吉林大学热能与动力机械基础四章 锅炉2

第四节、锅炉受热面积,一、锅炉蒸发受热面的结构与布置锅炉蒸发受热面：工质的主要受热面是水冷壁。1）水冷壁：布置在炉膛中，吸收辐射热。水冷壁的布置：自然循环工业锅炉：炉膛水冷壁循环回路，由不受热的下降管和作为上升管的水冷壁构成；下降管：自上锅筒将炉水引入下集箱，分配给各水冷壁管。在水冷壁中吸热蒸发形成汽水混合物，沿水冷壁进入上锅筒。,锅炉结构:,高压电站锅炉：水冷壁由几个独立下降管和独立集箱的循环回路组成尽可能减小各水冷壁之间的热偏差。,下降管,集箱,水冷壁结构,有光管水冷壁、鳍片管膜式水冷壁、带销钉管水冷壁。光管水冷壁： 管径=5176mm， 管节距s与管外径d之比: s/d=22.5（火床炉）; 1.051.2（火室炉）。,1-管子 2-耐火材料 3-绝热材料 4-炉皮,鳍片管：鳍片管之间相互焊接组成膜式水冷壁。特点：改善炉膛密封性，减少漏风，采用微正压燃烧，取消引风机，提高锅炉效率； 炉腔不直接受火焰辐射；可不用耐火材料，减轻重量。缺点：工艺复杂； 相邻管温度不超50， 以免变形,3-绝热材料 4-炉皮5-扁钢,带销钉管水冷壁：销钉上敷有耐火填料，可减少水冷壁吸热，使该部位炉温升高，便于燃料迅速着火和稳定燃烧，并保持高温。,3-绝热材料 4-炉皮 5-扁钢7-耐火涂料 8-销钉 9-鉻矿砂材料,带销钉光管水冷壁,带销钉膜式水冷壁,2）凝渣管束：布置在炉膛出口的对流管束，其横向、纵向节距大，不易结渣；吸收烟气的热量。,3）锅炉对流蒸发受热面：由上下锅筒和许多管连接而成。管行列布置，横向/纵向节距=95100mm；管中水和汽混合物自然循环流动。,二、过热器和再热器,1过热器作用：将饱和蒸汽加热成一定温度的过热蒸汽，提高系统效率。根据过热器的布置位置：顶棚过热器立式过热器屏式过热器辐射式过热器卧式对流过热器,锅筒,过热器的分类,根据传热方式分为三种： 辐射式、对流、屏式1）辐射式过热器： 布置在炉膛的炉壁上，结构与水冷壁相似，自己形成循环水路。2）对流过热器：无缝钢管弯制的蛇形管。 根据烟气和蒸汽的相对流动方向分为： 顺流、逆流、双逆流、混合流四种。顺流式：壁温最低，传热最差；多用于高烟温区。逆流式：壁温最高，传热最好；多用于低温区。,过热器中过热蒸汽的质量流速： 中压锅炉： 高压锅炉： 过热器系统总阻力：过热蒸汽出口压力的10%。烟气的流速：一般取815m/s,3）屏式过热器 布置在炉膛上部，吸收炉膛的辐射和烟气的对流传热。 管径：3242mm，纵向节距 s2=(1.11.2)d；屏与屏之间的距离s1=600800mm；烟气的流速：取6m/s,结构主要影响：烟气的流动阻力 烟气与工质的传热效率,2、再热器,作用：将汽轮机高压缸的排汽锅炉中加热； 高温蒸汽汽轮机中压和低压缸中膨胀作功。一次过热蒸汽：高压过热器中加热的蒸汽；二次过热蒸汽：再热器中加热的蒸汽。压力为一次蒸汽的1/5，温度与一次蒸汽相近。再热器的结构：与对流过热器相似，由平行连接的蛇形管组成。,再热器的特点： 再热蒸汽压力低，密度小，换热系数仅为过热蒸汽的1/5；所以，对管壁的冷却能力差。再热器的总阻力：控制在再热器进口压力的10%以内，影响热力系统的经济性。再热蒸汽的质量流速：限制在250400kg/m2s,作用：利用锅炉尾部烟气加热给水降低排温。根据结构和材料分为：铸铁式和钢管式1铸铁式：由一系列水平铸铁肋片管构成，各管之间用铸铁弯头连接。承受压力：2.4MPa以下；省煤器中水速：不低于0.3m/s；烟速：810m/s；给水流动方向：由下向上。缺点：安全性差,三、省煤器,铸铁式结构：,旁通烟道,烟道挡板,给水管,安全阀,省煤器,送往锅炉,排烟,烟气,2. 钢管式省煤器,省煤器中的烟速： 89m/s省煤器阻力：高压和超高压 锅筒压力的5%；中压时 锅筒压力的8%,结构：由蛇形钢管和集箱构成，管子错列水平布置；外径2542mm；横向节距与管外径之比：2.03.0；纵向节距与管外径之比：1.52.0。,水速：非沸腾式不低于0.3m/s； 沸腾式：沸腾部分 1.0m/s。,四、空气预热器,作用：利用省煤器后排出烟气的热量加热燃烧用空气，改善燃料着火及燃烧，并降低排烟温度，提高锅炉效率。分类：按传热方式分为导热式和再生式1) 导热式：烟气通过中间壁面连续将热量传给空气结构：管式空气预热器 51mm1.5mm或40mm1.5mm的有缝钢管； 相邻管孔间隙：10mm以上， 上下管板厚：1525mm，中间管板厚：510mm；,横向节距与管外径之比：1.51.9；纵向节距与管外径之比：1.01.2；,烟气流速：1014m/s管子根数保证,空气流速：4.57.0m/s由各流程高度,2）再生式,受热面旋转式： 由转子和固定外壳组成:,按传动结构分：受热面旋转式和风罩旋转式。,固定外壳：转子流通截面分成烟气通道，和空气通道。,转子：许多扇形小块分成几个仓格内装波形板；14r/min；,第五节 换热器,作用：将热量从高温流体传给低温流体。一、分类按冷热流体接触方式分：间壁式，直接接触式，蓄热式,1直接接触式：循环水自塔顶喷淋而下冷空气自下而上直接接触将水的热量传给空气加热使用范围有限多数情况下，不允许冷热流体直接接触。不常能。,2间壁式： 热流体通过固体壁将热量传给冷流体。如，省煤器、过热器、空气预热器等。3蓄热式：利用固体材料的蓄热作用，先让热流体流过固体壁，使热量由热流体传给固体壁；然后冷流体流过固体壁，将固体壁的热量传给冷流体。 适用于流量大的气气换热场合。 如 空气预热器,二、间壁式换热器的形式及基本构造,分类方法：按作用分：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器;按工作介质及其聚集状态换热器分为： 汽液、液液，气液，气气，汽气按工作流体的流动方向分为： 顺流、逆流、错流、混流 按流程数分为：单程和多程换热器按传热表面几何形状分为： 管壳式、盘管式、螺旋板式、板式、板翘式、翘片管式、热管式、针形、蜂窝形、混合式等。,分类方法之二、三,顺流,逆流,错流,逆错流,先顺后逆平行流,先逆后顺串联混流,单程管壳式,多程管壳式,分类方法之四,盘管式,螺旋板式,板式,板翘式,翘片式,（续）,热管式,针形,蜂窝形,组合形,管壳式结构形式,固定管板式,双套管式,U形管式,浮头式,三、换热器传热计算的基本公式,基本公式：传热方程和热平衡方程传热方程：热平衡方程： : 冷热流体间的传热量；K：传热系数；F：传热面积； t：冷热流体的平均温差；c2、c1: 冷热流体的热容量；: 换热器热效率=0.98。 ：冷热流体进、出口温度,换热效率：,热容量c=qmcv W/K qm：质量流量；cv ：定容比热,冷物体获得的热量,热物体释放的热量,冷热流体的温度变化:,与换热器的结构F和传热系数K有关。,即传热量,传热系数K：对管壳式：,1、2：热冷流体的换热系数；：换热器壁厚；：热导率。 对高温气体，换热器内存在对流和辐射换热，故，需同时考虑，即： d：对流换热系数；f ：辐射换热系数,流动方向、材料等有关,换热器结构F：决定冷热流体的接触面积或长度,接触面积F ，接触时间长，传热量，t 影响：传热效率 换热器材料的高温耐久性 冷热流体流动方向影响传热系数K,顺流式：K，传热效率， t 换热器高温耐久性，工作温度逆流式：K ，传热效率， t 换热器高温耐久性，工作温度,1对流换热系数,1）流体管内流动 层流：努塞尔数： ， ：管内对流换热系数； d：管内径； ：管内流体热导率。 雷诺数： ，:管内流速，:运动粘度普朗特数： ， ：管内流体密度， cp ：管内流体定压比热。 ：管内流体平均温度下的粘度和平均壁温下的粘度。l ：管长,湍流：流体加热时，n=0.4；流体被冷却时，n=0.3。 2）流体定向冲刷管束根据流体纵向或横向冲刷管束、以及管子形状的不同，分别采用不同的计算公式。对横向冲刷顺列管束： ：平均温压下的热导率； Cs：管束相对节距影响的修正系数， Ca：气体行程方向上管排数的修正系数。查表计算,完,2辐射换热系数,四 、换热器设计计算的基本方法,基本方程：传热方程和热平衡方程（前述） 换热器设计计算有两种方法：平均温差法和效能传热单元数法。1平均温差法：主要用于设计计算， 步骤：1）根据已知条件，由热平衡方程式求出冷热流体中另以个未知温度和传热量；2）由冷热流体4个进出口温度，求出传热的平均温差。 3）求出传热系数K，然后用传热方程求传热面积F。,2效能传热单元数法（法）：主要用于校对。1) 换热器效能：实际换热量与最大可能换热量之比。即 ：由热平衡方程求得；因 由热二定律，换热过程中，热流体