锅炉热力计算

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炉膛黑度与火焰黑度
炉膛黑度 a (P325)对应火焰有效辐射的假想黑度 室燃炉 a 与火焰黑度ahy 及热有效系数ψ有关，即 a hy a (14 14) a hy (1 a hy ) 火焰黑度ahy (P326) 表示炉内高温介质的辐射能力
a hy 1 e kps (14 17)
着火性能好和水分低的燃料，可以采用较低trk；着火性能差或水 分较多的燃料，一般要求采用较高值。此外， trk值还与制粉系统的 干燥剂种类、锅炉的排渣方式等有关。推荐值见表12-4
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工质质量流速ρω与 烟气速度Wy的选择
工质质量流速ρ ω 太低，工质的传热能力下降，受热面管壁温度升 高；ρ ω 太高，工质的流动阻力大，电耗大 通常要求过热器系统的总阻力应不大于过热器出口压力的10%；再热 系统的总阻力应不大于再热蒸汽进口压力的10%；省煤器中水的阻力应 不大于汽包压力的10%。推荐值见表12-5
燃用无烟煤、贫煤时A=0.56；B=0.5
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辐射受热面平均热负荷
qf B j (Q I ) H , kW / m 2 (14 57)
式中 H 为炉膛水冷壁的辐射受热面， Fi x i ，m2 H
炉内热负荷沿炉膛的宽度、深度和高度是变化的。为确定炉膛某区 域受热面实际热负荷，引入沿炉膛高度、宽度或深度热负荷不均匀系 数和沿各侧炉壁热负荷不均匀系数 炉膛高度某个区段上辐射受热面的热负荷为
给定锅炉容量、参数和燃料特性
确定炉膛尺寸和各部件的受热面积；燃料消耗量；锅炉效率； 各受热面交界处介质的参数；各受热面吸热量和介质速度等
常用于新锅炉的设计。在额定负荷下进行
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热力计算方法
校核计算
已知锅炉结构和尺寸、锅炉负荷和燃料特性
确定各受热面交界处介质参数、锅炉热效率、燃料消耗量等 用于考核锅炉在非设计负荷或燃用非设计燃料时热力特性及 经济指标；由于计算参数多与炉膛结构有关，故设计计算也常 采用校核计算方法 锅炉校核热力计算应在锅炉结构计算的基础上进行 对锅炉机组作校核计算时，烟气的中间温度和内部介质温度 包括排烟温度、热空气温度，甚至过热蒸汽温度均是未知数， 故需先假定，然后用逐步逼近法去确定
根据相似理论将上述方程变换为无因次相似准则方程可得到炉膛出 口烟气温度计算式 Ta T , K 14 43） （ 0.6 a F T 3 M 0 a 1 B j VC pj 对应1kg燃料的炉膛辐射传热量为
Q f (Q I ), kJ / kg
k为总辐射减弱系数，固体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体、 灰粒和焦碳粒子, 故有
a hy 1 e
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( k q r k h h 10 x1x 2 )ps
三原子气体的辐射减弱系数kq
三原子气体辐射减弱系数kq 按下式计算（或由有关标准中的线算 图查出）
k q 10.2( 0.78 1.6rH 2O 10.2prs T 0.1)(1 0.37 ),1 /(m.Mpa ) (14 22) 1000
由经验公式计算确定：M = A – B（xr +Δ x ）
x r h r / h 为燃烧器相对高度，hr 、hl 分别为燃烧器和炉
膛的高度，即从冷灰斗中心或炉底到燃烧器轴线和到炉膛出口
中心的高度 Δ x 为火焰最高温度变化的修正值，对于四角切圆燃烧器，
Δ x = 0，A、B为经验系数，与燃料种类和炉子的结构有关，
VC pj
Q I , kJ /(kg.k ) Ta T
炉内有效放热量 Q 包括燃料及燃料燃烧所需空气送入的热量,即
Q Qr 100 q 3 q 4 q 6 Q k , kJ / kg 100 q 4
其中 Qk 为空气带入炉内的热量
0 Q k ( zf )I rk ( zf )I 0 , kJ / kg lk
q fi g q f , kW / m 2 (14 58)
系数η g可从图14-9中查得 当炉膛出口烟窗布置屏式受热面时，考虑屏间烟气对炉膛的反辐 射，炉膛出口截面的热负荷还应乘以图14-4所示的β ，即
q fp q fi (14 60)
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烟气对流放热量Qdf
0 I I 0 ( 1)I k , kJ / kg y
式中： rk 、0 分别为理论热空气、冷空气的焓，KJ/Kg。 I 0 I lk
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炉膛出口烟气温度及 辐射传热量计算式
高温烟气和管壁间辐射换热量应等于炉内烟气的放热量，由此可得 炉内辐射传热基本方程式
4 ） a 0 pj F Thy B j VC pj (Ta T

Q df (I I I 0f )，kJ / kg 15 4） （

0 I I 0 ( 1)I k , kJ / k yFra bibliotek
对于空气预热器以外的各 对流受热面，漏风焓值 I 0f 取冷空气温度（20～30℃） 计算 对管式空气预热器，I 0f 按该段空气预热器进、出口 空气温度的平均值计算
式中 F = F1 + F2 +...,为炉膛总炉墙面积, m2。 将式(14-35)代入上式,即可得到炉内高温烟气(火焰)和水 冷壁之间的辐射热交换公式
4 Q a 0 F Thy , kW(14 10)
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炉内烟气放热量
假设1Kg计算燃料在炉内完全燃烧产生的有效热量Q 全部用于加 热燃烧产物而不与炉壁发生热交换时，燃烧产物所能达到的最高温 度称为绝热燃烧温度或理论燃烧温度，用Ta 表示，Ia= Q 燃料燃烧过程中，将热量传给水冷壁，离开炉膛时烟气冷却到 T ， 对应的烟气焓为 I ，若以 T 作为定性温度，则烟气在炉内的放热 量可用下式计算
kh 55900
3
2 T2 d h
(14 27)
dh为 烟气中灰粒子直径,μ m，取决于磨煤机型式，对钢球磨， 取dh=13 μ h为灰分浓度，Kg/Kg，用下式计算
h A ar a fh 100Vy 0 y
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火焰黑度计算式中其它物理量
x1、x2 分别为考虑焦碳颗粒浓度影响的无因次量
烟气流速Wy 过低，受热面面积增加，积灰加重，同时影响传热； Wy 过高，飞灰磨损加重
当≤7000C时，飞灰颗粒变硬，磨损问题相对突出，这时，应按磨损 条件确定横向冲刷受热面的极限烟速 对于一般的煤为9～10 m/ s；对于灰多和灰分磨蚀性较强的燃料为 7～8 m/ s；对于灰少和磨蚀性较弱的煤为10～12 m／s
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排烟温度与热空气温度的选择
最佳排烟温度 py 为燃料费用和尾部受热面金属费用总和最少时 所对应的排烟温度，同时还与锅炉的给水温度、燃料的性质等因素 有关。推荐值见表12-3
py 低，排烟热损失小，锅炉热效率高，节约燃料；但由于尾部受 热面的传热温压降低，金属耗量增多
热空气温度trk 主要取决于燃料的性质
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炉内传热计算模型
炉内传热计算目的 确定炉膛出口烟气温度和炉膛的辐射传热量， 以便进行对流受热面的换热计算及锅炉热平衡校核。 为应用传热学基本原理分析炉内辐射传热，简化计算，需作以下假设 把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时，引入经 验系数予以考虑 炉内传热只考虑辐射换热，略去约占总换热量5%的对流换热 炉内的各物理量（温度、黑度和热负荷等）认为是均匀的 与水冷壁相切的平面是火焰的辐射面，也是水冷壁接受火焰辐射的 面积，称为水冷壁面积 这样，炉内火焰与四周炉壁之间的辐射换热可简化为两个互相平行 的无限大平面间的辐射换热来考虑
Q f B j (Q I ) B j VC pj (Ta T), kW(14 6)
式中： 为保热系数，考虑炉膛向外部环境散热的系数
1 q5 (14 4) g q 5
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炉内烟气放热量
VC pj 为温度Ta 至 T 之间燃烧产物的平均热容量
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高温烟气和管壁间的辐射换热
上式可改写为：
4 Q f a 0 ( i x i Fi )Thy , kW
令 i i x i，称之为炉墙的热有效系数（14-30） 锅炉各部分水冷壁的角系数x不同，水冷壁污染情况ζ 也不 同，故对整个炉墙，应采用平均热有效系数，即
i Fi F (14 35)
煤粉锅炉热力计算
热力计算方法与应用
热力计算方法
主要设计参数的选择
炉膛传热计算 对流受热面计算 锅炉校核热力计算程序 F220/100-W锅炉校核热力计算说明
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热力计算方法
锅炉机组的热力计算从燃料的燃烧和热平衡计算开始，然后 按烟气流向对锅炉机组的各个受热面（炉膛、屏式过热器、对 流过热器及尾部受热面等）进行计算 锅炉热力计算分为设计计算和校核计算 设计计算
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工质对流吸热量Qdx
过热器和省煤器：
Q dx D (i i ), kJ / kg (15 7) Bj
屏式过热器及吸收炉内辐射热的
对流过热器：
Q dx D (i i ) Q f , kJ / kg (15 6) Bj
r r 为三原子气体总的容积份额，r =rH 2O rR 2O ，其中H 2O 、
rR 2O 分别为水蒸汽和三原子气体的容积份额，用下式计算
rH 2 O VH 2 O Vy
rR 2 O
VRO 2 Vy
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灰分颗粒的辐射减弱系数kh
灰分颗粒的辐射减弱系数kh按下式计算（或由有关标准中的线算 图查出）
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高温烟气和管壁间的辐射换热