鍋爐爐膛換熱計算

1、第九章 鍋爐爐膛換熱計算鍋爐熱力計算的目的目的：確定鍋爐受熱面與燃燒產(chǎn)物和工質(zhì)參數(shù)間的關(guān)系；基礎(chǔ)：燃料的燃燒計算和鍋爐的熱平衡計算；按受熱面性質(zhì)分為爐膛換熱計算爐膛換熱計算和爐膛出口后對流受熱面的換爐膛出口后對流受熱面的換熱計算熱計算；按計算方法分為設(shè)計計算設(shè)計計算和校核計算校核計算。第九章 鍋爐爐膛換熱計算第九章 鍋爐爐膛換熱計算第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性第五節(jié) 爐膛火焰黑度第六節(jié) 火焰中心位置修正系數(shù)M第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)第八節(jié) 爐膛換熱計算的修正方法第九節(jié) 爐膛換熱

2、的其他計算方法第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)煙氣側(cè)：燃料與空氣混合，著火、燃燒、產(chǎn)生高溫?zé)煔?，與水冷壁進(jìn)行熱交換（輻射為主、對流為輔）。工質(zhì)側(cè)：管內(nèi)工質(zhì)流動，吸收煙氣放熱量（以對流換熱為主）。在爐膛的出口將煙氣冷卻到合適的溫度，（煙氣進(jìn)入密集對流管束，低于灰熔融溫度，不結(jié)渣）。爐膛換熱計算的主要任務(wù)（1）設(shè)計計算：已知爐膛出口溫度，求受熱面（數(shù)量和布置等）（2）校核計算：已知爐膛內(nèi)布置的受熱面，求出爐膛出口煙氣溫度。 爐膛出口截面上的平均煙氣溫度是計算的核心第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)爐膛換熱計算的主要困難爐膛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，火焰溫度分布不均勻，火焰輻射特性不易確定（黑度），受熱面污染對傳熱的影響程度

3、，極難定量估計?；诩償?shù)學(xué)方法描述物理化學(xué)過程的爐膛換熱計算方法尚未工程實(shí)用，采用依賴大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計算方法。第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)計算方法現(xiàn)狀世界各鍋爐制造商各種各樣的計算方法，差別很大，基本思路：簡化物理模型，依賴大量測試數(shù)據(jù)及總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，輔助以先進(jìn)數(shù)值計算，計算方法尚處于不斷改進(jìn)與完善中講述我國推薦采用的工程計算方法。第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)爐膛內(nèi)復(fù)雜換熱過程簡化我國現(xiàn)行工程計算方法1將爐膛內(nèi)燃燒與傳熱過程分開考慮2爐膛內(nèi)換熱以輻射換熱方式進(jìn)行3爐內(nèi)溫度看作均勻，火焰輻射按平均火焰溫度計算，4爐膛受熱面及火焰面均按灰體處理?；疚锢砟Ｐ停簭?fù)雜的爐膛換熱過程被簡化為兩個無限接

4、近的灰體表面（具有不同的溫度和黑度）間的輻射換熱問題。第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)火焰面具有：平均火焰溫度 ，黑度 ，面積 ，爐膛輻射壁面具有：平均壁面溫度 ，黑度 ，面積第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn) 簡化第九章 鍋爐爐膛換熱計算第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性第五節(jié) 爐膛火焰黑度第六節(jié) 火焰中心位置修正系數(shù)M第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)第八節(jié) 爐膛換熱計算的修正方法第九節(jié) 爐膛換熱的其他計算方法爐膛傳熱的基本方程（1）高溫?zé)煔馀c輻射受熱面間的輻射換熱方程)(440bhylsfjTTF

5、aQB)()(lapjlljfjTTcVBIQBQB第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法（2）高溫?zé)煔庠跔t內(nèi)放熱的熱平衡方程二者相等得到爐膛換熱的基本方程:爐膛換熱基本方程需再推導(dǎo)目的：將不易確定的參數(shù)替換為容易由實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)確定的參數(shù)。)()(440lapjbhylsTTcVBTTFa第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法爐膛換熱基本方程進(jìn)一步推導(dǎo)引入水冷壁熱有效系數(shù)（為簡化左側(cè)）)()(440lapjbhylsTTcVBTTFa投射到爐壁上的熱量受熱面的吸熱量第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法火焰的有效輻射根據(jù)傳熱學(xué)原理第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程

6、和有效輻射熱計算方法 (1) bbJEGEGhyJbhhybhyJaEJ)1 (,火焰有效輻射 表達(dá)為，冷壁熱有效系數(shù)也可以表述為：火焰的有效輻射熱量換熱量火焰和水冷壁間的輻射hybhyJJJ第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法火焰與水冷壁間的輻射換熱量為火焰與水冷壁的有效輻射熱的差值，即， bhyfJJq火焰的本身輻射為 ：第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法40,hyhyhybTaEhybJJ)1 (hyhhybhyJaEJ)1)(1 (,)1 (40hyhyhyhyhyaaTaJ定義爐膛黑度:)1 (hyhyhylaaaa40hylhyTaJ由上式得：于是：帶

7、入上式并整理得換熱基本方程變化為)(40lapjhyllTTcVBTFababTla第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法根據(jù)以上結(jié)果，爐膛內(nèi)輻射換熱量可表達(dá)為 40hyllhylfjTFaJFQB引入爐膛黑度 避免了確定 與 的困難。第九章 鍋爐爐膛換熱計算第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性第五節(jié) 爐膛火焰黑度第六節(jié) 火焰中心位置修正系數(shù)M第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)第八節(jié) 爐膛換熱計算的修正方法第九節(jié) 爐膛換熱的其他計算方法我國常用的爐膛換熱計算方法基于爐膛基本換熱方程

8、)(40lapjhyllTTcVBTFa第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法加上對火焰平均溫度近似表述，應(yīng)用相似理論得到 爐膛換熱計算的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式爐膛換熱計算的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式一、火焰平均溫度的處理nalahyTTcTT)(allTTahyhyTTnlhyc第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法火焰平均溫度在理論燃燒溫度與爐膛出口煙溫之間，與燃燒和傳熱過程有關(guān)由試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)得到：引入無量綱量：于是：爐膛換熱基本方程的演化代入基本方程，得到pcjalloVBTFaB30),(0cnaBfll010lnhylBca第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法玻耳茲曼特征數(shù)決定爐膛出口無量綱煙溫的特征數(shù)爐膛出口

9、無量綱煙溫傳熱特征數(shù)方程 與燃料性質(zhì)、燃燒方式、燃燒器布置的相對高度、爐內(nèi)火焰溫度平均值與絕熱溫度的關(guān)系等有關(guān)6 . 06 . 06.0oaoallBMBTTlM第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法爐膛出口煙氣溫度計算式是一隱函數(shù)，需要迭代計算（作業(yè)題）273llT2731)(6 . 030pjallacVBTFaMT第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法需要計算水冷壁的面積時353011laalcjlTTMTaVBFp第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法以下各節(jié)的目的和內(nèi)容是確定計算式中的各參數(shù)的計算方法。詳細(xì)均見鍋爐熱力計算標(biāo)準(zhǔn)（原蘇聯(lián)）規(guī)定。第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法第九章 鍋爐爐膛換熱

10、計算第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性第五節(jié) 爐膛火焰黑度第六節(jié) 火焰中心位置修正系數(shù)M第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)第八節(jié) 爐膛換熱計算的修正方法第九節(jié) 爐膛換熱的其他計算方法 熱有效系數(shù)投射到受熱面上的熱量受熱面的吸熱量投射到爐壁的熱量投射到受熱面的吸熱量xx火焰的有效輻射量火焰和水冷壁間的換熱第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性沾污系數(shù)角系數(shù)關(guān)系第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性熱有效系數(shù)可以從實(shí)際運(yùn)行的鍋爐檢測，角系數(shù)可以計算實(shí)際鍋爐的設(shè)計提供了大量的沾污系數(shù)供積累和參考（查表）。第四節(jié) 爐膛受

11、熱面的輻射特性燃料種類污垢系數(shù)光管水冷壁或膜式水冷壁 氣體燃料 重 油0.650.55煤粉爐無煙煤(飛灰可燃物含量12)0.45貧煤(飛灰可燃物含量8)煙煤和褐煤無煙煤(飛灰可燃物含量12)貧煤(飛灰對燃物含量8)0.35固態(tài)排渣爐覆蓋耐火涂料的水冷壁所有燃料0.20固態(tài)排渣爐覆蓋耐火磚的水冷壁所有燃料0.10水冷壁形式沾污系數(shù)的選取污系數(shù)的選取 注：如水冷壁可有效吹灰，基本不結(jié)渣時，值可提高0.030.05。第九章 鍋爐爐膛換熱計算第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性第五節(jié) 爐膛火焰黑度第

12、六節(jié) 火焰中心位置修正系數(shù)M第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)第八節(jié) 爐膛換熱計算的修正方法第九節(jié) 爐膛換熱的其他計算方法一、火焰黑度火焰的簡化（1）火焰作灰體處理，基爾霍夫定律：kpshyea1第五節(jié) 爐膛火焰黑度（2）火焰溫度均勻，用火焰平均溫度表示；（3）火焰各處成分均勻；火焰黑度的計算，實(shí)質(zhì)上是計算輻射減弱系數(shù)K，因此與火焰的成分有關(guān)。第五節(jié) 爐膛火焰黑度第五節(jié) 爐膛火焰黑度二、氣體與液體燃料火焰黑度的計算爐膛平均火焰黑度qfghyammaa)1 ( 發(fā)光火焰的黑度pskkfgqcea 1三原子氣體的黑度pskqqea1第五節(jié) 爐膛火焰黑度三、煤粉火焰黑度的計算煤粉火焰的總減弱系數(shù) 三原子

13、氣體的輻射減弱系數(shù) 灰粒的減弱系數(shù) thqkkkknlqoHqrTsprk)100038. 01 (111. 5556. 22)/(14300322MPamdTkpjgh第五節(jié) 爐膛火焰黑度三、煤粉火焰黑度的計算焦炭顆粒的減弱系數(shù) 21xxkkjtt四、爐膛火焰輻射層厚度 llFVs6 . 3第九章 鍋爐爐膛換熱計算第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性第五節(jié) 爐膛火焰黑度第六節(jié) 火焰中心位置修正系數(shù)M第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)第八節(jié) 爐膛換熱計算的修正方法第九節(jié) 爐膛換熱的其他計算方法爐

14、膛內(nèi)火焰平均溫度的假設(shè)與實(shí)際差別很大，尤其沿爐膛高度溫度變化顯著，對傳熱影響很大，系數(shù)M是考慮爐內(nèi)火焰最高溫度相對位置的重要修正系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：第六節(jié) 火焰中心位置修正系數(shù)MM )(xxBAr第九章 鍋爐爐膛換熱計算第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性第五節(jié) 爐膛火焰黑度第六節(jié) 火焰中心位置修正系數(shù)M第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)第八節(jié) 爐膛換熱計算的修正方法第九節(jié) 爐膛換熱的其他計算方法一、爐膛容積 第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù) 爐膛容積的確定方法二、爐壁面積 第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其

15、他參數(shù) 爐壁面積按包覆爐膛容積的表面積計算。將爐壁的投影面作為火焰的輻射表面，也是爐壁受熱面接受火焰輻射的表面積，稱為爐壁面積F。對于爐膛內(nèi)的雙面曝光水冷壁及屏式受熱面，應(yīng)以邊界管子中心線間的距離和曝光長度的乘積的兩倍作為其相應(yīng)的爐壁面積。 爐膛容積中包含有輻射屏式受熱面時，爐壁總面積等于下列面積之和：無屏區(qū)爐膛容積的爐壁面積、屏的面積和屏區(qū)的爐壁面積，同時還需要考慮某些爐壁的曝光不完全性。 三、爐壁的有效輻射面積 第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)FxH ),(dedsfx 爐膛的總的有效輻射面積為： iixFH整個爐壁的平均角系數(shù)為 iFHx四、爐膛的出口截面 第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)

16、鍋爐爐膛的出口截面的定義位置和爐型有關(guān)。通常中、小型鍋爐的爐膛出口截面指凝渣管或鍋爐管束的進(jìn)口截面，大容量鍋爐是指屏式過熱器或屏式再熱器的進(jìn)口截面，前屏過熱器被視為爐膛輻射受熱面的一部分。 爐膛出口截面的大小，一般應(yīng)使煙氣在出口截面上的平均流速在6m/s左右。 五、輸入爐膛的有效熱量及絕熱燃燒溫度 第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)以輸入爐膛的有效熱量作為火焰的絕熱燃燒焓，可以根據(jù)對應(yīng)燃料的煙氣溫焓關(guān)系確定理論燃燒溫度理論燃燒溫度，或稱為絕熱燃燒溫度絕熱燃燒溫度 kgkJQQqqqQQwrkrl/)1001 (463)/(,kgkJQiQQwrrnetarr00lkzflrkzfllkI )(I

17、)(QkgkJIIQlkkwr/)(00六、燃燒產(chǎn)物的平均比熱容 第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)KkgkJTTIQVclallp./七、爐膛受熱面的平均熱負(fù)荷及熱負(fù)荷不均勻系數(shù) 第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)lFHHQq爐膛輻射受熱面熱負(fù)荷 )IQ(BQlljF七、爐膛受熱面的平均熱負(fù)荷及熱負(fù)荷不均勻系數(shù) 第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)熱負(fù)荷不均勻系數(shù)定義為局部熱負(fù)荷與平均熱負(fù)荷的比值 固態(tài)排渣煤粉爐沿爐膛高度熱負(fù)荷分布不均勻系數(shù)實(shí)線燃用無煙煤、貧煤和煙煤；虛線燃用褐煤七、爐膛受熱面的平均熱負(fù)荷及熱負(fù)荷不均勻系數(shù) 第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)在爐膛高度的某個區(qū)段上輻射受熱面的熱負(fù)荷為 Hiiqq相應(yīng)于該區(qū)段的吸熱量為 iiiFqQ爐膛各側(cè)爐壁的平均熱負(fù)荷為Hbbqq第九章 鍋爐爐膛換熱計算第一節(jié) 鍋爐爐膛內(nèi)傳熱的特點(diǎn)第二節(jié) 爐膛輻射傳熱的基本方程和有效輻射熱計算方法第三節(jié) 爐內(nèi)傳熱的相似理論計算方法第四節(jié) 爐膛受熱面的輻射特性第五節(jié) 爐膛火焰黑度第六節(jié) 火焰中心位置修正系數(shù)M第七節(jié) 爐膛結(jié)構(gòu)特征及其他參數(shù)第八節(jié) 爐膛換熱計算的修正方法第九節(jié) 爐膛換熱的其他計