鍋爐原理__第11章鍋爐熱力計(jì)算

1、1第十一章 鍋爐熱力計(jì)算2第一節(jié)概述水力計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算阻力計(jì)算鍋爐計(jì)算熱力計(jì)算輔助計(jì)算結(jié)構(gòu)計(jì)算熱平衡計(jì)算傳熱計(jì)算：受熱面?zhèn)鳠崃课镔|(zhì)平衡能量平衡受熱面積流通面積受熱面熱平衡工質(zhì)和煙氣進(jìn)出口溫度燃燒產(chǎn)物受熱面積工質(zhì)參數(shù)關(guān)系3第一節(jié)概述燃燒計(jì)算（物質(zhì)平衡）熱平衡計(jì)算（能量平衡）空氣量的計(jì)算（成分、容積）煙氣量的計(jì)算（成分、容積）輔助計(jì)算空氣、煙氣焓鍋爐有效利用熱鍋爐各項(xiàng)損失鍋爐效率41. 基本任務(wù)第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算爐膛出口煙氣溫度Tf 爐膛內(nèi)需要布置的受熱面積F設(shè)計(jì)計(jì)算爐膛內(nèi)已知的受熱面積F 爐膛出口煙氣溫度Tf 校核計(jì)算2. 基本特點(diǎn)流動(dòng)、混合、傳熱、燃燒、污染過(guò)程復(fù)雜速度、溫度、濃度、物性、黑度參

2、數(shù)不均對(duì)流換熱比例5輻射為主5第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算3. 基本方法相似理論準(zhǔn)則方程半理論經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果半經(jīng)驗(yàn)4. 基本假設(shè)傳熱過(guò)程獨(dú)立性：不受其它過(guò)程影響爐內(nèi)參數(shù)均勻性：零維模型輻射換熱主導(dǎo)性：僅考慮輻射水冷壁管連續(xù)性：連續(xù)平面-無(wú)限靠近的平行平板灰體6第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算5. 基本公式401synfQFTl輻射換熱公式（1）數(shù)學(xué)描寫44012()synfQFTT40 1synfFT爐壁吸熱量爐壁吸熱量火焰輻射到爐壁上的熱量fsyn ：爐膛黑度T1：火焰平均溫度T2 ：爐壁溫度引入熱有效系數(shù):熱有效系數(shù)單位表面的換熱量與有效輻射之比7第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算l煙氣放熱公式()avcalthfQBVCTT

3、（1）數(shù)學(xué)描寫()efcalffQBQI單位計(jì)算燃料送入爐膛的有效熱量3464100100efffaqqqQQQq理論燃燒溫度在絕熱條件下，燃料燃燒產(chǎn)生的熱量全部用來(lái)加熱煙氣所達(dá)到的溫度理論燃燒溫度和爐膛出口煙氣溫度之間的比熱容VCav551bqq8第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算煙氣放熱公式()avcalthfQBVCTT401synfQFT輻射換熱公式（2）準(zhǔn)則方程11thTT11()nfCffthTT輻射換熱煙氣放熱T1介于Tth與Tf”之間實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：（火焰中心高度，燃料特性，燃燒方式）1()1fsynffBoM30avcalthBVCBoFT9第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算300.6()1thfsynfthca

4、lavTTFTMBVC（3）計(jì)算方程533011calavthsynfthfBVCTFTMT 10第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算6. 參數(shù)確定l有效容積（1）水冷壁結(jié)構(gòu)特性水冷壁管中心線所在平面敷設(shè)衛(wèi)燃帶的水冷壁衛(wèi)燃帶向火側(cè)爐膛的底部冷灰斗1/2處的水平面面積爐膛出口后屏第排管中心線所在平面爐膛高度爐膛底部至爐膛出口中部水平面垂直距離11第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算l面積（1）水冷壁結(jié)構(gòu)特性包覆有效容積的爐墻面積F輻射受熱面積：HxFx：角系數(shù)投射到受熱面的熱量投射到壁面的熱量特殊受熱面角系數(shù) 爐膛出口角系數(shù) x=1 燃燒器、人孔角系數(shù) x=0 s/d1水冷壁角系數(shù) x=1 膜式水冷壁角系數(shù) x=1 衛(wèi)燃帶角系數(shù)

5、x=112第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算（2）熱有效系數(shù)爐壁吸熱量火焰輻射到爐壁上的熱量Fi iF平均熱有效系數(shù)（3）系數(shù)Mmax()MAB xxmaxmaxfhxh含義：表征爐內(nèi)溫度分布特性表達(dá)：與爐內(nèi)火焰最高溫度相對(duì)位置、燃料和燃燒方式有關(guān)A和B：系數(shù)hmax：火焰溫度最高處高度hf：爐膛高度x：火焰中心位置修正值煙煤和褐煤M=0.590.5（xmaxx）無(wú)煙煤和貧煤M=0.560.5（xmaxx）x：燃燒器布置13(1)synsynfsynsyn（4）爐膛黑度含義：表征火焰有效輻射的假想黑度表達(dá)：與火焰黑度syn有關(guān)第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算14火焰黑度含義：表征爐內(nèi)高溫介質(zhì)的輻射能力表達(dá)：1ak pssy

6、ne ka：輻射減弱系數(shù)（1/（mMPa）p：爐膛內(nèi)壓力（0.1MPa）s：輻射層有效厚度（m）組成氣體固體三原子氣體：CO2、H2O、SO2等二原子氣體：N2、O2、H2等燃煤灰分顆粒焦炭顆粒燃油和燃?xì)猓禾亢陬w粒計(jì)算agashashcokcokkk rkkkg：三原子輻射減弱系數(shù)kash ：灰粒輻射減弱系數(shù)kcok ：焦炭輻射減弱系數(shù)第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算輻射層有效厚度3.6fVsF15（）絕熱燃燒溫度第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算Tth含義絕熱條件下，完全燃燒后燃燒產(chǎn)物所能達(dá)到的溫度Qfef3464100100efffaqqqQQQq00()()affpcshafpcscaQII （6）平均比熱容efff

7、avthfQIVCTT16第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算7. 基本步驟計(jì)算爐內(nèi)有效熱量Tth假定爐膛出口煙溫計(jì)算相關(guān)參數(shù)計(jì)算爐膛出口溫度已計(jì)算空氣平衡、煙氣特性、煙氣焓溫表、熱平衡校核 |假定爐膛出口煙溫計(jì)算爐膛出口溫度|100K 合格（1）校核計(jì)算100K，重新計(jì)算17第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算7. 基本步驟已計(jì)算空氣平衡、煙氣特性、煙氣焓溫表、熱平衡（2）設(shè)計(jì)計(jì)算初步確定爐膛結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算爐內(nèi)有效熱量Tth已知的爐膛出口煙溫計(jì)算相關(guān)參數(shù)計(jì)算爐膛出口溫度校核 |已知的爐膛出口煙溫計(jì)算爐膛出口溫度|100K 合格100K，重新修正結(jié)構(gòu)尺寸18第二節(jié)爐膛傳熱計(jì)算8. 爐內(nèi)熱負(fù)荷分布規(guī)律fhhi1fhhi1爐膛平均熱負(fù)

8、荷avfQqHkW/m219第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算1. 基本任務(wù)受熱面吸熱量 需要布置的受熱面積設(shè)計(jì)計(jì)算已知的受熱面積 受熱面吸熱量，工質(zhì)和煙氣進(jìn)出口溫度 校核計(jì)算20第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算2. 基本公式（1）煙氣對(duì)流放熱量0()reccaQIII（2）工質(zhì)對(duì)流吸熱量()abccalDQiiB（3）傳熱方程trccalKH TQBI：受熱面前煙氣焓I”：受熱面前煙氣焓Ica0：漏入空氣焓i：受熱面進(jìn)口工質(zhì)焓i”：受熱面出口工質(zhì)焓D：受熱面內(nèi)工質(zhì)流量21第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算3. 參數(shù)確定含義：冷熱介質(zhì)在整個(gè)受熱面的平均溫差影響因素介質(zhì)熱容：熱容大變化緩慢相變：溫度不變與流動(dòng)方式無(wú)關(guān)計(jì)算交

9、叉次數(shù)5，純順或純逆tlar/tsma1.7端差算術(shù)平均溫壓tpar0.92 tcou順流和逆流算術(shù)平均溫壓（1）傳熱溫壓流動(dòng)方式：順流、逆流、交叉流、混合流純順流或逆流：對(duì)數(shù)平均溫壓交叉流或混合流：修正系數(shù)ttcoulnlarsmalarsmattttt 22第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（2）傳熱系數(shù)l基本公式12111ashmscashmscK12111ashashK灰污系數(shù)熱有效系數(shù)1112211111 ()K11122111K金屬熱阻小結(jié)垢不允許燃料種類排列方式?jīng)_刷方式012111K清潔管子傳熱系數(shù)K0011KK0KK、和經(jīng)驗(yàn)公式或推薦值利用系數(shù)12121211K 0KK23第三節(jié)對(duì)流受熱

10、面?zhèn)鳠嵊?jì)算（2）傳熱系數(shù)l煙氣側(cè)放熱系數(shù)l工質(zhì)側(cè)放熱系數(shù)1()cr 2cc：對(duì)流放熱系數(shù)r ：輻射放熱系數(shù)：受熱面利用系數(shù)12(,)Kf 24第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（2）傳熱系數(shù)l對(duì)流放熱系數(shù)影響因素介質(zhì)物性 介質(zhì)速度介質(zhì)溫度 管子尺寸沖刷方式 排列方式基本方程Re,PrNufRe,Pr,pwwwwpcNufcl輻射放熱系數(shù)影響因素?zé)煔夂诙?灰壁溫度 煙室輻射基本方程112,rfT T煙室容積1：煙氣黑度T1 ：煙氣溫度T2 ：壁面溫度25第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（2）傳熱系數(shù)橫向沖刷縱向沖刷24idFZ1FabZ dl管內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)管外流動(dòng)介質(zhì)溫度修正煙氣總量煙氣流速 空氣流速蒸汽流速l流動(dòng)

11、速度26第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（3）傳熱面積l基本原則放熱系數(shù)相差懸殊，取小的一側(cè)管子表面積放熱系數(shù)相差不大，取平均直徑計(jì)算表面積過(guò)熱器、凝渣管、再熱器、省煤器傳熱面積外表面積管式空氣預(yù)熱器平均管徑計(jì)算傳熱面積274. 基本步驟（1）已知條件第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算過(guò)熱器tt 煙氣側(cè)進(jìn)口溫度工質(zhì)側(cè)出口溫度t 工質(zhì)側(cè)進(jìn)口溫度t 煙氣側(cè)出口溫度 吸熱量Qcab過(guò)熱器校核計(jì)算結(jié)構(gòu)特性284. 基本步驟（2）計(jì)算方法第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算過(guò)熱器tt 假定煙氣側(cè)出口煙溫?zé)煔忪蕼乇頍崞胶鉄煔鈱?duì)流放熱量Qcre煙氣側(cè)出口煙氣焓值I蒸汽側(cè)進(jìn)口焓值i水蒸汽壓力蒸汽側(cè)進(jìn)口溫度t傳熱溫壓煙氣和工質(zhì)進(jìn)出口溫度對(duì)流

12、放熱系數(shù)輻射放熱系數(shù)灰污系數(shù)或熱有效系數(shù)傳熱系數(shù)傳熱量燃料性質(zhì)受熱面布置1002abtrccabcQQQ合格重新假定不合格295. 特殊問(wèn)題第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（1）帶噴水減溫的過(guò)熱器1 12 2sDiDiD i2 212sD iDiiDD12DDD能量平衡物質(zhì)平衡1 121sDiDiiDD30第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（2）屏式過(guò)熱器吸收爐膛直接輻射熱吸收屏間煙氣放熱（輻射和對(duì)流）l特點(diǎn)()rcppcalDiiQQB,()cpp sQIIQ屏區(qū)QpQpIIQ p,siirpppQQQ直接從爐膛中吸收的輻射熱量吸收屏間煙氣放熱量31第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（3）凝渣管束誤差5%位于爐膛出口吸

13、收爐膛輻射熱吸熱量等于對(duì)流吸熱量與爐膛輻射吸熱量之和不采用工質(zhì)側(cè)熱平衡方程（工質(zhì)溫度不變）部分熱量穿過(guò)管束被后面受熱面吸收（管子排數(shù)小于5排）32第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（4）轉(zhuǎn)向室誤差10%沒(méi)有布置受熱面或只在壁面布置包覆受熱面（5）空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)確定暖風(fēng)器進(jìn)口溫度確定熱風(fēng)再循環(huán)進(jìn)口溫度確定空間尺寸較大，只考慮煙氣輻射33第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（6）尾部受熱面雙級(jí)布置4()100ccccbecofRscshrhQQQQQQql省煤器應(yīng)吸熱量l省煤器出口水焓21ccalecoecoecoecoB QiiD()efRffcscQQIQ凝渣管高溫級(jí)省煤器低溫級(jí)省煤器高溫級(jí)空預(yù)器低溫級(jí)空預(yù)器e

14、co2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco234第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（6）尾部受熱面雙級(jí)布置l高溫級(jí)省煤器已知eco2和teco2假設(shè)eco2求teco2l高溫級(jí)空預(yù)器已知ap2和tap2假設(shè)ap2求tap2高溫級(jí)省煤器低溫級(jí)省煤器高溫級(jí)空預(yù)器低溫級(jí)空預(yù)器eco2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco235第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（6）尾部受熱面雙級(jí)布置l低溫級(jí)省煤器

15、n 已知eco1、teco1和teco1 n 按照熱平衡方程求eco1n 計(jì)算傳熱溫壓、傳熱系數(shù)和傳熱量n 判斷是否滿足2n 不滿足時(shí)調(diào)整teco1n 調(diào)整范圍teco1 teco2 10碰頭溫度高溫級(jí)省煤器低溫級(jí)省煤器高溫級(jí)空預(yù)器低溫級(jí)空預(yù)器eco2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco236第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（6）尾部受熱面雙級(jí)布置l低溫級(jí)空預(yù)器n 已知ap1 、tap1和tap1， 求ap1n 計(jì)算傳熱溫壓、傳熱系數(shù)和傳熱量n 判斷是否滿足2 ap1 exg 10n 不滿

16、足時(shí)調(diào)整tap1、ap1n 調(diào)整范圍tap1 tap2 10 ap1 exg 10 tha tap2 40高溫級(jí)省煤器低溫級(jí)省煤器高溫級(jí)空預(yù)器低溫級(jí)空預(yù)器eco2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco237第三節(jié)對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算（7）附加受熱面l附加受熱面積：頂棚管、包墻管、支吊管和引出管不單獨(dú)計(jì)算，并入主受熱面吸熱量相對(duì)誤差10%l計(jì)算原則附加受熱面積不超過(guò)主受熱面積5單獨(dú)計(jì)算附加受熱面積超過(guò)主受熱面積5傳熱系數(shù)與主受熱面相同假設(shè)附加受熱面的吸熱量再校核38第四節(jié)鍋爐整體熱力計(jì)算

17、程序和方法（1）設(shè)計(jì)計(jì)算l已知條件鍋爐蒸發(fā)量1. 計(jì)算目的過(guò)熱蒸汽壓力和溫度給水壓力和溫度再熱蒸汽壓力和溫度制粉系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果燃料特性l計(jì)算任務(wù)各部件受熱面積受熱面進(jìn)出口溫度受熱面吸熱量受熱面流動(dòng)速度燃燒設(shè)備型式鍋爐整體布置爐膛出口溫度排煙溫度熱空氣溫度鍋爐燃料消耗量鍋爐效率選定選擇輔助設(shè)備阻力計(jì)算水力計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算提供原始資料39第四節(jié)鍋爐整體熱力計(jì)算程序和方法（2）校核計(jì)算l已知條件校核負(fù)荷鍋爐結(jié)構(gòu)受熱面積l計(jì)算任務(wù)受熱面進(jìn)出口溫度受熱面吸熱量受熱面流動(dòng)速度排煙溫度熱空氣溫度爐膛出口溫度鍋爐燃料消耗量鍋爐效率假定提供非設(shè)計(jì)工況經(jīng)濟(jì)指標(biāo)檢驗(yàn)原有輔助設(shè)備適用性尋求改進(jìn)鍋爐結(jié)構(gòu)的措施燃料特性40第四節(jié)鍋爐整體熱力計(jì)算程序和方法4. 計(jì)算方法漸次逼近2. 計(jì)算流程煙氣流程輔助計(jì)算爐膛計(jì)算物質(zhì)平衡能量平衡空氣量的計(jì)算（成分、容積、焓值）煙