锅炉原理-第七章锅炉传热计算

1、 炉膛传热过程炉膛传热过程 燃烧与传热燃烧与传热动态过程动态过程 辐射（辐射（95%95%），），L L 1400 1400， 10001000 计算任务：选计算任务：选 ，确定，确定H HL LL L 煤粉：煤粉：灰粒、焦碳粒、少量三原子气体、碳黑灰粒、焦碳粒、少量三原子气体、碳黑 4 4种介质：火焰中具有辐射能力种介质：火焰中具有辐射能力（1 1）三原子气体：）三原子气体：COCO2 2 、H H2 2O O 红外光谱红外光谱不发光火焰不发光火焰（2 2）焦碳粒子）焦碳粒子 发光发光 主要辐射成分主要辐射成分（3 3）灰粒）灰粒 （4 4）碳黑粒子）碳黑粒子 烃类化合物裂解烃类化合物裂解

2、发光火焰发光火焰半发光火焰半发光火焰 炉内辐射传热特点炉内辐射传热特点 炉内火焰温度炉内火焰温度表现出明显的不规则的三维特性表现出明显的不规则的三维特性 当把假想火焰平面（与水冷壁平面相切的假想当把假想火焰平面（与水冷壁平面相切的假想平面）的火焰温度定为火焰平均温度时，其值大于平面）的火焰温度定为火焰平均温度时，其值大于该平面的实际火焰温度。该平面的实际火焰温度。 该方法计算的该方法计算的炉膛辐射传热量比实际值高；炉炉膛辐射传热量比实际值高；炉膛出口温度的计算值比实际值低膛出口温度的计算值比实际值低 把炉膛看做是把炉膛看做是两端封闭，截面积与实际炉膛相两端封闭，截面积与实际炉膛相同，半径为同，

3、半径为R R的圆柱体。的圆柱体。以其半高中心和端面中心以其半高中心和端面中心所传递热流的平均值作为整个炉膛的平均值来确定所传递热流的平均值作为整个炉膛的平均值来确定辐射强度的梯度，即辐射强度的梯度，即 在稳态下，对在稳态下，对x x由由R/2R/2至至R R积分，得火焰辐射力积分，得火焰辐射力的降低值的降低值 dxxdEkqbR2RbkRqE41 炉膛辐射传热过程的假定条件：炉膛辐射传热过程的假定条件： 把传热过程和燃烧过程分开，把传热过程和燃烧过程分开，如需要，引入如需要，引入经验经验系数系数来考虑燃烧工况的影响来考虑燃烧工况的影响 忽略对流传热部分忽略对流传热部分 认为炉内的各物理量是均匀

4、的。认为炉内的各物理量是均匀的。如：火焰和受热如：火焰和受热面外壁的温度和黑度，炉膛出口烟温和受热面热负荷面外壁的温度和黑度，炉膛出口烟温和受热面热负荷用平均值表示用平均值表示 炉膛辐射传热过程的假定条件：炉膛辐射传热过程的假定条件： 炉膛受热面及火焰面炉膛受热面及火焰面均按均按灰体灰体处理处理 以与水冷壁相切的表面为火焰的辐射表面，其温以与水冷壁相切的表面为火焰的辐射表面，其温度等于火焰的平均温度度等于火焰的平均温度T Thyhy，黑度等于火焰对炉壁辐，黑度等于火焰对炉壁辐射的黑度射的黑度a ahyhy 炉壁的表面温度为炉壁的表面温度为T Tb b，黑度为，黑度为a ab b，面积为同侧炉墙

5、，面积为同侧炉墙的面积的面积 辐射传热方程式：辐射传热方程式： 系统黑度：系统黑度： 物理、数学模型物理、数学模型 通过以上假定，炉膛传热计算就简化为两个通过以上假定，炉膛传热计算就简化为两个互相平行的无限大平面间的辐射传热。根据斯互相平行的无限大平面间的辐射传热。根据斯蒂芬蒂芬波尔兹曼定律，可得：波尔兹曼定律，可得：1111bhysaaa440bhybsfjTTFaQB 火焰和烟气的放热量等于炉壁的吸热量：火焰和烟气的放热量等于炉壁的吸热量： 该式含有三个未知数：该式含有三个未知数：T Thyhy、T Tb b、a as s，且难以用试，且难以用试验确定，故验确定，故不能用于工程计算，不能用

6、于工程计算，还要用相似理论原理，还要用相似理论原理，并根据试验引进一些系数，得出并根据试验引进一些系数，得出半经验性的计算公式。半经验性的计算公式。 热平衡方程式：热平衡方程式：lapjjlljfjTTVcBhQBQB Q Ql l炉膛有效放热量，炉膛输入热量炉膛有效放热量，炉膛输入热量Q Qr r烟气再循环热量烟气再循环热量lapjjbhybsTTVcBTTFa 440 1kg 1kg燃料的燃料的炉内有效热：炉内有效热：包括燃料的有效放热与包括燃料的有效放热与随燃烧空气带入的热量。随燃烧空气带入的热量。 绝热燃烧温度绝热燃烧温度Ta Ta ：在绝热条件下，燃料完全燃在绝热条件下，燃料完全燃烧

7、所产生的热量可将燃烧产物加热达到的最高温烧所产生的热量可将燃烧产物加热达到的最高温度。又称为理论燃烧温度。度。又称为理论燃烧温度。arlQqqqqQQ4643100100 保热系数保热系数就是就是工质吸收的热量与烟气放出热量的工质吸收的热量与烟气放出热量的比值比值。若若假定各段烟道的保热系数与整台锅炉相等假定各段烟道的保热系数与整台锅炉相等。则则551qq 假想黑度。假想黑度。表示炉膛火焰的有效辐射占火焰作表示炉膛火焰的有效辐射占火焰作为绝对黑体时的辐射力的份额为绝对黑体时的辐射力的份额 室燃炉炉膛黑度计算式：室燃炉炉膛黑度计算式：hyhyhylaaaa1 固体燃料固体燃料( (布盖尔定律布盖

8、尔定律) )： 其中其中, ,炉膛的有效辐射层厚度：炉膛的有效辐射层厚度： 炉膛压力：炉膛压力： p p0.1MPa0.1MPa 炉膛传热计算中，采用炉膛传热计算中，采用平均火焰黑度平均火焰黑度（以（以 和成和成分来计算整个炉膛的火焰黑度）分来计算整个炉膛的火焰黑度）l kpshyea1llFVs6 . 3火焰辐射减弱系数：火焰辐射减弱系数： 21xxkkrkkjhhq 三原子气体的辐射减弱系数：三原子气体的辐射减弱系数： 1/1/（m mMPaMPa）其中，其中，p pq q火焰中三原子气体的分压力，火焰中三原子气体的分压力，p pq q=pr=pr，MpaMpa； r r火焰中三原子气体的

9、总容积份额火焰中三原子气体的总容积份额 100037. 011 . 02 .106 . 178. 02 .102lqOHqTsprk 火焰中悬浮灰粒的辐射减弱系数：火焰中悬浮灰粒的辐射减弱系数： k kj j火焰中焦炭颗粒的辐射减弱系数，火焰中焦炭颗粒的辐射减弱系数，kj=10kj=10，1/1/（m mMPaMPa） x x1 1考虑煤种对焦炭浓度的影响系数，无烟煤、考虑煤种对焦炭浓度的影响系数，无烟煤、贫煤取贫煤取x x1 1=1=1；其他挥发分含量高的煤取；其他挥发分含量高的煤取x x1 1=0.5=0.5；x x2 2考虑燃烧方式对焦炭浓度的影响系数，对煤粉考虑燃烧方式对焦炭浓度的影响

10、系数，对煤粉炉，炉，x x2 2=0.1=0.1；d dh h火焰中灰粒的平均直径，火焰中灰粒的平均直径，mm。32255900hlhdTk 对于膜式水冷壁：对于膜式水冷壁：x x1 1 如果炉膛一侧壁面上的角系数为如果炉膛一侧壁面上的角系数为x xi i，该壁面的面，该壁面的面积积F Fi i，则其有效辐射面积为，则其有效辐射面积为 H Hi i=x=xi iF Fi i 各侧墙的角系数不相等时，炉膛的总有效辐射面各侧墙的角系数不相等时，炉膛的总有效辐射面积为：积为：H Hl l=（x xi iF Fi i） 整个炉膛的平均角系数为：整个炉膛的平均角系数为： ，又，又称为称为水冷度水冷度，大

11、型电站锅炉一般在，大型电站锅炉一般在0.90.9以上。以上。llilFHFHx投射到炉壁的热量投射到受热面的热量x 表示受热面吸热的有效性表示受热面吸热的有效性投射到炉壁的热量受热面的吸热量火焰的有效辐射热量换热量火焰和水冷壁间的辐射 Q Q，受热面管的利用就好；，受热面管的利用就好；值大小取值大小取决于炉壁对火焰的有效反辐射决于炉壁对火焰的有效反辐射q qyx2yx2的大小，如的大小，如q qyx2yx2=0=0，则则=1=1；如；如q qyx2yx2= q= qyx1yx1，则，则=0=0。 T Tb b自身辐射自身辐射； a ab b吸收率吸收率，反射率，反射率 水冷壁很干净时，外壁温度

12、接近管内工质温度，水冷壁很干净时，外壁温度接近管内工质温度，与高温火焰的有效辐射相比，管壁的自身辐射可忽与高温火焰的有效辐射相比，管壁的自身辐射可忽略不计；而此时管壁黑度很大，反辐射很小，略不计；而此时管壁黑度很大，反辐射很小，就就大。大。 污染污染T Tb b自身辐射自身辐射 a ab b吸收率吸收率反射率反射率 表示水冷壁的污染程度表示水冷壁的污染程度 污染污染，不同燃料所含灰分不同，造成，不同燃料所含灰分不同，造成的污染程度也不同。的污染程度也不同。 当炉膛出口布置屏式过热器时，考虑屏间烟气当炉膛出口布置屏式过热器时，考虑屏间烟气向炉膛反辐射的影响，对屏与炉膛分界面的污染向炉膛反辐射的影

13、响，对屏与炉膛分界面的污染系数要乘以修正系数系数要乘以修正系数：P P=， 考考虑屏间烟气反辐射影响的系数。虑屏间烟气反辐射影响的系数。投射到受热面的热量受热面的吸热量 、x x、关系关系 x x （该式只在当水冷壁管的（该式只在当水冷壁管的s/ds/d1 1、水冷壁管表、水冷壁管表面受到污染、管壁为非黑体时才成立。）面受到污染、管壁为非黑体时才成立。） 应用相似理论推导，试验系数综合。应用相似理论推导，试验系数综合。 单室炉及半开式炉膛中的换热计算。单室炉及半开式炉膛中的换热计算。 无因次炉膛出口烟温：无因次炉膛出口烟温：6 . 06 . 06 . 0BoMaBoTTlaLl 300alpj

14、pjjTFVCBBlallpjTThQVC B B0 0波尔兹曼准则，计算式为：波尔兹曼准则，计算式为： 参数参数M M取决于取决于火焰中心的相对位置火焰中心的相对位置x xm m。 x xm m主要与主要与燃烧器的相对高度燃烧器的相对高度x xr r有关。有关。 x xr r= =燃烧器中心标高到炉底或冷灰斗中心的距离燃烧器中心标高到炉底或冷灰斗中心的距离/ /炉膛高度炉膛高度；炉膛高度；炉膛高度沿炉膛中心线从炉底或冷沿炉膛中心线从炉底或冷灰斗中心到炉膛出口中心之间的距离。灰斗中心到炉膛出口中心之间的距离。对于大容量锅炉，可取对于大容量锅炉，可取x xm m=x=xr r 由于由于燃烧器的结

15、构型式、布置方式或过量空气系燃烧器的结构型式、布置方式或过量空气系数等因素的数等因素的影响，会使火焰中心相对高度影响，会使火焰中心相对高度x xm m偏离偏离x xr r，需引进需引进x x进行修正：进行修正： x xm m=x=xr r+ +x x 对于前墙或对冲布置的多层燃烧器燃用煤粉时，对于前墙或对冲布置的多层燃烧器燃用煤粉时，D420t/hD420t/h，x=0.1x=0.1；D D420t/h420t/h，x=0.05x=0.05； 摆动式燃烧器（上下摆动摆动式燃烧器（上下摆动2020时），时），x=x=0.10.1。 单室炉时系数单室炉时系数M M与与x xm m的关系的关系 M=

16、A-BxM=A-Bxm m 室燃烟煤、褐煤及层燃所有燃料时，室燃烟煤、褐煤及层燃所有燃料时，A=0.59A=0.59，B=0.5B=0.5 室燃无烟煤、贫煤、高灰份烟煤时，室燃无烟煤、贫煤、高灰份烟煤时，A=0.56A=0.56，B=0.5B=0.5。 实用式实用式 -整个炉壁的平均值整个炉壁的平均值liiFF27316 . 030 pjjallalVCBTaFMT 炉壁总面积炉壁总面积F Fb b应包括空容积（自由容积）的炉壁应包括空容积（自由容积）的炉壁面积面积F Fk k、屏的面积、屏的面积FpFp及屏区水冷壁的面积及屏区水冷壁的面积F Fpbpb，后两，后两项还应计及其曝光不完全性，即

17、项还应计及其曝光不完全性，即 z zp p，z zpbpb屏和屏区屏和屏区水冷壁的曝光不均匀系数。水冷壁的曝光不均匀系数。pbpbppkbFzFzFF 带有屏的炉膛传热计算带有屏的炉膛传热计算 炉膛上方若布置屏式过热器，炉膛热力计算中炉膛上方若布置屏式过热器，炉膛热力计算中要将屏及屏区水冷壁包括在内，规定如下：要将屏及屏区水冷壁包括在内，规定如下： 屏和屏区水冷壁的有效辐射受热面积为：屏和屏区水冷壁的有效辐射受热面积为： x xp p，x xpbpb屏和屏区水冷壁的角系数屏和屏区水冷壁的角系数ppppyxzxFF,pbpbpbpbyxzxFF, 带有屏的炉膛传热计算带有屏的炉膛传热计算 炉膛有

18、效辐射层厚度炉膛有效辐射层厚度s s考虑屏的面积后计算如下：考虑屏的面积后计算如下：)1 (6 . 3lkpbkbpbpklVVFFFFFFVs 屏及屏区水冷壁的曝光不均匀系数按下式计算：屏及屏区水冷壁的曝光不均匀系数按下式计算：kppaaz kpbpbaazppppjpacaapbpbpbpjpbacaa 炉膛几何特征：炉膛几何特征：指炉膛的容积、炉壁面积和受热面指炉膛的容积、炉壁面积和受热面积等几何尺寸。积等几何尺寸。 炉膛容积：炉膛容积：a.a.确定炉膛容积的边界；确定炉膛容积的边界；b.b.屏区容积屏区容积是否计入炉膛容积，见图是否计入炉膛容积，见图14145 5； 炉壁面积：炉壁面积

19、：按包覆炉膛容积的表面尺寸计算。对按包覆炉膛容积的表面尺寸计算。对双面曝光水冷壁及屏，应以其边界管中心线间距离双面曝光水冷壁及屏，应以其边界管中心线间距离和管子曝光长度的乘积的两倍（即计及双面）作为和管子曝光长度的乘积的两倍（即计及双面）作为其相应的受热面积；其相应的受热面积； 炉膛宽度、深度和横截面面积炉膛宽度、深度和横截面面积均按水冷壁管中均按水冷壁管中心线之间的距离计算。心线之间的距离计算。 炉膛有效受热面积炉膛有效受热面积H Hl l：炉壁面积减去不布置水炉壁面积减去不布置水冷壁的面积（如燃烧器、防爆门），即各水冷壁所冷壁的面积（如燃烧器、防爆门），即各水冷壁所占据的炉墙面积占据的炉墙

20、面积FiFi，乘一个水冷壁的角系数，乘一个水冷壁的角系数x xi i，如，如下式所示：下式所示： iilxFH 炉膛形状与火焰形式、燃烧方式、燃烧器布置炉膛形状与火焰形式、燃烧方式、燃烧器布置和炉型等有关。和炉型等有关。常见有常见有瘦高瘦高和和矮胖矮胖两种型式。两种型式。 炉膛宽度炉膛宽度a a和深度和深度b b的比例：常见的炉膛截面形状的比例：常见的炉膛截面形状有有方形方形(a/b1.2(a/b1.2）和和长方形（长方形（a/ba/b1.21.2）两种，两种，方形炉膛适用于切向燃烧，长方形炉膛适用于前墙方形炉膛适用于切向燃烧，长方形炉膛适用于前墙布置或前后墙对冲布置旋流燃烧器。布置或前后墙对

21、冲布置旋流燃烧器。 确定炉膛宽度确定炉膛宽度a a时，还要兼顾对流受热面的工质时，还要兼顾对流受热面的工质流速和烟气流速，以及锅筒内部装置的要求。流速和烟气流速，以及锅筒内部装置的要求。 燃料对炉膛尺寸的影响。燃料对炉膛尺寸的影响。 燃料不同炉膛尺寸由小到大依次为燃料不同炉膛尺寸由小到大依次为：天然气、油、：天然气、油、煤粉。煤粉。 煤种不同：煤种不同：烟煤烟煤挥发分高，易于着火和燃烧，炉挥发分高，易于着火和燃烧，炉膛尺寸相对小些；膛尺寸相对小些； 褐煤褐煤水分多，烟气容积大，炉膛容积要求较大；水分多，烟气容积大，炉膛容积要求较大； 无烟煤无烟煤挥发分少，着火和燃尽困难，除了燃烧器挥发分少，着

22、火和燃尽困难，除了燃烧器采用稳焰措施，还要延长在炉膛的停留时间。采用稳焰措施，还要延长在炉膛的停留时间。 炉膛有效辐射受热面的平均热负荷炉膛有效辐射受热面的平均热负荷q qf f 炉膛内温度场是不均匀的，使热负荷沿炉膛高度炉膛内温度场是不均匀的，使热负荷沿炉膛高度和各侧炉壁的分布也不均匀。分别用沿炉高热负荷和各侧炉壁的分布也不均匀。分别用沿炉高热负荷分布不均匀系数分布不均匀系数g g、沿炉宽或炉深热负荷分布不均、沿炉宽或炉深热负荷分布不均匀系数匀系数rlrl和各侧壁热负荷分布不均匀系数和各侧壁热负荷分布不均匀系数b b来进来进行修正。行修正。llljfHhQBq 沿炉高某段的平均热负荷：沿炉高

23、某段的平均热负荷：q qfifig gq qf f kw/m2 kw/m2 炉膛各侧壁的平均热负荷：炉膛各侧壁的平均热负荷：q qfbfbb bq qf f kw/m2 kw/m2 当炉膛出口为屏式受热面时，考虑屏间烟气向炉膛当炉膛出口为屏式受热面时，考虑屏间烟气向炉膛的反辐射，炉膛出口截面的热负荷为：的反辐射，炉膛出口截面的热负荷为：q qfpfpqqfifi kw/m2kw/m2 对流受热面中同时存在对流和辐射传热，但对对流受热面中同时存在对流和辐射传热，但对流传热的份额大，故采用对流传热的计算公式，流传热的份额大，故采用对流传热的计算公式，在传热系数中同时计及辐射传热因素。在传热系数中同

24、时计及辐射传热因素。 对流受热面：对流受热面：布置在对流烟道的凝渣管束，锅布置在对流烟道的凝渣管束，锅炉管束（工业锅炉）、对流过热器和再热器、省炉管束（工业锅炉）、对流过热器和再热器、省煤器、直流锅炉的过渡区和空预器。煤器、直流锅炉的过渡区和空预器。 炉膛上部的屏式受热面：炉膛上部的屏式受热面：前屏以辐射换热为主，前屏以辐射换热为主，在炉膛受热面计算中一并进行；半辐射换热的大屏、在炉膛受热面计算中一并进行；半辐射换热的大屏、后屏仍用对流传热公式计算，但具体方法有所不同。后屏仍用对流传热公式计算，但具体方法有所不同。 锅炉对流受热面中的对流换热锅炉对流受热面中的对流换热是一种气体横向或是一种气体

25、横向或纵向冲刷管束的受迫对流换热。关系式为：纵向冲刷管束的受迫对流换热。关系式为： 计算公式均以每计算公式均以每kgkg燃料为计算基准。燃料为计算基准。 传热方程：传热方程： 表示每表示每kgkg燃料的燃烧产物传给工质的热量燃料的燃烧产物传给工质的热量Q Qd d与受与受热面积热面积H H、烟气和工质间的温压、烟气和工质间的温压t t成正比。成正比。 KK传热系数，表示温压为传热系数，表示温压为11，每，每m m2 2受热面积的受热面积的传热量，反映传热过程的强弱程度。传热量，反映传热过程的强弱程度。)315.(/,kgkJBtKHQjd 热平衡方程：热平衡方程： 表示计算受热面中工质吸收的热

26、量等于烟气放出表示计算受热面中工质吸收的热量等于烟气放出的热量。的热量。 等式右边为每等式右边为每kgkg燃料的烟气放出的热量。燃料的烟气放出的热量。 漏风焓漏风焓按焓温表查得。查表时，空预器按空气按焓温表查得。查表时，空预器按空气平均温度；其他受热面按冷空气温度计算。平均温度；其他受热面按冷空气温度计算。 )415.(/,0 kgkJIIIQlfd 等式左边是每等式左边是每kgkg燃料的工质吸热量，对不同的对燃料的工质吸热量，对不同的对流受热面分别为：流受热面分别为： 对于靠近炉膛，受到来自炉膛辐射量对于靠近炉膛，受到来自炉膛辐射量Q Qf f的屏式的屏式过热器和对流过热器，要扣除过热器和对

27、流过热器，要扣除Q Qf f，则，则fjdQiiBDQ )( 对于布置在尾部烟道中的过热器、再热器、省对于布置在尾部烟道中的过热器、再热器、省煤器和直流锅炉的过渡区，则煤器和直流锅炉的过渡区，则)(iiBDQjd 其中：其中： 空预器出口过量空气系数，等于空预器出口过量空气系数，等于 空预器空气侧的漏风量（向外漏）。空预器空气侧的漏风量（向外漏）。 空预器进出口处的理论空气焓值。空预器进出口处的理论空气焓值。ky zfllky ky0 0,kykyII)815.(2 00 kykykykydIIQ 对于空预器，则对于空预器，则 屏式过热器的来自炉膛的辐射吸热量屏式过热器的来自炉膛的辐射吸热量Q

28、 Qf f为为)915.(/, kgkJQQQfff其中：屏进口（炉膛出口）截面所吸收的炉膛辐射其中：屏进口（炉膛出口）截面所吸收的炉膛辐射吸热量吸热量 屏出口处向屏后受热面的辐射热量屏出口处向屏后受热面的辐射热量)1015.( jllgfBFqQ)1115.(1067. 5)1 (411 jrpppffBTFaxaQQ 上式右边第一项为来自炉膛的辐射热量经屏吸收后，上式右边第一项为来自炉膛的辐射热量经屏吸收后，继续向屏后受热面辐射的热量；第二项为屏间烟气对继续向屏后受热面辐射的热量；第二项为屏间烟气对屏后受热面辐射的热量。屏后受热面辐射的热量。 aa屏间烟气黑度；屏间烟气黑度；Fp”Fp”屏

29、后受热面烟窗的面屏后受热面烟窗的面积；积；TpTp屏间烟气的平均温度；屏间烟气的平均温度；rr考虑燃料种类考虑燃料种类影响的修正系数，对煤取影响的修正系数，对煤取0.50.5；x xp p”屏进口截面对出屏进口截面对出口截面的角系数，后屏按式（口截面的角系数，后屏按式（15-1215-12）计算，大屏按）计算，大屏按图图15-115-1查取。查取。 分为设计计算和校核计算，实际都采用分为设计计算和校核计算，实际都采用校核计算校核计算。即先初步布置受热面结构，（因为传热系数与受热即先初步布置受热面结构，（因为传热系数与受热面结构有关），再校核计算吸热量。面结构有关），再校核计算吸热量。 校核计算

30、步骤：校核计算步骤： 先估计其中一种介质的终温和焓值，并按热平衡先估计其中一种介质的终温和焓值，并按热平衡方程式求出该终温所相应的受热面吸热量及另一种介方程式求出该终温所相应的受热面吸热量及另一种介质的终温和焓值。质的终温和焓值。 计算传热系数和温压，再由传热方程式得出传给计算传热系数和温压，再由传热方程式得出传给受热面的热量，若两个热量之差不超过受热面的热量，若两个热量之差不超过2%2%，计算结束。，计算结束。超过，则需重新假定终温，重新计算。超过，则需重新假定终温，重新计算。 温度和吸热量的最终数值，以热平衡方程式中的温度和吸热量的最终数值，以热平衡方程式中的数值为准。数值为准。 第二次选

31、取的终温值与第一次选取的终温值之差，第二次选取的终温值与第一次选取的终温值之差，最好不超过最好不超过5050，此时传热系数不必重算，只需重算，此时传热系数不必重算，只需重算温压和吸热量，重解热平衡方程式和传热方程式。温压和吸热量，重解热平衡方程式和传热方程式。 两次计算热量之差仍大于两次计算热量之差仍大于2%2%，则可采用线性内，则可采用线性内插法来求真正的终温。插法来求真正的终温。 解析内插法解析内插法为：为： Q Q和和Q Qr r分别为按传热方程式和热平衡方程式分别为按传热方程式和热平衡方程式求出的热量。求出的热量。 rIrrIpQQQQQQ 用内插法求得的温度之值与据以计算传热系数的用

32、内插法求得的温度之值与据以计算传热系数的温度之差如果温度之差如果未超过未超过5050，则仅须按内插法求得的则仅须按内插法求得的温度去校准吸热量和由热平衡方程式去校准吸热介温度去校准吸热量和由热平衡方程式去校准吸热介质的所求温度，即可结束计算；质的所求温度，即可结束计算；若超过若超过5050，则须则须按内插法求得的终温重新进行全部计算，包括传热按内插法求得的终温重新进行全部计算，包括传热系数及温压的计算在内。系数及温压的计算在内。 传热系数公式传热系数公式 过程：过程：高温烟气高温烟气灰层灰层管壁金属管壁金属水垢层水垢层管内工质；管内工质； 高温烟气通过对流和辐射放热方式向灰层外表面高温烟气通过

33、对流和辐射放热方式向灰层外表面的放热，用对流放热系数的放热，用对流放热系数d d和辐射放热系数和辐射放热系数f f之之和和1 1=d d+f f来进行计算。来进行计算。 水垢表面对工质的对流放热用管内工质对流放热水垢表面对工质的对流放热用管内工质对流放热系数系数2 2进行计算。进行计算。 传热过程的热阻：传热过程的热阻： 传热系数：传热系数：K=1/RK=1/R 实际传热过程中，管壁金属的热阻很小，可忽略实际传热过程中，管壁金属的热阻很小，可忽略不计；锅炉给水水质要求严格，不允许在受热面结不计；锅炉给水水质要求严格，不允许在受热面结垢，水垢热阻可不计；灰层热阻影响因素甚多，垢，水垢热阻可不计；

34、灰层热阻影响因素甚多，热热力计算中用污染系数力计算中用污染系数或热有效系数或热有效系数来表示。来表示。 2111ggmmhhR 传热系数的简化计算式为：传热系数的简化计算式为： 或)1515.(11121K)1615.(11121K 不同的受热面有不同形式的传热系数计算公式，不同的受热面有不同形式的传热系数计算公式，见表见表15-215-2。 管式空预器管式空预器，立式布置采用，立式布置采用利用系数利用系数，以综合，以综合考虑管子的积灰污染，烟气和空气对受热面冲刷不考虑管子的积灰污染，烟气和空气对受热面冲刷不均匀等因素均匀等因素 回转式空预器回转式空预器内是蓄热式不稳定传热过程，用内是蓄热式不

35、稳定传热过程，用c cn n来考虑非稳定传热的影响。其值与预热器转子的转来考虑非稳定传热的影响。其值与预热器转子的转速速n n有关，可按表有关，可按表15-315-3取用取用 CsCs管束几何布置方式的修正系数。管束几何布置方式的修正系数。与纵向与纵向相对节距相对节距2 2=s=s2 2/d/d及横向相对节距及横向相对节距1 1=s=s1 1/d/d有关。有关。计算公式见式（计算公式见式（15-1815-18） 当当2 222或或1 11.51.5时，时，Cs =1Cs =1；2 2233时，时，1 1取为取为3 3。 CzCz烟气行程方向上管子排数的修正系数。烟气行程方向上管子排数的修正系数

36、。当当Z Z2 21010时，时，Cz=1Cz=1；Z Z2 21010时，计算公式见式时，计算公式见式（15-1915-19） C C体现温度及烟气成分等物理性能的变化体现温度及烟气成分等物理性能的变化对放热系数的影响。对放热系数的影响。 烟气流横向冲刷顺列管束时的对流放热系数烟气流横向冲刷顺列管束时的对流放热系数 雷诺数：雷诺数： ，反映流动状态对传热的，反映流动状态对传热的影响；影响； 普朗特数：普朗特数： ，反映流体物性对传热的，反映流体物性对传热的影响。影响。)1715.(PrRe2 . 033. 065. 0dCCzsddRepcaPr 烟气流横向冲刷错列管束时的对流放热系数烟气流

37、横向冲刷错列管束时的对流放热系数)2015.(PrRe33. 06 . 0dCCzsd CsCs节距修正系数，节距修正系数，由由1 1与与值确定，其值确定，其中中 ； 为平均斜向相对节距，为平均斜向相对节距， ； 2 2计算公式见式（计算公式见式（15-2115-21） CzCz烟气行程方向上管子排数的修正系数。烟气行程方向上管子排数的修正系数。当当Z Z2 21010时，时，Cz=1Cz=1； Z Z2 21010时，计算公式见式（时，计算公式见式（15-2215-22）。）。 11212222124 纵向冲刷受热面时的对流放热系数纵向冲刷受热面时的对流放热系数)2315.(PrRe023.

38、 04 . 08 . 0ldldCCd C C考虑管壁温度对流体物性影响的温度修正考虑管壁温度对流体物性影响的温度修正系数。系数。当管内为烟气且被冷却或管内为蒸汽和水且当管内为烟气且被冷却或管内为蒸汽和水且被加热时，被加热时，C C =1 =1； 当管内为空气且被加热时，当管内为空气且被加热时， 其中，其中，T T为流体（空气）的温度，为流体（空气）的温度，TbTb为管壁内表面为管壁内表面的温度，的温度，K K。 )2615.(5 . 0bTTC d ddldl当量直径，当量直径，圆管内流动取管内径；非圆管圆管内流动取管内径；非圆管内流动或纵向冲刷管束时，内流动或纵向冲刷管束时，d ddldl

39、=4F/U=4F/U，m m；对于布；对于布置有管束的矩形烟道置有管束的矩形烟道, ,见式（见式（15152525）。）。 式（式（15-2315-23）的适用范围为）的适用范围为Re=10Re=104 45 510105 5，对过热蒸汽上限可到，对过热蒸汽上限可到2 210106 6；Pr=0.6Pr=0.6120120。定性温度取流体的进出口截。定性温度取流体的进出口截面温度的算术平均值。面温度的算术平均值。线算图见图线算图见图15-415-4。则则 CCld0 回转式空预器对流放热系数回转式空预器对流放热系数 回转式空预器采用如图回转式空预器采用如图15-515-5所示的蓄热板为传所示的

40、蓄热板为传热元件，气流的冲刷与传热元件的结构有关，故引热元件，气流的冲刷与传热元件的结构有关，故引入系数入系数A A加以修正。在加以修正。在Re=1000Re=10001000010000范围试验得范围试验得到烟气侧和空气侧的放热系数：到烟气侧和空气侧的放热系数：)2715.(PrRe4 . 08 . 0ldldCCdA C C、C Cl l可按式（可按式（15-2315-23）中的规定求取，传热元）中的规定求取，传热元件的平均壁温为：件的平均壁温为： x xy y、x xk k分别为烟气侧受热面积和空气侧受热面积分别为烟气侧受热面积和空气侧受热面积各占总受热面积的份额。各占总受热面积的份额。

41、 系数系数A A取决于蓄热板的型式。其具体取值见取决于蓄热板的型式。其具体取值见354-354-355355页页)2815.(kykkyybxxxtxt 空预器烟气和空气的流通截面计算式空预器烟气和空气的流通截面计算式 其中，其中，DnDn转子内径；转子内径；KyjKyj考虑传热元件占去考虑传热元件占去一部分转子流通截面的系数，可查表一部分转子流通截面的系数，可查表15-415-4；KgbKgb考虑轮毂、隔板、横档板和中心管占去一部分转子考虑轮毂、隔板、横档板和中心管占去一部分转子流通截面的系数，可查图流通截面的系数，可查图15-615-6。 冷段的流通截面可按以上两式算出后再乘以冷段的流通截

42、面可按以上两式算出后再乘以1.021.02即得。即得。)2915.(785. 02gbyjynKKxDF)3015.(785. 02gbyjknKKxDf 传热元件的受热面积计算式传热元件的受热面积计算式hh蓄热板组的高度，蓄热板组的高度，m m；CC每每1m31m3转子体积（除去轮毂和隔板体积）中按双转子体积（除去轮毂和隔板体积）中按双面计算的受热面积，面计算的受热面积，m2/ m3m2/ m3，见表，见表15-415-4。)3115.(785. 095. 02hCKDHgbn 为简化计算，将经多次吸收和反射之后才完全吸为简化计算，将经多次吸收和反射之后才完全吸收的辐射能，作为一次吸收考虑，

43、而用增加管壁表收的辐射能，作为一次吸收考虑，而用增加管壁表面黑度的方法，面黑度的方法，即用管束黑度即用管束黑度a agsgs代替管壁黑度代替管壁黑度a ab b： )3615.(21bgsaa 假定燃烧固体燃料的燃烧产物（含灰气流）及受假定燃烧固体燃料的燃烧产物（含灰气流）及受热面管束为灰体，可得出热面管束为灰体，可得出单位管壁面积的辐射换热单位管壁面积的辐射换热量量为：为： T Thbhb灰污壁面的绝对温度，灰污壁面的绝对温度，K K。)3715).(4404040hbygsygshbygsyyfTTaaaTaaTaq 辐射放热系数公式辐射放热系数公式可表达为：可表达为： 将黑体辐射常数和将

44、黑体辐射常数和a ab b=0.8=0.8，a agsgs=0.9=0.9代入则得式代入则得式（15-3915-39）。）。)3815.()(220440hbyhbygsyhbyhbygsyffTTTTaaTTTTaatqa 烟气黑度计算式为：烟气黑度计算式为： a ay y1 1e e-kps -kps （15421542） 炉膛压力：炉膛压力：p p0.1MPa0.1MPa 辐射减弱系数：辐射减弱系数：)4315.(hhqkrkk 密闭空间内的烟气容积向其周界表面辐射时的密闭空间内的烟气容积向其周界表面辐射时的有效辐射层厚度：有效辐射层厚度： s s3.6V/Fz m (1544)3.6V

45、/Fz m (1544) 光管管束：光管管束： ； 鳍片管管束，按上式求出的鳍片管管束，按上式求出的s s值应乘以值应乘以0.40.4。 屏式受热面：屏式受热面： 其中，其中，A A、B B、C C为相邻两片屏之间烟室的高度、为相邻两片屏之间烟室的高度、宽度和深度，宽度和深度，m m。高温级管式空预器时也应考虑烟气辐射，其高温级管式空预器时也应考虑烟气辐射，其s s取为取为0.9dn0.9dn。)4515.(149 . 0221dssds)4615.(1118 . 1CBAs 灰污温度灰污温度 燃用固体燃料或液体燃料，计算受热面的辐射燃用固体燃料或液体燃料，计算受热面的辐射放热系数时，管子外表

46、面有灰垢沉积，形成热阻，放热系数时，管子外表面有灰垢沉积，形成热阻，使管壁外表面温度升高，这时的使管壁外表面温度升高，这时的管壁温度应取为管管壁温度应取为管壁外表面灰污层温度壁外表面灰污层温度 对屏式受热面、对流过热器和包墙管过热器：对屏式受热面、对流过热器和包墙管过热器： 式中，式中，tt受热介质的平均温度，受热介质的平均温度，； 污染系数，污染系数，m2/ kWm2/ kW。)4715.(12fdjhbQQHBtt 其他受热面的灰壁温度计算式为：其他受热面的灰壁温度计算式为： 对于第二级空预器，灰壁温度取烟气和空气的对于第二级空预器，灰壁温度取烟气和空气的平均温度。平均温度。)4815.(

47、ttthb 对流烟道中的烟气空间对流烟道中的烟气空间，如，如转弯气室、各级转弯气室、各级（组）受热面的前部或级间的气室（组）受热面的前部或级间的气室等，其中的等，其中的烟气具有辐射能力，对贴壁受热面、管束及独烟气具有辐射能力，对贴壁受热面、管束及独立管排等的辐射热量可按式（立管排等的辐射热量可按式（15-4915-49）计算。）计算。 位于对流受热面管束前方或管束之间的气室位于对流受热面管束前方或管束之间的气室中烟气的辐射，可以近似的将计算管束的辐射中烟气的辐射，可以近似的将计算管束的辐射放热系数加大来考虑其对受热面传热的影响，放热系数加大来考虑其对受热面传热的影响，如式（如式（15-5015

48、-50）所示。）所示。 位于管束后面的烟气空间位于管束后面的烟气空间因其中烟气温度要因其中烟气温度要比管束中的烟气温度低，逆向对管束的辐射可比管束中的烟气温度低，逆向对管束的辐射可以不计；同理，以不计；同理，多级屏受热面的级间或级后烟多级屏受热面的级间或级后烟气空间气空间，其黑度与屏的黑度很相近，对屏的辐，其黑度与屏的黑度很相近，对屏的辐射也可忽略不计，对于射也可忽略不计，对于凝渣管束凝渣管束也同样如此。也同样如此。 由于管壁对蒸汽和水的放热系数由于管壁对蒸汽和水的放热系数2 2对传对传热系数的影响很小，故在计算中可做某些简化。热系数的影响很小，故在计算中可做某些简化。 计算省煤器的传热系数时

49、，可不考虑水侧计算省煤器的传热系数时，可不考虑水侧热阻；过热器和再热器则需求取蒸汽在管内流热阻；过热器和再热器则需求取蒸汽在管内流动的放热系数。其值可查图动的放热系数。其值可查图15-1115-11。 整个过热器、再热器或其中某一段的平均整个过热器、再热器或其中某一段的平均蒸汽压力取其进出口压力总和之一半。蒸汽压力取其进出口压力总和之一半。 表示燃用固体燃料时，管壁外表面积灰对传热的表示燃用固体燃料时，管壁外表面积灰对传热的影响。影响。 定义：定义：在同样的传热温压、传热面积及结构参数条在同样的传热温压、传热面积及结构参数条件下，污染管壁的传热热阻件下，污染管壁的传热热阻1/K1/K与清洁管壁

50、的热阻与清洁管壁的热阻1/K1/K0 0的差值。即的差值。即 上式再展开就可得到式（上式再展开就可得到式（15-5215-52）。）。)5115.(110KK)5315.(0kldCC屏式过热器受热面的污染也用污染屏式过热器受热面的污染也用污染系数表示。燃用固体燃料时按照燃系数表示。燃用固体燃料时按照燃料的性质和烟气平均温度查图料的性质和烟气平均温度查图15-915-9。 污染系数与污染系数与烟气流速、管子节距和直径、灰粒尺寸烟气流速、管子节距和直径、灰粒尺寸等众多因素有关。根据实验测定，燃用固体燃料的错等众多因素有关。根据实验测定，燃用固体燃料的错列管束的污染系数由下式确定：列管束的污染系数

51、由下式确定： 0 0基准污染系数，见图基准污染系数，见图15-815-8。；。； C Cd d管径修正系管径修正系数，见图数，见图15-815-8。 C Cklkl灰的粒度组成的修正系数，由灰的粒度组成的修正系数，由R R3030来表示，计算来表示，计算公式（公式（15-5415-54）。）。 考虑其他因素影响的修正系数，按表考虑其他因素影响的修正系数，按表15-515-5选选取。取。0kldCC屏式过热器受热面的污染也用污染屏式过热器受热面的污染也用污染系数表示。燃用固体燃料时按照燃系数表示。燃用固体燃料时按照燃料的性质和烟气平均温度查图料的性质和烟气平均温度查图15-915-9。 通过修正

52、清洁管的传热系数来考虑管壁外表面积灰通过修正清洁管的传热系数来考虑管壁外表面积灰对传热的影响。对传热的影响。 定义：定义：污染管传热系数污染管传热系数K K与清洁管传热系数与清洁管传热系数K K0 0之比，之比，即即)5515.(0KK 计算顺列布置的对流过热器、省煤器、凝渣计算顺列布置的对流过热器、省煤器、凝渣管、锅炉管束、再热器和直流锅炉的过渡区等受管、锅炉管束、再热器和直流锅炉的过渡区等受热面，都用热有效系数来修正传热系数。燃用无热面，都用热有效系数来修正传热系数。燃用无烟煤屑和贫煤时，烟煤屑和贫煤时，=0.6=0.6；燃用烟煤、褐煤、烟；燃用烟煤、褐煤、烟煤的洗中煤时，煤的洗中煤时，=

53、0.65=0.65；燃用油页岩时，；燃用油页岩时，=0.5=0.5。 考虑烟气对受热面冲刷不均匀而造成的对传热过程考虑烟气对受热面冲刷不均匀而造成的对传热过程的影响。的影响。 屏式过热器屏式过热器，可按烟气流速，可按烟气流速w wy y查图查图15-1015-10，当，当w wy y4m/s4m/s时，取时，取=0.85=0.85 管式空预器管式空预器，把灰污染和冲刷不均匀的影响合并在，把灰污染和冲刷不均匀的影响合并在利用系数内予以考虑，其值见表利用系数内予以考虑，其值见表15-715-7。该表数据为不。该表数据为不带中间管板的情况，当设置中间管板使空气折流时，带中间管板的情况，当设置中间管板

54、使空气折流时，利用系数将降低。有一块中间管板，利用系数将降低。有一块中间管板，值降低值降低0.10.1，有两块中间管板，有两块中间管板，值降低值降低0.150.15 回转式空预器回转式空预器的利用系数的利用系数与燃料无关，只取决于与燃料无关，只取决于漏风系数。当漏风系数。当 kyky=0.2=0.20.250.25时，时，=0.8=0.8；当；当kyky=0.15=0.15时，时，=0.9=0.9 概述概述 逆流流动逆流流动：两种介质在整个流通路径上彼此：两种介质在整个流通路径上彼此反向平反向平行行流动的受热面连接方式。流动的受热面连接方式。 顺流流动顺流流动：彼此：彼此同向平行同向平行流动时

55、的受热面连接方式。流动时的受热面连接方式。 两种流动方式的温压可用对数平均温差来表示：两种流动方式的温压可用对数平均温差来表示： 当当 时，可按算术平均温差来计算：时，可按算术平均温差来计算： 式中：式中： ； 。)5615.(lnxdxdttttt7 . 1xdtt)5715.(21pjpjxdtttt 21pjtttpj 21 在冷热两种介质进出口温度相同时，逆流的平均温在冷热两种介质进出口温度相同时，逆流的平均温压最大，顺流最小，而其他任何流动方式所得到的压最大，顺流最小，而其他任何流动方式所得到的温压值皆介于其间，计算式如下：温压值皆介于其间，计算式如下： 温压修正系数，考虑非逆流所造

56、成的影响。温压修正系数，考虑非逆流所造成的影响。 )5815.(nltt 如果按顺流计算的温压：如果按顺流计算的温压： ，则对于，则对于任何复杂的工质流动，其平均温压均可按下式计算：任何复杂的工质流动，其平均温压均可按下式计算： nlsltt92. 0)6015.(21nlslttt 平行混合流的温压平行混合流的温压 受热面布置成平行的几段，工质流动由并联的几个受热面布置成平行的几段，工质流动由并联的几个行程所组成。具体型式见图行程所组成。具体型式见图15-1215-12（b b），温压修正系），温压修正系数可查图数可查图15-1415-14。 两个无量纲参数（两个无量纲参数（15-6215-

57、62）式。）式。 注：注：图图15-1415-14是对各个行程的受热面积都相等的情是对各个行程的受热面积都相等的情况下作出的，但如果况下作出的，但如果 ，仍足够准确。，仍足够准确。 串联混合流的温压串联混合流的温压 受热面由两部分串联组成，一部分为顺流，一部分受热面由两部分串联组成，一部分为顺流，一部分为逆流。对流过热器常采用这种布置方式。具体型式为逆流。对流过热器常采用这种布置方式。具体型式见图见图15-1215-12（a a），温压修正系数可查图），温压修正系数可查图15-1315-13。该线。该线算图不能外推应用。算图不能外推应用。 三个无量纲定性参数（三个无量纲定性参数（15-6115

58、-61）式。）式。 其他情况的温压其他情况的温压 如果受热面的连接方式与上述三种不同，又不能满足如果受热面的连接方式与上述三种不同，又不能满足 条件，则应将受热面分区段进行计算。条件，则应将受热面分区段进行计算。 交叉流的温压交叉流的温压 受热面中，两种介质的流动方向是互相交叉的，如受热面中，两种介质的流动方向是互相交叉的，如管管式空预器式空预器。具体型式见图。具体型式见图15-1215-12（c c），其温压修正系数），其温压修正系数可查图可查图15-1515-15，主要取决于行程数及介质相互流动的总，主要取决于行程数及介质相互流动的总趋势。趋势。 图图15-1515-15是用于总趋向为逆流

59、的情况，是用于总趋向为逆流的情况，两个无量纲参两个无量纲参数数P P、R R按式（按式（15-6215-62）计算。）计算。若总趋向为顺流，若总趋向为顺流，则用参则用参数数P P1 1代替代替P P。（。（15-6415-64）式。）式。 注：注：图图15-1515-15是对各个行程的受热面积都相等的情况是对各个行程的受热面积都相等的情况下作出的，但如果各个行程的受热面不相等的偏差不大下作出的，但如果各个行程的受热面不相等的偏差不大于于20%20%，且按图求出的，且按图求出的0.90.9，仍可采用。，仍可采用。nlsltt92. 0 其他情况的温压其他情况的温压 如果计算受热面中的工质比热容变

60、化很大，或工如果计算受热面中的工质比热容变化很大，或工质发生集态变化，质发生集态变化，例如蒸汽压力大于例如蒸汽压力大于12MPa12MPa的过热器、的过热器、进口蒸汽湿度很大的过热器、过渡区以及沸腾式省煤进口蒸汽湿度很大的过热器、过渡区以及沸腾式省煤器，此时，不能按照工质的进出口温度来求平均温度，器，此时，不能按照工质的进出口温度来求平均温度，以免造成很大的误差，而以免造成很大的误差，而应将受热面分段，应将受热面分段，使每一段使每一段中的工质比热近似为常数或集态不发生变化，分别求中的工质比热近似为常数或集态不发生变化，分别求出各段的温压，再求整个受热面的平均温压。出各段的温压，再求整个受热面的