工业锅炉设备16628.docx

工业锅炉炉设备课程基本本要求1.熟悉工工业锅炉炉的定义义、工作作原理2.熟悉锅锅炉分类类原则3.掌握锅锅炉型号号含义4.掌握工工业锅炉炉的组成成与结构构5.了解工工业锅炉炉辅助设设备6.了解工工业锅炉炉的燃烧烧设备相关关标准：工工业锅炉炉技术条条件NNB/TT 4770344-20013工工业锅炉炉产品型型号编制制方法JJB/TT 16626-20002主要内容容1.工业锅锅炉定义义及工作作原理2.锅炉传传热与水水循环基基础3.工业锅锅炉分类类4.工业锅锅炉型号号及参数数系列5.工业锅锅炉基本本组成及及主要受受压部件件6.典型工工业锅炉炉结构简简介7.工业锅锅炉燃烧烧设备8.工业锅锅炉辅助助设备第一章工工业锅炉炉定义及及工作原原理第01讲讲工业业锅炉定定义及工工作原理理1. 工业锅炉炉定义及及工作原原理锅炉是一一种动力力设备。“锅锅炉”二二字非常常形象而而又科学学、准确确地说明明了这种种设备。锅锅炉一般般是以水水为介质质，尽管管现代工工业锅炉炉也有采采用导热热油等有有机液体体作为锅锅炉介质质（有机机热载体体锅炉），但但是大多多数的锅锅炉，特特别是用用于发电电的大型型锅炉，仍仍然将水水作为介介质。锅炉为了了实现对对水加热热、汽化化、蒸汽汽过热的的过程，必必须具有有能从燃燃料获得得足够热热量的设设备，即即“炉子子”，以以及盛装装水及蒸蒸汽的耐耐压容器器，并具具有能吸吸收足够够热量的的受热面面，这就就是“锅锅”。这里所指指的“足足够热量量”，取取决于需需要产生生蒸汽（水水）的量量，以及及蒸汽（水水）的压压力和温温度。如如果要给给锅炉作作一个科科学的描描述，那那么应该该表述为为：锅炉炉是这样样一种换换热设备备，它通通过燃料料的燃烧烧，使燃燃料中的的化学能能转化为为热能，并并将此热热能传递递给工质质（多数数情况下下为水）从从而使工工质升温温甚至转转变成为为具有所所需要的的热力学学参数的的蒸汽。1 工业业锅炉的的定义1.1 锅炉定义义GBB/T229000.48820008 电工工名词术术语 锅锅炉将将锅炉定定义为：利用燃燃料燃烧烧释放的的热能或或其他热热能加热热水或其其他工质质，以生生产规定定参数（温温度，压压力）和和品质的的蒸汽、热热水或其其他工质质的设备备。锅炉炉是一种种能量转转换设备备。也是是一种典典型的承承压类特特种设备备（符合合一定条条件）。为了了加强特特种设备备安全工工作，预预防特种种设备事事故，保保障人身身和财产产安全，我我国制定定一系列列法律法法规对锅锅炉进行行安全管管理。我国根据据特种种设备安安全法、特特种设备备安全监监察条例例、特特种设备备目录界界定锅炉炉是否纳纳入特种种设备实实施监管管。特种设设备安全全监察条条例对对锅炉的的定义为为：锅炉炉，是指指利用各各种燃料料、电或或者其他他能源，将将所盛装装的液体体加热到到一定的的参数，并并对外输输出热能能的设备备，其范范围规定定为容积积大于或或者等于于 300L的承承压蒸汽汽锅炉；出口水水压大于于或者等等于 00.1MMPa（表表压），且且额定功功率大于于或者等等于 00.1MMW的承承压热水水锅炉；有机热热载体锅锅炉。特特种设备备安全法法规定定，“国国家对特特种设备备实行目目录管理理。特种种设备目目录由国国务院负负责特种种设备安安全监督督管理的的部门制制定，报报国务院院批准后后执行”。“质质检总局局关于修修订特特种设备备目录的的公告（220144年第1114号号） ”中中特种种设备目目录对对锅炉的的定义为为：锅炉，是是指利用用各种燃燃料、电电或者其其他能源源，将所所盛装的的液体加加热到一一定的参参数，并并通过对对外输出出介质的的形式提提供热能能的设备备，其范范围规定定为设计计正常水水位容积积大于或或者等于于30LL，且额额定蒸汽汽压力大大于或者者等于00.1MMPa（表表压）的的承压蒸蒸汽锅炉炉；出口口水压大大于或者者等于00.1MMPa（表表压），且且额定功功率大于于或者等等于0.1MWW的承压压热水锅锅炉；额额定功率率大于或或者等于于0.11MW的的有机热热载体锅锅炉。特种设备备目录中中锅炉的的类别为为：承压压蒸汽锅锅炉；承承压热水水锅炉；有机热热载体锅锅炉；有机机热载体体锅炉分分为有机机热载体体气相炉炉，有机机热载体体液相炉炉两个品品种。20004年年公布特特种设备备目录（已已废止）包包含：锅锅炉部件件；锅炉炉材料。以以及承压压蒸汽锅锅炉又分分为电站站锅炉、工工业锅炉炉、生活活锅炉三三个品种种。1.2 工业锅炉炉定义：工业业锅炉的的概念是是在 220世纪纪 300年代后后期，为为了区别别于大容容量电站站锅炉才才逐渐采采用的。通通常人们们将工业业锅炉和和生活锅锅炉合称称工业锅锅炉，我我国目前前的标准准规范中中所述工工业锅炉炉一般也也包含生生活锅炉炉。GBB/T229000.488-20008 电工工名词术术语 锅锅炉中中工业锅锅炉的定定义为：生产的的蒸汽或或热水主主要用于于工业生生产和/或民用用的锅炉炉。GBB/T119211-20004 工业业蒸汽锅锅炉参数数系列明明确其适适用于工工业用、生生活用以以水为介介质的固固定式蒸蒸汽锅炉炉。19999版锅锅炉定期期检验规规则 （已废废止）第第十一条条中明确确，工业业锅炉是是指以向向工业生生产或生生活用途途提供蒸蒸汽、热热水的锅锅炉，一一般是指指额定工工作压力力小于等等于 22.5MMPa的的锅炉。TSSGG770022-20015 锅炉炉定期检检验规则则（220155.100.1实实施）对对于锅炉炉检验的的要求是是按电站站锅炉和和电站锅锅炉以外外的锅炉炉来分别别要求，没没有再明明确给出出工业锅锅炉的定定义。TSSG00001-20112 锅锅炉安全全技术监监察规程程对锅锅炉范围围做了进进一步调调整，其其适用范范围包括括固定式式承压蒸蒸汽锅炉炉、承压压热水锅锅炉、有有机热载载体锅炉炉，以及及以余（废废）热利利用为主主要目的的烟道式式和烟道道与管壳壳组合式式余（废废）热锅锅炉。这里里面涉及及的工业业锅炉包包括：发发电（包包括热、电电联产）锅锅炉之外外的蒸汽汽锅炉、发发电锅炉炉之外的的以余（废废）热利利用为主主要目的的烟道式式和烟道道与管壳壳组合式式余（废废）热锅锅炉、承承压热水水锅炉、有有机热载载体锅炉炉。2 工业业锅炉用用途、特特点2.1 工业锅锅炉用途途a.为石石油、化化工、纺纺织、造造纸、医医药等工工业生产产提供热热能。b.用于于采暖、食食品加工工、卫生生消毒等等人民生生活的诸诸多方面面。c.回收收利用工工业生产产过程的的余（废废）热。2.2 工业锅锅炉特点点工业业锅炉是是工业生生产中的的常用设设备，实实践证明明，它又又是一种种事故率率比较高高、事故故危害严严重的特特殊设备备，主要要表现在在：易发发事故、破破坏力强强、危害害性大。特特点：a.爆炸危危害性：锅炉一一般都是是承受压压力载荷荷的承压压设备，超超压、安安全附件件失灵、受受压元件件缺陷等等等都有有可能出出现爆炸炸事故，造造成财产产损失和和人身伤伤害；b.易于损损坏性：锅炉受受热面长长期处于于高温条条件下工工作，以以及同时时受火、烟烟气、灰灰、水（汽汽）等的的侵蚀、磨磨损，锅锅炉设备备是在比比较恶劣劣的条件件下运行行，比一一般设备备易于损损坏；c.使用的的广泛性性：由于于锅炉是是提供热热源的重重要设备备，凡是是需要蒸蒸汽、热热水的生生产和生生活场所所，一般般都离不不开锅炉炉，锅炉炉遍及国国民经济济的各个个行业，使使用非常常广泛；d.可靠的的连续运运行性：无论生生产或生生活用锅锅炉，一一旦投入入运行，就就要连续续运转，如如果被迫迫停炉，会会造成很很大损失失。生产产用锅炉炉被迫停停炉，会会造成工工厂停产产；采暖暖锅炉冬冬季被迫迫停炉，会会影响人人们生活活，因此此，要求求锅炉必必须连续续可靠地地运行。所以以，锅炉炉的特殊殊工况条条件决定定了锅炉炉的特殊殊性，事事故的危危害性大大，尤其其是锅炉炉爆炸事事故，一一旦爆炸炸，造成成的损失失就难以以估量。3 锅炉炉工作原原理以常常见的利利用燃料料燃烧释释放的热热能且工工质为水水、汽的的锅炉为为例，其其工作原原理可用用下述工工作过程程和工作作系统来来说明。3.1 锅锅炉工作作过程：锅炉产产生热水水或蒸汽汽需要三三个过程程。a.燃料的的燃烧过过程，燃燃料在炉炉膛内燃燃烧放出出热量的的过程。b.烟气的的流动和和传热过过程，燃燃料燃烧烧后产生生的热量量，通过过受热面面传递给给锅内的的水或蒸蒸汽的过过程。c.工质的的加热汽汽化过程程（锅内内过程），水水吸收热热量转变变为热水水或蒸汽汽的过程程。3.2 锅锅炉工作作系统：锅炉从从构造上上由二个个系统组组成，锅锅炉的工工作过程程就是在在系统内内连续完完成的。3.2.11 汽水水系统：进入锅锅炉的水水（给水水），经经过加热热、汽化化、过热热，最后后获得符符合要求求参数的的蒸汽或或热水；3.2.22 燃烧烧系统：燃料和和空气（或或经过空空气预热热器预热热）送入入炉内混混合燃烧烧后，产产生高温温烟气，再再通过各各受热面面，将热热量传给给工质以以后，烟烟气由烟烟囱排出出。燃烧烧生成的的灰渣，由由排渣设设备排出出；电站锅炉炉及其辅辅助设备备系统简简图煤斗；给给煤机；磨磨煤机；空空气预热热器；排粉粉风机；燃燃烧器；炉炉膛；水冷冷壁；屏式式过热器器；高温过过热器；低低温过热热器；省煤煤器；除尘尘器；吸风风机； 烟烟囱；送风风机；锅筒筒；下降管管；顶棚过过热器；排排渣室燃料进入入锅炉燃燃烧的基基本流程程：燃烧   炉膛（或或炉排） 除渣设备。烟气的基基本流程程：蒸汽的产产生过程程（流程程）：水的循环环过程（流流程）：第二章锅锅炉传热热与水循循环基础础第01讲讲锅炉炉传热与与水循环环基础（一一）2. 锅炉传热热与水循循环基础础内容容2.1 热力学基基础热力学第第一定律律、热力力学第二二定律、水水蒸汽的的性质等等2.2 传热学基基础辐射、导导热、对对流等2.3 锅炉水循循环水循环与与流动压压头、影影响水循循环因素素、水循循环故障障等2.4 流体的层层流和紊紊流工程热力力学、传传热学与与流体力力学并称称能源动动力类专专业的三三大基础础课程。在在锅炉设设计、制制造、运运行等环环节得到到广泛应应用。工程热力力学、传传热学用用于锅炉炉受热面面设计和和热力计计算。流流体力学学用于锅锅炉水循循环系统统设计和和水动力力计算、烟烟风阻力力计算等等。2.1 热力学学基础工程程热力学学的研究究对象主主要是热热能转化化为机械械能的规规律和方方法以及及提高转转化效率率的途径径。2.1.11 热力力学第一一定律：自然然界中一一切物质质都具有有能量，能能量不可可能被创创造，也也不可能能被消灭灭；但能能量可以以从一种种形态转转变为另另一种形形态；在在能量的的转化过过程中，一一定量的的一种形形态的能能量总是是确定地地相应于于一定量量的另一一种形态态的能量量，能的的总量保保持不变变。在工工程热力力学的范范围内，热热力学第第一定律律主要是是热能和和机械能能之间的的相互转转化和守守恒。用用简单的的数学式式表示，即即QAJJW式中中Q表示示消耗的的热能，WW表示完完成的功功, AAJ表示示与一个个单位的的功相当当的热量量，叫做做热功当当量。AAJ的数数值与能能量转化化时的条条件无关关，仅仅仅决定于于热和功功所用的的单位。在国国际制（SSI）中中，热与与功采用用相同的的单位，即即焦耳（JJ）。所所以AJJ1这这时上式式可写成成QWW。在工工程制中中，热的的单位是是千卡（kkcall），功功的单位位是公斤斤力·米米（kggf·mm），这这时（1.11）把热热力学第第一定律律的原则则应用于于系统中中的能量量变化时时可写成成如下形形式：进入入系统能能量离离开系统统能量系统中中储存能能量的增增加2.1.22 热力力学第二二定律热力力学第二二定律有有几种最最基本的的、广为为应用的的叙述方方式，一一种为克克劳修斯斯说法，即即：热不不可能自自发地、不不付代价价地、从从低温物物体传至至高温物物体。另另一种为为开尔文文表达方方式，即即：不可可能制造造出从单单一热源源吸热，使使之全部部转化成成为功而而不留下下其他任任何变化化的热力力发动机机。还有有一种最最经典的的表述：第二类类永动机机是不可可能存在在的。由热热力学第第二定律律可以推推出著名名的卡诺诺定理：在相相同温度度的高温温热源TT1和相相同温度度的低温温热源TT2 之之间工作作的一切切可逆循循环，其其热效率率都相等等，与可可逆循环环的种类类及采用用哪一种种工质无无关，其其热效率率等于11T22/T11。T11和T22 之间间工作的的一切不不可逆循循环，其其热效率率必小于于可逆循循环的热热效率。由两两个可逆逆的定温温过程和和两个绝绝热过程程组成的的循环称称为卡诺诺循环，在在相同热热源和冷冷源之间间工作的的一切循循环以卡卡诺循环环热效率率最高。2.1.33 水蒸蒸汽的性性质1.汽化水由由液态转转化为气气态的过过程称为为汽化。汽化化是通过过蒸发或或沸腾两两种方法法进行的的。蒸发发是水在在自由表表面上缓缓慢地汽汽化，在在任何温温度下都都在持续续进行。沸腾腾是水在在表面和和内部同同时进行行剧烈的的汽化，只只有当温温度达到到沸点时时才会发发生。2.饱和温温度（沸沸点温度度）是指指对水加加热时，水水的温度度不断上上升，当当达到该该压力下下水开始始沸腾（常常压下1100）时的的温度。此时的水称为饱和水，此时的蒸汽称为饱和蒸汽（湿蒸汽）。饱和和蒸汽中中含水分分的重量量百分数数叫做湿湿度，它它是衡量量蒸汽品品质好坏坏的一个个重要指指标。一一般对蒸蒸汽湿度度的要求求，水管管锅炉应应控制在在3%以以下，火火管锅炉炉应控制制在5%以下。湿度度过大，会会降低蒸蒸汽的品品质，影影响使用用效果，还还可能在在蒸汽管管道上发发生水击击现象，使使管道剧剧烈震动动，以致致损坏。3.过热蒸蒸汽是指指在该压压力下对对饱和蒸蒸汽再加加热，蒸蒸汽的温温度开始始上升，变变成温度度超过饱饱和温度度的过热热蒸汽。而而超过饱饱和温度度的温度度数值称称为过热热度。将饱饱和蒸汽汽进一步步加热变变成过热热蒸汽的的目的：是让蒸蒸汽不带带水分，保保证蒸汽汽品质。同同时，让让蒸汽升升温，增增加蒸汽汽热焓，来来供给生生产或汽汽轮机发发电。4.液体热热（显热热）是指指在一定定压力下下，使11公斤的的水从00加热热到饱和和温度所所需要的的热量。液体体热仅用用于提高高水的温温度，而而不能改改变水的的形态。它它与压力力有关，压压力越高高液体热热就越大大。5.汽化热热（潜热热）是指指在一定定压力下下，使11公斤的的饱和水水完全汽汽化，变变成干饱饱和蒸汽汽所需要要的热量量。汽化化热仅增增加汽化化量，而而不提高高蒸汽温温度。它它与压力力成反比比，压力力越高汽汽化热就就越小。6.焓是指指在一定定压力下下，使11公斤的的水从00加热热到任一一状态下下的水或或蒸汽所所吸收的的总热量量。饱和和水的焓焓等于液液体热，干干饱和蒸蒸汽的焓焓就等于于液体热热与汽化化热之和和。7.水蒸汽汽的特性性水蒸蒸汽具有有良好的的膨胀，压压缩和载载热性能能，因此此在动力力工程和和工业部部门的生生产工艺艺过程中中，水蒸蒸汽是应应用最广广泛的一一种介质质。饱和和蒸汽离离液态（水水）较近近，为不不稳定状状态，遇遇冷即转转化为饱饱和水放放出汽化化潜热。所所以工业业上常用用饱和蒸蒸汽而较较少用过过热蒸汽汽。过热热蒸汽具具有较大大的能量量，且没没有水分分，常用用来推动动汽轮机机发电。2.1.44 水蒸蒸汽的热热力过程程1.饱和状状态液液体和蒸蒸汽处于于动态平平衡的状状态图1.11 水的的饱和状状态容器器内 液液体蒸蒸发、汽汽化蒸蒸汽液体体凝结结、液化化蒸汽汽此时时的汽化化速度取取决于液液体温度度t，液液化速度度取决于于蒸汽密密度。当汽汽化速度度等于液液化速度度时，达达到饱和和状态（动动平衡），两两过程不不断进行行，但状状态不变变，和和t不再再改变。图1.22 定压压下水蒸蒸汽的产产生过程程2.1.5 物物质平衡衡与热平平衡锅炉炉中所发发生的过过程当然然遵守物物质不灭灭定律。送送入锅炉炉的燃料料通过燃燃烧这一一化学反反应将燃燃料中的的可燃质质转变成成为了二二氧化碳碳、二氧氧化硫、水水蒸汽、灰灰渣等燃燃烧产物物。但由由于种种种原因，燃燃料在锅锅炉中不不能完全全燃烧，而而燃烧放放出的热热量也不不会全部部有效地地用于生生产蒸汽汽或热水水。也就就是说，燃燃料的总总输入热热量中只只有一部部分被工工质（水水或蒸汽汽）所吸吸收，这这部分热热量称为为有效利利用热，其其余部分分则损失失掉了，称称为锅炉炉的热损损失。有有效利用用的热量量和损失失掉的热热量与送送入锅炉炉的总热热量之间间服从能能量守恒恒定律。2.1.66 蒸汽汽动力装装置及循循环1.水蒸汽汽作为工工质的卡卡诺循环环如图图：湿蒸蒸汽区可可以实现现卡诺循循环1-2-cc-5-1 ，实实际不用用，因为为：1. 5-1,11-2,2-cc 三过过程可以以实现。但但c-55难实现现；2. 湿蒸蒸汽区TTh受限限，tt不高；3. 1-22膨胀末末期，干干度太小小，影响响汽机工工作。2 朗肯循循环火火力发电电厂基本本循环蒸汽汽动力循循环系统统及朗肯肯循环针针对上述述3点不不利因素素，进行行改进的的可逆循循环。如图图：2-3过程程为定压压放热完完全冷凝凝成水。便便于水泵泵工作；3-4过程程为过冷冷水吸热热（与卡卡诺不同同，定压压吸热）5-1过程程为过热热器吸热热 （与与卡诺不不同，定定压吸热热）2.2 传热学学基础传热热：是物物质在温温差作用用下所发发生的热热能传递递。传热热学：研研究热能能传递规规律的一一门学科科。热量量总是自自然地由由高温物物体传向向低温物物体，在在锅炉中中，燃烧烧是基础础，产生生蒸汽或或热水是是目的，这这两者是是通过传传热来实实现的。燃燃料在炉炉膛内燃燃烧后，放放出高温温热量，通通过火焰焰的热辐辐射和烟烟气的对对流传热热将热量量传递给给锅炉各各受热面面，通过过受热面面自身的的热传导导将热量量从外壁壁烟气侧侧传递到到内壁工工质侧，再再通过锅锅内工质质流动把把内壁的的热量吸吸收变成成蒸汽或或高温热热水。锅炉炉内热量量传递方方式有热热辐射、热热传导、对对流传热热三种。图1.55 锅炉炉传热示示意图2.2.11 热辐辐射2.2.11.1 定义辐射射：物体体通过电电磁波来来传递热热量的方方式。热辐辐射：物物体由于于热的原原因向外外发出的的辐射。辐射射换热：物体之之间以辐辐射的形形式交换换热量。2.2.11.2 特点1.不需要要冷热物物体的直直接接触触。即：不需要要介质的的存在，在在真空中中就可以以传递能能量，而而且最有有效。2.在辐射射换热过过程中伴伴随着能能量的转转移和能能量形式式的转换换，物体体热力学学能电电磁波能能物体体热力学学能。3.动态平平衡只要要物体之之间的温温度差很很大时，热热辐射就就能成为为主要传传热方式式。运行行的锅炉炉热辐射射主要发发生在有有火焰辐辐射的地地方，如如炉膛、水水冷壁管管等部分分。当炉炉膛温度度在12200以上时时，布置置在炉膛膛内的水水冷壁吸吸收辐射射热量要要比对流流受热面面效果高高出5倍倍以上。热辐辐射计算算公式为为（1.22）式中中qff 炉炉膛辐射射换热量量，kJJ/m22；Coo绝对对黑体辐辐射常数数，Coo5.7×ll0111kWW/m22；a炉膛黑黑度，与与烟气特特性，受受热面几几何特性性及表面面灰污状状况有关关；T11炉膛膛中火、烟烟气的平平均有效效温度，KK；T11t1+2773；Tbb1受受热面烟烟气侧壁壁面温度度，K；Tb11tb11+ 2273。2.2.22 热传传导2.2.22.1 定义温度度不同的的物体各各部分或或温度不不同的两两物体间间直接接接触时，依依靠分子子、原子子及自由由电子等等微观粒粒子热运运动而进进行的热热量传递递现象。2.2.22.2 特点1.直接接接触2.物体各各部分之之间不发发生宏观观位移3.依靠微微观粒子子（分子子、原子子、电子子等）的的无规则则热运动动4.物体的的固有本本质（只只要存在在温差，在在固体、液液体、气气体中均均会发生生导热现现象）在热热传导过过程中物物体本身身各部分分不发生生相对移移动。例例如：锅锅炉水管管的外壁壁受烟气气加热后后，热量量很快传传导给内内壁。再再供锅水水吸收。各各种物质质的导热热性能是是不相同同的。物体体传导热热量的能能力称为为热传导导率或常常称为导导热系数数。用符符号“”表示示，单位位：kWW/m··。导热热系数越越大，传传热越强强。金属属是导热热体，热热传导率率较大。而而非金属属，如：空气、塑塑料、石石棉热传传导率很很小，属属于绝热热体。一一般锅内内水垢的的导热系系数仅是是钢的11/200 11/500，烟垢垢则比水水垢的导导热系数数还小，烟烟灰的导导热系数数平均值值仅为锅锅炉钢板板的1/4600。热传传导计算算公式为为：kWW/m22 （1.3）式中中：qdd一单位位面积热热传导量量，kWW/m22； 一 物物体的导导热系数数，kWW/m··；S 一 物物体导热热厚度，mm；tt 一物物体导热热高、低低温差，；tttbb1ttb22.2.33 对流流传热2.2.33.1 定义流体体各部分分之间发发生相对对位移时时，冷热热流体相相互掺混混所引起起的热量量传递过过程。也也就是借借助流动动的液体体或气体体，把热热量从一一个物体体传递给给另一个个物体的的过程。2.2.33.2 特点1.仅能发发生在流流体中2.流体宏宏观运动动+流体体导热（流流体中各各部分温温度不同同，必然然拌有分分子不规规则热运运动而传传递的热热量）3.对流换换热：流流体流过过温度不不同的固固体壁面面时的热热量传递递过程（工工程上感感兴趣）4.对流换换热机理理与通过过紧靠换换热面上上薄膜层层的热传传导有关关2.2.33.3 分类对流流换热按按照不同同的原因因可分为为多种类类型。按流流动起因因可分为为：强迫迫对流换换热和自自然对流流换热。按是是否相变变可分为为：相变变对流换换热和无无相变对对流换热热在单单位时间间内流体体和壁面面的温度度相差11时，通通过单位位面积所所传递的的热量称称为传热热系数。用用符号“”表示示，单位位：kWW/m22·。在锅锅炉设备备中，对对流传热热是高温温烟气以以某种速速度流经经受热面面，冲刷刷管壁，在在与管壁壁接触过过程中放放热。对对流传热热系数是是表明传传热过程程强弱。它它的影响响因素很很多，其其主要原原因有：烟气的的流速；烟气与与受热面面冲刷方方向以及及受热面面管子的的排列。对流流传热计计算公式式为（1.44）式中中：qLL 单位面面积、单单位时间间对流传传递的热热量，kkW/mm2； 对对流传热热系数，kkW/mm2·；tt 高、低低温物体体的温差差，。2.2.44 传热热过程和和传热系系数2.2.44.1 传热过过程1.传热过过程概念念热量量由壁面面一侧的的流体通通过壁面面传到另另一侧流流体中去去的过程程称传热热过程。2.传热过过程的组组成传热热过程一一般包括括串联着着的三个个环节组组成，即即：（11）热流流体壁壁面高温温侧；（22）壁面面高温侧侧壁面面低温侧侧；（33）壁面面低温侧侧冷流流体。若是是稳态过过程则通通过串联联环节的的热流量量相同。3.传热过过程的计计算针对对稳态的的传热过过程，即即 Q常数图1.66 传热热过程如上上图（图图1.66） ，其其传热环环节有三三种情况况，则其其热流量量的表达达式如下下：（1.55）（1.66）（1.77）三式式相加，整整理可得得：也可可以表示示成：式中中，K 称为传传热系数数，单位位为 WW/（mm2.K）。2.2.44.2 传热系系数1.概念：是指用用来表征征传热过过程强烈烈程度的的指标。数数值上等等于冷热热流体间间温差t11，传传热面积积A11m2时热流流量的值值。K值值越大，则则传热过过程越强强，反之之，则弱弱。其大大小受较较多的因因素的影影响：参参与传热热过程的的两种流流体的种种类；传传热过程程是否有有相变传热热系数的的表达式式为：（1.113）传热热系数的的表达式式揭示了了传热系系数的构构成，即即它等于于组成传传热过程程诸环节节的 11/h11、/及11/h22之和的的倒数。如如果对上上式取倒倒数，可可得：或因此此，由上上式可见见：传热热过程热热阻是由由各个构构成环节节的热阻阻组成。串联联热阻叠叠加原则则：在一一个串联联的热量量传递过过程中，如如果通过过各个环环节的热热流量都都相等，则则串联热热量传递递过程的的总热阻阻等于各各串联环环节热阻阻之和。第02讲讲锅炉炉传热与与水循环环基础（二二）2.3 锅炉水水循环2.3.1水循循环与流流动压头头锅炉运行行时，“锅锅”中的的水实际际上遵循循着一定定的路线线不断的的流动着着，流动动的路线线往往构构成周而而复始的的回路叫叫做循环环回路。水水在锅炉炉循环回回路中的的流动，称称为锅炉炉水循环环。锅炉的水水循环可可分为自自然循环环和强制制循环两两类，自自然循环环是利用用上升管管中汽水水混合物物的密度度较下降降管中的的水为小小，形成成压力差差，使锅锅水循环环。强制制循环是是依靠水水泵的推推动作用用强迫锅锅水循环环。绝大大部分工工业蒸汽汽锅炉水水循环都都是自然然循环。按锅炉结结构不同同，锅炉炉中的水水循环，有有的只有有一个循循环回路路，有的的却有几几个循环环回路。图1.88是自然然循环锅锅炉单回回路水循循环的示示意图。它它构成的的循环回回路是：上升管管1锅锅筒2下降管管3下下集箱44上升升管1。图1.99是自然然循环锅锅炉多回回路水循循环的示示意图。可可以看出出，图中中1、33、5三三组上升升管（水水冷壁管管及对流流排管）共共同合用用一组下下降管44，构成成三个水水循环回回路。图1.88 单回回路水循循环原理理示意图图图图1.99 多回回路水循循环原理理示意图图自然循环环的原理理是利用用上升管管中汽水水混合物物的密度度较小，重重量较轻轻，下降降管中尚尚未汽化化的水密密度较大大，重量量较重，造造成压力力差，形形成自然然循环压压头，使使两段水水柱之间间失去平平衡，导导致锅水水流动而而循环。水循循环流动动压头：是指下下降管内内的水与与上升管管内的水水汽混合合物之间间的重量量差或压压力差。用用P表表示，单单位Paa。PHH混（混） （1.23）式中中：H混混 上升管管汽水混混合物水水柱的高高度，mm；下下降管中中水的重重度，NN/m33；混混上上升管汽汽水混合合物的平平均重度度，N/m3。在自自然循环环过程中中，每一一循环回回路都存存在着流流动阻力力，即上上升管和和下降管管的阻力力之和。流流动压头头是用来来克服流流动中的的全部阻阻力损失失。有效效压头是是指上升升管产生生的运动动压头除除去本身身的流动动阻力损损失后剩剩余的压压头，是是用来克克服下降降管阻力力的。有有了足够够的有效效压力，才才能保证证工质不不停的流流动。P有效 H混混（混混）P上升升管 PP下降管管（1.24）式中中：P有有效有效压压头，NN/m33；H混混 上升管管汽水混混合物水水柱的高高度，mm；下下降管中中水的重重度，NN/m33；混混上上升管汽汽水混合合物的平平均重度度，N/m3；PP上升管管上上升管水水流动阻阻力，NN/m33；P下降降管下降管管水流动动阻力，NN/m33。2.3.2 影影响水循循环的因因素从上上式计算算中可以以看出，良良好水循循环决定定因素是是：1.锅炉工工作压力力压力力越高，气气水密度度差越小小。工业业锅炉一一般都是是低压锅锅炉，因因此对循循环比较较有力。2.受热强强度受热热越强，上上升管中中工质的的含汽量量就越多多，密度度差就越越大。因因此，在在自然循循环锅炉炉中，随随着负荷荷增加，回回路的流流动压头头增大，使使循环水水量也随随之增大大，具有有一定的的自补偿偿能力，这这是自然然循环锅锅炉的一一个优点点。相反反，如负负荷很低低，则水水循环的的稳定性性就较差差。所以以工业锅锅炉低负负荷运行行对水循循环的稳稳定性是是不利的的。3.回路高高度对中低压压工业锅锅炉来说说，回路路越高，流流动压头头越大。应应注意尽尽量减少少上升水水平段的的长度，因因为增加加水平段段长度，流流动压头头不变，而而阻力增增加，将将使有效效压头减减小，对对水循环环不利。一般般对0.8MPPa表压压力以下下的锅炉炉，水冷冷壁的高高度最好好不少于于2米，对对于1.3MPPa表压压力的锅锅炉，水水冷壁高高度最好好不少于于3.55米。4.上升升管和下下降管阻阻力应尽尽量减小小进入入上升管管的循环环水量是是标志水水循环回回路工作作可靠性性的重要要参数，循循环水量量越大，工工作越可可靠。常常用进入入上升管管的水流流速来表表示，称称为循环环水速，用用W0表表示，如如下式：W0 ，m/s （11.255）式中中：G循环环水量，kkg/hh；上升升管的截截面积，mm2；水的的比容，mm3/kgg。上升升管中进进入的循循环水量量与产生生的蒸汽汽量之比比值，称称为循环环倍率，用用K表示示：K（11.266）工业业锅炉的的循环倍倍率一般般都比较较大。对对于蒸发发量115t/h以下下的锅炉炉，当蒸蒸汽压力力1.5MPPa时，其其循环倍倍率为11502000；当蒸蒸汽压力力为1.522.5MMPa时时，其循循环倍率率为5001000。在一一定的热热负荷下下，循环环回路的的有效压压头Syyx随循循环水量量G（或或循环水水速W00）增加加而减小小，这是是因为含含汽量减减小，同同时上升升管的阻阻力也有有所增大大所致。另另一方面面，下降降管阻力力随着循循环水量量增加而而增加。这这样，可可以绘制制有效压压头、下下降管阻阻力与循循环水量量（或循循环水速速）的关关系曲线线，称为为水循环环特性曲曲线（如如图）。曲线线的交点点即是循循环回路路稳定工工作的工工作点。图1.110 水水循环特特性曲线线工业业锅炉对对流管束束是由多多排密集集布置的的管束所所组成，其其特点是是整个管管束都吸吸收热量量，没有有独立的的不受热热的下降降管。在在这种情情况下，对对流管束束中的工工质如何何流动，哪哪部分下下升或下下降，就就要看那那部分管管子吸收收的热量量多少决决定。根根据烟气气流动方方向，在在烟道前前部的烟烟温高，吸吸热多，产产生的蒸蒸汽多，工工质的密密度小，是是上升管管，在烟烟道后部部的则为为下降管管。2.3.33 水循循环故障障1.循环停停滞是指指受热最最弱管子子的有效效压头小小到不能能克服下下降管的的阻力，这这些管内内的循环环水速小小到接近近于零。此此时上升升管又引引入于锅锅筒的蒸蒸汽空间间，则管管内将会会形成几几乎静止止不动的的“自由由水面”。这这样就造造成自由由水面以以上的管管段冷却却不良，而而使管壁壁过热而而爆裂。2.倒流是指指上升管管受热极极差而完完全没有有蒸汽产产生，而而相邻上上升管受受热好向向上流动动的作用用下，这这根上升升管如同同下降管管，形成成倒流。在在倒流中中管内存存有汽泡泡，当流流速较小小时，汽汽泡会停停滞，堵堵塞管子子，引起起管子烧烧损。3.汽水分分层是指指上升管管水平或或微倾斜斜布置，在在管内工工质流速速不高时时，由于于汽水密密度不同同，蒸汽汽则在管管内上部部流动，水水则在管管内下部部流动，形形成汽水水分层。在在锅炉运运行中，往往往造成成管子上上部壁温温过高而而烧坏。在在汽水分分离处，由由于水波波动，壁壁温时高高时低，容容易引起起疲劳裂裂纹。4.下降管管带汽是指指锅筒内内水面上上形成旋旋涡，蒸蒸汽被旋旋涡吸入入到下降降管中；或下降降管与上上升管间间距不远远时，从从上升管管来的蒸蒸汽很可可能直接接进入下下降管中中；或下下降管受受热，使使下降管管内水沸沸腾气化化产生蒸蒸汽。下下降管带带气会增增加下降降管水流流动阻力力；减少少了下降降管与上上升管中中工质的的重度差差，使流流动压力力减少，对对水循环环不利；若下降降管带汽汽量较多多，容易易形成气气塞，使使水循环环中断，不不能对上上升管可可靠供水水，造成成爆管事事故。2.4 流体的的层流和和紊流流体体在直圆圆管中流流动，当当流速很很小时，流流体质点点的流动动轨迹呈呈现为直直线，不不与周围围的流体体相混杂杂，此种种情况下下的流动动状态称称为层流流。当流流速增大大到一定定数值时时，流体体质点在在流动过过程中不不断相互互混杂，流流场内运运动要素素发生不不规则的的脉动现现象，这这种流动动状态称称为紊流流。层流流与紊流流这两种种流动状状态的形形成，与与流体的的粘性系系数、密密度、圆圆管的特特征尺寸寸直直径d，以以及特征征流速管内内的平均均流速