炉膛换热计算

炉膛换热计算一、概述1.锅炉热力计算目的：确定锅炉受热面与燃烧产物和工质之间的关系。2.计算基础：燃烧计算、锅炉热平衡计算。3.热力计算分类：炉膛换热计算、炉膛出口后对流受热面的换热计算。4.计算方法：设计计算、校核计算。二、锅炉炉膛内传热的特点1.炉膛换热主要特点：燃料燃烧放热、产生高温燃烧产物，传热方式以辐射为主、对流为辅。2.炉膛换热计算任务：布置足够换热面积，将炉膛出口烟气温度降至灰熔点温度以下，避免受热面结渣。3.核心关注点：炉膛出口截面平均烟气温度设计计算：已知炉膛出口温度，计算受热面积。校核计算：已知炉膛受热面，计算炉膛出口烟气温度。4.炉膛换热计算主要困难影响因素多：炉膛结构、几何尺寸、燃料种类、燃烧器布置、运行方式等。炉内过程复杂：火焰分布、辐射特性、积灰结渣不易确定。计算方法：采用依赖大量经验数据的工程计算方法。5.炉膛内工作过程简化燃烧与换热分开考虑：燃料瞬间燃烧达到绝热燃烧温度Ta换热以辐射为主：对流换热比例不足5%。火焰平均温度：假设火焰温度均匀。受热面与火焰按灰体处理。6.炉膛换热基本物理模型：火焰与壁面换热简化为两个无限接近灰体表面间的辐射问题。火焰：温度T1，黑度水冷壁：温度T2，黑度ε2三、炉内辐射换热基本方程及有效辐射热的计算方法（1）物体的辐射黑体自身辐射总能量：E灰体自身辐射总能量：E=ε参数说明：T：物体绝对温度（K）σ0ε：灰体黑度（2）介质的吸收率和黑度辐射能经辐射层S后辐射强度减弱：I=介质吸收率（辐射能降低值与原始辐射强度比值）：A=1-等温下介质黑度=吸收率：ε=A=1-参数说明：I0：单位立体角原始辐射强度（kW/(mka（3）炉内火焰黑度火焰辐射组分占比：焦炭颗粒：辐射力占比25%~30%，接近黑体。三原子气体：辐射力低，黑度随温度升高降低。灰分颗粒：煤粉炉中辐射力占比40%~60%，充满炉膛。火焰黑度计算公式：ε参数说明：kpS：光学厚度（布格尔准则，无量纲）（4）入射辐射和有效辐射入射辐射：G有效辐射：J自身辐射：E灰体辐射关系：J=E+(1-ε)G（5）两平行平面间的辐射传热热流密度计算公式：q参数说明：qR：辐射热交换热流（kW/mε1T1、T高温烟气与辐射受热面辐射换热方程：B参数说明：Bcal：计算燃料消耗量（kg/sQR：1kg燃料炉内换热量（kJ/kgF：炉膛换热壁面积（m2εf（6）高温烟气炉内放热热平衡方程Q参数说明：hf″：炉膛出口燃烧产物焓（ψ：保温系数（考虑散热损失）cpj：燃烧产物平均比热容（kJ/(kg·℃)Ta：燃烧产物绝热温度（KTf″：炉膛出口烟气温度（代入推导得炉膛换热核心方程：B2.有效辐射热计算方法水冷壁热有效系数定义：ψ=火焰有效辐射J1、水冷壁有效辐射JQ=炉膛黑度：ε炉膛辐射换热量：Q=核心结论：炉膛换热核心影响因素为炉膛黑度εf、辐射受热面平均吸热能力ψ、辐射受热面面积F、火焰平均温度T四、炉内传热的相似理论计算方法1.温度关系：火焰平均温度T1、理论燃烧温度Ta、炉膛出口烟温T无量纲温度定义：Θ2.炉膛出口无量纲温度传热特征方程Θ参数说明：Bo：玻耳兹曼特征数，Bo=M：经验系数，与燃料、燃烧方式、燃烧器高度、火焰温度有关炉膛出口烟温计算公式：T水冷壁面积计算公式：F=计算方法：试凑法，先假设Tf″，计算后对比，差值＜五、炉膛受热面的辐射特性采用ψ水冷壁热有效系数和ζ沾污系数描述受热面污染对换热的影响。洁净壁面：J2≪J1，污染壁面：ψ=ζx参数说明：ζ：沾污系数（污染导致吸热降低的修正系数）x：角系数（火焰辐射投射到受热面的比例）局部覆盖卫燃带时总热有效系数：ψ=参数说明：F1、F2：未覆盖ζ1、ζ角系数特殊值：膜式水冷壁x=1；卫燃带x=1；炉膛出口烟窗x=1；人孔门/燃烧器x=0。六、炉膛火焰黑度火焰黑度通用公式：ε参数说明：k：炉内介质辐射减弱系数（1/(m·MPa)）p：炉膛压力，负压燃烧取0.1MPaS：有效辐射层厚度（m）1.有效辐射层厚度：S=3.6参数说明：V：炉膛容积（m3F：炉膛包覆面积（m22.煤粉火焰辐射减弱系数：k=三原子气体减弱系数：k灰粒减弱系数：k焦炭颗粒减弱系数：k修正参数取值：kjt=10；无烟煤/贫煤x1=1，烟煤/褐煤x七、火焰中心位置修正系数M基础计算公式：M=A+B(参数说明：A、xr：燃烧器相对高度，Δxh1：炉膛高度（mhr：燃烧器布置高度（m多层燃烧器高度计算：h参数说明：Bi：每层燃烧器燃煤量（kg/shrj：每层燃烧器高度（mni八、炉膛结构特征及其他参数1.炉膛容积：固态排渣煤粉炉按规定阴影区域计算。2.炉壁面积：包覆炉膛容积的表面积；双面曝光水冷壁/屏式受热面按边界管中心线间距×曝光长度×2计算。3.有效辐射面积：H=xF；总有效辐射面积H=∑x4.炉膛出口截面：中/小型锅炉为凝渣管进口；大容量锅炉为屏式过热器进口，烟气流速约6m/s。5.输入炉膛有效热量：Q参数说明：Qf：1kgαfΔαΔαhlk06.燃烧产物平均比热容：c7.炉膛辐射受热面平均热负荷：q参数说明：H1：炉膛辐射受热面面积（m8.热负荷不均匀系数：η=取值规范：四角燃烧各墙η=1.0；前墙布置燃烧器，后墙η=1.2，前墙η=0.8，侧墙η=1.0。九、炉膛换热计算的修正方法大容量锅炉计算值较实测值低100~130℃，主要原因：双灰体假设、温度场不均匀未充分考虑、炉膛几何形状影响未计入。修正公式：q十、炉膛校核计算基本步骤1.预备计算：得烟气特性表、焓温表，求Bcal、保温系数ψ2.几何计算：求炉膛受热面积F、容积V、角系数x、燃烧器相对高度xr、有效辐射层厚度S3.取沾污系数ζ