第四章对流受热面的传热

1、整理ppt第四章第四章 对流受热面的传热计算对流受热面的传热计算 整理ppt4-1 基本方程式基本方程式一、对流受热面一、对流受热面是指炉膛出口后烟气行程中所有用来交换烟气热是指炉膛出口后烟气行程中所有用来交换烟气热量的受热面。量的受热面。特点：特点：（1）对流传热方式为主）对流传热方式为主（2）由于烟气中含有三原子气体及飞灰，）由于烟气中含有三原子气体及飞灰，受热受热面还接受烟气的辐射放热。为一复合传热过程。面还接受烟气的辐射放热。为一复合传热过程。（3 3）布置在炉膛出口处的对流受热面还直接受来）布置在炉膛出口处的对流受热面还直接受来自炉膛的辐射热自炉膛的辐射热 。整理ppt 一、传热基本

2、方程式 传热方程：jcrBtKHQ 除以jB表示以每 kg 计算燃料为基础。 热平衡方程： 烟气侧 0 lfrpIIIQ 工质侧 fjrpQBiiDQ 整理ppt4-2 传热过程和传热系数传热过程和传热系数传热过程：传热过程：三个串联环节三个串联环节（1）从热流体（烟气）到壁面高温侧的热量）从热流体（烟气）到壁面高温侧的热量传递。由于积灰，管外壁上有灰层，实际上传递。由于积灰，管外壁上有灰层，实际上是热流体向灰层外表面放热。是热流体向灰层外表面放热。（2）从壁面高温侧向低温侧的热量传递。）从壁面高温侧向低温侧的热量传递。（3）从壁面低温侧向冷流体的热量传递。由）从壁面低温侧向冷流体的热量传递。

3、由于有结垢，实际上是垢层由表面对冷流体的于有结垢，实际上是垢层由表面对冷流体的放热。放热。整理ppt即，辐射对流热烟气外壁导热内壁对流工质 烟气对灰层外表面的对流传热量 110bddttldQ即牛顿冷却公式 我们知道，辐射传热量与两物体温度四次方之差成正比。为了方便， 把高温烟气对灰层外表面的辐射放热也写或牛顿冷却公式的形式，即 010ttldQff 整理ppt总放热量 110bfdfdttldQQQ 1101bttld 0d灰层外表面直径 1t烟气平均温度 1bt灰层外表层温度 整理ppt整理pptldttQb0111ldttQbbhh121ldttQbbmm232ldttQbbgg323l

4、dttQb4222整理ppt说明各符号的意义，注意：说明各符号的意义，注意：d1, d2, d3, 为平均直径，整理得：为平均直径，整理得： 402302010102111ddddddddldQttggmmhh以灰层外表作为计算基础的圆管传热系数以灰层外表作为计算基础的圆管传热系数K为为 4023020101111ddddddddKggmmhh同样可得到按垢层内表面为计算基础的传热系数 K 2342414041111ddddddddKggmmhh整理ppt分析与说明：分析与说明： （1）KK 即理论上传热系数的数值与计算面积有关。于是传热量的数值也计算面积有关。所以在传热计算时必须搞清二者的关

5、系。 （2） 由于一般锅炉的工质经过严格水处理及运行的煮炉情况，水垢较少或无水垢，即 0 ，nddd43（管内径） （3）由于金属的导热系数较大，金属的热阻可忽略不计，即 0mm。 （4）管外壁虽有积灰，但一般灰层较薄，即 ddd10（管外径） 。 整理ppt（5）计算表明，无论何种情况，采用平壁传热系数的计算公式来代替上面的计算公式， 即认为 1ndd， 所引起的计算误差不大。 但是，传热量的数值受计算传热面积的影响仍很大。实际中，任何情况可以认为：21111KKhh以平壁代圆管 (a)当管壁两侧的放热系数相差很大时，以放热系数小的侧当管壁两侧的放热系数相差很大时，以放热系数小的侧面积作为计

6、算传热面积。面积作为计算传热面积。( (b)b)当两侧的放热系数相当时，以内、外壁的表面积的算当两侧的放热系数相当时，以内、外壁的表面积的算术平均值作为计算传热面积。术平均值作为计算传热面积。 整理ppt（ 6） 理 论 上 ，1为 烟 气 对 灰 层 外 表 面 的 放 热 系 数 ， 即 应 以h1代 替1。 综 合 上 述 ， 传 热 系 数 可 一 般 性 地 表 示 为 21111hhK 尽 管 如 此 ， 实 际 中 ， 上 式 直 接 由 于 确 定 传 热 系 数 仍 有 困 难 。须 由 实 验 确 定 K 的 大 小 。 整理ppt实用的传热系数计算式实用的传热系数计算式

7、燃用固体燃料，管束错列布置时 21111K 污染系数 1对流式过热器对流式过热器整理ppt燃用固体燃料，管束顺列布置，以及燃用气体和液体燃料时 21111K 热有效系数 整理ppt2省煤器，真流锅炉的过渡区，蒸发受热面等，燃用固体燃料，管束错列布置时 111K 燃用固体燃料，管束顺列布置及燃用气体和液体燃料时 1K 对于凝渣管和小型锅炉的锅炉管束，燃用固体燃料时，不论布置型式如何，1K 整理ppt 3 半辐射式屏式过热器 211111dfQQK 式中： dfQQ1考虑屏式过热器吸收炉膛辐射热影响的系数 fQ屏吸收炉膛的辐射热量 dQ屏吸收屏间烟气的辐射和对流的热量 整理ppt因为：屏的受热面按

8、平壁计算，烟气侧的放热系数 fpdxsd212 屏的利用系数，s2屏的管子纵向管节距，xp屏的辐射角系数 整理ppt4管式空预器 2121K 利用系数 5回转式空预器 2111kyxxCK yx，kx烟气侧受热面，空气侧受热面各点总受热面积的份额 整理ppt4-3 对流放热系数对流放热系数由传热学，受迫流动下由传热学，受迫流动下 PrRe,fNupdCvwdfd,对于锅炉对流受热面，影响的因素有物性，流对于锅炉对流受热面，影响的因素有物性，流速，温度。管束中管子布置方式及结构特性，速，温度。管束中管子布置方式及结构特性，受热的冲刷方式等。受热的冲刷方式等。放热系数的值多是在专门试验台上用试验方

9、法放热系数的值多是在专门试验台上用试验方法确定，用相似理论方法加以整理，得出各种实确定，用相似理论方法加以整理，得出各种实用的计算公式。用的计算公式。整理ppt 一、横向冲刷管束时的对流放热系数一、横向冲刷管束时的对流放热系数错列布置时错列布置时 33. 06 . 0rensdPRdCCsC节距修正系数 nC考虑沿气流方向管子排数以及横向相对节距的修正系数 整理ppt整理ppt整理ppt 2. 顺列布置 33. 065. 0rensdPRdCC 整理ppt(4) 管束的入口、出口流动都是不稳定，只有当排数相当多，一般 n10 时才能不考虑其影响。 3. 讨论：讨论：(1) Re的影响较大的影响

10、较大 (2) 相同的 Re， 错列时， 一般d较大 （虽然6 . 065. 0，但修正系数sC相差较大） (3) d, d,小 d 有强化传热之效果 整理ppt二、纵向冲刷受热面的d ltredldCCPRd4 . 08 . 0023. 0 Dittus-Boelter correlation dld当量直径，非圆形时 VFddl4 布置管束的矩形通道dnbadnabddl2442 整理ppttC考虑管壁温度对流体特性影响的温度修正系数， 当管内为烟气且被冷却以及管内为水蒸汽和水且被加热时1rC，管内为空气且被加热时 5 . 0btTTC T，Tb分别为流体（空气）和管壁内表面的温度 lC管长

11、修正系数 50dl，1lC，否则 1lC 整理ppt三、转式空预器 其结构特性不同性单纯的管内纵向冲刷，其d也主要通过试验决定。 4 .0RmlalltdPRdCAC A 与传热元件型式有关 m考虑无件型式的指数，强化传热型 m=0.83,其它 m=0.8 整理ppt4-4 辐射放热系数辐射放热系数一、计算公式一、计算公式管间烟气中含有三原子气体及飞灰，具管间烟气中含有三原子气体及飞灰，具有辐射能力，与对流受热面有辐射换热，有辐射能力，与对流受热面有辐射换热，由于烟气及鉴定壁都不是黑体，辐射能由于烟气及鉴定壁都不是黑体，辐射能要经历多次吸收和反射的过程才能被空要经历多次吸收和反射的过程才能被空

12、气吸收，数学上严格处理较困难，只能气吸收，数学上严格处理较困难，只能近似处理。近似处理。 整理ppt由于管壁黑度较大，在 0.80.9 之间，烟气与管壁之间的辐射可仅考虑一次吸收的部分， 而用增加管壁表面黑度的方法来考虑多次吸收与辐射的因素， 用管束黑度 gsa来代替管壁黑度 ba，且取 21bgsaa 整理ppt 假定固体燃料所生成的含灰烟气与管束均假定固体燃料所生成的含灰烟气与管束均为灰体，因此是两个灰体之间的辐射换热。为灰体，因此是两个灰体之间的辐射换热。 4404040hbygsyyhbgsgsyyfTTaaaTaaTaq而 hbyffTTq N ewton 冷 却 公 式 yhbhb

13、ygsyhbyhbygsyfTTyTTaaTTTTa4304401整理ppt 当燃用气体和液体燃料时，烟气为不含灰气流，当燃用气体和液体燃料时，烟气为不含灰气流，有效辐射成分仅是三原子气体，此时，烟气的吸有效辐射成分仅是三原子气体，此时，烟气的吸收率不等于黑度，即烟气不能作为灰体来处理。收率不等于黑度，即烟气不能作为灰体来处理。 设 烟 气 的 吸 收 率 为 Ay， 则yyaA 进行修正 4 . 0hbyyyTTaA 则yhbgsgsyyfATaaTaq4040 整理ppt最后最后 6 . 3306 . 34 . 04011yhbyhbygsyhbyhbyygsgfTTTTTaaTTTTTa

14、a整理ppt二、烟气黑度，灰壁温度等的计算二、烟气黑度，灰壁温度等的计算烟气黑度 kpsyea1 其中 hhggkrkK 对不含灰气流，0h（燃油及气）对层燃炉，也可取0h 烟气的有效辐射层厚度 管束 149 . 0221dssdS 屏 CBAS1118 . 1 A、B、C相邻两片屏间烟气的高、宽、深 管内冲刷的管式空预器 ndS9 . 0 整理ppt灰壁温度的计算：灰壁温度的计算：屏式受热面，对流过热器及包墙管过热器，可按阻叠加原理计算屏式受热面，对流过热器及包墙管过热器，可按阻叠加原理计算 即21ttqhb 一般管壁热阻 0 HQBtqttjhb2211 污染系数（顺列，固体燃料时，取=4

15、.3m2/kw，液体时=2.6 而不取；其它按的规定。 ） 整理ppt 其 它 受 热 面ttthb 度取空气和烟气的平均温平均值受热面燃用气体燃料时的所有的单级双级布置的小型锅炉的锅炉管束直流锅炉的过渡区双级布置的的单凝渣管kysmCsmCsmsmCCCt400,25,4006080整理ppt三、对流烟道中气室辐射的影响三、对流烟道中气室辐射的影响对流烟道中往往有空的气室存在，如转弯气室，各级受热面对流烟道中往往有空的气室存在，如转弯气室，各级受热面之前或级间的气室，这些气室中的烟气具有辐射能力。之前或级间的气室，这些气室中的烟气具有辐射能力。气室对四周的辐射热量气室对四周的辐射热量 jfh

16、bpjffBHtQ/f气室的辐射放热系数 fH气室四周受热面的辐射受热面积 整理ppt气室辐射对下游受热面辐射的影响， 一般用增大计算管束的辐射放热系数的办法来考虑。 07. 025. 010001gsqsqsffllTc qsT计算管束前气室中的烟气温度 qsl气室在烟气流动方向上的深度 gsl管束在烟气流动方向上的深度 C系数，与燃料种类有关 f计算管束的辐射放热系数 气室辐对上游的影响可不计。 整理ppt4-5 对流受热面污染及冲刷不对流受热面污染及冲刷不完全对传热的影响完全对传热的影响受热面上的积灰及冲刷不完全壁免不了一般用，及来考虑影响的大小流场不均匀烟气含灰整理ppt 一、污染系数

17、一、污染系数设 干 净 气 流 的 清 洁 管 壁 下 的 对 流 传 热 的 总 热 阻 为 01k 含灰气流和污染管壁在同样的传热温压，传热面积及结构参数条件下的传热阻为k1 则定义 011kk 整理ppt一般 210111k2111hhhbk则 211hhhb所以， 不仅与灰层外表面放热系数hb和灰层热阻 hh有关，而且还与同样条件下的清洁管壁的放热系数 1有关。 hh整理ppt一般由实验室或实际锅炉受热面上测定hhhb1总值，再获得11来获得。 整理ppt根据试验 0kldCC 0基准污染系数，实验条件 38dmm，%7 .3330R dC管径修正系数，显然 38dmm 时，1dC k

18、lC灰分颗粒组成的修正系数，即偏离%7 .3330R的情况 7 .3330lg18. 11RCkl 一般情况可取1klC 附加修正飞值，与燃料种类和受热面型式有关。 用于考虑燃用固体燃料时对横向冲刷错列管束的污染的影响。 对于屏式过热器也是采用污染系数来考虑积灰污染对传热的影响， 其值取决于燃料种类手烟气的平均温度。 整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt二、热有效系数二、热有效系数 定义 0kk 由试验确定其值的大小。由试验确定其值的大小。用于考虑当锅炉燃用固体燃料时，顺利布置的管束以及燃用液体用于考虑当锅炉燃用固体燃料时，顺利布置的管束以及燃用液体燃料和气体燃料的各种布置的管束

19、因积灰污染对传热的影响。燃料和气体燃料的各种布置的管束因积灰污染对传热的影响。 例如：例如： 油页炭褐煤和洗中煤烟煤无烟煤贫煤固体燃料顺利布置的5 . 0/65. 0/6 . 0其它其它 查阅有关手册查阅有关手册 整理ppt整理ppt三、利用系数 屏式过热器的是考虑烟气对屏冲刷不完全的修正系数，其值与烟速有关。 当 4yw m/s 85. 0 4yw 时 85. 0 整理ppt整理ppt对对于于管管式式 ky，主主要要是是考考虑虑空空气气侧侧（管管外外横横向向冲冲刷刷）的的气气流流由由于于利利用用管管板板折折流流转转向向时时，不不能能均均匀匀冲冲刷刷管管束束，造造成成对对传传热热的的影影响响。

20、包包括括污污染染的的影影响响在在内内，与与燃燃料料种种类类，管管板板数数等等有有关关。 特特殊殊情情况况： 对对于于纵纵向向冲冲刷刷的的和和，可可由由烟烟速速采采取取相相应应的的横横向向冲冲刷刷受受热热面面的的值值。当当受受热热面面为为纵纵向向和和横横向向混混合合冲冲刷刷时时，可可按按各各该该段段的的平平均均烟烟速速求求出出，然然后后，按按受受热热面面积积比比例例加加以以平平均均。 当当燃燃用用混混合合燃燃料料时时，按按污污染染严严重重的的燃燃料料计计算算，当当燃燃用用重重油油后后燃燃用用气气体体燃燃料料时时，取取用用两两者者的的平平均均值值。当当燃燃用用固固体体燃燃料料之之后后，燃燃用用气气

21、体体燃燃料料时时，按按固固体体燃燃料料计计算算。 整理ppt整理ppt4-6 传热温压传热温压 所谓温压t，就是参与换热的两种流体在整个受热面中的平均温差，由传热学，对单纯的顺流或逆流 ddxdtttttln锅炉受热面，有时布置较复杂，既非纯顺流也锅炉受热面，有时布置较复杂，既非纯顺流也非纯逆流，但由传热学，我们已知，逆流布置非纯逆流，但由传热学，我们已知，逆流布置时，温压最大，顺流时最小，其它情况的温压时，温压最大，顺流时最小，其它情况的温压均介于这两者之间。均介于这两者之间。整理pptnltttnlt按逆流计算的平均温压 t考虑非逆流布置的修正系数，称温压修正系数 t值可根据具体布置，进行

22、理论求导，参见（如）“锅炉手册” ，手工计算时节制成线算图 整理ppt冷热流体的布置系统分平行流和交叉流两种。冷热流体的布置系统分平行流和交叉流两种。1平行流又分串联和并联混流两种平行流又分串联和并联混流两种串联混流串联混流两段组成，一段顺流，另一段逆流两段组成，一段顺流，另一段逆流这是对流式过热器日常用的布置方案，工质这是对流式过热器日常用的布置方案，工质的低温段布置在烟气的低温部分，高温段布的低温段布置在烟气的低温部分，高温段布置在烟气的高温部分。置在烟气的高温部分。 整理ppt整理ppt为了确定是t，需要三个无因次参数 2tP ， 21R ， HHAsl 21,流体的温度变化 对(a)情

23、形（从烟气流程看先顺后逆） 1， 2tt 对（b）情形（从烟气流程看先逆后顺） 1tt ， 2 HHsl,顺流部分及总受热面积 整理ppt整理ppt 并联混流并联混流指在同一烟气流指在同一烟气流通截面上布置成通截面上布置成并行的几部分，并行的几部分，工质在烟气进口工质在烟气进口截面上要往返几截面上要往返几个行程。个行程。 整理ppttPx xdR d 烟 气 或 工 质 温 度 变 化 或 tt取 两 者 中 的 大 者 x 取 小 者 整理ppt整理ppt 2交叉流交叉流此时，温压的大小主要取决于行程曲折次数及气流相互流动的总趋此时，温压的大小主要取决于行程曲折次数及气流相互流动的总趋向（顺

24、流或逆流）。向（顺流或逆流）。 整理ppt当总趋向为逆流时 tPx xdR 当总趋势为顺流时，则用参数1P，代表 P 111111RRPPn n交叉次数 以上线图是按各行程受热面相等的情况作出的，以上线图是按各行程受热面相等的情况作出的，当受热面相差当受热面相差20%20%时，仍可采用，否则应分区时，仍可采用，否则应分区段进行计算温压。段进行计算温压。 整理ppt整理ppt整理ppt4-7 传热面积和流速的计算传热面积和流速的计算一、传热面积一、传热面积当管子数很多时，以管内径计算的的面积和以管当管子数很多时，以管内径计算的的面积和以管外径计算的面积相差很大。外径计算的面积相差很大。一般原则：一般原则：若管壁两侧的放热系数相差很大而采用平壁传热若管壁两侧的放热系数相差很大而采用平壁传热系数的计算公式时，以放系数小的一侧的湿润面系数的计算公式时，以放系数小的一侧的湿润面积作为传热面积。如果管壁两侧的热阻相当或放积作为传热面积。如果管壁两侧的热阻相当或放热系数相近而采用平壁传热系