鍋爐本體熱力計算

鍋爐本體熱力計算§6.1爐膛傳熱過程及計算

第六章爐膛傳熱過程具有如下特點爐膛內的傳熱過程是與燃料的燃燒過程同時進行的。爐膛傳熱以輻射為主、對流所占比例很小?；鹧媾c煙氣的溫度在其行程上變化很大。燃用不同燃料，火焰的輻射特性不同。輻射受熱面通常被灰污所包覆。

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§6.1爐膛傳熱過程及計算爐膛傳熱計算的任務在于：

確定爐膛輻射受熱面的吸熱量和爐膛出口煙氣溫度。為了應用傳熱學的基本原理計算爐內傳熱，特做如下假定：把傳熱過程和燃燒過程分開，在必須計及燃燒工況影響時，則引入經驗系數(shù)來考慮。對流傳熱所占份額不大（5％左右），計算時可忽略?；鹧孑椛鋫鳠崃堪茨骋黄骄鶞囟葋碛嬎?。不同的燃料采用不同的火焰黑度。采用灰污系數(shù)修正。一、爐膛傳熱基本方程式 爐膛的傳熱計算實際上是計算火焰與水冷壁間的輻射換熱量，據斯一波公式有： (kw)

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另一方面，可從煙氣側列出熱平衡方程式： (kw)二、有效輻射受熱面由于水冷管壁一般都是靠墻布置，只有曝光的一面受到火焰的輻射，而其背面只受到爐墻的反射輻射（爐壁假定為絕熱面），所以不能完全利用。因此水冷壁輻射受熱面積并不等于管子的外表面積。

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設火焰向爐墻總的輻射熱量為

。第一次投落在管子壁面上的熱量為

則熱量投射的份額為：

：只與表面形狀，兩物體間幾何位置相關，與溫度無關的系數(shù)。漏過到爐墻的熱量為：

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經爐墻反射至水冷壁管的熱量

經兩次輻射至管子的熱量為：

有：有效角系數(shù)爐膛輻射受熱面積Hf在鍋爐實行運行時，由于水冷壁被灰污包敷，使管壁積灰層表面溫度升高，以致不能忽略管壁本身的輻射，也就導致水冷壁受熱面吸熱量的減少，為考慮積灰的影響我們引入水冷壁管的粘污系數(shù)。第六章第6頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計算

綜合考慮

和

的影響，引入熱有效系數(shù)

舉例說明灰污對傳熱的影響： 管內工質溫度為400°C左右 若管壁為潔凈，則管壁外表面溫度等于工質溫度 若管壁上積灰垢厚0.5mm，λ＝0.1w/m2·

°C，此時管外 壁灰表面溫度為900～1000°C，因此管壁本身輻射就不 能忽略；三、火焰黑度（

）在火焰黑度計算時有：假定第六章第7頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計算火焰視為灰體，即

計算中所涉及到的溫度和煙氣成分以爐膛出口截面處為準。 在爐膛中，沿火焰行程,隨著溫度場的變化，火焰中具有輻射能力的成分如赤熱焦炭粒，RO2和碳黑粒子等也是變動的，并且隨燃料種類，燃燒方式，燃燒工況的不同而不同，因此，爐膛沿火焰行程各處

是不同的第六章第8頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計算 例如：在燃用重油時，碳黑粒子RO2火焰尾部黑度的變化是劇烈的，這是由于引起火焰發(fā)光的碳黑顆粒完全燃盡，到火焰末端僅僅是三厚子氣體的輻射所致。而燃煤爐（焦炭、灰粒、RO2）的

變化則較平緩。據傳熱學定義： K：火焰輻射減弱系數(shù)1/m·mPa p：爐膛壓力，供熱鍋爐P=0.1MPa（常壓燃燒） S：有效輻射層厚度：燃用氣體或液體燃料時：(主要輻射介子RO2，炭黑粒子）這時

是由發(fā)光部分黑度

和不發(fā)光部分黑度

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第六章

m：發(fā)光部分在火焰中所占份額

m氣體燃料液體燃料≤4000.10.55≥12000.611200≤

≤400用插值法求取第10頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計算

三原子氣體輻射減弱系數(shù)

炭黑粒子輻射減弱系數(shù)2.燃用固體燃料時（輻射介質RO2,,焦炭粒子、灰粒）灰粒輻射減弱系數(shù)

第六章第11頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計算

第六章四、爐膛有效放熱量與理論燃燒溫度

對每kg完全燃燒的燃料

：空氣進入爐膛所代入的熱量

有ky:

無ky:

爐膛理論燃燒溫度（）;是假定在絕熱情況下將

作為煙氣的理論焓而得的煙氣理論溫度。 它是假定的溫度，由于爐膛內有吸熱，因此爐溫始終是不能達到

，但它能定性反映真實爐溫高低。第12頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計算五、爐膛黑度假定水冷壁分布均勻，并以整個爐膛看作為一個整體，火焰和爐膛是物性均勻的灰體，爐墻又為絕熱：

第六章第13頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計算第六章

第14頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計算六、爐膛出口煙氣溫度在設計鍋爐時，爐膛出口煙溫的選擇是一個重要問題，一般是指爐膛出口處，進入對流管束前的溫度。的選擇應根據以下兩個要求進行(1).防止對流受熱面結渣（針對固體燃料）燃用固體燃爐時，若取得過高，煙氣中的灰處于熔化狀態(tài)，遇到受熱面管子就粘結在管子上，使管壁灰垢層溫度升高，結渣就嚴重，最后逐步將煙道，從而影響鍋爐的正常工作。一般情況下取不大于1005-1100°C(2).技術經濟條件；（針對液體和氣體燃料）這是因為的高低決定了鍋爐中輻射受熱面及對流受熱面之間的熱吸量比例。因此的選擇與Qf和Qd比例有關一般對燃油、氣燃料，＝1200-1400°C燃油選用下限，燃氣選用上限。

第六章第15頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計算七、爐膛傳熱計算步驟爐膛傳熱計算可分為： 校核計算：已知，校核

； 設計計算：已知

，計算；校核計算步驟：根據已知的爐膛結構尺寸圖，計算、、、、

、S和水冷壁結構特性計算

，選定

和

，并計算

（由焓溫表示）先假定

，求得

（煙氣平均熱容量）計算

和

計算，并同前假定的

相比較： 若誤差<100°C則認為假設可行 若誤差>100°C則應重新假定，直到兩者誤差<100°C6. 計算

（輻射散熱面平均強度）第六章第16頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.2對流受熱面的傳熱計算一、對流受熱面?zhèn)鳠嵊嬎愕幕竟?.熱平衡方程式：

1)煙氣側：(kJ/kg)2)工質側：(kJ/kg)

空氣預熱器工質側： (kJ/kg)2.傳熱方程式：

(kJ/kg)二、對流傳熱系數(shù)K的計算影響因素：煙氣、積灰、管壁、結垢和工質，包括對流、輻射和傳導三種基本傳熱方式。

第六章第17頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.2對流受熱面的傳熱計算式中：與難以測定，在計算中一般以、、來考慮灰污對管壁傳熱的影響。

1.灰污系數(shù)——表示灰污引起的傳熱熱阻的增加。⑴

則：⑵只對燃用固體燃料的錯列管束考慮灰污對管壁傳熱的影響。①

對流管束、省煤器：因為，所以：

；

第六章第18頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.2對流受熱面的傳熱計算②

過熱器：因為很小，所以很大；⑶錯列管束橫向沖刷時，與、、灰粒子分散度有關；由圖表分別查出、、和按下式計算：

2．有效系數(shù)——表示受熱面有灰污與無灰污時的傳熱系數(shù)之比⑴在缺計算數(shù)據時；①燃用固體燃料的順列管束；②燃用重油和氣體燃料室，所有受熱面(順列管束、錯列管束)；③小型鍋爐的鍋爐管束。第六章第19頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.2對流受熱面的傳熱計算⑵

因為：；

則：

①

鍋爐管束、省煤器：因為很大，所以。則

②

值可由查取。

第六章第20頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.2對流受熱面的傳熱計算3.防渣管、對流過熱器受熱面K值計算對每m2對流受熱面而言，管壁積灰層表面得到的熱流密密度為 （a） （b）對流換熱密度； 輻射熱流密度灰污層表面溫度； 管壁表面溫度 （c）從式（a）、（b）、（c）可得 （d）第21頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.2對流受熱面的傳熱計算 （e） （f）將（d）、（e）、（f）相加得 （h）第22頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.2對流受熱面的傳熱計算據對流換熱方程式:

并取則 （h）將（g）代入（h）得第23頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.3對流換熱系數(shù)一、橫向沖刷管束時的1、橫向沖刷錯列管束時：

2、橫向沖刷順列管束時：

3、橫向沖刷錯列、順列混合布置管束時：第24頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.3對流換熱系數(shù)二、縱向沖刷管束時的

管內流動：矩形通道內流動：矩形通道內有Z根管子

第25頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.3對流換熱系數(shù)三、橫向－縱向混合沖刷管束對于中小型鍋爐中，鍋爐管束中常有被煙氣混合沖刷的情況:

上式計算時必須遵循下面兩個原則：煙氣流量和溫度取整個管束的平均值；流速應按橫向