炉膛热力计算

炉膛热力计算炉内换热的计算方法是用来计算单炉膛和半开式炉膛的换热。

其本质是以能量方程和辐射能传递方程导出的准则为基础，用相似理论方法整理实验数据，建立出炉膛出口烟温的直接计算式。

1.1 计算流程控制1.2 相关的公式炉膛计算的重点就是炉膛出口烟温的准则方程：6.003.06.00~B B M B T T u a T T+=''=''θ 300)(aCT CP CP P T F VC B B ψσϕ=根据准则方程得到的炉膛出口烟温计算式是：0.630.30273 1()aTCP CT a up CP T F T MBB Vc ϑσψϕ''=-⎡⎤+⎢⎥⎢⎥⎣⎦℃ 炉膛计算的进行都是基于这个计算式进行。

其中110 5.6710σ-=⨯ 1.2.1 Ta --是绝热燃烧温度，℃根据1kg 燃料送入炉内的热量T Q 来决定，计算出T Q 后由烟气性质计算（即手工计算的温焓表）计算出响应的烟气温度。

3464100100T q q q Q QrQ q B ---=+-，如果有再循环烟气，要考虑再循环烟气带入炉膛的热量。

r Q 是固体（液体）燃料工作基低位发热量，/kJ kg ,气体燃料的干燥基低位发热量，3/kJ m 。

3q -- 化学未完全燃烧热损失，来自热平衡计算； 4q -- 机械未完全燃烧热损失，来自热平衡计算； 6q -- 排渣和冷却水热损失，来自热平衡计算Q B -- 空气带入炉内的热量，/kJ kg ，''((1))()T T zhf rec T ky T zhf l Q r I I ααααααB =-∆-∆--+∆+∆其中，T α-- 炉膛出口过量空气系数； T α∆-- 炉膛漏风系数；zhf α∆-- 制粉系统漏风系数；rec α -- 再循环烟气抽取点处过量空气系数；T r -- 再循环系数。

一般情况下没有烟气再循环的时候不考虑最后一项。

''kyI -- 空预器出口空气温度下的理论空气焓，也就是热空气焓。

/kJ kgl I -- 漏风焓。

/kJ kg1.2.2 MM 是表示沿炉膛高度方向温度最大值相对位置对炉内换热的影响，即沿炉膛高度方向温度场不等温性对炉内换热的影响。

对于室燃炉 0(10.4M M x Γ=-对于层燃炉 0(1M M ρ=+/CT R F ρ=，是燃料层面积与炉墙面积的比值。

0M 是系数，根据燃烧室的形态不同取不同的数值。

对于固态排渣煤粉炉：燃烧器切向和对冲布置的时候，00.46M = 燃烧器单面前墙布置的时候， 00.42M = 对于液态排渣煤粉炉 00.44M = 层燃炉 00.46M =对于装有摆动式燃烧器的炉膛，燃烧器向下或者向上每摆动10°，0M 相应地增加或者减少0.01当固体燃料与重油或者气态燃料混烧时，系数0M 按固体燃料值进行计算。

1.2.3 u B （布格尔准则有效值）221.421.6ln 1.42Bu Bu Bu Bu Bu ⎛⎫++= ⎪-+⎝⎭Bu -- 吸收特性准则（即布格尔准则）是燃烧产物的基本辐射特性的表征。

Bu kps =k -- 炉内介质的吸收系数（辐射减弱系数），1/()m MPa ⋅。

按炉膛出口烟温和烟气组成来计算，考虑三原子气体、炭黑、飞灰和焦炭粒子的辐射；p -- 炉膛内的压力，MPa ，这是一个需要用户输入的数据。

s -- 有效辐射层厚度，m 。

三原子气体辐射减弱系数k Γ3''7.8 1.61(10.3710)Trk T-Γ⎛⎫+=-⨯⎪⎪⎭1/()m MPa⋅22n h O ROr r r=+-- 烟气中三原子气体的总容积份额，来自于烟气性质计算；2H Or-- 烟气中水蒸汽容积份额，来自于烟气性质计算；p -- 炉膛内的压力，MPa，这是一个需要用户输入的数据；s -- 有效辐射层厚度，m；''TT-- 炉膛出口烟气温度，K；炭黑粒子辐射减弱系数ck0.43"21.2(1.6100.5)1Trc TrCk THα-⎛⎫=⨯-⎪+⎝⎭1/()m MPa⋅Tα-- 炉膛出口过量空气系数；/r rC H-- 燃料应用基碳氢比；''TT-- 炉膛出口烟气温度，K；灰粒子辐射减弱系数4kμ=злзл1/()m MPa⋅μзл-- 烟气飞灰份额，来自于烟气性质计算；''TT-- 炉膛出口烟气温度，K；s -- 有效辐射层厚度，m；Aзл-- 系数，根据燃料种类选取液态排渣炉A зл的值都在表中值上加0.10。

这个表中所列的燃料种类都是俄罗斯的煤，是否使用于我国煤种，有待证明。

焦炭粒子辐射减弱系数 kokc kokc k μ 1/()m MPa ⋅根据燃料种类按下表选取。

的碳黑粒子，考虑到发光火焰（碳黑粒子）对炉膛的充满度，炉内介质的辐射减弱系数可以用下式计算：c k k mK Γ=+ 1/()m MPa ⋅燃用天然气时m =0.1，在气密式锅炉内燃用重油m =0.3，非气密锅炉内燃用重油m =0.6。

高炉煤气m =0。

燃用固体燃料时，基本的辐射组分是三原子气体、灰粒子和焦炭粒子。

因此炉内介质的辐射减弱系数是：kokc kokc k k k k μμΓ=++злзл 1/()m MPa ⋅ 对于层燃炉kokc kokc k μ=0 有效辐射层厚度s 的计算：无屏时炉膛有效辐射层厚度为： 3.6TCTV s F =，T V 和CT F 分别为炉膛的计算容积和面积。

有屏时炉膛有效辐射层厚度分为自由容积和屏间容积两种，T V 就是两个容积的和。

炉膛计算面积CT F 见1.2.51.2.4 CP ψ 水冷壁平均热有效系数水冷壁的热有效系数ψ等于水冷壁角系数x 与系数ζ的乘积，ζ是表示考虑污染或者敷设卫燃带是产生的热阻。

x ψζ=⨯如果炉墙各段的水冷壁热有效系数不同，或者部分水冷壁表面覆盖耐火材料，或者部分炉墙没有水冷壁，热有效系数的平均值为：CTCPCTF F ψψ=∑未敷设水冷壁的炉墙区域，ψ=0水冷壁角系数x 反映水冷壁在几何上吸收辐射热的能力。

对于膜式壁而言，x =1。

对装有销钉的水冷壁和鳍片管水冷壁以及铸铁板覆盖和耐火材料覆盖的水冷壁，x =1。

炉膛出口烟窗，x =1。

单排光管水冷壁的角系数取决于它的结构：光管水冷壁外径为d ，节距为s ，水冷壁中心线到炉墙表面的距离为e ， 如果 1.4e d ≥23 40.93286 + 0.20596 s/d - 0.16542 (s/d) + 0.02977 (s/d) - 0.0017 (s/d)x =⨯⨯⨯⨯ 如果0.8e d =23 41.05071 + 0.03159 s/d - 0.09962 (s/d) + 0.01976 (s/d) - 0.00117(s/d)x =⨯⨯⨯⨯ 如果0.5e d =23 41.13143 + 0.08224 s/d - 0.0625 (s/d) + 0.01455 (s/d) - 0.000909091(s/d)x =⨯⨯⨯⨯ 如果0e =23 41.36242 + 0.35628 s/d - 0.01903 (s/d) + 0.01806 (s/d) - 0.0017(s/d)x =⨯⨯⨯⨯ 其他情况，0.8x =。

由于污染或者绝热覆盖层而使水冷壁吸热量降低的系数ζ按照下表选取:对于布置在炉膛容积内的光管双面曝光水冷壁和屏，当燃用固体燃料时，ζ相对于贴墙水冷壁的值要减少0.1；而对于整体焊接式水冷壁及屏要减少0.05。

燃用混合燃料是按引起最大污染的燃料来取用ζ的值。

对于出口烟窗，'ζ要在上表所列的贴墙水冷壁的值基础上乘以一个系数β，这个系数主要考虑了炉膛和受热面间的相互换热的系数。

'ζζβ=⨯当炉膛出口烟窗后面布置有屏时，燃用固体燃料β＝0.6，燃用重油和气体燃料β＝0.8；出口烟窗后面布置凝渣管时β＝0.9；布置锅炉管束时β＝1.0；紧靠出口烟窗没有受热面β＝0.5。

1.2.5 CT F 炉墙面积 2m炉膛容积内没有屏时，炉膛计算表面积CT F 就是包覆炉膛容积的表面和双面水冷壁表面积之和。

如果炉膛容积内有屏，计算的时候就比较复杂。

需要考虑到炉膛水冷壁和屏的曝光不均匀性。

12CT free SH SHW F F z F z F =+⨯+⨯ 2mfree F ―― 自由容积炉膛面积 2m SH F ―― 屏面积 2m SHW F ―― 屏区炉墙面积 2m1z ―― 屏的曝光不均匀系数 2z ―― 屏区水冷壁曝光不均匀系数1z 和2z 分别与屏的角系数、屏区水冷壁的角系数以及炉膛自由容积黑度和屏区黑度有关。

1 / (1 - )p sl sl p Z a a C a =+⨯ 1 / (1 - )p sl p p Z a a C a =+⨯p a sl a p C sl C 分别是炉膛自由容积的黑度、屏容积黑度以及屏角系数和屏区水冷壁角系数。

其中1sl l C s =，l 为屏的深度，m ，1s 为纵向节距m 。

1p sl C C =-。

1pBu p a e-=-，p Bu 是炉膛自由容积的布格尔准则。

1sl Bu sl a e -=-，sl Bu 是炉膛屏间容积的布格尔准则。

p p Bu kps =，2m 。

关于k 的计算在1.2.3中有详细的说明。

p s 是炉膛自由容积的有效辐射层厚度，sl s 是屏间容积的有效辐射层厚度。

3.6p p p sV s F F =+，mp V ，p F ，s F 分别是炉膛自由容积、自由容积炉墙面积、自由容积与屏容积分界面积，2m 。

11.8111sl s A s l=++，mA -- 屏的高度，m1.2.6 ϕ 保热系数为考虑散热损失的影响，在计算烟气放给受热面的热量时，引入一个保热系数的概念，它和热平衡计算中的散热损失5q 有关551k q q ϕη=-+ k η -- 为锅炉热效率。

来自于热平衡计算。

1.2.7 p B 计算燃料消耗量 /kg s为了计算燃烧产物空气的容积以及烟气对受热面的防热量，引入计算燃料消耗量，他考虑了机械不完全燃烧热损失，按照下式计算：41 /100p q B B kg s ⎛⎫=- ⎪⎝⎭4q -- 机械未完全燃烧热损失，%kp k hQ B Q Q μ=+ /kg sk Q -- 锅炉有效利用热，/kJ kg 。

p Q -- 燃料带入炉膛的热量，燃料的低位发热量加上燃料的显热，/kJ kg 。

k η -- 为锅炉热效率，%。

h Q -- 暖风热量，即在锅炉之外对空气进行加热带入炉膛的热量，/kJ kg 。

1.2.8 ()CP Vc 烟气平均比热容 /(.)kJ kg K1Kg 燃料燃烧产物的平均比热容：""()T TCPa Q I Vc T T-=- T Q --1kg 燃料送入炉内的热量, ，/kJ kg 其计算在1.2.1中有详细说明。