第九章 炉内辐射传热计算
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锅炉原理课件第九篇章炉内辐射传热计算(二)
背景
随着工业技术的发展，锅炉在能源转换和利用中的地位日益 重要。炉内辐射传热作为锅炉效率的关键因素，对其进行精 确计算对于优化锅炉性能、提高能源利用效率和减少环境污 染具有重要意义。
重要性
理论基础
炉内辐射传热计算是锅炉设计和运行的理论基础，对于理解锅炉内部热力过程、 优化燃料燃烧和热能转换具有关键作用。
详细描述
燃烧效率问题通常与燃料质量、燃烧器设计、炉膛温度控制等因素有关。解决方案包括选用优质燃料 、改进燃烧器设计、优化炉膛温度控制等措施，以提高燃烧效率，减少能源浪费和污染物排放。
烟气温度控制问题
总结词
烟气温度过高或过低会影响锅炉效率和安全性，需要进行合理控制。
详细描述
烟气温度控制问题可能是由于锅炉负荷变化、燃料变化或燃烧工况不佳等原因引起的。解决方案包括根据锅炉负 荷和燃料变化调整燃烧工况、采用烟气温度控制系统等措施，以保持烟气温度在合理范围内，提高锅炉效率和安 全性。
锅炉原理课件第九篇章 炉内辐射传热计算(二)
目录 CONTENT
• 引言 • 炉内辐射传热基础 • 炉内辐射传热计算方法 • 实际应用中的问题与解决方案 • 未来研究方向与展望
01
引言
目的和背景
目的
炉内辐射传热计算是锅炉原理中的重要部分，本篇章旨在深 入探讨这一主题，为读者提供全面的理解和应用基础。
总结词
智能化控制系统的应用可以提高锅炉的运行 效率和安全性。
详细描述
随着人工智能和物联网技术的发展，智能化 控制系统在锅炉中的应用成为可能。通过智 能化控制系统，可以实现锅炉的自动化控制 、实时监测和预警等功能，从而提高锅炉的 运行效率和安全性。同时，智能化控制系统 还可以帮助企业实现能源管理和节能减排，
随着工业技术的发展，锅炉在能源转换和利用中的地位日益 重要。炉内辐射传热作为锅炉效率的关键因素，对其进行精 确计算对于优化锅炉性能、提高能源利用效率和减少环境污 染具有重要意义。
重要性
理论基础
炉内辐射传热计算是锅炉设计和运行的理论基础，对于理解锅炉内部热力过程、 优化燃料燃烧和热能转换具有关键作用。
详细描述
燃烧效率问题通常与燃料质量、燃烧器设计、炉膛温度控制等因素有关。解决方案包括选用优质燃料 、改进燃烧器设计、优化炉膛温度控制等措施，以提高燃烧效率，减少能源浪费和污染物排放。
烟气温度控制问题
总结词
烟气温度过高或过低会影响锅炉效率和安全性，需要进行合理控制。
详细描述
烟气温度控制问题可能是由于锅炉负荷变化、燃料变化或燃烧工况不佳等原因引起的。解决方案包括根据锅炉负 荷和燃料变化调整燃烧工况、采用烟气温度控制系统等措施，以保持烟气温度在合理范围内，提高锅炉效率和安 全性。
锅炉原理课件第九篇章 炉内辐射传热计算(二)
目录 CONTENT
• 引言 • 炉内辐射传热基础 • 炉内辐射传热计算方法 • 实际应用中的问题与解决方案 • 未来研究方向与展望
01
引言
目的和背景
目的
炉内辐射传热计算是锅炉原理中的重要部分，本篇章旨在深 入探讨这一主题，为读者提供全面的理解和应用基础。
总结词
智能化控制系统的应用可以提高锅炉的运行 效率和安全性。
详细描述
随着人工智能和物联网技术的发展，智能化 控制系统在锅炉中的应用成为可能。通过智 能化控制系统，可以实现锅炉的自动化控制 、实时监测和预警等功能，从而提高锅炉的 运行效率和安全性。同时，智能化控制系统 还可以帮助企业实现能源管理和节能减排，
辐射传热的计算
基本定律 ：1. 普朗克定律
2. 斯狄芬-玻耳兹曼定律（维恩位移定律）
3. 兰贝特定律
4.基尔霍夫定律
基本原理： 1.辐射换热的分析与计算（四大部分）
2.遮热板原理的分析与计算
5.67 (1T010
)4
( T2 100
1 1 1
)
4
B(T14
T24 )
1 2
1 2
有板3时，对稳态有： q1,2’=q1,3=q3,2；其中q1,3=B(T14-T34)
图11 遮热板
q3,2=B(T34-T24);而q1,3+q3,2=B(T14-T34)+B(T34-T24)=B(T14-T24)= q1,2
这些都是用减少发射率(吸收比)的方法来削弱换热的例子。
在实际工程应用中，多采用遮热板来减少辐射换热的方法。
所谓遮热板，是指插入两个辐射换热表面之间以削弱辐射 换热的薄板。
如图11所示
假设 1 2 3 只考虑单位面积
无板3时，
q1,2
(Eb1 Eb2 ) 1 1 1
A11 A1 X1,2 A2 2
2. 三灰表面间的辐射换热
应用电学中的基尔霍夫定律， 可列出节点的热流方程：
J1 :
Eb1 J1
1 1
J2
1
J1
J3
1
J1
0
1 A1
A1 X1,2 A1 X1,3
J2 :
Eb2 J 2
12
J1 J2 1
J3 J2 1
0
辐射能的百分数随之而异，从而
影响到换热量。
2. 斯狄芬-玻耳兹曼定律（维恩位移定律）
3. 兰贝特定律
4.基尔霍夫定律
基本原理： 1.辐射换热的分析与计算（四大部分）
2.遮热板原理的分析与计算
5.67 (1T010
)4
( T2 100
1 1 1
)
4
B(T14
T24 )
1 2
1 2
有板3时，对稳态有： q1,2’=q1,3=q3,2；其中q1,3=B(T14-T34)
图11 遮热板
q3,2=B(T34-T24);而q1,3+q3,2=B(T14-T34)+B(T34-T24)=B(T14-T24)= q1,2
这些都是用减少发射率(吸收比)的方法来削弱换热的例子。
在实际工程应用中，多采用遮热板来减少辐射换热的方法。
所谓遮热板，是指插入两个辐射换热表面之间以削弱辐射 换热的薄板。
如图11所示
假设 1 2 3 只考虑单位面积
无板3时，
q1,2
(Eb1 Eb2 ) 1 1 1
A11 A1 X1,2 A2 2
2. 三灰表面间的辐射换热
应用电学中的基尔霍夫定律， 可列出节点的热流方程：
J1 :
Eb1 J1
1 1
J2
1
J1
J3
1
J1
0
1 A1
A1 X1,2 A1 X1,3
J2 :
Eb2 J 2
12
J1 J2 1
J3 J2 1
0
辐射能的百分数随之而异，从而
影响到换热量。
传热学-第9章-辐射传热的计算
A2
cos1 cos2 r 2
dA1dA2
X 2,1
1 A2
A1
A2
cos1 cos2 r 2
dA1dA2
则有： A1 X1,2 A2 X 2,1
2
平面1
2
凸面1
3. 角系数的完整性
封闭空腔中： A2 两表面组成封闭空腔：
X1,1 X1,2 1
A1
多表面组成封闭空腔：
Eb 2
1 2
A11 A1 X1,2 A2 2
或：
1,2
(1
A1(Eb1 Eb2 ) 1) 1 A1 (
1
1)
1
X1,2 A2 2
1,2 s A1(Eb1 Eb2 )
系统黑度
两漫灰表面间的辐射换热网络图
Φ 1，2
Eb1
1 1 J1 1
J2 1 2
解：作辅助面A3（非自见面）：
A2
A3
则： X1,2 X1,3 , X 2,1 X 2,3
A1
由角系数的相对性： A1 X1,3 A3 X 3,1
得： X1,3
A3 A1
X 3,1
A3 A1
X1,2
X 1,1
1
X 1, 2
1
A3 A1
同理：X 2,3
A3 A2
X 3,2
A11
A1 X1,2
A2 2
节点J3：
Eb3 J 3
13
J1 J3 1
J2
J3 1
0
A3 3
A1 X1,3 A2 X 2,3
3. 求解代数方程组，计算各表面的有效辐射。
第九章 炉内辐射传热计算PPT课件
kW /m2
(91)4
– T1、1火焰平均温度和火焰黑度； – T2、2水冷壁表面温度和黑度。
–
其中
1 1 1 1 2
为系统黑度。
中国 • 南京
能源与环境学院
Energy & Environment
12
两平行平面之间的辐射传热
中国 • 南京
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），两物 体之间的辐射热交换热流
度表示
1T T t1h,
fT Ttfh
(93)6
– 同时存在着对流传热。
能源与环境学院
Energy & Environment
6
第一三节 炉内辐射传热的特点和计算原理
中国 • 南京
二、炉内传热计算的简化和假设
– 把火焰当作灰体；假设火焰黑度是均匀的； – 将燃烧和辐射两个过程分开：
• 只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所 能达到的温度，称为理论燃烧温度；
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体
Eb0T4 kW /m 2 E0 T4Eb kW /m 2
(91)
– T、温度和黑度；
能源与环境学院
Energy & Environment
9
两平行平面之间的辐射传热
中国 • 南京
二、炉内辐射介质（火焰）的吸收率和黑度
辐射传热量）
Q Rq B R cF a,l kJ /kg
(93)1
– F炉内水冷壁的吸收表面积，m2；
– Bcal锅炉的计算燃料消耗量，kg/s；
qRs1 0(yTn1 412T2 41 ),
《传热学》第9章-辐射换热的计算
有效辐射： 单位时间内离开单位面积表面的总辐射能, 用符号J表示。
J = E + ρG = εEb + (1 − α )G
漫灰表面之间的辐射换热
单位面积的辐射换热量=？
应该等于有效辐射与投入辐射之差
Φ= A
也等于自身辐射力与吸收的投入辐射能之差
J− Φ A
G = εEb
α =ε
− αG
Φ
=
Aε 1−ε
X
1,
2
1 ε1
− 1
+1+
X
2.1
1 ε2
− 1
= ε s A1 X1,2 (Eb1 − Eb2 )
εs
=
X
1,
2
1 ε1
−1 + 1 +
X
2.1
1 ε2
− 1 −1
系统黑度
6
两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热
两块平行壁面构成的封闭空腔
角系数的曲线图
（a）平行的等面积矩形
（c）垂直的两个矩形
2 角系数的性质
(1) 相对性 (2) 完整性
A1 X 1,2 = A2 X 2,1
－互换性
封闭空腔的所有表面的角系数之和等于1
n
∑ X i , j = X i ,1 + X i ,2 +L+ X i ,i +L + X i ,n = 1
j =1
黑体辐射
Lb
=
Eb π
角系数的定义式
∫ ∫ Φ1→2 =
A1
A2
Eb1
cosθ1 cosθ 2 πr 2
J = E + ρG = εEb + (1 − α )G
漫灰表面之间的辐射换热
单位面积的辐射换热量=？
应该等于有效辐射与投入辐射之差
Φ= A
也等于自身辐射力与吸收的投入辐射能之差
J− Φ A
G = εEb
α =ε
− αG
Φ
=
Aε 1−ε
X
1,
2
1 ε1
− 1
+1+
X
2.1
1 ε2
− 1
= ε s A1 X1,2 (Eb1 − Eb2 )
εs
=
X
1,
2
1 ε1
−1 + 1 +
X
2.1
1 ε2
− 1 −1
系统黑度
6
两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热
两块平行壁面构成的封闭空腔
角系数的曲线图
（a）平行的等面积矩形
（c）垂直的两个矩形
2 角系数的性质
(1) 相对性 (2) 完整性
A1 X 1,2 = A2 X 2,1
－互换性
封闭空腔的所有表面的角系数之和等于1
n
∑ X i , j = X i ,1 + X i ,2 +L+ X i ,i +L + X i ,n = 1
j =1
黑体辐射
Lb
=
Eb π
角系数的定义式
∫ ∫ Φ1→2 =
A1
A2
Eb1
cosθ1 cosθ 2 πr 2
传热学 第九章 辐射换热的计算
灰体——多次反射、吸收
9-2 两表面之间的辐射换热过程
1. 黑体表面之间的辐射换热
任意位置的两个黑体表面1、2，从表面1发出并直接投射
到表面2上的辐射能为
1 2 A1 X 1,2 E b1
从表面2发出并直接投射到表面1上的辐射能为
21 A2 X 2 ,1 E b 2
两个表面之间的直接辐射换热量为
X 1,2 X 2 ,1 1
A2 a
A1
9-1 角系数
4. 角系数的计算方法
(2) 代数法
由三个垂直于纸面方向无限长的非凹表面构成的封闭空腔,
三个表面的面积分别为A1、A2、A3 。
X i ,i 0
根据角系数的完整性
角系数的相对性
A1 X 1, 2 A1 X 1, 3 A1
A1 X 1,2 A2 X 2 ,1
Eb1 cos 1 cos 2 dA1dA2
1d 1
dd11
2
2 Lb1 dA1 cos
2
r
Eb1
dA2 cos 2
Lb1
d1
r2
9-1 角系数
2. 角系数的定义式
12
cos 1 cos 2
cos 1 cos 2
dA1dA2
E b1
dA1dA2 E b1
2
2
A1 A2
A1 A2
r
r
表面1对表面2的角系数为
X 1,2
12
A1 Eb1
1
A1
cos 1 cos 2
A1 A2 r 2 dA1dA2
1
A2
cos 1 cos 2
9-2 两表面之间的辐射换热过程
1. 黑体表面之间的辐射换热
任意位置的两个黑体表面1、2，从表面1发出并直接投射
到表面2上的辐射能为
1 2 A1 X 1,2 E b1
从表面2发出并直接投射到表面1上的辐射能为
21 A2 X 2 ,1 E b 2
两个表面之间的直接辐射换热量为
X 1,2 X 2 ,1 1
A2 a
A1
9-1 角系数
4. 角系数的计算方法
(2) 代数法
由三个垂直于纸面方向无限长的非凹表面构成的封闭空腔,
三个表面的面积分别为A1、A2、A3 。
X i ,i 0
根据角系数的完整性
角系数的相对性
A1 X 1, 2 A1 X 1, 3 A1
A1 X 1,2 A2 X 2 ,1
Eb1 cos 1 cos 2 dA1dA2
1d 1
dd11
2
2 Lb1 dA1 cos
2
r
Eb1
dA2 cos 2
Lb1
d1
r2
9-1 角系数
2. 角系数的定义式
12
cos 1 cos 2
cos 1 cos 2
dA1dA2
E b1
dA1dA2 E b1
2
2
A1 A2
A1 A2
r
r
表面1对表面2的角系数为
X 1,2
12
A1 Eb1
1
A1
cos 1 cos 2
A1 A2 r 2 dA1dA2
1
A2
cos 1 cos 2
第九章 辐射传热的计算
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
18
传热学
油气储运工程09级
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
19
传热学
油气储运工程09级
2、代数分析法
1、角系数的相对性
• 一个微元表面到另一个微元表面的角系数
X
dA1 , dA2
由dA1发出的落到dA2上的辐射能 Ib1 dA1 cos1 d 由dA1发出的辐射能 Eb1 dA1
E b1 I b1
Eb1 : 辐射力 I b1：定向辐射强度
dA2 cos 1 cos 2 X dA1 ,dA2 2 r
异，从而影响到换热量。
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
3
传热学
油气储运工程09级
一. 角系数的定义 角系数是进行辐射换热计算时空间热阻的 主要组成部分。 定义：把表面1发出的辐射能中落到表面2 上的百分数称为表面1对表面2的角系数， 记为X1,2。
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
2
传热学
油气储运工程09级
a图中两表面无限接近，相互间的换热量
最大；b图中两表面位于同一平面上，相互
间的辐射换热量为零。由图可以看出，两个
表面间的相对位置不同时，一个表面发出而
落到另一个表面上的辐射能的百分数随之而
18
传热学
油气储运工程09级
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
19
传热学
油气储运工程09级
2、代数分析法
1、角系数的相对性
• 一个微元表面到另一个微元表面的角系数
X
dA1 , dA2
由dA1发出的落到dA2上的辐射能 Ib1 dA1 cos1 d 由dA1发出的辐射能 Eb1 dA1
E b1 I b1
Eb1 : 辐射力 I b1：定向辐射强度
dA2 cos 1 cos 2 X dA1 ,dA2 2 r
异，从而影响到换热量。
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
3
传热学
油气储运工程09级
一. 角系数的定义 角系数是进行辐射换热计算时空间热阻的 主要组成部分。 定义：把表面1发出的辐射能中落到表面2 上的百分数称为表面1对表面2的角系数， 记为X1,2。
油气储运工程--- Oil & gas storage and transportation engineering
2
传热学
油气储运工程09级
a图中两表面无限接近，相互间的换热量
最大；b图中两表面位于同一平面上，相互
间的辐射换热量为零。由图可以看出，两个
表面间的相对位置不同时，一个表面发出而
落到另一个表面上的辐射能的百分数随之而
第九章 炉内辐射换热计算
2013-6-9 动本091-2 5
第四节
煤粉炉内传热计算方法
qR
一、炉内辐射传热公式 • 考虑介质吸收、自身辐 射和散射作用时，假想 火焰平面与水冷壁之间 的辐射换热公式
0T1 T
4
4 0 2
1 4
kR
1
1
1
2
1
qR
T T
4 0 1
4 0 2
1
syn
第九章 炉内辐射换热计算
第一节 第二节 第四节 辐射传热基本概念 炉膛换热计算方法 煤粉炉内传热计算方法
2013-6-9
动本091-2
1
第一节
一、物体的辐射
辐射传热基本概念
•物体的自身辐射
Eb 0 T
4
E 0T 4
2013-6-9 动本091-2 2
二、介质的吸收率和黑度 1.辐射介质：煤粉燃烧空间除了高温烟气中的三原子气体参与 辐射换热外，弥散在空间的悬浮粒子，飞灰和燃烧初期产生 的焦炭或炭黑固体粒子，它们构成了炉内火焰的“辐射介 质”。 焦炭：从其表面发射能量，基本集中在燃烧器区域，焦炭颗粒 的辐射力占火焰总辐射力的25%-30%。 灰分：充满整个炉膛，辐射力占火焰总辐射力的40%-50%。 2.吸收率和黑度：由于辐射介质具有吸收、发射和散射性质， 当辐射能穿过辐射介质进行传递时，辐射强度因吸收而降低。 吸收率：辐射强度的降低值与原始辐射强度的比值 黑度：根据克希霍夫定律，等温条件下介质的黑度等于吸收率。
2013-6-9 动本091-2
1
2
1
6
二、火焰平均温度 • 炉膛火焰的平均温度指整个炉膛的平均值。 三、理论燃烧温度 • 理论燃烧温度即绝热燃烧温度，燃料带入炉膛的 热量全部用来加热烟气时所能达到的温度。 • 求出1kg燃料在炉膛的有效放热量，对应的温度就 是理论燃烧温度。 四、吸收减弱系数和火焰黑度 • 由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。 五、水冷壁灰污壁温和黑度 • 考虑灰垢层的影响，得到灰污表面的黑度。
第四节
煤粉炉内传热计算方法
qR
一、炉内辐射传热公式 • 考虑介质吸收、自身辐 射和散射作用时，假想 火焰平面与水冷壁之间 的辐射换热公式
0T1 T
4
4 0 2
1 4
kR
1
1
1
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qR
T T
4 0 1
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syn
第九章 炉内辐射换热计算
第一节 第二节 第四节 辐射传热基本概念 炉膛换热计算方法 煤粉炉内传热计算方法
2013-6-9
动本091-2
1
第一节
一、物体的辐射
辐射传热基本概念
•物体的自身辐射
Eb 0 T
4
E 0T 4
2013-6-9 动本091-2 2
二、介质的吸收率和黑度 1.辐射介质：煤粉燃烧空间除了高温烟气中的三原子气体参与 辐射换热外，弥散在空间的悬浮粒子，飞灰和燃烧初期产生 的焦炭或炭黑固体粒子，它们构成了炉内火焰的“辐射介 质”。 焦炭：从其表面发射能量，基本集中在燃烧器区域，焦炭颗粒 的辐射力占火焰总辐射力的25%-30%。 灰分：充满整个炉膛，辐射力占火焰总辐射力的40%-50%。 2.吸收率和黑度：由于辐射介质具有吸收、发射和散射性质， 当辐射能穿过辐射介质进行传递时，辐射强度因吸收而降低。 吸收率：辐射强度的降低值与原始辐射强度的比值 黑度：根据克希霍夫定律，等温条件下介质的黑度等于吸收率。
2013-6-9 动本091-2
1
2
1
6
二、火焰平均温度 • 炉膛火焰的平均温度指整个炉膛的平均值。 三、理论燃烧温度 • 理论燃烧温度即绝热燃烧温度，燃料带入炉膛的 热量全部用来加热烟气时所能达到的温度。 • 求出1kg燃料在炉膛的有效放热量，对应的温度就 是理论燃烧温度。 四、吸收减弱系数和火焰黑度 • 由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。 五、水冷壁灰污壁温和黑度 • 考虑灰垢层的影响，得到灰污表面的黑度。
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VC av Q ef I f f Tth T f Tth
17
Q ef VC avTth f
能源与环境学院 Energy & Environment
Q ef f VC av
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 四、吸收减弱系数与火焰黑度
中国 南京
计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰 黑度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常 压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为
• 三原子气体：CO2和H2O • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒 计算火焰黑度或吸收率时，其减弱系数ka或光学密度τ由三原子气体、灰 分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。
四、入射辐射和有效辐射 – 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。 – 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
（书p.169）
两平行平面之间的辐射传热 一、物体的辐射
中国 南京
物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。 对于黑体和灰体
Eb 0T 4 kW / m 2 kW / m 2 (9 1) E 0T 4 Eb
– T、 温度和黑度；
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a 1 e k S 1 e ka S
a
(9 5)
能源与环境学院 Energy & Environment
9
两平行平面之间的辐射传热
中国 南京
三、炉内火焰黑度1 炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成：
热能动力工程,2009,24(3):355-361
能源与环境学院 Energy & Environment
12
两平行平面之间的辐射传热
中国 南京
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节）， • 两物体之间的辐射热交换热流
qR
0 (T14 T24 )
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中国 南京
• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），
J
J0 J1=JR J0 Jm J1=JR JR J2 J2 J2 J0
0
(a)
x=R
x
0
x1=R/2 (b)
x2=R
0
x1=R/2 (c)
x2=R
图1 火焰有效辐射J1沿径向变化或不变时的辐射热交换 (a) J1=Jm=J0= JR ； (b) J1= JR，Jm> J1 ；(c) J1=Jm ， JR <J1
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 一、炉内辐射传热公式
中国 南京
• 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（1kg计算燃料计的 炉内辐射传热量）
qR F QR , Bcal kJ / kg (9 31)
– F炉内水冷壁的吸热表面积, m2；Bcal锅炉的计算燃料量, kg/s；
qR
0 (T14 T24 )
,
kW / m 2
(9 30)
– k总辐射减弱系数，k=(1.251.30)ka，近似取k=1.28ka ； – R炉膛的当量半径；
qR
0 (T14 T24 )
0.32ka R 1
1 2
1
, 1
13
kW / m2
(9 32)
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中国 南京
考虑水冷壁管子外表面的灰污，与炉内火焰辐射热交换的壁面温度T2
T2 Tw R f qR
K
(9 50)
Tw－管子外表平均壁温，可取管内工质平均温度； Rf－水冷壁灰垢层热阻，污染系数或灰污系数。 水冷壁灰污表面黑度2在0.75-0.85之间，一般取0.8。
可以通过灰污表面温度T2和黑度2，利用式（9-34）计算辐射传热量。也可 以采用经验方法简化计算。
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第五节 炉内辐射传热计算的热有效系数法 一、热有效系数和炉膛黑度
中国 南京
为了避免求解水冷壁灰污表面温度T2及灰污表面黑度2的复杂 性，经验性地采用热有效系数法计算炉内辐射传热量。
定义： ψ（热有效系数）： 换热量qR占火焰有效辐射J1的份额。
炉膛火焰最高温度的相对位置： （燃烧器布置的相对高度）
i
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燃烧器布置高度： hB （加权平均值）
n B h
i 1
i Bi
n B
i 1
i
i
16
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 三、理论燃烧温度Tth
中国 南京
理论燃烧温度是在绝热条件下燃料燃烧所产生的热量可将燃烧产物加热达 到的温度。1kg计算燃料的炉内有效热（包括燃料的有效放热和随空气 带入的热量） 100 q3 q4 q6 ef Qf Qf Qa 100 q4
kJ / kg (9 40) kJ / kg (9 41)
0 0 Qa ( f f pcs ) I ha ( f pcs ) I ca
引入烟气平均热容的概念计算理论燃烧温度：炉内烟气在理论燃烧温度至 炉膛出口温度区间内的平均热容。 I V (c ), Q ef I f VC av (Tth T f ) f
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二、炉内传热计算的简化和假设
1）只考虑辐射传热，把火焰当作灰体 2）炉内各参数均匀一致（零维模型 ）；（书p.161） 3）以两平行平面之间的辐射换热计算； （书p.162）
4）将燃烧和辐射两个过程分开考虑
5）以炉膛出口烟温Tf”为定性温度。
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8
两平行平面之间的辐射传热 二、介质的吸收率和黑度
根据朗伯-比尔定律，介质的吸收率
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a 1 eka S 1 e
(9 4)
ka—炉内辐射介质的吸收减弱系数，m-1； S —炉内辐射层有效厚度，m； τ —光学厚度或光学密度。
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15
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
中国 南京
二、火焰平均温度T1
炉内火焰平均温度和炉膛出口烟温用与理论燃烧温度之间比值的无量刚温 度表示
T1 1 , Tth
f
T f
Tth
(9 36)
伯劳赫的理论近似公式
14 (
qR J1 syn 0T14 f
kW / m2
(9 52)
（炉膛黑度）：火焰的有效辐射J1占黑体辐射力的份额。
syn f
syn syn (1 syn )
1 ( T2 4 ) ] T1
(9 53)
2 [1
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qR
0 (T14 T24 )
1
– T1、1火焰平均温度和火焰黑度； – T2、2水冷壁吸热表面温度和黑度。 – 其中
1
1
1
,
kW / m 2
(9 14)
2
1
1
1
2
1 为系统黑度。
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11
两平行平面之间的辐射传热
k a k g r k ash ash kcok cok
(9 42)
1 1 e ka S
上述减弱系数的计算方法见式（9-43）－（9-49）。
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18
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 五、水冷壁灰污表面的壁温T2和黑度2
syn f
(9 54)
20
第五节 炉内辐射传热计算的热有效系数法
中国 南京
二、炉内传热计算公式
• 辐射传热量
QR F syn 0T14 f kW (9 55) (9 53) 1
syn f
syn syn (1 syn )
syn
0.32k a R
锅炉计算
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锅炉热力计算 水循环计算 管内工质流动阻力计算 通风计算 强度计算 炉墙和构架计算
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1
锅炉热力计算 内容： 燃料的燃烧计算 热平衡计算 炉膛传热计算 对流受热面传热计算 基本原理 能量平衡——热平衡 • 整体平衡 • 局部平衡 传热的基本原理：辐射、对流、导热
1
syn
1
,
kW / m 2
(9 34)
2
1
1 0.32k a R 1 (9 33)
(9 35)
– 定义syn为火焰综合黑度:
syn
1
1 1 1 1 – 定义Csyn为辐射热交换综合系数: C syn syn 2
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第九章 炉内辐射传热计算
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4
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热力计算的基础：
传热方程的热量 = 热平衡方程的热量
炉内传热计算的任务：
17
Q ef VC avTth f
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Q ef f VC av
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 四、吸收减弱系数与火焰黑度
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计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰 黑度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常 压（p≈0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为
• 三原子气体：CO2和H2O • 固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒 计算火焰黑度或吸收率时，其减弱系数ka或光学密度τ由三原子气体、灰 分颗粒和焦炭颗粒三部分组成。
四、入射辐射和有效辐射 – 物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进 入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。 – 物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐 射后的反射辐射
（书p.169）
两平行平面之间的辐射传热 一、物体的辐射
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物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方 向所发射的各种波长能量的总和。 对于黑体和灰体
Eb 0T 4 kW / m 2 kW / m 2 (9 1) E 0T 4 Eb
– T、 温度和黑度；
对于灰体，介质的黑度等于其吸收率
a 1 e k S 1 e ka S
a
(9 5)
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9
两平行平面之间的辐射传热
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三、炉内火焰黑度1 炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构 成：
热能动力工程,2009,24(3):355-361
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两平行平面之间的辐射传热
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• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节）， • 两物体之间的辐射热交换热流
qR
0 (T14 T24 )
1 1 1 kR 1 4 1 2
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• 考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），
J
J0 J1=JR J0 Jm J1=JR JR J2 J2 J2 J0
0
(a)
x=R
x
0
x1=R/2 (b)
x2=R
0
x1=R/2 (c)
x2=R
图1 火焰有效辐射J1沿径向变化或不变时的辐射热交换 (a) J1=Jm=J0= JR ； (b) J1= JR，Jm> J1 ；(c) J1=Jm ， JR <J1
第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 一、炉内辐射传热公式
中国 南京
• 炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量（1kg计算燃料计的 炉内辐射传热量）
qR F QR , Bcal kJ / kg (9 31)
– F炉内水冷壁的吸热表面积, m2；Bcal锅炉的计算燃料量, kg/s；
qR
0 (T14 T24 )
,
kW / m 2
(9 30)
– k总辐射减弱系数，k=(1.251.30)ka，近似取k=1.28ka ； – R炉膛的当量半径；
qR
0 (T14 T24 )
0.32ka R 1
1 2
1
, 1
13
kW / m2
(9 32)
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考虑水冷壁管子外表面的灰污，与炉内火焰辐射热交换的壁面温度T2
T2 Tw R f qR
K
(9 50)
Tw－管子外表平均壁温，可取管内工质平均温度； Rf－水冷壁灰垢层热阻，污染系数或灰污系数。 水冷壁灰污表面黑度2在0.75-0.85之间，一般取0.8。
可以通过灰污表面温度T2和黑度2，利用式（9-34）计算辐射传热量。也可 以采用经验方法简化计算。
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第五节 炉内辐射传热计算的热有效系数法 一、热有效系数和炉膛黑度
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为了避免求解水冷壁灰污表面温度T2及灰污表面黑度2的复杂 性，经验性地采用热有效系数法计算炉内辐射传热量。
定义： ψ（热有效系数）： 换热量qR占火焰有效辐射J1的份额。
炉膛火焰最高温度的相对位置： （燃烧器布置的相对高度）
i
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燃烧器布置高度： hB （加权平均值）
n B h
i 1
i Bi
n B
i 1
i
i
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 三、理论燃烧温度Tth
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理论燃烧温度是在绝热条件下燃料燃烧所产生的热量可将燃烧产物加热达 到的温度。1kg计算燃料的炉内有效热（包括燃料的有效放热和随空气 带入的热量） 100 q3 q4 q6 ef Qf Qf Qa 100 q4
kJ / kg (9 40) kJ / kg (9 41)
0 0 Qa ( f f pcs ) I ha ( f pcs ) I ca
引入烟气平均热容的概念计算理论燃烧温度：炉内烟气在理论燃烧温度至 炉膛出口温度区间内的平均热容。 I V (c ), Q ef I f VC av (Tth T f ) f
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二、炉内传热计算的简化和假设
1）只考虑辐射传热，把火焰当作灰体 2）炉内各参数均匀一致（零维模型 ）；（书p.161） 3）以两平行平面之间的辐射换热计算； （书p.162）
4）将燃烧和辐射两个过程分开考虑
5）以炉膛出口烟温Tf”为定性温度。
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两平行平面之间的辐射传热 二、介质的吸收率和黑度
根据朗伯-比尔定律，介质的吸收率
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a 1 eka S 1 e
(9 4)
ka—炉内辐射介质的吸收减弱系数，m-1； S —炉内辐射层有效厚度，m； τ —光学厚度或光学密度。
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法
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二、火焰平均温度T1
炉内火焰平均温度和炉膛出口烟温用与理论燃烧温度之间比值的无量刚温 度表示
T1 1 , Tth
f
T f
Tth
(9 36)
伯劳赫的理论近似公式
14 (
qR J1 syn 0T14 f
kW / m2
(9 52)
（炉膛黑度）：火焰的有效辐射J1占黑体辐射力的份额。
syn f
syn syn (1 syn )
1 ( T2 4 ) ] T1
(9 53)
2 [1
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qR
0 (T14 T24 )
1
– T1、1火焰平均温度和火焰黑度； – T2、2水冷壁吸热表面温度和黑度。 – 其中
1
1
1
,
kW / m 2
(9 14)
2
1
1
1
2
1 为系统黑度。
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11
两平行平面之间的辐射传热
k a k g r k ash ash kcok cok
(9 42)
1 1 e ka S
上述减弱系数的计算方法见式（9-43）－（9-49）。
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第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法 五、水冷壁灰污表面的壁温T2和黑度2
syn f
(9 54)
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第五节 炉内辐射传热计算的热有效系数法
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二、炉内传热计算公式
• 辐射传热量
QR F syn 0T14 f kW (9 55) (9 53) 1
syn f
syn syn (1 syn )
syn
0.32k a R
锅炉计算
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锅炉热力计算 水循环计算 管内工质流动阻力计算 通风计算 强度计算 炉墙和构架计算
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锅炉热力计算 内容： 燃料的燃烧计算 热平衡计算 炉膛传热计算 对流受热面传热计算 基本原理 能量平衡——热平衡 • 整体平衡 • 局部平衡 传热的基本原理：辐射、对流、导热
1
syn
1
,
kW / m 2
(9 34)
2
1
1 0.32k a R 1 (9 33)
(9 35)
– 定义syn为火焰综合黑度:
syn
1
1 1 1 1 – 定义Csyn为辐射热交换综合系数: C syn syn 2
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第九章 炉内辐射传热计算
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热力计算的基础：
传热方程的热量 = 热平衡方程的热量
炉内传热计算的任务：