10、对流受热面传热计算

1、第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 本章内容： 1、传热计算的3个基本方程（传热方程、烟气和 工质的热平衡方程）； 2、传热方程中各项变量的计算（温差、传热系 数、污染系数、传热面积）。 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 对流传热的特点对流传热的特点 1、就对流传热本身而言、就对流传热本身而言 考虑考虑温度温度的影响的影响 考虑考虑气流速度气流速度的影响的影响 2、同时需考虑、同时需考虑管间烟气的辐射管间烟气的辐射影响影响 3、靠近、靠近炉膛出口的受热面炉膛出口的受热面，需考虑直接接受，需考虑直接接受炉内辐射传热炉内辐射传热 的影响（下一章：半辐射式受热面）的

2、影响（下一章：半辐射式受热面） 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 对流传热计算的基本任务对流传热计算的基本任务 设计计算设计计算：已知对流受热面的吸热量，求该受热面的：已知对流受热面的吸热量，求该受热面的 结构尺寸。结构尺寸。 校核计算校核计算：已知受热面的结构尺寸，校核该受热面的：已知受热面的结构尺寸，校核该受热面的 进出口参数。进出口参数。 对流传热的基本方程式对流传热的基本方程式 一、一、烟气对流放热量烟气对流放热量 二、二、工质对流吸热量工质对流吸热量 三、三、对流传热量对流传热量 热平衡热平衡： tr c ab c re c QQQ ) 110(/ kgkJ B t

3、KH Q cal tr c )410(/)( kgkJii B D Q cal ab c )210(/ 0 kgkJIIIQ l re c 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 顺流或逆流顺流或逆流（或五次以上交叉流按顺流计算）：（或五次以上交叉流按顺流计算）：对数平均温差对数平均温差 端差之比端差之比 tlar/ tsma 1.7，则可采用算术平均温差，则可采用算术平均温差 混合流混合流（图（图10-4）和）和交叉流交叉流（图（图10-5，管式空气预热器）：按逆流传热，管式空气预热器）：按逆流传热 温压乘修正系数温压乘修正系数 任何复杂的流动方式任何复杂的流动方式，当顺流温压和

4、逆流温压之间满足，当顺流温压和逆流温压之间满足 tpar 0.92 tcou )1410( cou tt )1210( ln sma lar smalar t t tt t )1710( 2 coupar tt t )1310( 2 avav smalar t tt t 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 一、管式承压受热面传热系数一、管式承压受热面传热系数 忽略金属管壁的热阻和不计管内结垢忽略金属管壁的热阻和不计管内结垢 )1910(; 11 1 21 ash ash K 污染系数 )1810()/( 11 1 2 21 CmkWK sc sc m m ash ash 第十章

5、第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 燃用固体燃料时，错列布置的横向冲刷燃用固体燃料时，错列布置的横向冲刷光管管束（可用于省煤器），光管管束（可用于省煤器）， 其灰层热阻用灰污系数其灰层热阻用灰污系数 考虑考虑 其余情况下其余情况下采用热有效系数（采用热有效系数（ , 管子污染状况下的传热系数与清洁管子污染状况下的传热系数与清洁 状况下的传热系数的比值状况下的传热系数的比值）法计算受热面的传热系数）法计算受热面的传热系数 管内为水、汽水混合物或超临界压力以上的过热蒸汽，可简化为管内为水、汽水混合物或超临界压力以上的过热蒸汽，可简化为 )1910(; 11 1 21 ash ash K

6、)2010( 11 1 )( )2210( 11 21 0 21 0 K KK 的传热系数清洁管0 )1910()2310( 1 1 1 1 KorK 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 二、扩展表面式承压受热面传热系数二、扩展表面式承压受热面传热系数 外表面扩展式受热面较多地采用鳍片式和肋片式（一般用于省煤器以外表面扩展式受热面较多地采用鳍片式和肋片式（一般用于省煤器以 强化烟气侧的传热），对省煤器，按强化烟气侧的传热），对省煤器，按烟气侧全部表面积计算传热系烟气侧全部表面积计算传热系 数数。 f为鳍片或肋片效率；为鳍片或肋片效率； hs为鳍片管或肋片管的受热面效率。为鳍片管

7、或肋片管的受热面效率。 )2710( )2610( 1 1 ) 1 ( 1 )2510()( 1 1 1 11 H H H H K H H H H K t f f hs hs hs hs t f f 或 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 三、空气预热器传热系数三、空气预热器传热系数 采用受热面的利用系数采用受热面的利用系数 来综合考虑灰分的污染、气流对受热面冲刷来综合考虑灰分的污染、气流对受热面冲刷 的不完善等的影响。的不完善等的影响。 管式空气预热器管式空气预热器 回转式空气预热器回转式空气预热器 x1、x2分别为烟气、空气流通截面积份额。分别为烟气、空气流通截面积份额。

8、)2810( 11 21 21 21 K )2910( 11 2211 xx K 结合，：（灰层热阻、冲刷不均，不稳定换热）,与转速有关 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 放热系数计算涉及：烟气对管壁的放热系数放热系数计算涉及：烟气对管壁的放热系数 1和和管壁对受热介质的放管壁对受热介质的放 热系数热系数 2。 烟气对管壁的放热系数烟气对管壁的放热系数 1，一般包括烟气的对流放热系数，一般包括烟气的对流放热系数 c和管间烟气和管间烟气 容积的辐射放热系数容积的辐射放热系数 r 。 影响对流放热系数的因素影响对流放热系数的因素 气流流速气流流速 温度温度 管子尺寸管子尺寸 管束

9、冲刷方式管束冲刷方式 管束布置方式管束布置方式 物性参数物性参数 )3010()( 1 rc 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 由于影响因素很多，工程上是应用相似理论来进行分析得出放热系数公式，由于影响因素很多，工程上是应用相似理论来进行分析得出放热系数公式， 对于锅炉各受热面，烟气、空气、蒸汽、水等介质的流动均为强迫流动。对于锅炉各受热面，烟气、空气、蒸汽、水等介质的流动均为强迫流动。 在不考虑自然对流影响的情况下，稳定对流放热具有下列关系：在不考虑自然对流影响的情况下，稳定对流放热具有下列关系： 一、光管对流受热面的对流放热系数一、光管对流受热面的对流放热系数 1. （烟

10、气）横向冲刷横向冲刷 顺列管束顺列管束 错列管束错列管束 )3510(PrRe211. 0 34. 0651. 0 Nu )3110(PrRe nm CNu )3610(PrRe345. 0 36. 06 . 0 Nu 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 2. 纵向冲刷（蒸汽和管式空气预热器中的介质）纵向冲刷（蒸汽和管式空气预热器中的介质） 超临界水和蒸汽的放热系数超临界水和蒸汽的放热系数公式公式10-39，10-40 二、扩张受热面的对流放热系数（用于省煤器）二、扩张受热面的对流放热系数（用于省煤器） 三、回转式空气预热器的对流放热系数三、回转式空气预热器的对流放热系数 定性

11、尺寸：蓄热板的当量直径（表定性尺寸：蓄热板的当量直径（表10-7）；定性温度：进出口流体均温。）；定性温度：进出口流体均温。 C取决于蓄热板的型式。取决于蓄热板的型式。 )4910(PrRe 4 . 08 . 0 CNu )3710(PrRe023. 0 4 . 08 . 0 tLC CNu 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 四、辐射放热系数四、辐射放热系数 烟气和灰污壁面之间的热交换烟气和灰污壁面之间的热交换qR，应为多次吸收和反射的结应为多次吸收和反射的结 果。为简化果。为简化 起见，仅考虑一次吸收的能量，但用加大壁面黑度的办法来对多次吸收起见，仅考虑一次吸收的能量，但用

12、加大壁面黑度的办法来对多次吸收 进行补偿。把壁面黑度取为实测灰污壁面黑度进行补偿。把壁面黑度取为实测灰污壁面黑度 2与绝对黑体的黑度之间的与绝对黑体的黑度之间的 平均值即，平均值即，( 2 +1)/2 0.9，这样，这样， 烟气辐射放热系数烟气辐射放热系数（适合于含灰气流）（适合于含灰气流） )5110()/( )/(1 )/(1 9 . 0 2 12 3 123 101 21 CmkW TT TT T TT qR r )5010()(9 . 0 4 2 4 101 TTqR 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 烟气黑度烟气黑度 介质的吸收减弱系数介质的吸收减弱系数 辐射层有效

13、厚度辐射层有效厚度 )5710(9 . 0 .25. 04 . 0)( )5610() 1 4 (9 . 0 )5510(6 . 3 1 2 21 i dS T d ss dS m F V S 烟气在管内纵向冲刷 和，分别乘系数高时鳍片管和肋片管 光管管束 )5310(1 1 Ska e )5410( 1 mkrkk ashashga 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 灰污表面温度灰污表面温度 对墙式受热面和对流过热器对墙式受热面和对流过热器 对省煤器对省煤器 对于入口烟温400的省煤器，取T60，当400 时 值可相应减小，但不低于T 25。 )5810( )( ) 1 (

14、)273( 2 2 K H QQB tT rccal )5910()273( 2 KTtT 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 在对流受热面的传热计算中，用来表示受热面的灰污在对流受热面的传热计算中，用来表示受热面的灰污 程度有三种系数：程度有三种系数： 一、污染系数一、污染系数 二、热有效系数二、热有效系数 三、利用系数三、利用系数 四、鳍（肋）片效率（图四、鳍（肋）片效率（图10-12） 污染系数污染系数 定义定义 适用于固体燃料错列布置管束，用经验式计算或查图适用于固体燃料错列布置管束，用经验式计算或查图 )6110(

15、0 dgrC C 210 21 0 111 111 )6010( 11 K K KK ash ash 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 一、污染系数（灰污系数） ：灰层的热阻。 （式10-19,60） 计算： （式10-6163） （1）与灰的粒径成反比； （2）与烟气流速成反比； （3）与纵向相对节距成正比； （4）与管径成正比； （5）与积灰类型、是否吹灰有关。 （表10-3） h h 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 二、热有效系数 ：有灰层的K与没有灰层的K0之比。 （式10-21） 适用于 燃用固体燃料的顺列光管管束(表10-4) 燃用液体、气体燃

16、料的所有光管管束 计算： （表10-4） 影响因素：类同。 0 K K 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 利用系数利用系数 考虑气流对受热面横向冲刷不完善（均匀性程度）的影考虑气流对受热面横向冲刷不完善（均匀性程度）的影 响响。对于大容量锅炉，烟气对过热器、再热器、省煤器。对于大容量锅炉，烟气对过热器、再热器、省煤器 都是横向冲刷，均匀性较好，都是横向冲刷，均匀性较好，1.0（式（式10-30）。）。 对于空预器，考虑气流冲刷不完善以及受热面灰污染、对于空预器，考虑气流冲刷不完善以及受热面灰污染、 漏风等因素综合影响漏风等因素综合影响。查表。查表10-5。 第十章第十章 对流

17、受热面传热计算对流受热面传热计算 三、利用系数： 受热面积得到利用（受烟气冲刷）的程度。 1、的应用： （1）影响烟气侧放热系数a1； （式10-30） （2）空气预热器： （式10-28,29） 包括了的影响，并直接放在K中。 2、空气预热器中，对的附加影响因素 （1）管式空气预热器的中间管板数； （2）燃料含硫、进口风温； （3）漏风。 四、鳍（肋）片效率 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 一、对流受热面的面积一、对流受热面的面积 当管式受热面按平壁公式计算传热系数时，为减少误差，应当管式受热面按平壁公式计算传热系数时，为减少误差，应 按下述原则确定受热面的面积按下述原则

18、确定受热面的面积H： 当壁面两侧的放热系数相差悬殊时，当壁面两侧的放热系数相差悬殊时，取放热系数较小一侧的管子表面取放热系数较小一侧的管子表面 积作为计算受热面积积作为计算受热面积。 当管子壁面两侧的放热系数同属一个数量级，相差不大时，则当管子壁面两侧的放热系数同属一个数量级，相差不大时，则取相应取相应 于管子平均直径的面积作为计算受热面积于管子平均直径的面积作为计算受热面积。 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 24 一、对流受热面的面积一、对流受热面的面积 过热器、再热器和省煤器：过热器、再热器和省煤器：H=管子外表面积管子外表面积 管式空预器：管式空预器：H=烟气侧和空气

19、侧的平均表面积烟气侧和空气侧的平均表面积 再生式空预器：再生式空预器：H=2蓄热板面积蓄热板面积 附加受热面：附加受热面：H=炉墙面积炉墙面积角系数（膜式壁角系数为角系数（膜式壁角系数为1.0） 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 二、介质流速和流通截面积二、介质流速和流通截面积 介质流速介质流速 烟气烟气 空气空气 蒸汽蒸汽 流通截面积流通截面积 管内介质流动管内介质流动 管外烟气横向冲刷管外烟气横向冲刷 烟道截面变化时取几何平均烟道截面变化时取几何平均 )6810(/sm f D w av )6610(/ 273 )273( sm F VB w avgcal g )6910

20、( 4 )( 2 2 m d ZfF i 或 )6710(/ 273 )273( 0 sm F tVB w avcal a )7010( 2 1 mdlZabF )7010( 2 a FF FF F 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 三、回转式空气预热器的受热面积、流通截面 积和当量直径 1、转子有效截面积Fa （式10-71） 2、受热面积 （式10-72） 3、各分仓流通截面积 （式10-74） 受热面占据的截面积 （式10-75） 4、当量直径 （式10-76） FaF hFCH ihsai xfFF h H f hs hs 2 hs hsa hs hsa eq l f

21、F l fF U F d 2 2 44 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 四、附加受热面的计算 （1）附加受热面积超过5%的主受热面： 附加受热面单独计算。计算时： 1） 传热温差： a 与主受热面并行布置： b 布置在主受热面之后： 2）传热系数：同主受热面传热系数； 3）允许的误差： （主受热面： ） （2）附加受热面积不超过5%的主受热面： 合并到主受热面中计算。 avav tt av tt %10%2 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 一、对流受热面传热计算的基本步骤 已知：受热面的结构尺寸，进口烟气温度，进口工质温 度。 求：出口的烟气温度，出口工

22、质温度，以及受热面的吸 热量。 第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 29 对流传热计算的基本步骤对流传热计算的基本步骤 由基本的结构尺寸求计算受热面积H，烟气的流通截面F， 工质的流通截面f，有效辐射层厚度S。 假定烟气的出口温度” ，求出口烟气焓I” 。 求出烟气的对流放热量Qcre，若吸收炉膛的辐射传热，则需 求出吸收炉膛的辐射热Qr。 由Qcre = Qcab，求出工质的出口焓I” ，并查得温度t” 。 求平均传热温压t 求烟气流速wg、工质流速w 求烟气侧的对流放热系数1 求工质侧的对流放热系数2 对流传热计算的基本步骤对流传热计算的基本步骤 求烟气黑度1 求灰污壁温T

23、2 求烟气侧辐射放热系数r 根据燃料种类、受热面布置选取污染系数、热有效系数、利用系数 求传热系数K 求对流传热量Qctr 校核 %5 %2 100 Q Q Q QQ Q re c re c tr c 凝渣管 、省、屏、空）主受热面（对流过、再 则计算满足要求,否则重新假设烟气出口温度（第2步）计算。 31 对流传热计算的三个基本公式；对流传热计算的三个基本公式； 空气预热器的放热、吸热公式和漏风的影响；空气预热器的放热、吸热公式和漏风的影响； 传热温压的计算及其条件传热温压的计算及其条件; 传热系数的定义和各主要受热面计算时传热系数公式的传热系数的定义和各主要受热面计算时传热系数公式的 具体

24、形式具体形式; 对流放热系数和烟气辐射放热系数的计算；对流放热系数和烟气辐射放热系数的计算； 污染系数、热有效系数和利用系数的意义和应用污染系数、热有效系数和利用系数的意义和应用; 各种对流受热面面积的计算；各种对流受热面面积的计算； 扩展受热面的传热计算及其特点。扩展受热面的传热计算及其特点。 本章小结 对承压受热面，漏风的焓取冷空气焓对承压受热面，漏风的焓取冷空气焓 。 管式空气预热器管式空气预热器（漏风焓按进出口空气平均温度计算）（漏风焓按进出口空气平均温度计算） 回转式空气预热器（分冷、热段）回转式空气预热器（分冷、热段） 采用烟气挡板时平行烟道内受热面采用烟气挡板时平行烟道内受热面 D,t,iD,t,i 00 1 1 1 yk IIII , , 00 2 2 (1) yk III 0 2 , k tI 0 , , ll tI 0 l re c IIIQ kgkJ 2 00 1 00 ) 1( ) 1( ag ag III III )( 2 00 aa re c IIII