鍋爐本體熱力計(jì)算

鍋爐本體熱力計(jì)算§6.1爐膛傳熱過程及計(jì)算

第六章爐膛傳熱過程具有如下特點(diǎn)爐膛內(nèi)的傳熱過程是與燃料的燃燒過程同時(shí)進(jìn)行的。爐膛傳熱以輻射為主、對(duì)流所占比例很小。火焰與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(jì)算爐膛傳熱計(jì)算的任務(wù)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(yīng)用傳熱學(xué)的基本原理計(jì)算爐內(nèi)傳熱，特做如下假定：把傳熱過程和燃燒過程分開，在必須計(jì)及燃燒工況影響時(shí)，則引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來考慮。對(duì)流傳熱所占份額不大（5％左右），計(jì)算時(shí)可忽略。火焰輻射傳熱量按某一平均溫度來計(jì)算。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(jì)算實(shí)際上是計(jì)算火焰與水冷壁間的輻射換熱量，據(jù)斯一波公式有： (kw)

第六章第3頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計(jì)算

另一方面，可從煙氣側(cè)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。

第六章第4頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計(jì)算

設(shè)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(guān)，與溫度無關(guān)的系數(shù)。漏過到爐墻的熱量為：

第六章第5頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.1爐膛傳熱過程及計(jì)算

經(jīng)爐墻反射至水冷壁管的熱量

經(jīng)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(shí)行運(yùn)行時(shí)，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(dǎo)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(jì)算

綜合考慮

和

的影響，引入熱有效系數(shù)

舉例說明灰污對(duì)傳熱的影響： 管內(nèi)工質(zhì)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(zhì)溫度 若管壁上積灰垢厚0.5mm，λ＝0.1w/m2·

°C，此時(shí)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(jì)算時(shí)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(jì)算火焰視為灰體，即

計(jì)算中所涉及到的溫度和煙氣成分以爐膛出口截面處為準(zhǔn)。 在爐膛中，沿火焰行程,隨著溫度場(chǎng)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(dòng)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(jì)算 例如：在燃用重油時(shí)，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(jù)傳熱學(xué)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(shí)：(主要輻射介子RO2，炭黑粒子）這時(shí)

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(jì)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(shí)（輻射介質(zhì)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(jì)算

第六章四、爐膛有效放熱量與理論燃燒溫度

對(duì)每kg完全燃燒的燃料

：空氣進(jìn)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(nèi)有吸熱，因此爐溫始終是不能達(dá)到

，但它能定性反映真實(shí)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(jì)算五、爐膛黑度假定水冷壁分布均勻，并以整個(gè)爐膛看作為一個(gè)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(jì)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(jì)算六、爐膛出口煙氣溫度在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，爐膛出口煙溫的選擇是一個(gè)重要問題，一般是指爐膛出口處，進(jìn)入對(duì)流管束前的溫度。的選擇應(yīng)根據(jù)以下兩個(gè)要求進(jìn)行(1).防止對(duì)流受熱面結(jié)渣（針對(duì)固體燃料）燃用固體燃爐時(shí)，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(jié)在管子上，使管壁灰垢層溫度升高，結(jié)渣就嚴(yán)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(shù)經(jīng)濟(jì)條件；（針對(duì)液體和氣體燃料）這是因?yàn)榈母叩蜎Q定了鍋爐中輻射受熱面及對(duì)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(guān)一般對(duì)燃油、氣燃料，＝1200-1400°C燃油選用下限，燃?xì)膺x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(jì)算七、爐膛傳熱計(jì)算步驟爐膛傳熱計(jì)算可分為： 校核計(jì)算：已知，校核

； 設(shè)計(jì)計(jì)算：已知

，計(jì)算；校核計(jì)算步驟：根據(jù)已知的爐膛結(jié)構(gòu)尺寸圖，計(jì)算、、、、

、S和水冷壁結(jié)構(gòu)特性計(jì)算

，選定

和

，并計(jì)算

（由焓溫表示）先假定

，求得

（煙氣平均熱容量）計(jì)算

和

計(jì)算，并同前假定的

相比較： 若誤差<100°C則認(rèn)為假設(shè)可行 若誤差>100°C則應(yīng)重新假定，直到兩者誤差<100°C6. 計(jì)算

（輻射散熱面平均強(qiáng)度）第六章第16頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.2對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算一、對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算的基本公式1.熱平衡方程式：

1)煙氣側(cè)：(kJ/kg)2)工質(zhì)側(cè)：(kJ/kg)

空氣預(yù)熱器工質(zhì)側(cè)： (kJ/kg)2.傳熱方程式：

(kJ/kg)二、對(duì)流傳熱系數(shù)K的計(jì)算影響因素：煙氣、積灰、管壁、結(jié)垢和工質(zhì)，包括對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)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(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算式中：與難以測(cè)定，在計(jì)算中一般以、、來考慮灰污對(duì)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(duì)燃用固體燃料的錯(cuò)列管束考慮灰污對(duì)管壁傳熱的影響。①

對(duì)流管束、省煤器：因?yàn)?，所以?/p>

；

第六章第18頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.2對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算②

過熱器：因?yàn)楹苄。院艽?；⑶錯(cuò)列管束橫向沖刷時(shí)，與、、灰粒子分散度有關(guān)；由圖表分別查出、、和按下式計(jì)算：

2．有效系數(shù)——表示受熱面有灰污與無灰污時(shí)的傳熱系數(shù)之比⑴在缺計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)；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(cuò)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(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算⑵

因?yàn)椋海?/p>

則：

①

鍋爐管束、省煤器：因?yàn)楹艽?，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(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算3.防渣管、對(duì)流過熱器受熱面K值計(jì)算對(duì)每m2對(duì)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(duì)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(duì)流受熱面的傳熱計(jì)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(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算據(jù)對(duì)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(duì)流換熱系數(shù)一、橫向沖刷管束時(shí)的1、橫向沖刷錯(cuò)列管束時(shí)：

2、橫向沖刷順列管束時(shí)：

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

管內(nèi)流動(dòng)：矩形通道內(nèi)流動(dòng)：矩形通道內(nèi)有Z根管子

第25頁,共31頁，2024年2月25日，星期天§6.3對(duì)流換熱系數(shù)三、橫向－縱向混合沖刷管束對(duì)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(jì)算時(shí)必須遵循下面兩個(gè)原則：煙氣流量和溫度取整個(gè)管束的平均值；流速應(yīng)按橫向