第六章-锅炉本体热力计算汇总课件

,锅炉及锅炉房设备.,ppt,05/2003 Page,1,topic,第六章 锅炉本体热力计算,6.1,炉膛传热过程及计算,6.2,对流受热面的传热计算,6.3,对流放热系数,6.4,辐射,放热系数,返 回,6.5,平均温差,第六章 锅炉本体热力计算6.1炉膛传热过程及计算6.2,6.1,炉膛传热过程及计算,第六章,炉膛传热过程具有如下特点,炉膛内的传热过程是与燃料的燃烧过程同时进行的。,炉膛传热以辐射为主、对流所占比例很小。,火焰与烟气的温度在其行程上变化很大。,燃用不同燃料，火焰的辐射特性不同。,辐射受热面通常被灰污所包覆。,6.1 炉膛传热过程及计算 第六章炉膛传热过程具有,6.1,炉膛传热过程及计算,炉膛传热计算的任务在于：,确定炉膛辐射受热面的吸热量和炉膛出口烟气温度。为了应用传热学的基本原理计算炉内传热，特做如下假定：,把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时，则引入经验系数来考虑。,对流传热所占份额不大（,5,左右），计算时可忽略。,火焰辐射传热量按某一平均温度来计算。,不同的燃料采用不同的火焰黑度。,采用灰污系数修正。,一、炉膛传热基本方程式,炉膛的传热计算实际上是计算火焰与水冷壁间的辐射换热量，据斯一波公式有：,(,kw),第六章,6.1 炉膛传热过程及计算 炉膛传热计算的任务在于,6.1,炉膛传热过程及计算,另一方面，可从烟气侧列出热平衡方程式：,(,kw),二、有效辐射受热面,由于水冷管壁一般都是靠墙布置，只有曝光的一面受到火焰的辐射，而其背面只受到炉墙的反射辐射（炉壁假定为绝热面），所以不能完全利用。因此水冷壁辐射受热面积并不等于管子的外表面积。,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算 另一方面，可从烟气侧列出,6.1,炉膛传热过程及计算,设火焰向炉墙总的辐射热量为,。第一次投落在管子壁面上的热量为,则热量投射的份额为：,：,只与表面形状，两物体间几何位置相关，与温度无关的系数。,漏过到炉墙的热量为：,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算 第六章,6.1,炉膛传热过程及计算,经炉墙反射至水冷壁管的热量,经两次辐射至管子的热量为：,有：,有效角系数,炉膛辐射受热面积,H,f,在锅炉实行运行时，由于水冷壁被灰污包敷，使管壁积灰层表面温度升高，以致不能忽略管壁本身的辐射，也就导致水冷壁受热面吸热量的减少，为考虑积灰的影响我们引入水冷壁管的粘污系数。,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算 经炉墙反射至水冷壁管的热,6.1,炉膛传热过程及计算,综合考虑,和,的影响，引入热有效系数,举例说明灰污对传热的影响：,管内工质温度为,400,C,左右,若管壁为洁净，则管壁外表面温度等于工质温度,若管壁上积灰垢厚,0.5mm，0.1w/m,2,C,，此时管外壁灰表面温度为,900,1000,C,，因此管壁本身辐射就不能忽略；,三、火焰黑度（,）,在火焰黑度计算时有,：,假定,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算 第六章,6.1,炉膛传热过程及计算,火焰视为灰体，即,计算中所涉及到的温度和烟气成分以炉膛出口截面处为准。,在炉膛中，沿火焰行程,随着温度场的变化，火焰中具有辐射能力的成分如赤热焦炭粒，,RO,2,和碳黑粒子等也是变动的，并且随燃料种类，燃烧方式，燃烧工况的不同而不同，因此，炉膛沿火焰行程各处,是不同的,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算火焰视为灰体，即 第六章,6.1,炉膛传热过程及计算,例如：在燃用重油时，碳黑粒子,RO,2,火焰尾部黑度的变化是剧烈的，这是由于引起火焰发光的碳黑颗粒完全燃尽，到火焰末端仅仅是三厚子气体的辐射所致。而燃煤炉（焦炭、灰粒、,RO,2,）,的,变化则较平缓。,据传热学定义：,K：,火焰辐射减弱系数 1/,mmPa,p：,炉膛压力，供热锅炉,P=0.1MPa（,常压燃烧）,S,：,有效辐射层厚度：,燃用气体或液体燃料时：(主要辐射介子,RO,2,，,炭黑粒子）这时,是由发光部分黑度,和不发光部分黑度,6.1 炉膛传热过程及计算例如：在燃用重油时，碳黑粒子,6.1,炉膛传热过程及计算,第六章,m：,发光部分在火焰中所占份额,m,气体燃料,液体燃料,400,0.1,0.55,1200,0.6,1,1200,400,用插值法求取,6.1 炉膛传热过程及计算 第六章 m气体燃料液,6.1,炉膛传热过程及计算,三原子气体辐射减弱系数,炭黑粒子辐射减弱系数,2.,燃用固体燃料时（辐射介质,RO,2,焦炭粒子、灰粒）,灰粒辐射减弱系数,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算第六章,6.1,炉膛传热过程及计算,第六章,四、炉膛有效放热量与理论燃烧温度,对每,kg,完全燃烧的燃料,：,空气进入炉膛所代入的热量,有,ky:,无,ky:,炉膛理论燃烧温度（,）;是假定在绝热情况下将,作为烟气的理论焓而得的烟气理论,温度。,它是假定的温度，由于炉膛内有吸热，因此炉温始终是不能达到,，但它能定性反映真实炉温高低。,6.1 炉膛传热过程及计算 第六章四、炉膛有,6.1,炉膛传热过程及计算,五、炉膛黑度,假定水冷壁分布均匀，并以整个炉膛看作为一个整体，火焰和炉膛是物性均匀的灰体，炉墙又为绝热：,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算五、炉膛黑度第六章,6.1,炉膛传热过程及计算,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算第六章,6.1,炉膛传热过程及计算,六、炉膛出口烟气温度,在设计锅炉时，炉膛出口烟温的选择是一个重要问题，,一般是指炉膛出口处，进入对流管束前的温度。,的选择应根据以下两个要求进行,(1).,防止对流受热面结渣（针对固体燃料）,燃用固体燃炉时，若 取得过高，烟气中的灰处于熔化状态，遇到受热面管子就粘结在管子上，使管壁灰垢层温度升高，结渣就严重，最后逐步将烟道，从而影响锅炉的正常工作。,一般情况下取 不大于1005-1100,C,(2).,技术经济条件；（针对液体和气体燃料）,这是因为 的高低决定了锅炉中辐射受热面及对流受热面之间的热吸量比例。,因此 的选择与,Q,f,和,Q,d,比例有关,一般对燃油、气燃料，1200-1400,C,燃油选用下限，燃气选用上限。,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算六、炉膛出口烟气温度,6.1,炉膛传热过程及计算,七、炉膛传热计算步骤,炉膛传热计算可分为：校核计算：已知,，,校核,；,设计计算：已知,，计算,；,校核计算步骤：,根据已知的炉膛结构尺寸图，计算,、,、S,和水冷壁结构特性,计算,，,选定,和,，,并计算,（由焓温表示）,先假定,，求得,（,烟气平均热容量）,计算,和,计算 ，并同前假定的,相比较：,若误差,100,C,则应重新假定，直到两者误差,100,C,6.计算,（辐射散热面平均强度）,第六章,6.1 炉膛传热过程及计算七、炉膛传热计算步骤第六章,6.2 对流受热面的传热计算,一、对流受热面传热计算的基本公式,1.,热平衡方程式：,1)烟气侧：(,kJ/kg),2),工质侧：(,kJ/kg),空气预热器工质侧：,(,kJ/kg),2.,传热方程式：,(,kJ/kg),二、对流传热系数,K,的计算,影响因素：烟气、积灰、管壁、结垢和工质，包括对流、辐射和传导三种基本传热方式。,第六章,6.2 对流受热面的传热计算一、对流受热面传热计算的基本公,6.2 对流受热面的传热计算,式中：与 难以测定，在计算中一般以 、来,考虑灰污对管壁传热的影响。,1.,灰污系数 ,表示灰污引起的传热热阻的增加。,则：,只对燃用固体燃料的错列管束考虑灰污对管壁传热的影响。,对流管束、省煤器：因为 ，所以：,；,第六章,6.2 对流受热面的传热计算式中：与 难以测,6.2 对流受热面的传热计算,过热器：因为 很小，所以 很大；,错列管束横向冲刷时，与 、灰粒子分散度有关；,由图表分别查出 、和 按下式计算：,2,有效系数 ,表示受热面有灰污与无灰污时的传热系数之比,在缺 计算数据时；,燃用固体燃料的顺列管束；,燃用重油和气体燃料室，所有受热面(顺列管束、错列管束)；,小型锅炉的锅炉管束。,第六章,6.2 对流受热面的传热计算 过热器：因为 很小，所,6.2 对流受热面的传热计算,因为：；,则：,锅炉管束、省煤器：因为 很大，所以 。则,值可由查取。,第六章,6.2 对流受热面的传热计算 因为：；,6.2,对流受热面的传热计算,3.防渣管、对流过热器受热面,K,值计算,对每,m,2,对流受热面而言，管壁积灰层表面得到的热流密密度为,（,a）,（b）,对流换热密度；辐射热流密度,灰污层表面温度；管壁表面温度,（,c）,从式（,a）、（b）、（c）,可得,（,d）,6.2 对流受热面的传热计算3.防渣管、对流过热器受热面,6.2,对流受热面的传热计算,（,e）,（f）,将（,d）、（e）、（f）,相加得,（h）,6.2 对流受热面的传热计算（e）,6.2,对流受热面的传热计算,据对流换热方程式:,并取,则（,h）,将（,g）,代入（,h）,得,6.2 对流受热面的传热计算据对流换热方程式:,6.3,对流换热系数,一、横向冲刷管束时的,1、,横向冲刷错列管束时：,2、横向冲刷顺列管束时：,3、横向冲刷错列、顺列混合布置管束时：,6.3 对流换热系数一、横向冲刷管束时的,6.3,对流换热系数,二、纵向冲刷管束时的,管内流动：,矩形通道内流动：,矩形通道内有,Z,根管子,6.3 对流换热系数二、纵向冲刷管束时的,6.3,对流换热系数,三、横向纵向混合冲刷管束,对于中小型锅炉中，锅炉管束中常有被烟气混合冲刷的情况:,上式计算时必须遵循下面两个原则：,烟气流量和温度取整个管束的平均值；,流速应按横向和纵向分别计算；,四、平均流速和计算截面面积,6.3 对流换热系数三、横向纵向混合冲刷管束,6.3,对流换热系数,（一）.,V,的计算,对烟气：,对蒸汽或水：,（水或蒸汽流量；比容）,对空气：,（二）计算截面积,F,1.当烟气横向冲刷光管管束时：,6.3 对流换热系数（一）.V的计算,6.3,对流换热系数,2.烟气纵向冲刷：,管内纵向冲刷：,管外纵向冲刷：,3.烟道截面多处发生变化时,H,1、,H,2、.：,分别为各段受热面积；,F,1、,F,2、.：,分别为各段受热流通截面积；,6.3 对流换热系数2.烟气纵向冲刷：,6.3,对流换热系数,4.烟道截面渐变时：,5.,当节距发生变化时：,6.当,d,变化时：,6.3 对流换热系数4.烟道截面渐变时：,6.4,辐射换热系数,6.4 辐射换热系数,6.5,平均温差,6.5 平均温差,6.6 对流受热面传热计算方法提要,校核计算：,已知：受热面结构，、以及,求：、,先假定一个,查,（焓温表）,I,计算,用 ，计算出,水蒸汽表,求出 、,和工质流速：,a：,对水和蒸汽：,b：,对空气：,6.6 对流受热面传热计算方法提要校核计算：,6.6 对流受热面传热计算方法提要,计算,计算,根据具体情况选择 、,确定 、和,确定,确定,用式 计算,若防渣管 ，过热器 ，其他受热面 ，则,认为 的假设是合理的，否则重新假定 。,6.6 对流受热面传热计算方法提要计算,6.6 对流受热面传热计算方法提要,另：可采用图解法：,假定三个出口烟气温度：、；,求出三个 、；,三个 、；,6.6 对流受热面传热计算方法提要另：可采用图解法：,