第九章-炉内辐射传热计算课件

中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment锅炉热力计算水循环计算管内工质流动阻力计算通风计算强度计算炉墙和构架计算锅炉计算锅炉计算1中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment内容：燃料的燃烧计算热平衡计算炉膛传热计算对流受热面传热计算基本原理能量平衡热平衡整体平衡局部平衡传热的基本原理：辐射、对流、导热锅炉热力计算锅炉热力计算2中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment基本方法采用半经验的方法如：前苏联“全苏热工研究所和中央锅炉汽轮机研究所”编写的锅炉机组热力计算标准(1973)锅炉热力计算锅炉热力计算3中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第九章第九章 炉内辐射传热计算炉内辐射传热计算4中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment一、炉内传热计算的基本任务设计计算：根据合理选定的炉膛出口烟温，确定炉内所需布置的受热面积。校核计算：根据合理布置的受热面积，核算炉膛出口烟气温度是否合理。5中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment一、炉内传热计算的复杂性一、炉内传热计算的复杂性在炉内不同地区放热量和吸热量的比例不同，造成各在炉内不同地区放热量和吸热量的比例不同，造成各处烟温高低不一；处烟温高低不一；由于各地区烟气成分不同，各处的辐射介质的浓度不由于各地区烟气成分不同，各处的辐射介质的浓度不同；同；各处高温介质的辐射能力不同；各处高温介质的辐射能力不同；参加辐射的物体有火焰（烟气）、水冷壁、炉墙等，参加辐射的物体有火焰（烟气）、水冷壁、炉墙等，且炉墙对外散热；且炉墙对外散热；燃烧和传热两个过程是同时进行的，且燃烧是一个复燃烧和传热两个过程是同时进行的，且燃烧是一个复杂的物理化学过程；杂的物理化学过程；同时存在着对流传热。同时存在着对流传热。第一第一 三三节节 炉内辐射传热的特点和计算原理炉内辐射传热的特点和计算原理6中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment二、炉内传热计算的简化和假设二、炉内传热计算的简化和假设把火焰当作把火焰当作灰体灰体；假设火焰黑度是均匀的；假设火焰黑度是均匀的；将燃烧和辐射两个过程分开：将燃烧和辐射两个过程分开：只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所只有燃烧无传热，燃烧产生的热量全部用来加热烟气，烟气所能达到的温度，称为能达到的温度，称为理论燃烧温度理论燃烧温度；只有传热无燃烧，完全服从只有传热无燃烧，完全服从辐射传热辐射传热的规律。的规律。采用火焰的平均温度代替火焰的真实温度；采用火焰的平均温度代替火焰的真实温度；用炉膛出口烟温作为定性温度；用炉膛出口烟温作为定性温度；略去对流传热的影响；略去对流传热的影响；炉墙对辐射传热的影响放到角系数中一并考虑，略去炉墙对辐射传热的影响放到角系数中一并考虑，略去炉墙散热的影响（用保热系数表示）。炉墙散热的影响（用保热系数表示）。第一第一 三三节节 炉内辐射传热的特点和计算原理炉内辐射传热的特点和计算原理7中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment炉内辐射换热就近似为两个灰体之间的辐射换热炉内辐射换热就近似为两个灰体之间的辐射换热包围炉膛有效容积的炉墙面，以水冷壁中心线所包围包围炉膛有效容积的炉墙面，以水冷壁中心线所包围的平面；的平面；与水冷壁相切的假想平面，即火焰的辐射面，也就是与水冷壁相切的假想平面，即火焰的辐射面，也就是水冷壁接受火焰辐射的面积。水冷壁接受火焰辐射的面积。第一第一 三三节节 炉内辐射传热的特点和计算原理炉内辐射传热的特点和计算原理8中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment两平行平面之间的辐射传热两平行平面之间的辐射传热一、物体的辐射一、物体的辐射物体的自身辐射物体的自身辐射是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方是指单位面积该物体在半球形范围内向各个方向所发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体向所发射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体 T、温度和黑度温度和黑度；9中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment两平行平面之间的辐射传热两平行平面之间的辐射传热二、炉内辐射介质（火焰）的吸收率和黑度二、炉内辐射介质（火焰）的吸收率和黑度炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构炉内火焰的辐射介质：由烟气中的三原子气体和固体颗粒构成。成。三原子气体：三原子气体：CO2和和H2O固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒固体颗粒：灰分颗粒和焦炭或炭黑颗粒根据朗伯根据朗伯-比尔定律，比尔定律，介质的吸收率介质的吸收率ka炉内辐射介质的吸收衰减系数，炉内辐射介质的吸收衰减系数，m-1；S炉内辐射层有效炉内辐射层有效厚度，厚度，m。对于灰体，介质的黑度等于其吸收率对于灰体，介质的黑度等于其吸收率10中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment两平行平面之间的辐射传热两平行平面之间的辐射传热三、三、炉内火焰黑度炉内火焰黑度 1计算火焰黑度或吸收率时，计算火焰黑度或吸收率时，考虑烟气中三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗考虑烟气中三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒粒。四、入射辐射和有效辐射四、入射辐射和有效辐射物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波长进入该物体单位面积的辐射能的总合，kW/m2。物体的有效辐射：包括物体的自身辐射和物体接受入射辐射后的反射辐射11中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment两平行平面之间的辐射传热两平行平面之间的辐射传热五、五、两个无限大平行平面（灰体）之间的辐射传热两个无限大平行平面（灰体）之间的辐射传热两物体之间辐射热交换热流两物体之间辐射热交换热流T1、1火焰平均温度和火焰黑度火焰平均温度和火焰黑度；T2、2水冷壁表面温度和黑度水冷壁表面温度和黑度。其中其中 为系统黑度。为系统黑度。12中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment两平行平面之间的辐射传热两平行平面之间的辐射传热考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱（第三节），（第三节），两物两物体之间的辐射热交换热流体之间的辐射热交换热流 k总辐射减弱系数，总辐射减弱系数，k=(1.25 1.30)ka，近似取，近似取k=1.28ka；R炉膛的当量半径炉膛的当量半径；13中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第四节第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法煤粉锅炉炉内传热计算方法一、炉内辐射传热公式一、炉内辐射传热公式炉内火焰和水冷壁之间的炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量辐射传热量（1kg计算燃料计计算燃料计的炉内的炉内辐射传热量）辐射传热量）F炉内水冷壁的吸收表面积，炉内水冷壁的吸收表面积，m2；Bcal锅炉的计算燃料消耗量，锅炉的计算燃料消耗量，kg/s；定义定义 syn为为火焰综合黑度火焰综合黑度。14中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment炉内辐射传热量炉内辐射传热量炉内火焰和水冷壁之间的炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量辐射传热量（按（按计算燃料量计计算燃料量计）15中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第四节第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法煤粉锅炉炉内传热计算方法二、二、火焰平均温度火焰平均温度T1炉内火焰平均温度和炉膛出口烟温用与理论燃烧温度之间比值的无量刚温炉内火焰平均温度和炉膛出口烟温用与理论燃烧温度之间比值的无量刚温度表示度表示伯劳赫的理论近似公式伯劳赫的理论近似公式 16中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第四节第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法煤粉锅炉炉内传热计算方法三、三、理论燃烧温度理论燃烧温度Tth理论燃烧温度理论燃烧温度是在绝热条件下燃料燃烧所产生的热量可将燃烧产物加热达是在绝热条件下燃料燃烧所产生的热量可将燃烧产物加热达到的温度。到的温度。1kg燃料的炉内有效热（包括燃料的有效放热和随空气带入燃料的炉内有效热（包括燃料的有效放热和随空气带入的热量）的热量）引入引入烟气平均热容烟气平均热容的概念计算理论燃烧温度：炉内烟气在理论燃烧温度至的概念计算理论燃烧温度：炉内烟气在理论燃烧温度至炉膛出口温度区间内的平均热容。炉膛出口温度区间内的平均热容。17中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第四节第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法煤粉锅炉炉内传热计算方法四、四、吸收减弱系数与火焰黑度吸收减弱系数与火焰黑度计算炉内辐射传热量（式计算炉内辐射传热量（式9-34）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰黑）时，煤粉燃烧火焰的吸收减弱系数和火焰黑度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常压度，由三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒三部分组成，对于炉膛在常压（p0.1MPa）下工作的煤粉炉，其计算式为）下工作的煤粉炉，其计算式为 18中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第四节第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法煤粉锅炉炉内传热计算方法五、水冷壁灰污表面的壁温五、水冷壁灰污表面的壁温T2和黑度和黑度 2考虑水冷壁管子外表面的灰污，与炉内火焰辐射热交换的壁面温度考虑水冷壁管子外表面的灰污，与炉内火焰辐射热交换的壁面温度T2可以通过灰污表面温度可以通过灰污表面温度T2和黑度和黑度 2，利用式（，利用式（9-34）计算辐射传热量。也可）计算辐射传热量。也可以以采用经验方法简化计算采用经验方法简化计算。19中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第五节第五节 炉内辐射传热计算的热有效系数法炉内辐射传热计算的热有效系数法一、热有效系数和炉膛黑度一、热有效系数和炉膛黑度定义：定义：水冷壁的热有效系数水冷壁的热有效系数 表示火焰假象平面与水冷壁平面之表示火焰假象平面与水冷壁平面之间辐射热交换热流间辐射热交换热流qR占火焰有效辐射热流的份额，则占火焰有效辐射热流的份额，则炉膛黑度和火焰综合黑度的关系炉膛黑度和火焰综合黑度的关系热有效系数热有效系数20中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第五节第五节 炉内辐射传热计算的热有效系数法炉内辐射传热计算的热有效系数法二、炉内传热计算公式二、炉内传热计算公式辐射传热量辐射传热量烟气放热量烟气放热量热平衡：炉内辐射传热量热平衡：炉内辐射传热量=炉内烟气放热量炉内烟气放热量21中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第五节第五节 炉内辐射传热计算的热有效系数法炉内辐射传热计算的热有效系数法三、炉膛出口温度三、炉膛出口温度利用伯劳赫的近似公式（利用伯劳赫的近似公式（9-37）表示无量纲火焰温度和炉膛出口温度之）表示无量纲火焰温度和炉膛出口温度之间的关系，得到间的关系，得到炉膛出口温度计算公式炉膛出口温度计算公式方法一方法一影响炉膛出口烟温的因素影响炉膛出口烟温的因素锅炉负荷（燃料量）锅炉负荷（燃料量）燃料特性燃料特性过量空气系数过量空气系数炉膛结构（水冷壁面积）炉膛结构（水冷壁面积）受热面的灰污受热面的灰污燃烧器及其布置燃烧器及其布置22中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第六节第六节 炉膛水冷壁结构特征炉膛水冷壁结构特征炉膛有效容积的边界炉膛有效容积的边界水冷壁中心线所在的平面；水冷壁中心线所在的平面；炉膛出口（烟窗）的平面炉膛出口（烟窗）的平面 ；冷灰斗高度中心点的平面。冷灰斗高度中心点的平面。23中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第六节第六节 炉膛水冷壁结构特征炉膛水冷壁结构特征水冷壁面积、炉膛有效容积和辐射层有效厚度水冷壁面积、炉膛有效容积和辐射层有效厚度24中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第七节第七节 水冷壁热有效系数水冷壁热有效系数煤粉炉水冷壁热有效系数煤粉炉水冷壁热有效系数（表（表9-3）炉膛水冷壁面积的平均热有效系数炉膛水冷壁面积的平均热有效系数 如果水冷壁各部分污染程度不同（如有卫燃带）（见表如果水冷壁各部分污染程度不同（如有卫燃带）（见表9-3）或或水冷壁的角系数水冷壁的角系数不同不同炉膛出口烟窗炉膛出口烟窗考虑屏的辐射吸收考虑屏的辐射吸收平均热有效系数平均热有效系数25中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第八节第八节 炉内热负荷的分布规律炉内热负荷的分布规律炉内水冷壁的总吸热量炉内水冷壁的总吸热量炉内水冷壁单位面积的平均吸热量炉内水冷壁单位面积的平均吸热量（即（即热负荷热负荷或热流密度）或热流密度）炉内热负荷炉内热负荷沿炉膛高度沿炉膛高度、宽度、深度方向是不均匀的。炉内、宽度、深度方向是不均匀的。炉内某一区段受热面的吸热量某一区段受热面的吸热量根据试验值或经验数据，确定该区域的热负荷不均匀系数根据试验值或经验数据，确定该区域的热负荷不均匀系数 i计算该区局部热负荷计算该区局部热负荷计算该区域的吸热量计算该区域的吸热量26中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第九节第九节 基于前苏联基于前苏联19731973年炉膛传热计算框架的方法年炉膛传热计算框架的方法一、前苏联一、前苏联1973年炉膛传热计算方法年炉膛传热计算方法方法二方法二不考虑炉内火焰的辐射能在向水冷壁面传递过程中辐射强度因介质不考虑炉内火焰的辐射能在向水冷壁面传递过程中辐射强度因介质的吸收和散射性能导致的减弱。的吸收和散射性能导致的减弱。采用炉膛黑度（由火焰黑度采用炉膛黑度（由火焰黑度 1计算）和热有效系数计算）和热有效系数作为计算参数作为计算参数 不单独计算炉膛火焰的平均温度，认为火焰平均温度（以无量纲温不单独计算炉膛火焰的平均温度，认为火焰平均温度（以无量纲温度表示）与表征炉膛热负荷的波尔滋曼准则数、炉膛黑度、炉内火度表示）与表征炉膛热负荷的波尔滋曼准则数、炉膛黑度、炉内火焰最高温度位置和无量纲炉膛出口温度等有关。焰最高温度位置和无量纲炉膛出口温度等有关。根据试验数据确定根据试验数据确定炉膛出口温度的计算公式炉膛出口温度的计算公式。27中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第九节第九节 基于前苏联基于前苏联19731973年炉膛传热计算框架的方法年炉膛传热计算框架的方法辐射传热量辐射传热量烟气放热量烟气放热量热平衡：炉内辐射传热量热平衡：炉内辐射传热量=炉内烟气放热量炉内烟气放热量根据试验数据根据试验数据的整理，得到炉内辐射传热的准则方程式的整理，得到炉内辐射传热的准则方程式28中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第九节第九节 基于前苏联基于前苏联19731973年炉膛传热计算框架的方法年炉膛传热计算框架的方法炉内介质温度分布系数炉内介质温度分布系数M考虑炉内火焰最高温度相对位置的参数考虑炉内火焰最高温度相对位置的参数影响因素影响因素燃烧器的位置（及摆动角度）燃烧器的位置（及摆动角度）燃料性质燃料性质燃烧方式燃烧方式计算公式计算公式xb由式（由式（9-38）、（）、（9-39）计算）计算29中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第九节第九节 基于前苏联基于前苏联19731973年炉膛传热计算框架的方法年炉膛传热计算框架的方法二、基于前苏联二、基于前苏联1973年炉膛传热计算框架的方法年炉膛传热计算框架的方法方法三方法三通过对炉膛的火焰黑度进行修正通过对炉膛的火焰黑度进行修正，以考虑辐射沿射线行程的，以考虑辐射沿射线行程的减弱减弱炉膛出口温度计算公式仍保持炉膛出口温度计算公式仍保持1973年方法年方法方法二方法二的形式的形式30中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment炉膛传热计算的基本步骤炉膛传热计算的基本步骤已知：炉膛结构尺寸。求：炉膛的出口烟温计算过程：1.由燃料计算求得烟气特性表和焓温表，由热平衡计算得到计算燃料量Bcal和保热系数。2.求炉膛受热面积F、炉膛的有效容积Vf、燃烧器的相对高度xB和有效辐射层厚度S。3.根据水冷壁的结构、燃料性质、燃烧方式求热有效系数av。4.根据燃烧器结构特性求xb方法一，或根据燃料特性和燃烧器结构求炉内介质的温度分布系数M方法二、三。31中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment炉膛传热计算的基本步骤炉膛传热计算的基本步骤5.求随同1kg燃料带入炉内的有效热量Qfef和理论燃烧温度Tth.。6.假设炉膛出口烟温Tf，由焓温表查的烟气焓。7.求平均热容。8.求三原子气体的辐射减弱系数kgr、灰粒辐射减弱系数kashash、焦炭颗粒辐射减弱系数kcokcok。9.求炉内介质的辐射减弱系数ka。10.求火焰黑度1方法二或综合火焰黑度1方法一、三。11.求炉膛黑度f方法二或fsyn方法一、三。12.计算炉膛出口烟温Tf。13.若计算与假定值之差小于100，则计算结果符合要求，否则从第6步重新假设计算。32中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment1.物体的自身辐射和有效辐射物体的自身辐射和有效辐射2.炉膛火焰对水冷壁受热面的传热公式炉膛火焰对水冷壁受热面的传热公式3.理论燃烧温度及其计算理论燃烧温度及其计算。4.煤粉火焰的辐射吸收减弱系数、火焰黑度（火焰综合黑煤粉火焰的辐射吸收减弱系数、火焰黑度（火焰综合黑度）及其计算。度）及其计算。5.炉膛黑度炉膛黑度6.水冷壁热有效系数？水冷壁热有效系数？7.炉膛出口温度的计算方法（三个公式）炉膛出口温度的计算方法（三个公式）本章小结本章小结33p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日