1、第七章 锅炉本体的热力计算,7.1 炉膛传热过程及计算,7.2 炉膛辐射蒸发受热面的结构布置,7.3 炉膛辐射受热面的热力计算,7.4 对流受热面的结构及其布置,返 回,7.5 对流受热面的传热计算,7.1炉膛传热过程及计算,第五章,锅炉热力计算的目的：1、校核计算：当然用的燃料与锅炉原设计的燃料有较大改变时，就需要对锅炉进行热力校核计算，以核定炉膛出口、各对流受热面出口烟气温度以及锅炉过热器出口过热蒸汽温度等。2、为了提高原有锅炉的出力或提高锅炉的热效率，有时需要对它进行技术改造或加装尾部受热面时，热力计算是锅炉技术改造必须的依据。3、为合理配置锅炉通风装置，需对锅炉进行空气动力计算，而热力
2、计算是空气动力计算的基础。,7.1炉膛传热过程及计算,第五章,锅炉传热过程及计算 炉膛传热计算方法都基于： 炉内传热主要是辐射传热，对流传热占份额小，忽略不计。计算辐射换热的基本公式是斯蒂芬波尔茨曼定律（四次方定律）具体计算方法：1、直接计算辐射换热量；2、根据投射热计算换热量,7.1炉膛传热过程及计算,第五章,一、炉膛几何特性炉膛容积、炉膛周界面积、有效辐射面积（一）层燃炉炉膛容积Vl是炉子火床表面至炉膛出口烟囱之间的容积。炉膛容积周界：1、底部火床表面（燃料层厚度一般按150mm）；2、四周及顶部为水冷壁中心线所在的表面；3、炉膛出口截面为出口烟囱第一排水管中心线所在表面。（二）炉膛周界面
3、积Fl是包围上述炉膛容积的所有周界封闭面积的总和，包含火床面积R、全部水冷壁面积、炉墙面积和出口烟囱面积。,7.1炉膛传热过程及计算,（三）有效辐射受热面1. 有效辐射受热面的面积：F=bl2. 炉内辐射换热计算中的系数：1）有效辐射角系数：火焰投射到受热面上的热量Q/投射到炉壁上的热量Qt；2）热有效系数： 受热面吸热量Qf/投射到炉壁上的热量。,第五章,7.1炉膛传热过程及计算,二、水冷壁的结构布置及种类：,1水冷壁的作用保护炉墙强化换热降低锅炉金属耗量与造价，应合理布置，不要适得其反，造成炉膛温度过低,2光管水冷壁： 低压锅炉： ； 中压锅炉： ； ； 。 高压锅炉： ；,3鳍片管水冷壁
4、(膜式水冷壁)： ；其有效辐射角系数： 。,第五章,7.2炉膛辐射受热面的热力计算,一、炉内辐射换热计算方程 1.传热学斯蒂芬波尔茨曼定律：(kW),2. 烟气侧热平衡方程：(kW),1）炉膛有效吸热量：(kJ/kg),2）空气带入炉内的热量： 热空气带入炉内的热量： (kJ/kg) 冷空气带入炉内的热量： (kJ/kg),第五章,7.3 炉膛辐射受热面的热力计算,3）理论燃烧温度 ：假定燃料燃烧时放出的热量未向外界传热而使烟气所能达到的最高温度，它与有效放热量Ql相关。,因为: (kJ/kg)则： (); 即： (K)。,4）烟气平均热容量： 因为: 则：,二、炉膛黑度 1. 物理意义：炉膛
5、黑度 ：火焰投射黑度，表示火焰与炉壁之间的辐射换热关系,第五章,5.3 炉膛辐射受热面的热力计算, 高温火焰辐射到水冷壁上的热量，由于水冷壁不是绝对黑体，沾污的水冷壁自身具有一定的辐射能力，所以火焰辐射到水冷壁上的热量并没有全部被吸收，因此火焰黑度 不能直接应用到炉内辐射传热计算。 将炉内火焰与水冷壁之间的辐射换热关系，看成灰体包壳空腔与凸形灰体组成的封闭系统的辐射换热关系：,由传热学知道： ； 引出： 。,第五章,5.3 炉膛辐射受热面的热力计算,代入斯蒂芬波尔茨曼定律得：因为：将上两式联解得： ； 水冷壁(辐射蒸发受热面)吸热量： 水冷壁管壁之间相互辐射换热量：,第五章,5.3 炉膛辐射受
6、热面的热力计算,则： 又因为： ；则： ； 即： ；,三、室燃炉炉膛黑度,层燃炉炉膛黑度： 由于火床上的火焰和炉膛的火焰同时与炉壁有辐射换热关系； 火床对炉壁的辐射角系数： ；,第五章,5.3 炉膛辐射受热面的热力计算,火床辐射换热量： ；式中 相当于室燃炉炉膛黑度中的 ，(室燃 炉的 R=0)； 则：层燃炉炉膛黑度： 。,四、火焰黑度ahy表示火焰的辐射能力： 1影响火焰辐射能力的主要因素：, 介质浓度： 固体燃料：三原子气体、灰粒子、焦炭粒子； 液体、气体燃料：三原子气体、碳黑粒子。,第五章,5.3 炉膛辐射受热面的热力计算, 燃料的种类、燃烧方法及燃烧工况等。 由传热学知道，火焰被认为是
7、灰体，则；,式中：k火焰辐射减弱系数，即火焰中各介质成分的辐射减弱系数代数和；p炉膛压力，(微负压锅炉： ) s有效辐射层厚度， (m) 。,2固体燃料燃烧时的火焰黑度：,1）三原子气体辐射减弱系数：,第五章,5.3 炉膛辐射受热面的热力计算,三原子气体总容积份额：三原子气体分压力： （Mpa）,2）灰粒子辐射减弱系数： 烟气密度： 烟气中灰粒子平均直径： 层燃炉： ；煤粉炉(筒式球磨机)： 。灰粒子无因次浓度： 每公斤燃料燃烧生成的烟气重量：,第五章,5.3 炉膛辐射受热面的热力计算,五、炉膛出口烟温 ： 1. 的计算： 式中：M 炉膛火焰中心位置系数。 2. 的选择范围： 1）燃用固体燃料
8、时： 要求 ；由此，其高限一般取 。 为了保证燃料的燃烧温度，其低限一般取 。 2）燃用液、气体燃料时：因 ，其高限一般可取 3） 为炉膛出口处凝渣管或屏式过热器之前的烟温，若凝渣管时， 为凝渣管之后的烟温。,第五章,5.3 炉膛辐射受热面的热力计算,4）锅炉机组热力计算标准方法规定： 的计算误差范围为 。,第五章,5.4 对流受热面的结构及其布置,对流受热面包括：锅炉管束、过热器、省煤器和空气预热器，受烟气直接冲刷并通过对流换热。 一、锅炉管束的结构及布置1烟管2锅炉管束,二、过热器的结构及布置 1过热器的布置方式 2对流式过热器的结构 3对流式过热器的布置型式顺流式 逆流式 混流式,第五章
9、,5.4 对流受热面的结构及其布置,三、尾部受热面的结构及布置 1省煤器的结构及布置2空气预热器的结构及布置3尾部受热面的低温腐蚀,第五章,5.5 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 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K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。,第五章,5.5 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 表示
10、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： ；,第五章,5.5 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 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。,第五章,5.5 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 值可由表查取。 3利用
11、系数 表示受热面实际传热系数与无灰污并冲刷完全时的传热系数 比值 空气预热器对流传热计算中，常用 考虑有灰污和冲刷不完全对管壁传热的影响。 因为： ；则： 的计算：,第五章,5.5 对流受热面的传热计算,除空气预热器外，其它对流受热面考虑烟气冲刷不均匀或气流冲刷有局部短路时；,4当受热面吸收来自炉膛辐射热量 和烟气对流热量 时： 对流蒸发受热面：因为 ， 则： ；或 ；, 对于布置在炉膛出口烟窗后的对流受热面，接收来自炉膛辐射热量 式中： 炉膛出口烟窗部位的热流密度分布不均匀系数： 炉膛出口烟窗布置在整片炉墙上部时， ； 炉膛出口烟窗布置在炉墙一侧，并沿整片炉墙高度上时，,第五章,5.5 对流受热面的传热计算,炉膛高度上的辐射传热热负荷， ；管束有效辐射角系数,第五章,
