電站鍋爐_第十章

1、鍋爐原理鍋爐原理 課件課件第十章第十章 半輻射和對流受熱面的傳熱計算半輻射和對流受熱面的傳熱計算 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)傳熱溫壓傳熱溫壓對流傳熱計算的基本公式對流傳熱計算的基本公式對流受熱面面積與介質速度對流受熱面面積與介質速度l 煙氣對流放熱：對流受熱面中煙氣與工質間的換熱過程由煙氣對管外煙氣對流放熱：對流受熱面中煙氣與工質間的換熱過程由煙氣對管外壁的放熱（包括輻射與對流）壁的放熱（包括輻射與對流）l 管外壁到管內壁的導熱管外壁到管內壁的導熱l 工質（蒸汽或水或空氣）的對流吸熱：管內壁對工質的對流放熱組成工質（蒸汽或水或空氣）的對流吸熱：管內壁對工質的對流放熱組成 對流傳熱對象和過程對流傳熱對象和

2、過程l 半輻射受熱面（即屏式受熱面）和對流受熱面，如凝渣管、對流過熱半輻射受熱面（即屏式受熱面）和對流受熱面，如凝渣管、對流過熱器、再熱器、省煤器和空氣預熱器，對流方式吸收煙氣中的熱量器、再熱器、省煤器和空氣預熱器，對流方式吸收煙氣中的熱量 l 爐膛出口屏式過熱器，吸收較多爐內輻射，但扔按對流吸熱方式計算爐膛出口屏式過熱器，吸收較多爐內輻射，但扔按對流吸熱方式計算l 爐膛出口煙窗后的對流受熱面（如高溫過熱器），還要考慮管間高溫爐膛出口煙窗后的對流受熱面（如高溫過熱器），還要考慮管間高溫煙氣的輻射煙氣的輻射 u 對流傳熱對象對流傳熱對象u 對流傳熱過程對流傳熱過程對流受熱面熱量平衡圖對流受熱面熱

3、量平衡圖對流傳熱計算的基本公式對流傳熱計算的基本公式u 基本公式基本公式l 煙氣對流放熱公式煙氣對流放熱公式l 工質（蒸汽或水或空氣）的對流吸熱公式工質（蒸汽或水或空氣）的對流吸熱公式l 對流傳熱公式對流傳熱公式 u 煙氣對流放熱量煙氣對流放熱量0()dflQHHHkJ/kg l 考慮了煙道的散熱損失考慮了煙道的散熱損失-保熱系數(shù)保熱系數(shù)l 受熱面進口煙氣焓受熱面進口煙氣焓l 受熱面出口煙氣焓受熱面出口煙氣焓 l 漏入空氣的焓漏入空氣的焓 l 受熱面漏風系數(shù)受熱面漏風系數(shù) u 工質對流吸熱量工質對流吸熱量()dxjDQhhB()dxfjDQhhQBfffQQQfQfQl 對于過熱器和省煤器，工

4、質對流吸熱量對于過熱器和省煤器，工質對流吸熱量l 對于屏式過熱器及吸收爐內輻射熱的對流過熱器對于屏式過熱器及吸收爐內輻射熱的對流過熱器n 屏式過熱器來自爐膛的輻射吸熱器為屏式過熱器來自爐膛的輻射吸熱器為屏進口處截面（爐膛出口截面）所吸收的爐膛輻射熱量屏進口處截面（爐膛出口截面）所吸收的爐膛輻射熱量從爐膛（透過屏）向屏后受熱面（第二級屏或凝渣管或從爐膛（透過屏）向屏后受熱面（第二級屏或凝渣管或過熱器）的直接輻射熱量過熱器）的直接輻射熱量 對流傳熱計算的基本公式對流傳熱計算的基本公式l 對應于對應于1kg計算燃料，對流傳熱按下式計算計算燃料，對流傳熱按下式計算dcjKH tQBtu 對流傳熱量對流

5、傳熱量K傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)，kW/(m2);H傳熱面積，傳熱面積，m2； 傳熱溫壓，傳熱溫壓，；kJ/kg 對流傳熱計算的基本公式對流傳熱計算的基本公式l 參與換熱的兩種介質在整個受熱面中的平均溫差。溫壓大小與兩種參與換熱的兩種介質在整個受熱面中的平均溫差。溫壓大小與兩種介質相互間的流動方向有關。介質相互間的流動方向有關。l 在對流受熱面中，逆流流動方式的傳熱溫壓最大，順流方式溫壓最在對流受熱面中，逆流流動方式的傳熱溫壓最大，順流方式溫壓最小，其它流動方式的溫壓介乎兩者之間。小，其它流動方式的溫壓介乎兩者之間。l 常用的流動方式常用的流動方式: 串聯(lián)混合流、平行混合流、交叉流串聯(lián)混合流、平行混

6、合流、交叉流（a）串聯(lián)混合流）串聯(lián)混合流傳熱溫壓傳熱溫壓u 傳傳 熱熱 溫溫 壓壓 （b）平行混合流）平行混合流（c）交叉流）交叉流 l 常用的流動方式常用的流動方式: 串聯(lián)混合流、平行混合流、交叉流串聯(lián)混合流、平行混合流、交叉流傳熱溫壓傳熱溫壓 受熱面兩端的溫度差中的較大值，受熱面兩端的溫度差中的較大值，； 受熱面兩端的溫度差中的較小值，受熱面兩端的溫度差中的較小值，。 當當 1.7時，傳熱溫壓可取算術平均值，即時，傳熱溫壓可取算術平均值，即 = = ， 、 煙氣與工質進、出口溫度算術平均值。煙氣與工質進、出口溫度算術平均值。 ln2.3lgdxdxddxxttttttttt dtxtdxt

7、tt2dxtt pjpjtpjpjtu 傳熱溫壓計算傳熱溫壓計算 l 順流順流或或逆流逆流的傳熱溫壓按的傳熱溫壓按對流平均溫差對流平均溫差計算計算傳熱溫壓傳熱溫壓u 傳熱溫壓計算傳熱溫壓計算 l 其他流動方式：其他流動方式：按逆流溫壓乘以修正系數(shù)按逆流溫壓乘以修正系數(shù) 來計算來計算 ntt n 系數(shù)由圖查出系數(shù)由圖查出n 輔助參數(shù)計算輔助參數(shù)計算串聯(lián)混合流系統(tǒng)串聯(lián)混合流系統(tǒng) slHAH2Pt12R平行混合流及交叉流系統(tǒng)平行混合流及交叉流系統(tǒng),輔助參數(shù)只有輔助參數(shù)只有P與與R l 對于任何一種復雜的鏈接方式，如果系統(tǒng)中對于任何一種復雜的鏈接方式，如果系統(tǒng)中順流部分的傳熱溫壓與逆順流部分的傳熱溫壓

8、與逆流部分的傳熱溫壓之比大于流部分的傳熱溫壓之比大于0.92，則系統(tǒng)溫壓的計算可簡化為，則系統(tǒng)溫壓的計算可簡化為 ()/2snttt 傳熱溫壓傳熱溫壓12111ghbhbgK傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)u 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K的表達式的表達式 l 管式受熱面的傳熱系數(shù)可簡化為多層平壁的傳熱系數(shù)進行計算管式受熱面的傳熱系數(shù)可簡化為多層平壁的傳熱系數(shù)進行計算 kW/(m2)l 管外灰污層熱阻管外灰污層熱阻：影響因素很多（如燃料種類、灰粒尺寸、煙氣流速、：影響因素很多（如燃料種類、灰粒尺寸、煙氣流速、管子直徑和布置方式等），熱力計算中常用污染系數(shù)管子直徑和布置方式等），熱力計算中常用污染系數(shù) 或熱有效系數(shù)或熱有效

9、系數(shù) 來來考慮灰層的污染考慮灰層的污染l 空氣預熱器則空氣預熱器則采用利用系數(shù)綜合考慮積灰污染、煙氣和空氣對受熱面采用利用系數(shù)綜合考慮積灰污染、煙氣和空氣對受熱面沖刷不均勻等的影響沖刷不均勻等的影響 g管外灰污管外灰污層熱阻層熱阻煙氣側煙氣側熱阻熱阻管壁金屬管壁金屬熱阻熱阻管內垢層管內垢層熱阻熱阻工質側工質側熱阻熱阻 、 加熱介質對管壁及管壁對受熱介質的放熱系數(shù)，加熱介質對管壁及管壁對受熱介質的放熱系數(shù)，kW/(m2) 、 、 煙氣側灰層、管壁及工質側水垢層的厚度，煙氣側灰層、管壁及工質側水垢層的厚度，m 、 、 煙氣側灰層、管壁及工質側水垢層導熱系數(shù)，煙氣側灰層、管壁及工質側水垢層導熱系數(shù)，

10、kW/(m)12hbghb12111K1211K111K1Ku 傳熱系數(shù)簡化傳熱系數(shù)簡化l 過熱器：過熱器：燃用固體燃料，橫向沖刷錯列燃用固體燃料，橫向沖刷錯列布置的光管管束布置的光管管束 l 過熱器：過熱器：燃用固體燃料，橫向沖刷順列燃用固體燃料，橫向沖刷順列布置的光管管束、燃用氣體燃料、重油橫布置的光管管束、燃用氣體燃料、重油橫向沖刷錯列或順列布置的光管管束向沖刷錯列或順列布置的光管管束 l 對于對于受熱介質受熱介質為為水、汽水混合物水、汽水混合物和超和超臨界臨界壓力過熱蒸汽壓力過熱蒸汽的受熱面的受熱面 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)1211K1211nykCKxxu 傳熱系數(shù)簡化傳熱系數(shù)簡化l 管式空

11、氣預熱器管式空氣預熱器 l 回轉式空氣預熱器回轉式空氣預熱器 l 屏式受熱面屏式受熱面: 考慮較大的爐內輻射熱，考慮較大的爐內輻射熱，使管壁溫度，尤其是灰層外表面溫度使管壁溫度，尤其是灰層外表面溫度升高，導致對流傳熱減少的影響升高，導致對流傳熱減少的影響 11211(1)()fdKQQl 肋片和鰭片式受熱面肋片和鰭片式受熱面:還應考慮在帶肋片或帶鰭片受熱面上面積的還應考慮在帶肋片或帶鰭片受熱面上面積的擴展，以及肋片或鰭片本身傳熱性能與管壁的差異擴展，以及肋片或鰭片本身傳熱性能與管壁的差異 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)u 放熱系數(shù)放熱系數(shù) l 煙氣對管壁的放熱系數(shù)煙氣對管壁的放熱系數(shù) 一般包括煙氣的一般包括

12、煙氣的對流放熱系數(shù)對流放熱系數(shù) 和和管間煙氣容積的管間煙氣容積的輻射放熱系數(shù)輻射放熱系數(shù) 1dfn 對流管束煙氣側放熱系數(shù)對流管束煙氣側放熱系數(shù) n 屏式受熱面煙氣側的放熱系數(shù)屏式受熱面煙氣側的放熱系數(shù) 1()df 12()2dfds xl 管壁對管內受熱介質的放熱系數(shù)管壁對管內受熱介質的放熱系數(shù) 只與對流放熱系數(shù)只與對流放熱系數(shù) 有關有關 2d傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)u 對流放熱系數(shù)對流放熱系數(shù) l 對流放熱系數(shù)時表征對流換熱過程強弱的指標對流放熱系數(shù)時表征對流換熱過程強弱的指標l 與氣流速度和溫度，定性尺寸，受熱面的沖刷方式（縱向或橫向），與氣流速度和溫度，定性尺寸，受熱面的沖刷方式（縱向或橫向）

13、，受熱面的布置方式（順列或錯列以及節(jié)距和排數(shù)）表面形式（光管或受熱面的布置方式（順列或錯列以及節(jié)距和排數(shù)）表面形式（光管或鰭片管），沖刷介質的物理性質等等有關。鰭片管），沖刷介質的物理性質等等有關。l 數(shù)值是在試驗臺上用試驗方法得出，再用相似理論整理出實用的計數(shù)值是在試驗臺上用試驗方法得出，再用相似理論整理出實用的計算公式算公式dl 橫向沖刷：橫向沖刷：煙氣對屏式受熱面、過熱器、再熱器、省煤器以及空氣預煙氣對屏式受熱面、過熱器、再熱器、省煤器以及空氣預熱器的傳熱，均屬橫向沖刷方式熱器的傳熱，均屬橫向沖刷方式 n 順列管束順列管束 n 錯列管束錯列管束 0.60.33dszerC CRPd0.6

14、50.330.2dszerC CRPdkW/(m2) kW/(m2) 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)u 對流放熱系數(shù)對流放熱系數(shù) dl 縱向沖刷：縱向沖刷：過熱器、再熱器和省煤器等受熱面中的受熱介質（蒸汽、過熱器、再熱器和省煤器等受熱面中的受熱介質（蒸汽、水等）以及空氣預熱器的煙氣均在管內作縱向沖刷；水等）以及空氣預熱器的煙氣均在管內作縱向沖刷；數(shù)在數(shù)在1045105，Pr數(shù)在數(shù)在0.6120范圍內時范圍內時 l 回轉式空氣預熱器：回轉式空氣預熱器： Re數(shù)在范圍內的回轉式空氣預熱器煙氣和空數(shù)在范圍內的回轉式空氣預熱器煙氣和空氣側的放熱系數(shù)氣側的放熱系數(shù) kW/(m2) kW/(m2) 0.80.40.02

15、3RedrtldlP CCd0.80.4RedrtldlCP C Cd傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)ffhhhqqatTT4444100hhhhhqaaTaa Taa TT44012hhaqa TTu 輻射放熱系數(shù)輻射放熱系數(shù)l 管間空間的高溫煙氣與受熱面之間還進行著輻射熱交換管間空間的高溫煙氣與受熱面之間還進行著輻射熱交換l 輻射熱能簡化考慮一次吸收部分，用加大壁面黑度的辦法對多輻射熱能簡化考慮一次吸收部分，用加大壁面黑度的辦法對多次吸收進行補償次吸收進行補償 l 煙氣輻射放熱系數(shù)定義煙氣輻射放熱系數(shù)定義 n 煙氣和灰污受熱面之間的第一次輻射熱交換能量煙氣和灰污受熱面之間的第一次輻射熱交換能量 n 考慮多

16、次輻射吸收的影響，把壁面黑度取為實測灰污壁面考慮多次輻射吸收的影響，把壁面黑度取為實測灰污壁面黑度與絕對黑體的黑度之間的平均值黑度與絕對黑體的黑度之間的平均值 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)f4301121hhfhTTaaTTT3.6301121hhfhTTaaTTTu 輻射放熱系數(shù)輻射放熱系數(shù)kW/(m2)l 固體含灰燃料的輻射放熱系數(shù)固體含灰燃料的輻射放熱系數(shù)l 燃用氣體和液體燃料的不含灰氣流，輻射放熱系數(shù)燃用氣體和液體燃料的不含灰氣流，輻射放熱系數(shù)kW/(m2)傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)fu 輻射放熱系數(shù)輻射放熱系數(shù)ml 煙氣黑度煙氣黑度a l 輻射層有效厚度輻射層有效厚度S 1kpSae l 灰污壁面溫度灰污

17、壁面溫度 3.6llVSF1 2240.91s sSdd1.8111SABC0.9nSdn 墻式及屏式受熱面和對流過熱器墻式及屏式受熱面和對流過熱器 n 其它情況其它情況 21jhdfBttQQH httt n 密封空間密封空間 n 光管管束光管管束 n 相鄰兩屏間的容積相鄰兩屏間的容積 n 煙氣在管內縱向沖刷煙氣在管內縱向沖刷 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)u 污染系數(shù)污染系數(shù) l 管子外表積灰引起的熱阻對傳熱的影響管子外表積灰引起的熱阻對傳熱的影響: 對于燃用固體燃料的錯對于燃用固體燃料的錯列管束、燃用所有燃料的屏式受熱面及肋片管束，計算傳熱系數(shù)時列管束、燃用所有燃料的屏式受熱面及肋片管束，計算傳熱系數(shù)

18、時常采用污染系數(shù)常采用污染系數(shù) 來考慮來考慮l 污染系數(shù)與煙速、煙溫、燃料性質、管子排列方式及其節(jié)距和直污染系數(shù)與煙速、煙溫、燃料性質、管子排列方式及其節(jié)距和直徑和灰粒尺寸等眾多因素有關徑和灰粒尺寸等眾多因素有關l 燃用固體燃料的錯列管束（包括鰭片管束）燃用固體燃料的錯列管束（包括鰭片管束） 0dhC C (m2)/kW 基準污基準污染系數(shù)染系數(shù) 管徑修管徑修正系數(shù)正系數(shù) 灰粒組分灰粒組分修正系數(shù)修正系數(shù) 附加值附加值 l 燃用固體燃料的屏式受熱面，查圖；燃用液體燃料，燃用固體燃料的屏式受熱面，查圖；燃用液體燃料，污染系數(shù)污染系數(shù)取取5.2 ；燃用氣體燃料時燃用氣體燃料時污染系數(shù)為污染系數(shù)為0

19、 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)l 對于燃用固體燃料的順列管束、燃用液體燃料和氣體燃料的光管管對于燃用固體燃料的順列管束、燃用液體燃料和氣體燃料的光管管束以及燃用所有燃料的凝渣管均采用熱有效系數(shù)束以及燃用所有燃料的凝渣管均采用熱有效系數(shù) 來考慮灰污對傳熱來考慮灰污對傳熱的影響。的影響。燃用固體燃料并采用吹灰時凝渣管、順列布置的過熱器和省煤器燃用固體燃料并采用吹灰時凝渣管、順列布置的過熱器和省煤器u 熱有效系數(shù)熱有效系數(shù)傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)燃用液體燃料（燃用液體燃料（ 1.03）時的凝渣管、過熱器和省煤器的）時的凝渣管、過熱器和省煤器的l燃用氣體燃料的燃用氣體燃料的u 熱有效系數(shù)熱有效系數(shù)傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)l 利用

20、系數(shù)利用系數(shù) 表示氣流對受熱面沖刷不均勻等因素的影響表示氣流對受熱面沖刷不均勻等因素的影響y屏式受熱面利用系數(shù)屏式受熱面利用系數(shù)u 利用系數(shù)利用系數(shù)l 空氣預熱器空氣預熱器 l 對大型電站鍋爐機組的橫向沖刷，可取對大型電站鍋爐機組的橫向沖刷，可取 =1.0；對屏式受熱面，；對屏式受熱面， 可由查圖；當煙可由查圖；當煙氣流速氣流速 4.0m/s時，取時，取 =0.85。傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)對流受熱面面積與介質速度對流受熱面面積與介質速度u 受熱面面積受熱面面積l 對于管式受熱面，當按平壁公式計算傳熱系數(shù)對于管式受熱面，當按平壁公式計算傳熱系數(shù)K時，為減少計算誤時，為減少計算誤差，受熱面積的計算方法取決于煙氣對管壁的放熱系數(shù)差，受熱面積的計算方法取決于煙氣對管壁的放熱系數(shù) 及管壁對及管壁對吸熱工質的放熱系數(shù)吸熱工質的放熱系數(shù)