炉内传热原理与计算
燃气锅炉的热效率及其计算方法
燃气锅炉的热效率及其计算方法随着社会的发展和节能环保意识的提高，燃气锅炉逐渐成为家庭、工厂、学校等场所的主要热源设备。
而燃气锅炉的热效率，直接关系到其能否高效节能地运行。
本文将介绍燃气锅炉热效率的概念、影响因素以及计算方法。
1. 燃气锅炉热效率的概念燃气锅炉热效率，通俗来说，就是燃气燃烧转化为热能后，锅炉输出到供热系统的热量与燃烧所得热量之比。
其数学表达式如下：热效率 = 输出热量 ÷输入热量 × 100%其中，输出热量指的是锅炉输出到供热系统中的热量，一般以千瓦时（kWh）或兆焦（MJ）表示；输入热量指的是燃料中含有的能量，一般以标准煤的热值表示。
热效率是衡量燃气锅炉能效的重要指标之一。
不同类型、不同规格的燃气锅炉热效率有所不同，而通常要求其热效率在80%以上，越高越好。
2. 燃气锅炉热效率影响因素燃气锅炉的热效率受到多种因素的影响，主要包括以下几点：（1）锅炉本身的结构设计。
不同规格、不同类型的锅炉结构各异，其热效率也会有所不同。
一般来说，锅炉的换热面积越大、燃烧室设计更合理、烟气流通更加顺畅，热效率会越高。
（2）燃料的质量和燃烧效果。
不同的燃料质量各异，在燃烧过程中产生的热效率也会受到影响。
同时，燃气锅炉的燃烧效果也会受到多种因素的影响，如空气过多或过少、燃烧温度过低等，都会使燃料燃烧不完全，热效率下降。
（3）水质和除垢处理。
燃气锅炉在长期使用过程中，因为水质问题或操作不当，会在内管、水室内壁等处形成水垢，影响锅炉的传热效果，从而导致热效率下降。
（4）锅炉排放的烟气温度。
燃烧后产生的烟气温度越高，说明热量利用效果越差，热效率越低。
3. 燃气锅炉热效率计算方法为了方便计算燃气锅炉的热效率，通常可以利用热平衡法或热损失法。
（1）热平衡法热平衡法是指在给定的装置内部，对于进出口热量的平衡原理，将各部分的热量平衡起来，计算锅炉的热效率。
具体方法如下：①在燃烧前后取样，测出燃料的热值。
工业炉的热力计算及其方法
工业炉的热力计算及其方法工业炉是一种能够将原材料转化为成品的大型设备，其内部需要高温的热源来完成化学反应过程。
为了保证工业炉的稳定运行和高效生产，需要对其内部的热力进行计算和分析。
本文将对工业炉的热力计算方法进行探讨。
一、工业炉的热力学基础工业炉内部的热力状态可以用热力学基本原理来描述。
热力学第一定律规定了能量守恒原理，即在封闭系统中，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能在各种形式之间转换。
在工业炉中，能量主要以热的形式存在，因此在热力学的框架内研究工业炉的能量变化过程非常重要。
工业炉的内部有两种类型的热源，即传统意义下的能源和化学反应所释放出来的热能。
能源主要指燃料燃烧时所释放出来的热能，例如煤、天然气、油等。
这些燃料中的有机物在燃烧时，与氧气反应，释放出大量的热能。
化学反应所释放的热能则是通过石墨、电弧等方式使原材料加热，使其发生化学反应释放出来的热能。
在工业炉的内部，化学反应同样是一个重要的能量来源。
工业炉的内部存在着复杂的热量分配和转换过程。
计算这些过程需要涉及到热力学基础原理，以及涉及到工业炉的具体结构和特性。
二、工业炉的热力计算方法工业炉的热力计算可以分为两个主要步骤，即确定工业炉的热量输入和热量输出，从而计算出其稳态温度分布。
在实际应用中，需要借助复杂的计算模型和计算工具来实现这一过程。
1. 热量输入计算热量输入主要包括燃料燃烧和原材料化学反应所释放的热能。
通常情况下，热量输入是通过燃料的重量或者燃料焓来计算的。
对于燃料燃烧，需要先确定其燃烧反应方程式，然后计算反应所产生的热量。
例如，假设我们要计算石油在工业炉内燃烧时所产生的热量。
石油的燃烧反应方程式如下：C10H22 + 15O2 → 10CO2 + 11H2O其中，C10H22表示石油的化学式。
通过查阅石油的基本物理和化学性质数据，可以得到其焓值。
假设石油的焓值为50000kJ/kg，那么石油燃烧所释放的热量为：Q = 50000 × 1kg × 0.99其中，0.99为石油的燃烧效率。
炉膛热力计算
axtFb 0 (Th4y Tb4 ) Bj (Ql Il") kW
？ ？ ？ 试验测定困难，无法工程应用
炉膛传热计算的实现
通常在工程应用上： 采用相似理论原理,建立各物理量之间的
关系 依据试验结果,引进修正系数 用半经验公式计算 有多种计算方法 我国常用前苏联的热力计算方法（1973）
7.1 炉膛传热原理 –辐射传热方程
炉膛传热计算基本方程式
Qf axtFb0 (Th4y Tb4 ) kW
火焰和炉壁间的系统黑度，其值与 火焰黑度及炉壁黑度的大小有关
axt
1
1 1 1
ahy ab
7.1 炉膛传热原理 – 烟气放热方程
热平衡方程
炉膛出口温度下的烟气焓，kJ/kg
发光火焰（在可见光和红外光谱中连续辐射，
三倍于三原子气体）
7.1 炉膛传热原理 – 火焰辐射
影响火焰辐射因素
成分：组成不同，火焰的辐射能力不同。火焰有效辐射成 分（三原子，焦碳，灰粒，碳黑），举例气体、重油、煤 粉火焰。
分布：炉膛内分布，有效辐射成分浓度场
燃烧方式和燃烧工况：不同结构火焰
对流<5%，忽略不计（循环流化床锅炉不同） 炉内物理量取平均值，认为均匀以简化计算，如Cp，黑度，
温度
以与水冷壁相切的表面为火焰辐射表面 炉壁表面温度Tb，黑度b，同侧炉墙面积 简化为两个互相平行的无限大平面
火焰辐射表面
辐射温度=火焰 平均温度Thy
黑度=火焰对炉 壁的黑度hy
火焰中具有辐射能力的成分(4种)
三原子气体：CO2, H2O, SO2 不发光火焰(红外区域内) N2,O2 辐射与吸收能力微弱,可忽略
锅炉原理 第9章 自然循环原理及计算
自然循环的优点： 无需外部动力节能 环保运行稳定
自然循环的应用： 广泛用于火力发电 厂、供暖系统等领 域
自然循环计算
自然循环计算的目的
确定循环流量和循环水头
计算循环泵的扬程和功率
确定循环水的温度和压力
优化循环系统的运行效率
自然循环计算的基本公式
自然循环计算公式：Δt=Δt1+Δt2+Δt3 Δt1：加热段传热温差 Δt2：冷却段传热温差 Δt3：混合段传热温差
添加 标题
自然循环原理：介绍自然循环的基本原理和 循环动力。
添加 标题
自然循环在锅炉中的应用：说明自然循环在锅 炉中的重要性和作用如提高传热效率、减少能 耗等。
添加 标题
自然循环计算：介绍自然循环的计算方法和计 算过程包括循环流量、循环压头等参数的计算。
添加 标题
自然循环的优缺点：分析自然循环在锅炉应用 中的优缺点如可靠性高、维护成本低等优点以 及循环效率相对较低等缺点。
节能环保：自然循环的循环动力来 源于自然力因此运行成本较低且不 会对环境造成污染。
自然循环的缺点
需要较大的启 动功率
启动时需要外 力帮助
循环效率较低
容易受到腐蚀 和结垢的影响
自然循环在锅炉中的应 用
自然循环在锅炉中的重要性
提高锅炉运行效率：自然循环能够减少人工干预提高锅炉内热能的传递和利用效率从 而提高运行效率。
保证锅炉安全运行：自然循环能够保证锅炉内水流的均匀分布避免局部过热或水循环 受阻等问题从而保证锅炉的安全运行。
降低人工成本：自然循环能够减少人工操作的环节和难度降低人工成本同时减少人为 因素对锅炉运行的影响。
提高锅炉容量：Βιβλιοθήκη 然循环能够适应大容量锅炉的需要提高锅炉的容量和效率满足工业 生产的需求。
锅炉热力计算讲解
高温烟气和管壁间的辐射换热
根据传热学基本公式，高温烟气每小时传给辐射受热面的热量可
用下列公式计算：
Qf a 0 ( xi Fi )(Th4y
Tb4 )
a 0 ( xi Fi )Th4y
(1
Tb4 Th4y
), kW
式中：a 为炉膛黑度；Fi 为布置水冷壁的炉墙面积，m2 ，xi为 水
2/3
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
锅炉热力计算分为设计计算和校核计算 设计计算 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
1/2
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
2/2
炉膛出口烟气温度的选择
炉膛出口烟气温度 为凝渣管或屏式过热器前的烟温 根据锅炉受热面的辐射和对流传热的最佳比值（辐射受热 面和对流受热面的金属耗量及总成本最小）， 应为1250℃ 为防止对流受热面的结渣。则一般应取 <(ST-100)℃ 当没有可靠的灰熔点资料时，不应超过1050℃ 当 炉 膛出口 处 布置 着屏 式 受热 面时 ， 一般 取 1100 ～ 1200℃ 对于易结渣的燃料， 应保持在1000～1050℃ 的水平
热处理炉内的传热讲解
第二章：传热基本原理研究热处理炉内传热的基本任务是解决如何把电或燃料产生的热屋有效的传递给工件和如何减少炉子的热损失问题。
本章用绕此问题，简单的介绍了：1）几种传热的基本方式：2）各种传热方式传热量的il•算方法；3）设计和使用热处理炉常遇到的传热问题的汁算方法和数据；4）热处理炉内热交换的过程、特点和热处理炉的节能途径。
§ 2. 1基本概念：一、三种基本的传热方式：热处理炉内的传热过程虽然比较复杂，但传热方式不外乎传导传热、对流传热、辐射传热三种，热处理炉内的传热是由这儿种传热方式组成的综合传热过程。
1、传导传热定义：温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间的热能传递过程。
本质：通过物体中的微粒在热运动中的相互振动或碰撞实现动能的传递，如气体和液体通过分子的热运动和彼此碰撞实现热能的传递，金属则是通过电子的自由运动和原子的振动实现热能的传递。
2、对流传热建义：流体在流动时，通过流体质点发生位移和相互混合而发生的热疑传递。
在工程上，对流传热主要发生在流动的流体和固体表而之间，当两者温度不同时，相互间所发生的热量传递，一般称对流换热和对流给热。
在对流换热过程中，既有流体质点之间的导热作用，又有流体质点位移产生的对流作用，因此，对流换热同时受导热规律和流体流动规律的支配。
3、辐射传热辐射：高于热力学零度的任何物体不停向外发射粒子（光子）的现象。
辐射不需任何介质。
辐射传热：物体间通过辐射能进行的热能传递过程。
如系统中有两个或两个以上温度不同的物体，它们会同时向对方辐射能量并同时吸收投射于苴上的辐射能，某物体的辐射换热量为该物体吸收的辎射能量与该物体向外放射的辐射能量之差。
可见，辐射传热过程存在辐射能转化为热能和热能转化辐射能的能量转化过程。
二、温度场与温度梯度1、温度场温度场是描述物体中温度分布情况的，它是空间坐标和时间坐标的函数。
如果物体的温度沿空间三个坐标方向都有变化，则该温度场称为三向温度场：如物体的温度仅沿空间坐标的一个方向有变化，则称该温度场为单向温度场。
锅炉原理-第七章锅炉传热计算
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。）
传热原理
层流时，以导热为主； 2. 流体流动的状态： 对流。 湍流时，既有导热又有
3. 流体的物性： 主要有、Cp、、 等。 4. 换热面的形状和位置：
固体壁面的形状和位置不同，对流换热的强弱不同。
二、对流换热的基本定律 —— 牛顿冷却定律 内容：对流换热的热流与流体和固体壁面间的温度差成正比。 数学表达式：
散热面位置 Aw
4
tw t f
垂直的平壁 2.56 向下的平壁 1.63
表 2-1 Aw的取值 向上的平壁 3.26
2.无限大空间中的水平圆筒外壁的自然对流换热系数
简化公式：
t 1.34 d
管道外径，m
1
4
管道外壁与周围空 气的温差，℃
四、流体在管内强制流动时的对流换热系数的计算
A + R +D=1
讨论 (1) 当A=1、R=0、D=0时，该物体叫绝对黑体，简称黑体。 (2) 当A=0、R=1、D=0时，该物体叫绝对白体或绝对镜体。 慢反射时称为绝对白体，简称白体； 镜面反射时称为绝对镜体，简称镜体。
(3) 当A=0、R=0、D=1时，该物体叫绝对透热体，简称透热体。 实际上，实际物体的A、R、D均介于0～1间，不存在真正的黑体、 白体、镜体和透热体。 注意 (1) 光学上说的黑色物体、白色物体、透明体与这里的黑体、白体、透热 体不一样，要区分开，前者指对可见光的全吸收、全反射和全透过， 而后者指对热射线的全吸收、全反射和全透过。如：雪，对可见光几 乎全反射，但其A=0.985，几乎吸收全部的红外线，近似黑体。
注：当r1/r2≤2时，可近似把圆筒壁当作平壁来处理，其计算误差一 般≤4%，满足工程需要。
其厚度为： =r2-r1 导热面积按平均半径
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
内容简介
书简明而系统地阐述了炉内传热的基本原理、计算方法。
全书共分7章，包括辐射换热的基本理论与计算，层燃炉、室燃炉和循环床锅炉的炉膛传热计算方法，锅炉热力计算方法，以及积灰、结渣对炉膛传热的影响等内容。
本书作为衔接基础课“传热学”和“锅炉课程设计”之间的教材，对从基础理论到工程实际的处理方法给予了充分的重视。
结合实际的工程案例，提供了完整的炉膛传热和热力计算的实例，并结合最新的研究进展系统介绍了气固两相流的传热和循环流化床锅
炉的传热计算。
本书采用国际单位制，并附录了常用的中英文专业词汇，供查阅英文资料时使用。
本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，可作为高等学校热能工程类专业的高年级本科生教材或教学参考书，也可供相关专业工程技术人员参考。
目录
第1章热辐射的理论基础和基本性质
1.1热辐射的理论渊源——黑体辐射定律
1.2辐射能量及物体辐射性能的表示
1.3热辐射的基本定律
1.4固体表面热辐射性质
1.5辐射热量的形式
1.6角系数
1.7辐射换热工程计算的简化条件
第2章介质的辐射与吸收
2.1介质辐射与吸收的机理
2.2吸收散射性介质的辐射特性
2.3介质的辐射传递与能量守恒
2.4介质的有效辐射层厚度、吸收率与黑度2.5烟气与火焰的黑度
第3章等温介质与壁面的换热
3.1隔有透明介质的壁面间的辐射换热3.2等温介质与壁面间的辐射换热
3.3有对流的烟气与受热面的辐射换热
第4章流化床传热
4.1流化床的基本概念
4.2两相流对流传热
4.3两相流辐射传热
4.4循环流化床传热计算
第5章炉内传热计算
5.1炉膛传热过程
5.2室燃炉炉膛传热计算
5.3层燃炉炉膛传热计算
5.4流化床锅炉炉膛传热计算
5.5尾部受热面传热计算
5.6锅炉热力计算
第6章受热面积灰和结渣对传热的影响
6.1受热面积灰、结渣的过程和特点
6.2受热面积灰、结渣对炉膛传热的影响
6.3受热面积灰、结渣对对流受热面传热的影响
第7章炉内传热测量
7.1火焰黑度的测量
7.2辐射热流量的测量
7.3两种新型热流计
附录A热辐射常用物理常数
附录B常用的角系数计算公式
附录C炉内传热常用中英文词汇索引
附录D锅炉常用中英文词汇
附录E113.89kg/s（410t/h)高参数燃煤锅炉热力计算例题E1设计任务
E2燃料特性
E3锅炉的基本结构
E4辅助计算
E5燃烧室设计及传热计算
E6过热器的设计及传热计算
E7热量分配
E8省煤器结构设计及热力计算
E9 空气预热器结构设计及热力计算
E10 热力计算主要参数汇总
高分子材料换热器有多种形式，如管束式、列管式、管壳式等，它们既可以用来加热，亦可以用来冷却。
其换热面积的计算方法如下：一、理论面积计算方法
●加热
1、计算换热量Q（—W.h）
Q=1.16β.γc.V (T2 -T1)
β—热损系数(1.1~1.3) γ—溶液密度(kg/L) c—溶液比热(kcal/ kg) v—溶液体积(L) T1—溶液初温(℃) T2—溶液终温(℃)[即工艺温度]
2、计算换热面积S（—m2）
S=Q/(ΔT.κ.h)
Q—换热量(W.h) h—换热时间(h) κ—换热系数(200~350 W/m2.℃)
ΔT—平均温度(℃)
ΔT的计算方法如下：
——对于换热为潜热（如热媒为蒸汽）
ΔT≈(Ty–Tx)/Ln[(Tz–Tx)/(Tz–Ty)]
其中Tz—饱和蒸汽温度(℃)
Tx—溶液初温(℃) Ty—溶液终温(℃)
——对于换热为显热（如热媒为热水）
ΔT≈[(T1–Ty)–(T2–Tx)]/Ln[(T1–Ty)/(T2–Tx)]
T1—热媒进口温度(℃) T2—热媒出口温度(℃)
Tx—溶液初温(℃) Ty—溶液终温(℃)
●冷却或冷冻
1、计算换热量q（—W）
q=β.V.I
β—附加系系数(1.1~1.3) V—工作电压(v) I—工作电流(A)
2、计算换热面积S（—m2）
S=q/(ΔT.κ)
q—换热量(W) κ—换热系数ΔT—平均温度(℃)
ΔT的计算方法如下：
——对于管束式槽内直接冷却
ΔT≈(T2–T1)/Ln[(T–T1)/(T–T2)]
其中T—工艺温度(℃)
T1—冷媒进口温度(℃) T2—冷媒出口温度(℃)
——对于管壳式槽外循环冷却
ΔT≈[(Tx–T2)–(Ty–T1)]/Ln[(Tx–T2)/(Ty–T1)]
T1—冷媒进口温度(℃) T2—冷媒出口温度(℃)
Tx—溶液进口温度(℃) Ty—溶液出口温度(℃)
★ Ln为自然对数
★ T2主要取决循环泵的流量与换热量的相互关系
二、校核面积计算方法
S =d×3.14×n×L×m
其中d—毛细管公称管径(m) L—毛细管平均长度(m)
n—每组换热器毛细管根数 m—换热器组数
三、说明
换热系数不仅取决于换热方式、换热器的材料以及换热器材料的规格(特别是管壁厚度)，还与溶液的状态（如是否搅拌）等多种因素有关。
一般对于热水加热或冷媒冷却，换热系数可取偏下限；对于蒸汽加热则可取偏上限。