6-第六章-锅炉本体热力计算汇总.ppt
锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 1 1第六章第六章 锅炉本体热力计算锅炉本体热力计算6.1炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算6.2对流受热面的传热计算对流受热面的传热计算6.3对流放热系数对流放热系数6.4辐射辐射放热系数放热系数返返 回回 6.5平均温差平均温差 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 2 26.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算 第六章炉膛传热过程具有如下特点炉膛传热过程具有如下特点炉膛内的传热过程是与燃料的燃烧过程同时进行的。炉膛传热以辐射为主、对流所占比例很小。火焰与烟气的温度在其行程上变化很大。燃用不同燃料，火焰的辐射特性不同。辐射受热面通常被灰污所包覆。锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 3 3 6.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算 炉膛传热计算的任务在于：炉膛传热计算的任务在于：确定炉膛辐射受热面的吸热量和炉膛出口烟气温度。为了应用传热学的基本原理计算炉内传热，特做如下假定：1.把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时，则引入经验系数来考虑。2.对流传热所占份额不大（5左右），计算时可忽略。3.火焰辐射传热量按某一平均温度来计算。4.不同的燃料采用不同的火焰黑度。5.采用灰污系数修正。一、炉膛传热基本方程式一、炉膛传热基本方程式炉膛的传热计算实际上是计算火焰与水冷壁间的辐射换热量，据斯一波公式有：(kw)第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 4 46.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算 另一方面，可从烟气侧列出热平衡方程式：(kw)二、有效辐射受热面二、有效辐射受热面由于水冷管壁一般都是靠墙布置，只有曝光的一面受到火焰的辐射，而其背面只受到炉墙的反射辐射（炉壁假定为绝热面），所以不能完全利用。因此水冷壁辐射受热面积并不等于管子的外表面积。第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 5 56.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算 设火焰向炉墙总的辐射热量为 。第一次投落在管子壁面上的热量为 则热量投射的份额为：只与表面形状，两物体间几何位置相关，与温度无关的系数。漏过到炉墙的热量为：第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 6 66.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算 经炉墙反射至水冷壁管的热量经两次辐射至管子的热量为：有：有效角系数炉膛辐射受热面积Hf在锅炉实行运行时，由于水冷壁被灰污包敷，使管壁积灰层表面温度升高，以致不能忽略管壁本身的辐射，也就导致水冷壁受热面吸热量的减少，为考虑积灰的影响我们引入水冷壁管的粘污系数。第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 7 76.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算 综合考虑和的影响，引入热有效系数举例说明灰污对传热的影响：管内工质温度为400C左右若管壁为洁净，则管壁外表面温度等于工质温度若管壁上积灰垢厚0.5mm，0.1w/m2C，此时管外壁灰表面温度为9001000C，因此管壁本身辐射就不能忽略；三、火焰黑度（三、火焰黑度（）在火焰黑度计算时有：假定第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 8 86.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算1)火焰视为灰体，即2)计算中所涉及到的温度和烟气成分以炉膛出口截面处为准。在炉膛中，沿火焰行程,随着温度场的变化，火焰中具有辐射能力的成分如赤热焦炭粒，RO2和碳黑粒子等也是变动的，并且随燃料种类，燃烧方式，燃烧工况的不同而不同，因此，炉膛沿火焰行程各处是不同的第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 9 96.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算例如：在燃用重油时，碳黑粒子RO2火焰尾部黑度的变化是剧烈的，这是由于引起火焰发光的碳黑颗粒完全燃尽，到火焰末端仅仅是三厚子气体的辐射所致。而燃煤炉（焦炭、灰粒、RO2）的变化则较平缓。据传热学定义：K：火焰辐射减弱系数1/mmPap：炉膛压力，供热锅炉P=0.1MPa（常压燃烧）S：有效辐射层厚度：1.燃用气体或液体燃料时：(主要辐射介子RO2，炭黑粒子）这时是由发光部分黑度和不发光部分黑度 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 10106.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算第六章m：发光部分在火焰中所占份额m气体燃料液体燃料4000.10.5512000.611200400用插值法求取 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 11116.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算 三原子气体辐射减弱系数 炭黑粒子辐射减弱系数2.燃用固体燃料时（辐射介质RO2,焦炭粒子、灰粒）灰粒辐射减弱系数第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 12126.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算第六章四、炉膛有效放热量与理论燃烧温度四、炉膛有效放热量与理论燃烧温度对每kg完全燃烧的燃料：空气进入炉膛所代入的热量有ky:无ky:炉膛理论燃烧温度（）;是假定在绝热情况下将作为烟气的理论焓而得的烟气理论温度。它是假定的温度，由于炉膛内有吸热，因此炉温始终是不能达到，但它能定性反映真实炉温高低。锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 13136.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算五、炉膛黑度五、炉膛黑度假定水冷壁分布均匀，并以整个炉膛看作为一个整体，火焰和炉膛是物性均匀的灰体，炉墙又为绝热：第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 14146.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 15156.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算六、炉膛出口烟气温度六、炉膛出口烟气温度在设计锅炉时，炉膛出口烟温的选择是一个重要问题，一般是指炉膛出口处，进入对流管束前的温度。的选择应根据以下两个要求进行(1).防止对流受热面结渣（针对固体燃料）燃用固体燃炉时，若取得过高，烟气中的灰处于熔化状态，遇到受热面管子就粘结在管子上，使管壁灰垢层温度升高，结渣就严重，最后逐步将烟道，从而影响锅炉的正常工作。一般情况下取不大于1005-1100C(2).技术经济条件；（针对液体和气体燃料）这是因为的高低决定了锅炉中辐射受热面及对流受热面之间的热吸量比例。因此的选择与Qf和Qd比例有关一般对燃油、气燃料，1200-1400C燃油选用下限，燃气选用上限。第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 16166.1 6.1 炉膛传热过程及计算炉膛传热过程及计算七、炉膛传热计算步骤七、炉膛传热计算步骤炉膛传热计算可分为：校核计算：已知，校核；设计计算：已知，计算；校核计算步骤：1.根据已知的炉膛结构尺寸图，计算、S和水冷壁结构特性2.计算，选定和，并计算（由焓温表示）3.先假定，求得（烟气平均热容量）4.计算和5.计算，并同前假定的相比较：若误差100C则应重新假定，直到两者误差100C6.计算（辐射散热面平均强度）第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 17176.2 6.2 对流受热面的传热计算对流受热面的传热计算一、对流受热面传热计算的基本公式一、对流受热面传热计算的基本公式1.热平衡方程式：1)烟气侧：(kJ/kg)2)工质侧：(kJ/kg)空气预热器工质侧：(kJ/kg)2.传热方程式：(kJ/kg)二、对流传热系数二、对流传热系数K的计算的计算影响因素：烟气、积灰、管壁、结垢和工质，包括对流、辐射和传导三种基本传热方式。第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 18186.2 6.2 对流受热面的传热计算对流受热面的传热计算式中：与 难以测定，在计算中一般以 、来考虑灰污对管壁传热的影响。1.灰污系数灰污系数 表示灰污引起的传热热阻的增加。则：只对燃用固体燃料的错列管束考虑灰污对管壁传热的影响。对流管束、省煤器：因为 ，所以：；第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 19196.2 6.2 对流受热面的传热计算对流受热面的传热计算过热器：因为 很小，所以 很大；错列管束横向冲刷时，与、灰粒子分散度有关；由图表分别查出、和按下式计算：2有效系数有效系数 表示受热面有灰污与无灰污时的传热系数之比在缺计算数据时；燃用固体燃料的顺列管束；燃用重油和气体燃料室，所有受热面(顺列管束、错列管束)；小型锅炉的锅炉管束。第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 20206.2 6.2 对流受热面的传热计算对流受热面的传热计算因为：；则：锅炉管束、省煤器：因为 很大，所以 。则值可由查取。第六章 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 21216.2 6.2 对流受热面的传热计算对流受热面的传热计算3.防渣管、对流过热器受热面防渣管、对流过热器受热面K值计算值计算对每m2对流受热面而言，管壁积灰层表面得到的热流密密度为（a）（b）对流换热密度；辐射热流密度灰污层表面温度；管壁表面温度（c）从式（a）、（b）、（c）可得（d）锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 22226.2 6.2 对流受热面的传热计算对流受热面的传热计算（e）（f）将（d）、（e）、（f）相加得（h）锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 23236.2 6.2 对流受热面的传热计算对流受热面的传热计算据对流换热方程式:并取则（h）将（g）代入（h）得 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 24246.3 6.3 对流换热系数对流换热系数一、横向冲刷管束时的一、横向冲刷管束时的1、横向冲刷错列管束时：2、横向冲刷顺列管束时：1.2.3、横向冲刷错列、顺列混合布置管束时：锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 25256.3 6.3 对流换热系数对流换热系数二、纵向冲刷管束时的二、纵向冲刷管束时的1)管内流动：2)矩形通道内流动：3)矩形通道内有Z根管子1.2.锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 26266.3 6.3 对流换热系数对流换热系数三、横向纵向混合冲刷管束三、横向纵向混合冲刷管束对于中小型锅炉中，锅炉管束中常有被烟气混合冲刷的情况:上式计算时必须遵循下面两个原则：1)烟气流量和温度取整个管束的平均值；2)流速应按横向和纵向分别计算；四、平均流速和计算截面面积 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 27276.3 6.3 对流换热系数对流换热系数（一）（一）.V V的计算的计算对烟气：对蒸汽或水：（水或蒸汽流量；比容）对空气：（二）计算截面积（二）计算截面积F1.当烟气横向冲刷光管管束时：锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 28286.3 6.3 对流换热系数对流换热系数2.烟气纵向冲刷：1)管内纵向冲刷：2)管外纵向冲刷：3.烟道截面多处发生变化时H1、H2、.：分别为各段受热面积；F1、F2、.：分别为各段受热流通截面积；锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 29296.3 6.3 对流换热系数对流换热系数4.烟道截面渐变时：5.当节距发生变化时：6.当d变化时：锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 30306.4 6.4 辐射换热系数辐射换热系数 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 31316.5 6.5 平均温差平均温差 锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 32326.6 6.6 对流受热面传热计算方法提要对流受热面传热计算方法提要校核计算：已知：受热面结构，、以及求：、1)先假定一个查（焓温表）I计算2)用，计算出水蒸汽表3)求出、和工质流速：a：对水和蒸汽：b：对空气：锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 33336.6 6.6 对流受热面传热计算方法提要对流受热面传热计算方法提要4)计算5)计算6)根据具体情况选择、7)确定、和8)确定9)确定10)用式计算11)11)12)若防渣管，过热器，其他受热面，则13)认为的假设是合理的，否则重新假定。锅炉及锅炉房设备锅炉及锅炉房设备.ppt,05/2003 Page ppt,05/2003 Page 34346.6 6.6 对流受热面传热计算方法提要对流受热面传热计算方法提要另：可采用图解法：假定三个出口烟气温度：、；求出三个、；三个、；
