锅炉及换热器课件

1第四章第四章 锅炉及换热器锅炉及换热器前两章：热能动力机械前两章：热能动力机械内燃机、涡轮机内燃机、涡轮机能量能量 转换原理及特点转换原理及特点;本章节本章节热装置：两大类热装置：两大类 热热发发生生装装置置，即即锅锅炉炉（蒸蒸汽汽发发生生器器）：通通过过燃烧反应，产生蒸汽或热水；燃烧反应，产生蒸汽或热水；热热量量传传递递装装置置，即即换换热热器器：流流体体与与流流体体之之间间，或流体与固体之间的单一的热量传递。或流体与固体之间的单一的热量传递。1第四章 锅炉及换热器前两章：热能动力机械内燃机、涡轮机1发电系统发电系统锅炉锅炉送煤送煤第一节第一节 锅炉概述锅炉概述n 锅炉的作用锅炉的作用：燃烧燃料加热水燃烧燃料加热水产生过热蒸汽或热水。产生过热蒸汽或热水。n锅炉火力发电系统图：各系统功能锅炉火力发电系统图：各系统功能1发电系统锅炉送煤第一节 锅炉概述 锅炉的作用：1一、锅炉的基本结构一、锅炉的基本结构1主要部件主要部件由由d=5076mm钢管弯制的水冷壁、锅筒、集钢管弯制的水冷壁、锅筒、集箱、和炉墙构架组成；炉膛四墙布置燃烧器箱、和炉墙构架组成；炉膛四墙布置燃烧器炉膛：空间炉膛：空间锅筒锅筒水冷壁水冷壁锅筒锅筒：内设汽水分离：内设汽水分离装置；将装置；将各受热面连接各受热面连接在一起；在一起；与水冷壁、下与水冷壁、下降管组成汽水循环回路降管组成汽水循环回路加热、蒸发、过热过加热、蒸发、过热过程的连接点。程的连接点。水冷壁水冷壁：主要辐射受：主要辐射受热面，钢管结构，将进热面，钢管结构，将进口集箱水分配到水冷壁口集箱水分配到水冷壁管，吸收炉膛辐射的热管，吸收炉膛辐射的热量；保护炉墙。量；保护炉墙。1一、锅炉的基本结构由d=5076mm钢管弯制的水冷壁、锅1过热器过热器：由：由d=3050mm的蛇形管组成，屏式过热的蛇形管组成，屏式过热 器和对流过热器；器和对流过热器；作用：吸收烟气的热量作用：吸收烟气的热量水蒸汽过热，水蒸汽过热，省煤器省煤器：由：由d=2538mm的平行蛇形管构成；的平行蛇形管构成；作用：加热进入锅筒之前的水达到一设定温度。作用：加热进入锅筒之前的水达到一设定温度。空气预热器空气预热器：由许多管组成，：由许多管组成，作用：加热进入炉膛的空气到一定温度作用：加热进入炉膛的空气到一定温度改善炉改善炉内燃烧过程，降低排烟温度，提高锅炉效率。内燃烧过程，降低排烟温度，提高锅炉效率。锅炉构架锅炉构架：支撑锅炉的锅筒、水冷壁、对流受热面：支撑锅炉的锅筒、水冷壁、对流受热面换热器换热器1过热器：由d=3050mm的蛇形管组成，屏式过热 换热器12辅助装置：辅助装置：n 燃料供给系统：煤输送带、煤斗燃料供给系统：煤输送带、煤斗n 煤粉制备：磨煤机煤粉制备：磨煤机n 送（引）风机：送风机送（引）风机：送风机排粉风机排粉风机送煤粉；送煤粉；n排排烟烟水水处处理理及及给给水水装装置置：水水箱箱、凝凝结结水水泵泵、冷冷凝凝器，给水泵器，给水泵n 除尘除灰装置：渣斗、冲灰沟、灰渣泵、除尘器除尘除灰装置：渣斗、冲灰沟、灰渣泵、除尘器n 自动控制装置自动控制装置12辅助装置：二、二、锅炉的工作原理锅炉的工作原理锅炉的工作过程：燃烧过程和传热过程锅炉的工作过程：燃烧过程和传热过程1燃烧过程：燃烧过程：q煤煤的的供供给给：输输煤煤带带煤煤斗斗给给煤煤机机磨磨煤煤机机煤煤粉粉粗粗细细分分离离器器煤煤粉粉仓仓给给粉粉机机分分配配到到各各煤煤粉粉管管道道由热空气（一次）携带进入燃烧器喷口喷入燃烧；由热空气（一次）携带进入燃烧器喷口喷入燃烧；q空空气气的的供供给给：送送风风机机预预热热器器二二次次风风喷喷口口喷喷入入炉膛。炉膛。q燃燃烧烧产产物物：热热烟烟气气向向水水冷冷壁壁放放热热过过热热器器省省煤器煤器空气预热器空气预热器除尘器除尘器引风机引风机烟囱烟囱大气；大气；灰渣灰渣：由炉膛下部的出渣口落入渣池排出。：由炉膛下部的出渣口落入渣池排出。二、锅炉的工作原理锅炉的工作过程：燃烧过程和传热过程12传热过程：工质传热过程：工质纯净水纯净水锅炉锅炉蒸汽蒸汽汽轮机汽轮机锅炉内水：省煤器锅炉内水：省煤器锅筒锅筒下降管下降管水冷壁进口集箱水冷壁进口集箱各各水冷壁管水冷壁管吸收热辐射蒸发吸收热辐射蒸发形成汽水混合物形成汽水混合物上升到锅筒上升到锅筒汽水分离器汽水分离器蒸汽蒸汽由锅筒上部由锅筒上部过热过热器器过热蒸汽过热蒸汽前处理前处理给水泵给水泵低高压加低高压加热器加热热器加热给水管道给水管道纯净水纯净水经化学处理除去硬度和氧经化学处理除去硬度和氧在汽机在汽机车间车间12传热过程：工质纯净水锅炉蒸汽汽轮机锅炉内水：省煤器1三、三、锅炉分类与形式锅炉分类与形式1分类分类按用途分类：工业锅炉按用途分类：工业锅炉 电站锅炉电站锅炉 船舶锅炉船舶锅炉 机车锅炉机车锅炉按锅炉出口压力分类：按锅炉出口压力分类：低压锅炉：压力低压锅炉：压力1.3MPa；中压锅炉：中压锅炉：1.3MPa22.19Mpa.1三、锅炉分类与形式1分类1按燃料和能源分类：燃煤锅炉；按燃料和能源分类：燃煤锅炉；燃油锅炉；燃油锅炉；燃气锅炉；燃气锅炉；废热锅炉；废热锅炉；余热锅炉。余热锅炉。按燃烧方式分类：火床燃烧锅炉；按燃烧方式分类：火床燃烧锅炉；火室燃烧锅炉；火室燃烧锅炉；沸腾燃烧锅炉；沸腾燃烧锅炉；旋风炉。旋风炉。1按燃料和能源分类：燃煤锅炉；1按汽水循环方式分类：自然循环锅炉；按汽水循环方式分类：自然循环锅炉；强制循环锅炉；强制循环锅炉；直流锅炉。直流锅炉。按排渣方式分类：固态排渣按排渣方式分类：固态排渣 液态排渣。液态排渣。2锅炉的主要参数：锅炉的主要参数：锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度。锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度。3形式形式：锅炉的结构形式，一般因汽水循环：锅炉的结构形式，一般因汽水循环 方式和燃烧方式的不同，有很大的差别。方式和燃烧方式的不同，有很大的差别。1按汽水循环方式分类：自然循环锅炉；11）汽水的流动方式：）汽水的流动方式：n自自然然循循环环锅锅炉炉：汽汽水水靠靠水水和和蒸蒸汽汽的的密密度度差差产产生生的的压压头头而而循循环环流流动动，工工作作压压力力越越低低，密密度度差差越越大大循循环越可靠。环越可靠。n强强制制循循环环锅锅炉炉：下下降降管管上上设设有有循循环环泵泵，用用泵泵压压头头使汽水循环流动。使汽水循环流动。n直直流流锅锅炉炉：无无锅锅筒筒。给给水水从从省省煤煤器器进进入入锅锅炉炉，经经蒸发受热面、过热器蒸发受热面、过热器过热蒸汽。过热蒸汽。11）汽水的流动方式：自然循环锅炉：汽水靠水和蒸汽的密度差产1三种锅炉结构特点：三种锅炉结构特点：1三种锅炉结构特点：12）燃烧方式：因燃料不同、锅炉容量不同而有差异）燃烧方式：因燃料不同、锅炉容量不同而有差异n气体、液体燃料：采用火室燃烧气体、液体燃料：采用火室燃烧 n固体燃料（煤）：固体燃料（煤）：容量小时，采用火床燃烧；容量小时，采用火床燃烧；容量大时，煤磨成煤粉容量大时，煤磨成煤粉火室燃烧。火室燃烧。12）燃烧方式：因燃料不同、锅炉容量不同而有差异1四、四、锅炉的污染及控制锅炉的污染及控制1）煤灰：碳黑和飞灰）煤灰：碳黑和飞灰n碳黑：碳黑：未完全燃烧产物，沉积在锅炉受热面和烟未完全燃烧产物，沉积在锅炉受热面和烟道壁，影响传热能力下降；道壁，影响传热能力下降；碳黑吸附能力强，与烟气中的硫化物、水、酸碳黑吸附能力强，与烟气中的硫化物、水、酸结合形成有害物；结合形成有害物；n飞灰：飞灰：微粒，悬浮于烟气中；影响受热面传热；微粒，悬浮于烟气中；影响受热面传热；流动中使受热面磨损；排入大气，污染环境。流动中使受热面磨损；排入大气，污染环境。控制方法：合理的燃烧方式及调节，使燃料完全控制方法：合理的燃烧方式及调节，使燃料完全燃烧；燃烧；采用优良的除尘设备。采用优良的除尘设备。1四、锅炉的污染及控制1）煤灰：碳黑和飞灰12）硫化物：）硫化物：SO2、SO3、H2S等有毒气体，腐蚀性。等有毒气体，腐蚀性。控制措施：排烟脱硫装置，吸收烟气中的控制措施：排烟脱硫装置，吸收烟气中的SO2。3）NOx：NO、NO2。破坏臭氧层；与破坏臭氧层；与HC一起在光一起在光的照射下形成光化学烟雾。的照射下形成光化学烟雾。控制措施：排烟脱硝装置，经化学方法分离或控制措施：排烟脱硝装置，经化学方法分离或除去除去NOx；或采用还元装置。或采用还元装置。12）硫化物：SO2、SO3、H2S等有毒气体，腐蚀性。1第二节第二节 锅炉燃料与热平衡锅炉燃料与热平衡一、一、燃料的组成与分类燃料的组成与分类1燃料：主要有固体、液体、气体燃料；燃料：主要有固体、液体、气体燃料；主要成分：主要成分：C、H、O、N、S、灰分、水分；灰分、水分；其中其中,可燃物可燃物：C：存在形式存在形式碳氢化合物、碳氧化合物；碳氢化合物、碳氧化合物；煤中质量分数：煤中质量分数：2070%；热值：热值：32860kJ/kg（完全）；完全）；9270 kJ/kg；H：存在形式存在形式碳氢化合物；碳氢化合物；热值：热值：120370 kJ/kg1第二节 锅炉燃料与热平衡一、燃料的组成与分类1n反应物反应物：O、N、S：反应生成有害物；含量影响反应生成有害物；含量影响可燃元素含量可燃元素含量影响发热量。影响发热量。n不可燃物：不可燃物：灰分灰分影响发热量，及燃料挥发分影响发热量，及燃料挥发分的析出和着火燃烧。的析出和着火燃烧。受热面积积灰、结渣、磨损、腐蚀；大气污染。受热面积积灰、结渣、磨损、腐蚀；大气污染。n水分：水分：影响燃烧室温度、燃料的着火性；影响燃烧室温度、燃料的着火性；加剧低温腐蚀和堵灰。加剧低温腐蚀和堵灰。1反应物：O、N、S：反应生成有害物；含量影响可燃元素含量12、煤的成分及特性的分析方法：、煤的成分及特性的分析方法：煤的燃烧特性与煤的成分及组成有关。煤的燃烧特性与煤的成分及组成有关。煤的元素分析：各成分的分析煤的元素分析：各成分的分析n煤煤的的组组成成工工业业分分析析：除除灰灰分分/水水分分外外，将将可可燃燃质质部部分分分分成成挥挥发发分分（V）和和固固定定碳碳（FC）两两部部分分分分析析发发热量热量Q。n煤的元素分析和工业分析的基准：国家标准煤的元素分析和工业分析的基准：国家标准q 收到基（收到基（ar）：）：以入炉煤为基准；以入炉煤为基准；q 空气干燥基（空气干燥基（ad）：）：以风干状态煤为基准；以风干状态煤为基准；q干燥基（干燥基（d）：）：以去除全部水分的煤为基准；以去除全部水分的煤为基准；q干燥无灰基干燥无灰基(daf)：以去除水分、灰分为基准。以去除水分、灰分为基准。n四种基准之间的关系，表四种基准之间的关系，表4-5。12、煤的成分及特性的分析方法：煤的燃烧特性与煤的成分及组1四种基准之间的关系，四种基准之间的关系，所所 求求 成成 份份已知已知成份成份角角标标收到基收到基空干基空干基干燥基干燥基干燥无灰基干燥无灰基收到基收到基ar1MadMarww-100100Marw-100100AarMarww-100100空干基空干基adMadMarww-1001001Madw-100100AadMadww-100100干燥基干燥基d100100Marw-100100Madw-1Adw-100100干燥无干燥无灰基灰基daf100100AarMarww-100100AarMarww-100100Adw-1wM：水分水分wA：灰分：灰分1四种基准之间的关系，所 求 成 份已知成份角标1n煤煤单单位位质质量量完完全全燃燃烧烧时时所所放放出出的的热热量量煤煤的发热量。的发热量。n高高发发热热量量：燃燃烧烧后后产产生生的的水水蒸蒸气气汽汽化化潜潜热热计计入在内；入在内；n低发热量：不计汽化潜热低发热量：不计汽化潜热3煤的发热量煤的发热量1煤单位质量完全燃烧时所放出的热量煤的发热量。3煤的发14、煤的分类、煤的分类根据挥发分以及水分、灰分分为四种；根据挥发分以及水分、灰分分为四种；n无烟煤：干燥无灰基挥发分的质量分数无烟煤：干燥无灰基挥发分的质量分数40%；发发 热热 量量:2100032500kJ/kg 特点：挥发分析出温度高、着火和燃尽困难。特点：挥发分析出温度高、着火和燃尽困难。n烟煤：干燥无灰基挥发分的质量分数烟煤：干燥无灰基挥发分的质量分数=2045%；灰分不定；灰分不定；发热量：发热量：2000030000kJ/kg；特点：易着火和燃尽，但灰分高时相反。特点：易着火和燃尽，但灰分高时相反。14、煤的分类根据挥发分以及水分、灰分分为四种；1n贫煤：挥发分质量分数贫煤：挥发分质量分数=1020%；干燥无灰基挥发分的质量分数干燥无灰基挥发分的质量分数:特点：燃烧特性优于无烟煤，但反应性能较差。特点：燃烧特性优于无烟煤，但反应性能较差。n 褐煤：形成年代较短，煤质松、带褐色。褐煤：形成年代较短，煤质松、带褐色。干燥无灰基挥发分的质量分数干燥无灰基挥发分的质量分数:收到基水分质量分数：收到基水分质量分数：收到基灰分的质量分数收到基灰分的质量分数：发热量：发热量：1000020000kJ/kg。特点：挥发分析出温度低，易着火和燃烧。特点：挥发分析出温度低，易着火和燃烧。1贫煤：挥发分质量分数=1020%；褐煤：形成年代较短1二、燃烧计算与热平衡计算二、燃烧计算与热平衡计算1.燃燃烧烧计计算算：主主要要确确定定燃燃料料燃燃烧烧所所需需要要的的空空气气量量、烟烟气产物、烟气量及其焓气产物、烟气量及其焓；公式表；公式表4-6、72.热热平平衡衡计计算算：确确定定锅锅炉炉的的各各项项热热损损失失、锅锅炉炉效效率率、燃料消耗量。燃料消耗量。1）热平衡原理）热平衡原理 热平衡方程式：热平衡方程式：其中，其中，Qr：锅炉输入的热量；：锅炉输入的热量；Q1：锅炉有效利用热；：锅炉有效利用热；Q2：排烟热损失；：排烟热损失；Q3：气体不完全燃烧热损失；：气体不完全燃烧热损失；Q4：固体不完全燃烧热损失；：固体不完全燃烧热损失；Q5：散热损失；：散热损失；Q6：灰渣物理热损失。：灰渣物理热损失。1二、燃烧计算与热平衡计算1.燃烧计算：主要确定燃料燃烧所1锅炉设计的主要内容：锅炉设计的主要内容：根据锅炉热平衡原理及锅炉效率确定锅炉的根据锅炉热平衡原理及锅炉效率确定锅炉的燃料消耗量。燃料消耗量。n 锅炉效率的确定方法：两种锅炉效率的确定方法：两种n 正平衡效率：正平衡效率：n 反平衡效率：反平衡效率：1锅炉设计的主要内容：12）输入锅炉的热量：）输入锅炉的热量：燃料收到基低位发热值；：燃料收到基低位发热值；：燃料物理显热；：燃料物理显热；：外来热源加热空气带入的热量；：外来热源加热空气带入的热量；：燃料雾化蒸汽带入的热量。：燃料雾化蒸汽带入的热量。12）输入锅炉的热量：1 3）锅炉有效利用的热：对有过热器、再热器的锅炉，）锅炉有效利用的热：对有过热器、再热器的锅炉，：过热蒸汽工质过热蒸汽工质质量流量；质量流量；：再热蒸汽再热蒸汽质量流量；质量流量；：排污质量排污质量流量流量 ：工质出口比焓；：工质出口比焓；：进口比焓；：进口比焓；：给水比焓：给水比焓;B：燃料消耗量燃料消耗量过热器中的吸热过热器中的吸热再热器中吸热再热器中吸热排污回收热排污回收热1 3）锅炉有效利用的热：对有过热器、再热器的锅炉，过热器中14）灰平衡基本原理灰平衡基本原理指燃料中含的灰量指燃料中含的灰量=飞灰飞灰+灰渣灰渣+漏煤中灰分，即漏煤中灰分，即 ：灰渣量；：灰渣量；：飞灰量；：飞灰量；：漏煤量：漏煤量 ：灰渣中：灰渣中C的质量分数；的质量分数；：飞灰中：飞灰中C的质量分数；的质量分数；：漏煤中：漏煤中C的质量分数。的质量分数。由灰平衡基本原理：由灰平衡基本原理：各项热损失各项热损失计算公式，表计算公式，表4-814）灰平衡基本原理1第三节第三节 锅炉燃烧设备锅炉燃烧设备一、火床燃烧设备一、火床燃烧设备火火床床燃燃烧烧：燃燃料料在在火火床床（炉炉排排）上上完完成成燃燃烧烧的的全全过过程程的的燃燃烧烧方方式式。燃燃料料按按一一定定厚厚度度均均匀匀地地铺铺在在炉炉排排上上燃烧。燃烧。q火床种类：固定炉排炉火床种类：固定炉排炉淘汰淘汰 链条炉排炉链条炉排炉;抛煤机翻转炉排炉抛煤机翻转炉排炉;抛煤机倒转炉排炉抛煤机倒转炉排炉;振动炉排炉振动炉排炉 1第三节 锅炉燃烧设备一、火床燃烧设备1特点：层燃炉，燃烧效率高，环特点：层燃炉，燃烧效率高，环境污染小，境污染小，机械化程度较高机械化程度较高.1）基本结构及工作原理）基本结构及工作原理a）基本结构：基本结构：送煤部分送煤部分:由煤斗、炉排、链条、由煤斗、炉排、链条、主从动轮等组成。炉排下部布置主从动轮等组成。炉排下部布置风室风室b）原理：燃料靠自重从煤斗落到原理：燃料靠自重从煤斗落到炉排上，链条带动炉排移动。煤炉排上，链条带动炉排移动。煤进入炉膛后，经干燥、水分蒸发、进入炉膛后，经干燥、水分蒸发、挥发分析出、着火燃烧燃尽、灰挥发分析出、着火燃烧燃尽、灰渣落入炉排后灰渣斗中。渣落入炉排后灰渣斗中。1.链条炉排炉链条炉排炉灰渣斗灰渣斗1特点：层燃炉，燃烧效率高，环境污染小，机械化程度较高.1c)燃燃烧烧用用空空气气：空空气气预预热热器器加加热热到到一一定定温温度度后后，由由各各风风室室从从炉炉排排下下方方分分别别送送入入，经经炉炉排排穿穿入入煤煤层参加燃烧。层参加燃烧。d)烟烟气气：通通过过炉炉膛膛的的辐辐射射换换热热和和对对流流管管束束、省省煤煤器器、空空气气预预热热器器降降温温后后，由由引引风风机机送送入入烟烟囱囱排排气。气。1c)燃烧用空气：空气预热器加热到一定温度后，由各风室从炉1e)不同炉排形式不同炉排形式倾斜往复式倾斜往复式水平往复式水平往复式1e)不同炉排形式倾斜往复式水平往复式1a)链条炉的燃烧过程：自前向后分四个区段进行。链条炉的燃烧过程：自前向后分四个区段进行。2）链条炉排上的燃烧过程及特性）链条炉排上的燃烧过程及特性灰渣燃尽区灰渣燃尽区挥发分析出燃烧区挥发分析出燃烧区干燥区：高温火焰干燥区：高温火焰和前后拱的作用之下和前后拱的作用之下焦碳着火燃烧区：焦碳着火燃烧区：燃烧过程的主要阶段燃烧过程的主要阶段;下层氧化层，上层还原层。下层氧化层，上层还原层。1a)链条炉的燃烧过程：自前向后分四个区段进行。2）链条炉1b)燃烧特性：燃烧特性：指着火特性及气体成分分布特性指着火特性及气体成分分布特性n燃燃料料着着火火所所需需热热能能：来来自自炉炉膛膛中中高高温温烟烟气气的的对对流流传热和高温烟气与炉拱的辐射热。传热和高温烟气与炉拱的辐射热。n影响因素：炉拱结构，炉内的空气流动。图影响因素：炉拱结构，炉内的空气流动。图4-10“L”形炉形炉拱拱“a”形炉拱形炉拱前后拱合理搭配前后拱合理搭配炉内汽流在前拱区形成大回流炉内汽流在前拱区形成大回流利于燃利于燃料的加热和烟气中焦碳颗粒的分离，改善着火条件，提高料的加热和烟气中焦碳颗粒的分离，改善着火条件，提高锅炉效率。锅炉效率。1b)燃烧特性：指着火特性及气体成分分布特性燃料着火所需热1气体分布特性：图气体分布特性：图4-11干燥区和燃尽区干燥区和燃尽区:O2浓度过剩；浓度过剩；焦碳燃烧区：焦碳燃烧区：O2浓度不足浓度不足分级送风分级送风;即即,两端送风量少，两端送风量少，中间燃烧区送风量多中间燃烧区送风量多1气体分布特性：图4-11干燥区和燃尽区:焦碳燃烧区：分级送12.抛煤机炉抛煤机炉 悬浮式燃烧与火床燃烧同时进行模式：大颗粒燃料在悬浮式燃烧与火床燃烧同时进行模式：大颗粒燃料在炉排火床燃烧；小颗粒烟气托起炉膛空间炉排火床燃烧；小颗粒烟气托起炉膛空间悬浮燃烧悬浮燃烧。1）抛煤机的三种类型：）抛煤机的三种类型：风力抛煤机：用高速汽流的能量播撒燃料；风力抛煤机：用高速汽流的能量播撒燃料；煤层特点：粗颗粒近，细颗粒远。煤层特点：粗颗粒近，细颗粒远。机械抛煤机：利用机械运动的能量播撒燃料；机械抛煤机：利用机械运动的能量播撒燃料；煤层特点：粗颗粒远，细颗粒近。煤层特点：粗颗粒远，细颗粒近。机械机械-风力抛煤机：机械抛煤为主，风力抛煤为辅。风力抛煤机：机械抛煤为主，风力抛煤为辅。煤层特点：粗颗粒远，细颗粒近；煤层特点：粗颗粒远，细颗粒近；但可避免近处细粒堆积的问题。但可避免近处细粒堆积的问题。12.抛煤机炉 悬浮式燃烧与火床燃烧同时进行模式：大颗粒燃12)抛煤机工作原理抛煤机工作原理机械抛煤机机械抛煤机风力抛煤机风力抛煤机机械机械-风力混合风力混合抛煤机抛煤机12)抛煤机工作原理机械抛煤机风力抛煤机机械-风力混合1 3）抛煤机的特点）抛煤机的特点 优点：优点：n 燃燃料料抛抛撒撒中中分分选选，煤煤层层横横断断面面粒粒度度分分布布比比较较均均匀匀，炉排面有效利用率高；炉排面有效利用率高；n炉炉排排广广大大区区域域燃燃料料直直接接抛抛撒撒在在炽炽热热的的焦焦碳碳层层上上，属于双面着火属于双面着火，煤种适应性较好。，煤种适应性较好。缺点：缺点：飞飞灰灰热热损损失失大大，烟烟尘尘浓浓度度高高，对对流流受受热热面面磨磨损损严严重。重。1 3）抛煤机的特点 优点：13火床燃烧的评价指标火床燃烧的评价指标火火床床炉炉，大大部部分分燃燃料料在在炉炉排排上上燃燃烧烧，所所以以炉炉排排面面积积是是保保证证火火床床燃燃烧烧完完全全的的基基本本条条件件。故故用用炉炉排排面面积积热负荷强度表示其燃烧强烈程度。热负荷强度表示其燃烧强烈程度。1）炉炉排排面面积积热热负负荷荷强强度度：炉炉排排单单位位面面积积单单位位时时间间内内燃烧所放出的热量燃烧所放出的热量。即。即B：燃料消耗量，燃料消耗量，R：炉排有效面积；炉排有效面积；：燃料收到基低位发热量。：燃料收到基低位发热量。意义：表示炉排单位面积燃烧的意义：表示炉排单位面积燃烧的强烈程度强烈程度。RarVnetBQRq,=arVnetQ,13火床燃烧的评价指标火床炉，大部分燃料在炉排上燃烧，所以12）炉膛容积热负荷：）炉膛容积热负荷：用用来来评评价价火火床床炉炉中中可可燃燃物物在在炉炉膛膛容容积积中中燃燃烧烧的的热热负负荷大小。荷大小。定义：定义：单位容积单位时间内燃烧的放热量单位容积单位时间内燃烧的放热量。即。即 V：炉膛容积。炉膛容积。VarVnetBQVq,=12）炉膛容积热负荷：VarVnetBQVq,=1二、火室燃烧设备二、火室燃烧设备火室燃烧方式：燃料在炉膛内以火室燃烧方式：燃料在炉膛内以悬浮悬浮状态燃烧。状态燃烧。固体燃料的火室炉固体燃料的火室炉称为称为煤粉煤粉炉。炉。煤煤粉粉炉炉：燃燃烧烧的的煤煤粉粉研研磨磨成成粒粒径径100 m以以下下细细小颗粒小颗粒，使煤的表面积增大，利于燃烧。，使煤的表面积增大，利于燃烧。特点：煤粉与燃烧所需的特点：煤粉与燃烧所需的一部分空气混合成煤一部分空气混合成煤 粉空气混合物粉空气混合物，经燃烧器喷入炉内燃烧；，经燃烧器喷入炉内燃烧；燃烧设备：由炉膛、制粉系统和燃烧器组成；燃烧设备：由炉膛、制粉系统和燃烧器组成；火火室室燃燃烧烧器器是是三三个个风风口口的的有有机机结结合合体体，分分直直流流式式和旋流式。和旋流式。1二、火室燃烧设备火室燃烧方式：燃料在炉膛内以悬浮状态燃烧。1直流式直流式1直流式1旋流式1旋流式1三个风口三个风口：n一一次次风风口口：用用于于输输送送煤煤粉粉的的空空气气称称为为煤煤粉粉燃燃烧烧的的一次风，对应的喷口为一次风口；一次风，对应的喷口为一次风口；n二次风口：燃烧所需的其余空气量为二次风，二次风口：燃烧所需的其余空气量为二次风，对应的喷嘴为二次风口；对应的喷嘴为二次风口；n三三次次风风口口：将将制制粉粉系系统统的的排排气气（乏乏气气）送送入入炉炉内内燃烧时，称其为三次风，相应的喷嘴为三次风口。燃烧时，称其为三次风，相应的喷嘴为三次风口。1三个风口：1物物理理过过程程：煤煤粉粉由由空空气气喷喷入入炉炉膛膛后后，受受火火焰焰、高高温温烟烟气气的的加加热热而而升升温温，蒸蒸发发水水分分析析出出挥挥发发物物与与空气混合成可燃物；空气混合成可燃物；化化学学过过程程：煤煤粉粉颗颗粒粒周周围围形形成成的的可可燃燃混混合合气气，在在高高温温下下燃燃烧烧，煤煤粉粉颗颗粒粒变变成成高高温温的的焦焦碳碳颗颗粒粒燃尽后变成灰燃尽后变成灰 渣。渣。特点：煤粉在炉内停留的时间仅为特点：煤粉在炉内停留的时间仅为23s；大部分灰渣成为飞灰，随汽流从烟道排出。大部分灰渣成为飞灰，随汽流从烟道排出。1煤粉的燃烧过程煤粉的燃烧过程1物理过程：煤粉由空气喷入炉膛后，受火焰、高温烟气的加热而升1煤煤粉粉的的着着火火温温度度：使使煤煤加加热热使使之之着着火火的的最最低低温温度度；与煤粉受热后挥发分开始析出的温度有关。与煤粉受热后挥发分开始析出的温度有关。挥发分含量越高，其析出温度越低，易着火。挥发分含量越高，其析出温度越低，易着火。1煤粉的着火温度：使煤加热使之着火的最低温度；与煤粉受热后挥12煤粉汽流的着火及一、二次风煤粉汽流的着火及一、二次风煤粉空气流的着火条件煤粉空气流的着火条件：足够高的温度。：足够高的温度。煤粉空气流的温度：煤粉空气流的温度：n一一次次风风喷喷入入炉炉膛膛后后，与与炉炉内内高高温温烟烟气气湍湍流流混混合合而而升温升温；n受炉内高温受炉内高温火焰的热辐射火焰的热辐射加热而升温。加热而升温。a）着火所吸收的热量）着火所吸收的热量:n按按煤煤粉粉空空气气流流的的混混合合规规律律：一一次次风风、二二次次风风，炉炉内内烟烟气气三三种种不不同同温温度度的的流流体体，在在炉炉内内混混合合后后，某某一点达到着火温度而着火。一点达到着火温度而着火。12煤粉汽流的着火及一、二次风煤粉空气流的着火条件：足够高1此时所吸收的热量，由热平衡关系，有此时所吸收的热量，由热平衡关系，有 Qzh：着火热；着火热；x1,x2：混合点上单位燃料的一、二次风质量；混合点上单位燃料的一、二次风质量；Tzh：煤粉气流着火温度；煤粉气流着火温度；c1,c2：一、二次风的比热容；一、二次风的比热容；T1k,T2k：一、二次风进入炉内的温度。一、二次风进入炉内的温度。1此时所吸收的热量，由热平衡关系，有1 b)高温炉烟的供着火用热量高温炉烟的供着火用热量Qy：对某一混合点对某一混合点 x3：相对相对1kg燃料的高温烟气的质量；燃料的高温烟气的质量；c3：炉烟的比热容；炉烟的比热容；T3：炉烟温度炉烟温度;A=0.110.43。1 b)高温炉烟的供着火用热量Qy：对某一混合点1c)实现稳定着火的充要条件实现稳定着火的充要条件：由热平衡原理：由热平衡原理 为此，从组织燃烧角度，应尽量减小着火热。为此，从组织燃烧角度，应尽量减小着火热。n措施：着火前尽可能减小二次风的混入措施：着火前尽可能减小二次风的混入;即减小即减小x2；所以，需合理设计一、二次风喷口的结构，风率所以，需合理设计一、二次风喷口的结构，风率及风速。及风速。1c)实现稳定着火的充要条件：由热平衡原理13煤粉的燃尽煤粉的燃尽n保证煤粉保证煤粉完全燃烧的条件完全燃烧的条件：煤粉在高温炉膛内煤粉在高温炉膛内停留时间停留时间足够长足够长;即即,火焰有足够长度火焰有足够长度。n煤粉汽流一般在炉膛煤粉汽流一般在炉膛0.30.5m处处开始着火；开始着火；12m处大部分挥发分析出燃尽；处大部分挥发分析出燃尽；焦碳粒在焦碳粒在1020m处才完全燃烧或接近完全。处才完全燃烧或接近完全。13煤粉的燃尽第四节、锅炉受热面积第四节、锅炉受热面积一、锅炉蒸发受热面的结构与布置一、锅炉蒸发受热面的结构与布置锅炉蒸发受热面：工质的主要受热面是锅炉蒸发受热面：工质的主要受热面是水冷壁水冷壁。1）水冷壁：布置在炉膛中，吸收辐射热。）水冷壁：布置在炉膛中，吸收辐射热。水冷壁的布置水冷壁的布置：自自然然循循环环工工业业锅锅炉炉：炉炉膛膛水水冷冷壁壁循循环环回回路路，由由不不受受热的热的下降管下降管和作为和作为上升管上升管的水冷壁构成；的水冷壁构成；下下降降管管：自自上上锅锅筒筒将将炉炉水水引引入入下下集集箱箱，分分配配给给各各水水冷冷壁壁管管。在在水水冷冷壁壁中中吸吸热热蒸蒸发发形形成成汽汽水水混混合合物物，沿水冷壁进入上锅筒。沿水冷壁进入上锅筒。第四节、锅炉受热面积一、锅炉蒸发受热面的结构与布置51锅炉结构锅炉结构:n高压电站锅炉高压电站锅炉：水冷壁由几个独立下降管和独立：水冷壁由几个独立下降管和独立集箱的循环回路组成集箱的循环回路组成尽可能减小各水冷壁尽可能减小各水冷壁之间之间的热偏差的热偏差。下降管下降管集箱集箱锅炉结构:高压电站锅炉：水冷壁由几个独立下降管和独立集箱的循52水冷壁结构水冷壁结构 有有光光管管水水冷冷壁壁、鳍鳍片片管管膜膜式式水水冷冷壁壁、带带销销钉钉管管水水冷冷壁。壁。光管水冷壁光管水冷壁：管径管径=5176mm，管节距管节距s与管外径与管外径d之比之比:s/d=22.5（火床炉）（火床炉）;1.051.2（火室炉）。（火室炉）。1-管子管子 2-耐火材料耐火材料 3-绝热材料绝热材料 4-炉皮炉皮水冷壁结构 有光管水冷壁、鳍片管膜式水冷壁、带销钉管水冷53鳍片管鳍片管：鳍片管之间相互焊接组成膜式水冷壁。：鳍片管之间相互焊接组成膜式水冷壁。特特点点：改改善善炉炉膛膛密密封封性性，减减少少漏漏风风，采采用用微微正正压压燃燃烧，取消引风机，提高锅炉效率；烧，取消引风机，提高锅炉效率；炉腔不直接受火焰辐射；炉腔不直接受火焰辐射；可不用耐火材料，减轻重量。可不用耐火材料，减轻重量。缺点：工艺复杂；缺点：工艺复杂；相邻管温度不超相邻管温度不超50，以免变形以免变形3-绝热材料绝热材料 4-炉皮炉皮5-扁钢扁钢鳍片管：鳍片管之间相互焊接组成膜式水冷壁。3-绝热材料 454n带销钉管水冷壁带销钉管水冷壁：销钉上敷有耐火填料，可减少：销钉上敷有耐火填料，可减少水冷壁吸热，使该部位炉温升高，便于燃料迅速水冷壁吸热，使该部位炉温升高，便于燃料迅速着火和稳定燃烧，并保持高温。着火和稳定燃烧，并保持高温。3-绝热材料绝热材料 4-炉皮炉皮 5-扁钢扁钢7-耐火涂料耐火涂料 8-销钉销钉 9-鉻矿砂材料鉻矿砂材料带销钉光管水冷壁带销钉光管水冷壁带销钉膜式水冷壁带销钉膜式水冷壁带销钉管水冷壁：销钉上敷有耐火填料，可减少水冷壁吸热，使该部552）凝渣管束：布置在炉膛）凝渣管束：布置在炉膛出口的对流管束，其横向、出口的对流管束，其横向、纵向节距大，不易结渣；纵向节距大，不易结渣；吸收烟气的热量。吸收烟气的热量。3）锅炉对流蒸发受热面：）锅炉对流蒸发受热面：n由由上上下下锅锅筒筒和和许许多多管管连连接接而成。而成。n管管行行列列布布置置，横横向向/纵纵向向节节距距=95100mm；管管中中水水和和汽混合物自然循环流动。汽混合物自然循环流动。2）凝渣管束：布置在炉膛出口的对流管束，其横向、纵向节距大，56二、二、过热器和再热器过热器和再热器1过热器过热器作作用用：将将饱饱和和蒸蒸汽汽加加热热成成一一定定温温度度的的过过热热蒸蒸汽汽，提提高高系统效率。系统效率。根据过热器的布置位置：根据过热器的布置位置：n顶棚过热器顶棚过热器n立式过热器立式过热器n屏式过热器屏式过热器n辐射式过热器辐射式过热器n卧式对流过热器卧式对流过热器锅筒二、过热器和再热器1过热器锅筒57过热器的分类过热器的分类 根据传热方式分为三种：根据传热方式分为三种：辐射式、对流、屏式辐射式、对流、屏式1）辐射式过热器：）辐射式过热器：布置在炉膛的炉壁上，结构与水冷壁相似，自己布置在炉膛的炉壁上，结构与水冷壁相似，自己形成循环水路。形成循环水路。2）对流过热器：无缝钢管弯制的蛇形管。）对流过热器：无缝钢管弯制的蛇形管。根据烟气和蒸汽的相对流动方向分为：根据烟气和蒸汽的相对流动方向分为：顺流、逆流、双逆流、混合流四种。顺流、逆流、双逆流、混合流四种。顺流式顺流式：壁温最低，传热最差；多用于高烟温区。：壁温最低，传热最差；多用于高烟温区。逆流式逆流式：壁温最高，传热最好；多用于低温区。：壁温最高，传热最好；多用于低温区。过热器的分类 根据传热方式分为三种：58)2/(400250smkg=ruru)2/(700400smkg=ruru过热器中过热蒸汽的质量流速：过热器中过热蒸汽的质量流速：中压锅炉：中压锅炉：高压锅炉：高压锅炉：n过热器系统总阻力：过热器系统总阻力：过热蒸汽出口压力的过热蒸汽出口压力的10%。n烟气的流速：一般取烟气的流速：一般取815m/s)2/(400250smkg=ru)2/(700400593）屏式过热器）屏式过热器 布置在炉膛上部，吸收炉膛的辐射和烟气的对流布置在炉膛上部，吸收炉膛的辐射和烟气的对流传热。传热。管径：管径：3242mm，纵向节距，纵向节距 s2=(1.11.2)d；屏与屏之间的距离屏与屏之间的距离s1=600800mm；烟气的流速：取烟气的流速：取6m/s结构主要影响：烟气的流动阻力结构主要影响：烟气的流动阻力 烟气与工质的传热效率烟气与工质的传热效率3）屏式过热器结构主要影响：烟气的流动阻力602、再热器、再热器作用：作用：将汽轮机高压缸的排汽将汽轮机高压缸的排汽锅炉中加热；锅炉中加热；高温蒸汽高温蒸汽汽轮机中压和低压缸中膨胀作功。汽轮机中压和低压缸中膨胀作功。n一次过热蒸汽：高压过热器中加热的蒸汽；一次过热蒸汽：高压过热器中加热的蒸汽；n二二次次过过热热蒸蒸汽汽：再再热热器器中中加加热热的的蒸蒸汽汽。压压力力为为一一次蒸汽的次蒸汽的1/5，温度与一次蒸汽相近。，温度与一次蒸汽相近。再再热热器器的的结结构构：与与对对流流过过热热器器相相似似，由由平平行行连连接接的的蛇形管组成。蛇形管组成。2、再热器作用：将汽轮机高压缸的排汽锅炉中加热；61再热器的特点：再热器的特点：再热蒸汽压力低，密度小，换热系数仅为过热蒸再热蒸汽压力低，密度小，换热系数仅为过热蒸汽的汽的1/5；所以，对管壁的冷却能力差。；所以，对管壁的冷却能力差。再热器的总阻力：再热器的总阻力：控制在再热器进口压力的控制在再热器进口压力的10%以内，影响热力系统的经济性。以内，影响热力系统的经济性。再热蒸汽的质量流速：再热蒸汽的质量流速：限制在限制在250400kg/m2s再热器的特点：62作用：利用锅炉尾部烟气加热给水作用：利用锅炉尾部烟气加热给水降低排温。降低排温。根据结构和材料分为：铸铁式和钢管式根据结构和材料分为：铸铁式和钢管式1铸铁式：铸铁式：n由由一一系系列列水水平平铸铸铁铁肋肋片片管管构构成成，各各管管之之间间用用铸铸铁铁弯头连接。弯头连接。n承受压力：承受压力：2.4MPa以下；以下；n省煤器中水速：不低于省煤器中水速：不低于0.3m/s；n烟速：烟速：810m/s；n给水流动方向：由下向上。给水流动方向：由下向上。n缺点：安全性差缺点：安全性差三、省煤器三、省煤器作用：利用锅炉尾部烟气加热给水降低排温。三、省煤器63铸铁式结构：铸铁式结构：旁通烟道旁通烟道烟道挡板烟道挡板给水管给水管安全阀安全阀省煤器省煤器送往锅炉送往锅炉排烟排烟烟气烟气铸铁式结构：旁通烟道烟道挡板给水管安全阀省煤器送往锅炉排烟烟642.钢管式省煤器钢管式省煤器省煤器中的烟速省煤器中的烟速：89m/s省煤器阻力省煤器阻力：高压和超高压：高压和超高压 锅筒压力的锅筒压力的5%；中压时中压时 锅筒压力的锅筒压力的8%结构结构：由蛇形钢管和集箱构成，管子错列水平布置；：由蛇形钢管和集箱构成，管子错列水平布置；外径外径2542mm；横向节距与管外径之比：；横向节距与管外径之比：2.03.0；纵向节距与管外径之比：纵向节距与管外径之比：1.52.0。水速水速：非沸腾式：非沸腾式 不低于不低于0.3m/s；沸腾式：沸腾部分沸腾式：沸腾部分 1.0m/s。2.钢管式省煤器省煤器中的烟速：89m/s结构：由蛇65 四、空气预热器四、空气预热器作用：利用省煤器后排出烟气的热量加热燃烧用空作用：利用省煤器后排出烟气的热量加热燃烧用空气，改善燃料着火及燃烧，并降低排烟温度，提高气，改善燃料着火及燃烧，并降低排烟温度，提高锅炉效率。锅炉效率。分类：按传热方式分为分类：按传热方式分为导热式和再生式导热式和再生式1)导热式：烟气通过中间壁面连续将热量传给空气导热式：烟气通过中间壁面连续将热量传给空气结构：管式空气预热器结构：管式空气预热器 51mm1.5mm或或40mm1.5mm的有缝钢管；的有缝钢管；相邻管孔间隙：相邻管孔间隙：10mm以上，以上，上下管板厚：上下管板厚：1525mm，中间管板厚：，中间管板厚：510mm；四、空气预热器作用：利用省煤器后排出烟气的热量加热燃烧用空66冷空气冷空气热空气热空气烟气烟气横向节距与管外径之比：横向节距与管外径之比：1.51.9；纵向节距与管外径之比：纵向节距与管外径之比：1.01.2；烟气流速：烟气流速：1014m/s管子根数保证管子根数保证空气流速：空气流速：4.57.0m/s由各由各流程高度流程高度冷空气热空气烟气横向节距与管外径之比：1.51.9；烟气流672）再生式）再生式受热面旋转式：受热面旋转式：由转子和固定外壳组成由转子和固定外壳组成:扇形板扇形板扇形隔板扇形隔板受热面板形受热面板形烟气烟气空气空气空气空气按传动结构分：按传动结构分：受热面旋转式和风罩旋转式。受热面旋转式和风罩旋转式。固定外壳：固定外壳：转子流转子流通截面分成烟气通通截面分成烟气通道，和空气通道。道，和空气通道。转子：转子：许多扇形小许多扇形小块块分成几个仓格分成几个仓格内装波形板；内装波形板；14r/min；2）再生式受热面旋转式：由转子和固定外壳组成:扇形板扇68第五节第五节 换热器换热器作用：将热量从高温流体传给低温流体。作用：将热量从高温流体传给低温流体。一、分类一、分类按冷热流体接触方式分：按冷热流体接触方式分：间壁式，直接接触式，蓄热式间壁式，直接接触式，蓄热式循环水循环水冷却塔冷却塔喷淋喷淋装置装置冷却风冷却风冷空气冷空气1直接接触式：直接接触式：循环水自塔顶喷淋而下循环水自塔顶喷淋而下冷空气冷空气自下而上直接接触自下而上直接接触将水的热量将水的热量传给空气加热传给空气加热使用范围有限使用范围有限多数情况下，不允许冷热流体直多数情况下，不允许冷热流体直接接触。接接触。不常能。不常能。第五节 换热器作用：将热量从高温流体传给低温流体。循环水冷692间壁式：间壁式：热流体热流体通过固体壁通过固体壁将热量传给冷流体。将热量传给冷流体。如，省煤器、过热器、空气预热器等如，省煤器、过热器、空气预热器等。3蓄热式：利用蓄热式：利用固体材料固体材料的蓄热作用，先让热流体的蓄热作用，先让热流体流过固体壁，使热量由热流体传给固体壁；然后流过固体壁，使热量由热流体传给固体壁；然后冷流体流过固体壁，将固体壁的热量传给冷流体。冷流体流过固体壁，将固体壁的热量传给冷流体。适用于流量大的气适用于流量大的气气换热场合。气换热场合。如如 空气预热器空气预热器2间壁式：70二、间壁式换热器的形式及基本构造二、间壁式换热器的形式及基本构造分类方法：分类方法：n按作用分：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器按作用分：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器;n按工作介质及其聚集状态换热器分为：按工作介质及其聚集状态换热器分为：汽汽液、液液、液液，气液，气液，气液，气气，汽气，汽气气n按工作流体的流动方向分为：按工作流体的流动方向分为：顺流、逆流、错流、混流顺流、逆流、错流、混流 n按流程数分为：单程和多程换热器按流程数分为：单程和多程换热器n按传热表面几何形状分为：按传热表面几何形状分为：管管壳壳式式、盘盘管管式式、螺螺旋旋板板式式、板板式式、板板翘翘式式、翘翘片片管式、热管式、针形、蜂窝形、混合式等。管式、热管式、针形、蜂窝形、混合式等。二、间壁式换热器的形式及基本构造分类方法：71分类方法之二、三分类方法之二、三顺流顺流逆流逆流错流错流逆错流逆错流先顺后逆先顺后逆平行流平行流先逆后顺先逆后顺串联混流串联混流单程管壳式单程管壳式多程管壳式多程管壳式分类方法之二、三顺流逆流错流逆错流先顺后逆平行流先逆后顺串联72分类方法之四分类方法之四盘管式盘管式螺旋板螺旋板式式板式板式板翘式板翘式翘片式翘片式分类方法之四盘管式螺旋板式板式板翘式翘片式73（续）热管式热管式针形针形蜂窝形蜂窝形组合形组合形（续）热管式针形蜂窝形组合形74管壳式结构形式管壳式结构形式固定管板式固定管板式双套管式双套管式U形管式浮头式浮头式管壳式结构形式固定管板式双套管式U形管式浮头式75三、三、换热器传热计算的基本公式换热器传热计算的基本公式基本公式：传热方程和热平衡方程基本公式：传热方程和热平衡方程传热方程：传热方程：热平衡方程：热平衡方程：:冷热流体间的传热量冷热流体间的传热量；K：传热系数；：传热系数；F：传热面积；：传热面积；t：冷热流体的平均温差；：冷热流体的平均温差；c2、c1:冷热流体的热容量；冷热流体的热容量；:换热器热效率换热器热效率=0.98。：冷热流体进、出口温度：冷热流体进、出口温度 1、1、2、2tttt 三、换热器传热计算的基本公式基本公式：传热方程和热平衡方程176n换热效率：换热效率：热容量热容量c=qm cv W/K qm：质量流量；：质量流量；cv：定容比热：定容比热冷物体获得的热量热物体释放的热量冷热流体的温度变化冷热流体的温度变化:与换热器的结与换热器的结构构F和传热系和传热系数数K有关。有关。即传热量即传热量 换热效率：热容量c=qmcv W/K冷物体获得的热量77l传热系数传热系数K：对管壳式：对管壳式：1、2：热冷流体的换热系数；：热冷流体的换热系数；：换热器壁厚；：换热器壁厚；：热导率。：热导率。对高温气体，换热器内存在对流和辐射换热，对高温气体，换热器内存在对流和辐射换热，故，需同时考虑，即：故，需同时考虑，即：d：对流换热系数；：对流换热系数；f：辐射换热系数：辐射换热系数21111 l l +=Kfd +=流动方向、材料等有关l换热器结构换热器结构F：决定冷热流体的接触面积或长度：决定冷热流体的接触面积或长度传热系数K：对管壳式：21111alda+=Kfdaaa+78n接触面积接触面积F ，接触时间长，传热量，接触时间长，传热量，t 影响：传热效率影响：传热效率 换热器材料的高温耐久性换热器材料的高温耐久性 冷热流体流动方向冷热流体流动方向影响传热系数影响传热系数K顺流式：顺流式：K，传热效率传热效率，t 换热器高温耐久性换热器高温耐久性，工作温度，工作温度 逆流式：逆流式：K ，传热效率，传热效率，t 换热器高温耐久性换热器高温耐久性，工作温度，工作温度 接触面积F ，接触时间长，传热量，t 顺流式：K791对流换热系数对流换热系数1）流体管内流动）流体管内流动 层流：层流：努塞尔数：努塞尔数：，：管内对流换热系数；：管内对流换热系数；d：管内径；：管内径；：管内流体热导率。：管内流体热导率。雷诺数：雷诺数：，:管内流速，管内流速，:运动粘度运动粘度普朗特数：普朗特数：，：管内流体密度，：管内流体密度，cp：管内流体定压比热。：管内流体定压比热。：管内流体平均温度下的粘度和平均壁温下：管内流体平均温度下的粘度和平均壁温下的粘度。的粘度。l：管长：管长14.0)/(3/1)/(3/1)(86.1wfldrPeRuNm mm m=l l/duN=u u/deR=l lr r/pceP=wfm mm m,1对流换热系数1）流体管内流动14.0)/(3/1)/(380湍流：湍流：流体加热时，流体加热时，n=0.4；流体被冷却时，；流体被冷却时，n=0.3。2）流体定向冲刷管束）流体定向冲刷管束根根据据流流体体纵纵向向或或横横向向冲冲刷刷管管束束、以以及及管管子子形形状状的的不不同，分别采用不同的计算公式。同，分别采用不同的计算公式。对横向冲刷顺列管束：对横向冲刷顺列管束：平均温压下的热导率；：平均温压下的热导率；Cs：管束相对节距影响的修正系数，：管束相对节距影响的修正系数，Ca：气体行程方向上管排数的修正系数。查表计算：气体行程方向上管排数的修正系数。查表计算nrPeRuN8.0023.0=33.065.02.0rPeRdaCsCdl l=完湍流：nrPeRuN8.0023.0=33.065.02.081n2辐射换热系数2辐射换热系数82四四、换热器设计计算的基本方法、换热器设计计算的基本方法n 基本方程：传热方程和热平衡方程（前述）基本方程：传热方程和热平衡方程（前述）n 换换热热器器设设计计计计算算有有两两种种方方法法：平平均均温温差差法法和和效效能能传热单元数法。传热单元数法。n1平均温差法：主要用于设计计算，平均温差法：主要用于设计计算，n 步骤：步骤：q1）根根据据已已知知条条件件，由由热热平平衡衡方方程程式式求求出出冷冷热热流体中另以个未知温度和传热量；流体中另以个未知温度和传热量；q2）由由冷冷热热流流体体4个个进进出出口口温温度度，求求出出传传热热的的平均温差。平均温差。q3）求求出出传传热热系系数数K，然然后后用用传传热热方方程程求求传传热热面积面积F。四、换热器设计计算的基本方法 基本方程：传热方程和热平衡方832效能效能传热单元数法（法）：主要用于校对。传热单元数法（法）：主要用于校对。n1)换换热热器器效效能能：实实际际换换热热量量与与最最大大可可能能换换热热量量之比。即之比。即n n n：由热平衡方程求得；因：由热平衡方程求得；因n 由由热热二二定定律律，换换热热过过程程中中，热热流流体体温温度度最最低低只只能能降降低低到到冷冷流流体体的的入入口口温温度度；而而冷冷流流体体温温度度最最高高只能升至热流体入口温度。只能升至热流体入口温度。n ：C1，C2中取小值。中取小值。n 当当 时，时，；n 当当 时，时，fmax e e=)21(minmaxttC-=minC1minCC=2111)21(1)11(11ttttttCttC-=-=e e2minCC=2122)21(2)22(22ttttttCttC-=-=e e2效能传热单元数法（法）：主要用于校对。fmaxfe=f842）传热单元数）传热单元数当当传传热热系系数数K为为定定值值，不不考考虑虑热热损损失失时时由由热热平平衡衡方方程：程：改写成：改写成：，或，或 把数群把数群 ，定义为传热单元数。即，定义为传热单元数。即 3）效能与传热单元数之间的关系）效能与传热单元数之间的关系 顺流时：顺流时：逆流时：逆流时：。其中，其中，具体计算时可查表。具体计算时可查表。)22(2)21(1ttCttCtKF-=-=tttCKF -=111tttCKF -=222minCKFminCKFNTU=cRcRNTU+-=1)1(exp1e e)1(1)1(exp1cRNTUezpcRcRNTU-=e emaxminCCcR=2）传热单元数当传热系数K为定值，不考虑热损失时由热平衡方程85