受热面表 面温度升高，导致炉膛换热量降低。
锅炉本体的热力计算
§7.2 对流受热面的传热计算
六、炉膛出口烟气温度
炉膛出口焰温的大小，决定着 锅炉辐射受热面及对流受热面吸热 量的比例关系，炉膛辐射受热面处 于烟气高温区段，辐射换热量与烟 温四次方成正比的，因此，辐射受 热面热负荷比对流受热面高得多； 这样，吸收同等热量时，辐射受热 面所需的受热面积及金属耗量就比 对流受热面少。
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 26
§7.2 对流受热面的传热计算
⑵
K ' 因为： K o
；
' 1 K ' Ko ' 则： 1 1 1 1 1 2 2
1
1
2
W / m 2 o C
① 锅炉管束、省煤器：因为 2 很大，所以 则 K ' 1 W / m 2 o C
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 8
§7.1 炉膛传热过程及计算
二、炉膛传热的基本方程式及炉膛黑度
传热计算简化模型:
（1）水冷壁分布均匀，并把整个炉 膛看作一个整体 （2）火焰和炉壁是物性均匀的灰体 （3）炉墙绝热
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 9
§7.1 炉膛传热过程及计算
1 1
1h
h 1 h 2
kw / m 2 o C
式中：
1h
与
h h
难以测定，在计算中一般以 、 '
、 来考虑灰污对管壁传热的影响。
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 23
§7.2 对流受热面的传热计算
1. 灰污系数ε ——表示灰污引起的传热热阻的增加。
锅炉与锅炉房设备7
§7.2 对流受热面的传热计算
第七章
1 1 K K K o ⑵ 因为： ； 则： 1 1 Ko 1 1 1 2 2
1
W / m 2 o C
① 锅炉管束、省煤器：因为 2 很大，所以 2
0
。则
②空气预热器一般可不考虑烟气的辐射影响
锅炉及锅炉房设备.ppt, 02/2010 Page 24
式中：k——火焰辐射减弱系数，即火焰中各介质成分的辐射减弱 系数代数和； 1
m Mpa
p——炉膛压力，(微负压锅炉： δ——有效辐射层厚度， 3.6 2．固体燃料燃烧时的火焰黑度：Vl 源自lp 0.1Mp a )
(m) 。
h 1 e
1）三原子气体辐射减弱系数：
Fl Fbz R
锅炉及锅炉房设备.ppt, 02/2010 Page 5
§7.1 炉膛传热过程及计算
第七章
3、 有效辐射受热面的面积：
H f Fi xi
炉内辐射换热计算中的系数：
1）辐射角系数：
Φ＝ 火焰投射到管壁的一次热量Q’/投射到炉墙上的热量Qhy 2）有效辐射角系数x。
火焰投射到管壁的总热量/火焰投射到炉墙的热量Qhy ；
(kJ/kg)
炉膛出口烟窗后的对流受热面，接受来自炉膛的辐射热Qf
二、对流传热系数K的计算
影响因素：烟气、积灰、管壁、结垢和工质，包括对流、辐射和传 导三种基本传热方式。
锅炉及锅炉房设备.ppt, 02/2010 Page 21
§7.2 对流受热面的传热计算
第七章
1 h 1 h b sg 1 kw / m 2 o C 1h h b sg sg 1h h 2 h 1 ' 式中： 与 难以测定，在计算中一般以ε 、 来 h 1h 考虑灰污对管壁传热的影响。 1
锅炉原理-第七章锅炉传热计算
第十章 锅炉传热计算
炉膛传热计算 ❖ 炉膛传热原理 ❖ 炉膛黑度计算 ❖ 炉膛受热面的辐 射特性 ❖ 炉膛传热计算方 法 ❖ 炉膛结构和热负 荷分布
对流受热面计算 ❖ 传热特点 ❖ 传热计算 ❖ 传热系数 ❖ 积灰污染对传热的 影响 ❖ 温压计算 ❖ 受热面布置和计算
炉膛传热原理
炉膛辐射传热特点
炉膛传热过程 ➢ 燃烧与传热—动态过程
炉膛热负荷分布
沿炉高某段的平均热负荷：qfi＝ηgqf kw/m2 炉膛各侧壁的平均热负荷：qfb＝ηbqf kw/m2 当炉膛出口为屏式受热面时，考虑屏间烟气向炉 膛的反辐射，炉膛出口截面的热负荷为：qfp＝βqfi kw/m2
对流受热面传热特点
对流受热面中同时存在对流和辐射传热，但对 流传热的份额大，故采用对流传热的计算公式， 在传热系数中同时计及辐射传热因素。
炉膛结构和热负荷分布
炉膛结构
➢ 燃料对炉膛尺寸的影响。 燃料不同炉膛尺寸由小到大依次为：天然气、油、
煤粉。 煤种不同：烟煤挥发分高，易于着火和燃烧，炉
膛尺寸相对小些； 褐煤水分多，烟气容积大，炉膛容积要求较大； 无烟煤挥发分少，着火和燃尽困难，除了燃烧器
采用稳焰措施，还要延长在炉膛的停留时间。
炉膛结构和热负荷分布
➢ 炉壁的表面温度为Tb，黑度为ab，面积为同侧炉 墙的面积
炉膛传热原理
炉膛辐射传热公式
物理、数学模型
➢ 通过以上假定，炉膛传热计算就简化为两个互 相平行的无限大平面间的辐射传热。根据斯蒂 芬—波尔兹曼定律，可得：
辐射传热方程式： BjQf asFb0 Th4y Tb4
系统黑度：
as
污染系数
ψ、x、ζ关系 ψ＝xζ （该式只在当水冷壁管的s/d〉1、水冷壁管表 面受到污染、管壁为非黑体时才成立。）
炉膛传热计算 ❖ 炉膛传热原理 ❖ 炉膛黑度计算 ❖ 炉膛受热面的辐 射特性 ❖ 炉膛传热计算方 法 ❖ 炉膛结构和热负 荷分布
对流受热面计算 ❖ 传热特点 ❖ 传热计算 ❖ 传热系数 ❖ 积灰污染对传热的 影响 ❖ 温压计算 ❖ 受热面布置和计算
炉膛传热原理
炉膛辐射传热特点
炉膛传热过程 ➢ 燃烧与传热—动态过程
炉膛热负荷分布
沿炉高某段的平均热负荷：qfi＝ηgqf kw/m2 炉膛各侧壁的平均热负荷：qfb＝ηbqf kw/m2 当炉膛出口为屏式受热面时，考虑屏间烟气向炉 膛的反辐射，炉膛出口截面的热负荷为：qfp＝βqfi kw/m2
对流受热面传热特点
对流受热面中同时存在对流和辐射传热，但对 流传热的份额大，故采用对流传热的计算公式， 在传热系数中同时计及辐射传热因素。
炉膛结构和热负荷分布
炉膛结构
➢ 燃料对炉膛尺寸的影响。 燃料不同炉膛尺寸由小到大依次为：天然气、油、
煤粉。 煤种不同：烟煤挥发分高，易于着火和燃烧，炉
膛尺寸相对小些； 褐煤水分多，烟气容积大，炉膛容积要求较大； 无烟煤挥发分少，着火和燃尽困难，除了燃烧器
采用稳焰措施，还要延长在炉膛的停留时间。
炉膛结构和热负荷分布
➢ 炉壁的表面温度为Tb，黑度为ab，面积为同侧炉 墙的面积
炉膛传热原理
炉膛辐射传热公式
物理、数学模型
➢ 通过以上假定，炉膛传热计算就简化为两个互 相平行的无限大平面间的辐射传热。根据斯蒂 芬—波尔兹曼定律，可得：
辐射传热方程式： BjQf asFb0 Th4y Tb4
系统黑度：
as
污染系数
ψ、x、ζ关系 ψ＝xζ （该式只在当水冷壁管的s/d〉1、水冷壁管表 面受到污染、管壁为非黑体时才成立。）
锅炉本体热力计算
qf
Bj 'Qf Hf
kW / m2
qV
B' Qne t,a r Vl
kW
/ m3 ；qR
B' Qne t,ar R
kW / m2 B’—每秒燃料消耗量，kg/s。
5
七、锅炉本体热力计算
6.2 对流传热面传热计算
6.2.1基本方程式
以燃烧1kg燃料为计算基础：
传热方程式： Qcr 热平衡方程式：
七、锅炉本体热力计算
7.1 锅炉传热过程及计算
7.1.1炉膛几何特性
炉膛容积Vl：由炉子火床表面至炉膛出口烟窗之间的容积。
炉膛周界面积Fl：包围炉膛容积的所有周界封闭面积的总和，包 含火床面积R、全部水冷壁面积、未有水冷壁的炉墙面积和出口 烟窗第一排水管中心线面积。
有效辐射受热面Hf ： 有效角系数x：火焰投射到管壁受热面的总热量与投射到炉壁
KHt Bj'
kJ / kg
烟气侧： Qrp (I'I"Ik0)
工质侧：
Qrp
D' (i"i' ) Bj' Qf
kJ / kg
kJ / kg
炉膛出口烟窗后的对流受热面，受到的炉膛辐射热：
Qf
'
ch
q f Fch Bj '
xgs
kJ / kg
6
七、锅炉本体热力计算
6.1.6炉膛换热计算
炉膛换热无因次方程式： Bo( 1 )＝ 4h "l4n
al m 1 l " 1 l "
波尔茨曼准则—Bo＝
B 0
锅炉设备与原理chapter7工业锅炉受热面热力计算
1.横向冲刷管束时的表面传热系数
(1)烟气横向冲刷顺列管束的表面传热系数 αd=CsCnCwαH(7-31) (2)烟气横向冲刷错列管束的表面传热系数 烟气冲 刷错列管束时,其表面传热系数的计算仍按式(7-31) 进行。此时,基准传热系数的基准条件为:温度 t=530°C,烟气成分=0.11、=0.13。
7.1.6
炉膛黑度al
对火床炉, 炉膛黑度可 按式(7-19)计算或查图 7-3
al= (7-19)
7.1.7
有效辐射受热面H与水冷壁角系数x
炉膛水冷壁管的有效辐射受热面可按下式计算 H=∑xiFli(7-21) x=
7.1.8
污染系数ζ与热有效系数ψ
燃烧各种燃料时,水冷壁壁面不可避免地要被 灰垢所污染,使得水冷壁的辐射吸热量减少。为 了反映灰垢对吸热量的影响,采用污染系数ζ来 表示水冷壁管被灰垢所污染的程度。 热有效系数ψ是指被灰垢所覆盖的水冷壁管 的吸热量占火焰总有效辐射的份额。按下式计 算 ψ=ζx(7-24)
7.1.4 烟气的平均比热容cp,j
1kg燃料燃烧产生的烟气的平均比热容按下式计算
cp,j= (7-9) 式中 hl″——炉膛烟气出口焓值,根据出口烟温查烟 气温焓表得到(kJ/kg); Ql——炉膛内有效放热量(kJ/kg)。
7.1.5 火焰黑度㊀ahy
炉膛内火焰黑度ahy的计算较为复杂,因为炉 膛火焰中具有辐射能力的介质是三原子气体、 灰粒、焦炭粒和炭黑粒子等,其成分和浓度沿着 火焰的行程而变化,并且随着燃料种类、燃烧方 法和燃烧工况而异。
炉膛中产生的高温烟 气流经对流受热面时主 要以对流的方式把热量 传递给受热面中的工质。 辐射传热系数按式(743)或式(7-44)或按线 算图7-10确定。 对含灰气流 αf=αHay(7-43) 对不含灰气 αf=αHayCy(7-44)
锅炉受热面传热及计算
Q
Bj
Ql
I
'' l
—保温系数， 1 q5 q5
B j —计算燃料消耗量 若烟气在Tll 和Tl" 温度之间的比热容量，
可以用某一平均值VCPj 表示，最后得到：
Q B jVC pj Tll Tl''
2．辐射换热方程式 ① 直接计算辐射换热量，Stephan-Boltzmann 把火焰和炉壁看成两个无限大的平行平面，则
Q axt Fl 0 Th4y Tb4
axt
—系统黑度 ,
axt
1
1 1 1
ahy ab
Thy , Tb 火焰炉壁的平均温度
F ahy , ab —火焰炉壁的黑度; l —炉壁面积
② 根据有效辐射计算换热量 如果火焰对炉壁的有效辐射为 q yx1 ，炉壁对火焰 的有效辐射为 q yx2 ，则单位面积上火焰和炉壁间的 换热量为 q yx1 q yx2 。该热量与火焰对炉壁的有效辐
③火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈 对于一般的煤粉炉
原因： 火焰根部，燃料燃烧生成 的热量大于辐射传热量， 火焰温度升高。 火焰继续上升，可燃物逐 渐燃烬，燃烧生成的热量 小于辐射传热量，因而， 火焰温度下降。 于是，存在一点在该点火 焰温度最高，称该点火焰 中心。
④火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。 辐射换热量与整个炉膛的形状和尺寸等有 关。容积越大，炉内换热器量越多，炉膛 出口烟气温度越低。反之炉膛内换热量越 小，炉膛出口烟气温度越高。 ⑤运行因素影响炉内传热过程，例如，运 行过程中，污染发生，污染后的受热面表 面温度升高，导致炉膛换热量降低。
二维模型：适用于轴对称的圆柱型炉膛。
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7.2 对流受热面热力计算
对流受热面是布置在锅炉烟道中,受高温烟气直 接冲刷并以对流方式传递热量的那一部分受热面。 对流受热面包括锅炉管束或烟管、过热器、省煤器 及空气预热器等。 对流受热面传热计算的任务是: 1)设计计算：根据要求传递的热量,确定需要多少受 热面。 2)校核计算：根据已布置的受热面,确定能传递多少 热量。
锅炉对流受热面的传热过程是:热烟气以辐 射及对流方式对管子外壁放热,管外壁向管内壁 导热以及管内壁对管内介质的对流传热。 传热系数K的综合式为 K= (7-28)
7.2.3 表面传热系数的计算
表面传热系数受诸多因素的影响, 如气流的速度和温度、定形尺寸、管 束中管子的布置方式、气流对管束的 冲刷方式、气流的物理特性等。它是 根据大量的实验研究,运用相似理论的 方法加以整理,得到在各种条件下应用 的计算式。
7.2.1 对流受热面传热基本方程
对流受热面传热基本方程包括传热方程和热平衡 方程。 传热方程为 Qcr= (7-25) 热平衡方程为: (1) 烟气放出的热量Qrp为 Qrp=φ(h'-h″+Δα )(7-26) (2)工质吸收热量 Qrp=(i″算
炉膛中产生的高温烟 气流经对流受热面时主 要以对流的方式把热量 传递给受热面中的工质。 辐射传热系数按式(743)或式(7-44)或按线 算图7-10确定。 对含灰气流 αf=αHay(7-43) 对不含灰气 αf=αHayCy(7-44)
7.2.5 平均温压的计算
在锅炉各对流受热面中,烟气和工质进行着热 量交换,沿烟气及工质的流程,它们各自的温度是 变化的,因此所谓温压是指烟气与工质在整个受 热面中的平均温差。顺流或逆流布置的受热面, 其温压可按对数温压计算 Δt= (7-49)
Qk按下式计算: 采用空气预热器时 Qk=(αl″-Δαl-Δαzf)+(Δαl+Δαzf)(7-7) 未采用空气预热器时Qk=αl″(7-8) 式中 —理论空气量在热空气温度时的焓(kJ/kg); —理论空气量在冷空气温度时的焓(kJ/kg); αl″—炉膛出口过量空气系数; Δαl、Δαzf—炉膛和制粉系统漏风系数。 以上各系数均可由从燃烧计算得到。
7.1.6
炉膛黑度al
对火床炉, 炉膛黑度可 按式(7-19)计算或查图 7-3
al= (7-19)
7.1.7
有效辐射受热面H与水冷壁角系数x
炉膛水冷壁管的有效辐射受热面可按下式计算 H=∑xiFli(7-21) x=
7.1.8
污染系数ζ与热有效系数ψ
燃烧各种燃料时,水冷壁壁面不可避免地要被 灰垢所污染,使得水冷壁的辐射吸热量减少。为 了反映灰垢对吸热量的影响,采用污染系数ζ来 表示水冷壁管被灰垢所污染的程度。 热有效系数ψ是指被灰垢所覆盖的水冷壁管 的吸热量占火焰总有效辐射的份额。按下式计 算 ψ=ζx(7-24)
7.1.4 烟气的平均比热容cp,j
1kg燃料燃烧产生的烟气的平均比热容按下式计算
cp,j= (7-9) 式中 hl″——炉膛烟气出口焓值,根据出口烟温查烟 气温焓表得到(kJ/kg); Ql——炉膛内有效放热量(kJ/kg)。
7.1.5 火焰黑度㊀ahy
炉膛内火焰黑度ahy的计算较为复杂,因为炉 膛火焰中具有辐射能力的介质是三原子气体、 灰粒、焦炭粒和炭黑粒子等,其成分和浓度沿着 火焰的行程而变化,并且随着燃料种类、燃烧方 法和燃烧工况而异。
第七章 工业锅炉受热面积热力计算 工业锅炉受热面热力计算是在燃 料燃烧计算和热平衡计算的基础上 进行的,是合理设计和布置工业锅炉 受热面的基础。
第七章 工业锅炉受热面积热力计算
7.1辐射受热面热力计算 7.2对流受热面热力计算
§7.1辐射受热面热力计算
辐射受热面是布置在锅炉炉膛内吸收辐射热的那 一部分受热面,主要是水冷壁受热面。
1.横向冲刷管束时的表面传热系数
(1)烟气横向冲刷顺列管束的表面传热系数 αd=CsCnCwαH(7-31) (2)烟气横向冲刷错列管束的表面传热系数 烟气冲 刷错列管束时,其表面传热系数的计算仍按式(7-31) 进行。此时,基准传热系数的基准条件为:温度 t=530°C,烟气成分=0.11、=0.13。
7.1.2 燃烧条件影响系数M
参数M考虑了燃烧条件对炉内传热计算的影响,其值 的确定应根据燃烧方式和燃料种类等因素来计算。 对火床炉M=0.59-0.5Xmax(7-5) 式中 Xmax——火焰最高温度点的相对高度,可按以下条件 取值: 火焰呈水平走向的炉膛,Xmax=0.3; 火焰呈垂直走向的炉膛,当采用薄煤层,Xmax=0; 固定或移动炉排上采用厚煤层时,Xmax=0.14。
2.纵向冲刷管束时的表面传热系数
锅炉受热面管内的汽水工质均为纵向冲刷,管 外烟气作纵向冲刷的受热面及部分受热面包括管式 空气预热器烟气侧、锅炉管束、省煤器等。其表面 传热系数按下式计算：
当烟气被冷却时αd=ClCwαH(7-32) 当空气被加时αd=ClCw'αH(7-33)
7.2.4 辐射传热系数的计算
复 习 题 1.简述受热面热力计算的目的。 2.简述炉膛出口烟气温度的取值范围及影响因素。 3.简述辐射受热面热力计算的原理和基本方程式。 4.简述辐射受热面热力计算中热有效系数ψ和污 染系数ζ的物理意义。 5.简述对流受热面热力计算的基本方程式。
炉膛传热计算基本公式为
Θl″= = (7-1) 式中 Θl″——无量纲炉膛出口烟气温度; Tl″——炉膛出口烟气温度(K); Tll——理论燃烧温度(K); Bo——玻尔兹曼特征数; al——炉膛黑度。
以上各式中 θl″—炉膛出口烟气温度(°C); M—考虑燃烧条件影响的参数; Fl—炉膛周界面积(m2); ψ—热有效系数; φ—保热系数,从热平衡计算得到; Bj—计算燃料消耗量(kg/h),从热平衡计算得到; σ0—黑体辐射常数, 其值为5.67×10-11kW/(m2· K4); cp,j—燃料的燃烧产物在0°C~θl″温度区间内的平均比 热容(kJ/(kg· K))。其他符号同上。
辐射受热面传热又称为炉膛传热,炉膛传热计算的任 务为: 1)设计计算：根据给定的或选定的炉膛出口烟气温 度,确定炉膛内需要布置多少辐射受热面。 2)校核计算：根据炉膛内布置的受热面的数量,确定 炉膛出口烟气温度。
7.1.1 炉膛传热计算基本公式
锅炉炉膛内的传热计算过程十分复杂,至今为止 尚未找到严格、精确的理论计算方法,目前工程上 炉内传热计算的方法仍然采用以简化的传热模型 与相似理论为基础,根据大量试验和运行数据进行 补充修正而得到的半经验或经验公式。
7.1.3 理论燃烧温度Tll
理论燃烧温度Tll是假定燃料燃烧时发出 的热量未向外界传递时,使烟气所能达到的最 高温度,与其相对应的理论烟气焓等于炉内有 效放热量Ql。因此,在求得炉内有效放热量后, 即可利用从燃烧计算得到的烟气温焓表查得 理论燃烧温度
炉膛有效放热量也称入炉热量,是1kg燃料燃烧时带 入炉膛的所有热量,按下式计算： Ql=Qr+Qk-Qwr(7-6) 式中 Qr—1kg燃料带入炉膛的热量(kJ/kg); Qk—1kg燃料燃烧所需空气带入炉膛的热量(kJ/kg); Qwr—外加热源加热空气的热量, 在有外加热源时计入 (kJ/kg);