锅炉设备与原理chapter7工业锅炉受热面热力计算

1、第七章 工业锅炉受热面积热力计算工业锅炉受热面热力计算是在燃料燃烧计算和热平衡计算的基础上进行的,是合理设计和布置工业锅炉受热面的基础。第七章 工业锅炉受热面积热力计算n7.1辐射受热面热力计算n7.2对流受热面热力计算7.17.1辐射受热面热力计算辐射受热面是布置在锅炉炉膛内吸收辐射热的那一部分受热面,主要是水冷壁受热面。辐射受热面传热又称为炉膛传热,炉膛传热计算的任务为:1)设计计算：根据给定的或选定的炉膛出口烟气温度,确定炉膛内需要布置多少辐射受热面。2)校核计算：根据炉膛内布置的受热面的数量,确定炉膛出口烟气温度。7.1.1炉膛传热计算基本公式锅炉炉膛内的传热计算过程十分复杂,至今为止

2、尚未找到严格、精确的理论计算方法,目前工程上炉内传热计算的方法仍然采用以简化的传热模型与相似理论为基础,根据大量试验和运行数据进行补充修正而得到的半经验或经验公式。炉膛传热计算基本公式为l= = (7-1)式中 l无量纲炉膛出口烟气温度;Tl炉膛出口烟气温度(K);Tll理论燃烧温度(K);Bo玻尔兹曼特征数;al炉膛黑度。 以上各式中l炉膛出口烟气温度(C);M考虑燃烧条件影响的参数;Fl炉膛周界面积(m2);热有效系数;保热系数,从热平衡计算得到;Bj计算燃料消耗量(kg/h),从热平衡计算得到;0黑体辐射常数, 其值为5.6710-11kW/(m2K4); cp,j燃料的燃烧产物在0Cl

3、温度区间内的平均比热容(kJ/(kgK)。其他符号同上。 7.1.2燃烧条件影响系数M参数M考虑了燃烧条件对炉内传热计算的影响,其值的确定应根据燃烧方式和燃料种类等因素来计算。对火床炉M=0.59-0.5Xmax(7-5)式中Xmax火焰最高温度点的相对高度,可按以下条件取值: 火焰呈水平走向的炉膛,Xmax=0.3; 火焰呈垂直走向的炉膛,当采用薄煤层,Xmax=0; 固定或移动炉排上采用厚煤层时,Xmax=0.14。7.1.3理论燃烧温度Tll 理论燃烧温度Tll是假定燃料燃烧时发出的热量未向外界传递时,使烟气所能达到的最高温度,与其相对应的理论烟气焓等于炉内有效放热量Ql。因此,在求得炉

4、内有效放热量后,即可利用从燃烧计算得到的烟气温焓表查得理论燃烧温度炉膛有效放热量也称入炉热量,是1kg燃料燃烧时带入炉膛的所有热量,按下式计算： Ql=Qr+Qk-Qwr(7-6)式中Qr1kg燃料带入炉膛的热量(kJ/kg);Qk1kg燃料燃烧所需空气带入炉膛的热量(kJ/kg);Qwr外加热源加热空气的热量, 在有外加热源时计入(kJ/kg);Qk按下式计算:采用空气预热器时Qk=(l-l-zf)+(l+zf)(7-7)未采用空气预热器时Qk=l(7-8)式中 理论空气量在热空气温度时的焓(kJ/kg); 理论空气量在冷空气温度时的焓(kJ/kg);l炉膛出口过量空气系数;l、zf炉膛和制

5、粉系统漏风系数。以上各系数均可由从燃烧计算得到。7.1.4烟气的平均比热容cp,j1kg燃料燃烧产生的烟气的平均比热容按下式计算cp,j= (7-9)式中hl炉膛烟气出口焓值,根据出口烟温查烟气温焓表得到(kJ/kg);Ql炉膛内有效放热量(kJ/kg)。7.1.5火焰黑度ahyn炉膛内火焰黑度ahy的计算较为复杂,因为炉膛火焰中具有辐射能力的介质是三原子气体、灰粒、焦炭粒和炭黑粒子等,其成分和浓度沿着火焰的行程而变化,并且随着燃料种类、燃烧方法和燃烧工况而异。7.1.6炉膛黑度al对火床炉, 炉膛黑度可按式(7-19)计算或查图7-3al= (7-19)7.1.7有效辐射受热面H与水冷壁角系

6、数x炉膛水冷壁管的有效辐射受热面可按下式计算H=xiFli(7-21)x=7.1.8污染系数与热有效系数燃烧各种燃料时,水冷壁壁面不可避免地要被灰垢所污染,使得水冷壁的辐射吸热量减少。为了反映灰垢对吸热量的影响,采用污染系数来表示水冷壁管被灰垢所污染的程度。 热有效系数是指被灰垢所覆盖的水冷壁管的吸热量占火焰总有效辐射的份额。按下式计算 =x(7-24)7.2对流受热面热力计算对流受热面是布置在锅炉烟道中,受高温烟气直接冲刷并以对流方式传递热量的那一部分受热面。对流受热面包括锅炉管束或烟管、过热器、省煤器及空气预热器等。对流受热面传热计算的任务是:1)设计计算：根据要求传递的热量,确定需要多少

7、受热面。2)校核计算：根据已布置的受热面,确定能传递多少热量。7.2.1对流受热面传热基本方程对流受热面传热基本方程包括传热方程和热平衡方程。传热方程为Qcr= (7-25)热平衡方程为:(1) 烟气放出的热量Qrp为Qrp=(h-h+ )(7-26)(2)工质吸收热量Qrp=(i-i)-Qf(7-27)7.2.2传热系数的计算 锅炉对流受热面的传热过程是:热烟气以辐射及对流方式对管子外壁放热,管外壁向管内壁导热以及管内壁对管内介质的对流传热。 传热系数K的综合式为K= (7-28)7.2.3表面传热系数的计算 表面传热系数受诸多因素的影响,如气流的速度和温度、定形尺寸、管束中管子的布置方式、

8、气流对管束的冲刷方式、气流的物理特性等。它是根据大量的实验研究,运用相似理论的方法加以整理,得到在各种条件下应用的计算式。1.横向冲刷管束时的表面传热系数(1)烟气横向冲刷顺列管束的表面传热系数d=CsCnCwH(7-31)(2)烟气横向冲刷错列管束的表面传热系数烟气冲刷错列管束时,其表面传热系数的计算仍按式(7-31)进行。此时,基准传热系数的基准条件为:温度t=530C,烟气成分=0.11、=0.13。2.纵向冲刷管束时的表面传热系数 锅炉受热面管内的汽水工质均为纵向冲刷,管外烟气作纵向冲刷的受热面及部分受热面包括管式空气预热器烟气侧、锅炉管束、省煤器等。其表面传热系数按下式计算： 当烟气被冷却时d=ClCwH(7-32) 当空气被加时d=ClCwH(7-33)7.2.4辐射传热系数的计算 炉膛中产生的高温烟气流经对流受热面时主要以对流的方式把热量传递给受热面中的工质。辐射传热系数按式(7-43)或式(7-44)或按线算图7-10确定。 对含灰气流 f=Hay(7-43) 对不含灰气 f=HayCy(7-44)7.2.5平均温压的计算 在锅炉各对流受热面中,烟气和工质进行着热量交换,沿烟气及工质的流程,它们各自的温度是变化的,因此所谓温压是指烟气与工质在整个受热面中的平均温差。顺流或逆流布置的