9、炉内辐射传热计算解析

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,L/O/G/O,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,第九章 炉内辐射传热计算,第九章 炉内辐射传热计算,第一节 炉内辐射传热的根本概念,一、物体的辐射,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向所放射的各种波长能量的总和。对于黑体和灰体,T、温度和黑度,气体辐射,透热气体：无发射和吸收辐射能能力的气体,空气、,H,2,、,O,2,、,N,2,等,吸收性气体：有发射和吸收辐射能力的气体,O,3,、,H,2,O,、,CO,2,、,SO,2,、,CO,等,Y,N,气体辐射的特点CO2、H2O：,气体辐射对波长有选择性， CO2、H2O各有三个位于红外线光带的区间具有辐射和吸取的本事。气体一般不能做灰体假设；,气体辐射在整个容积中进展，与气体的在容器中的分子数目和容器的外形和容积有关。,第九章 炉内辐射传热计算,二、介质的吸取率和黑度,气体光谱辐射强度的减弱规律贝尔定律,辐射能通过吸取性气体层，不断被气体吸取而减弱。减弱的程度取决于辐射强度和气体分子数目。,贝尔定律,：光谱辐射强度呈指数规律衰减。,气体的光谱穿透比,气体的光谱反射比,气体的光谱发射率,x,dx,s,第九章 炉内辐射传热计算,二、介质的吸取率和黑度,介质的吸取率,ka炉内辐射介质的吸取衰减系数，m-1；S炉内辐射层有效厚度，m。,对于灰体，介质的黑度等于其吸取率,第九章 炉内辐射传热计算,二、介质的吸取率和黑度,第九章 炉内辐射传热计算,三、炉内火焰黑度,计算火焰黑度或吸取率时，考虑烟气中三原子气体、灰分颗粒和焦炭颗粒。,物体的入射辐射G：半球范围内从各个方向以各种波进步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承受入射辐射后的反射辐射,第九章 炉内辐射传热计算,四、入射辐射和有效辐射,两物体之间辐射热交换热流,T1、T2 高温顺低温两个平面确实定温度；,1 、2 两个平面的黑度。,其中 为系统黑度。,第九章 炉内辐射传热计算,五、两平行平面之间的辐射传热,一、炉内传热计算的根本任务,设计计算：依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：依据合理布置的受热面积，核算炉膛出口烟气温度是否合理。,第九章 炉内辐射传热计算,其次节 炉内辐射传热特点,二、炉内传热计算的简单性,在炉内不同地区放热量和吸热量的比例不同，造成各处烟温凹凸不一；,由于各地区烟气成分不同，各处的辐射介质的浓度不同；,各处高温介质的辐射力量不同；,参与辐射的物体有火焰烟气、水冷壁、炉墙等，且炉墙对外散热；,燃烧和传热两个过程是同时进展的，且燃烧是一个简单的物理化学过程；,同时存在着对流传热。,第九章 炉内辐射传热计算,三、炉内传热计算的简化和假设,把火焰当作灰体；假设火焰黑度是均匀的；,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，烟气所能到达的温度，称为理论燃烧温度；,只有传热无燃烧，完全听从辐射传热的规律。,承受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；,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，略去炉墙散热的影响用保热系数表示。,第九章 炉内辐射传热计算,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的平面；,与水冷壁相切的假想平面，即火焰的辐射面，也就是水冷壁承受火焰辐射的面积。,第九章 炉内辐射传热计算,考虑火焰辐射强度沿炉膛截面方向的减弱介质吸取和散射，两物体之间的辐射热交换热流,k总辐射减弱系数，k=(1.251.30)ka，近似取k=1.28ka ；,R炉膛的当量半径；,第九章 炉内辐射传热计算,一、炉内辐射传热公式,炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量1kg计算燃料计的炉内辐射传热量,F炉内水冷壁的吸取外表积，m2；,Bcal锅炉的计算燃料消耗量，kg/s；,定义syn为火焰综合黑度。,第九章 炉内辐射传热计算,第四节 煤粉锅炉炉内传热计算方法,炉内火焰和水冷壁之间的辐射传热量按计算燃料量计,第九章 炉内辐射传热计算,二、,火焰平均温度,T,1,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,伯劳赫的理论近似公式,第九章 炉内辐射传热计算,三、理论燃烧温度Tth,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到达的温度。1kg燃料的炉内有效热包括燃料的有效放热和随空气带入的热量,引入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炉膛出口温度区间内的平均热容。,第九章 炉内辐射传热计算,18,四、吸取减弱系数与火焰黑度,计算炉内辐射传热量时，煤粉燃烧火焰的吸取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局部组成，对于炉膛在常压p0.1MPa下工作的煤粉炉，其计算式为,第九章 炉内辐射传热计算,五、水冷壁灰污外表的壁温T2和黑度2,考虑水冷壁管子外外表的灰污，与炉内火焰辐射热交换的壁面温度T2,可以通过灰污外表温度T2和黑度2，利用式计算辐射传热量。也可以承受阅历方法简化计算。,第九章 炉内辐射传热计算,一、热有效系数和炉膛黑度,定义：,水冷壁的热有效系数,表示火焰假象平面与水冷壁平面之间辐射热交换热流,q,R,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,热有效系数,第九章 炉内辐射传热计算,第五节 炉内辐射传热计算的有效系数法,二、炉内传热计算公式,辐射传热量,烟气放热量,热平衡：炉内辐射传热量,=,炉内烟气放热量,第九章 炉内辐射传热计算,三、炉膛出口温度,利用伯劳赫的近似公式表示无量纲火焰温度和炉膛出口温度之间的关系，得到炉膛出口温度计算公式方法一,影响炉膛出口烟温的因素,锅炉负荷燃料量,燃料特性,过量空气系数,炉膛构造水冷壁面积,受热面的灰污,燃烧器及其布置,第九章 炉内辐射传热计算,炉膛有效容积的边界,水冷壁中心线所在的平面；,炉膛出口烟窗的平面 ；,冷灰斗高度中心点的平面。,第九章 炉内辐射传热计算,第六节 炉膛水冷壁构造特征,水冷壁面积、炉膛有效容积和辐射层有效厚度,第九章 炉内辐射传热计算,煤粉炉水冷壁热有效系数表9-3,炉膛水冷壁面积的平均热有效系数,假设水冷壁各局部污染程度不同如有卫燃带见表9-3,或水冷壁的角系数不同,炉膛出口烟窗考虑屏的辐射吸取,平均热有效系数,第九章 炉内辐射传热计算,第七节 水冷壁热有效系数,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即热负荷或热流密度,炉内热负荷沿炉膛高度、宽度、深度方向是不均匀的。炉内某一区段受热面的吸热量,1、依据试验值或阅历数据，确定该区域的热负荷不均匀系数i,2、计算该区局部热负荷,3、计算该区域的吸热量,第九章 炉内辐射传热计算,第八节 炉内热负荷的分布规律,水冷壁热负荷分布,图,9-8,沿炉膛高度的热负荷分布曲线,实线无烟煤、贫煤和烟煤；虚线褐煤,一、苏联1973年炉膛传热计算方法方法二,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的吸取和散射性能导致的减弱。,承受炉膛黑度由火焰黑度1计算和热有效系数作为计算参数,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。依据试验数据确定炉膛出口温度的计算公式。,第九章 炉内辐射传热计算,第九节 基于苏联,1973,年炉膛传热计算框架的方法,29,辐射传热量,烟气放热量,热平衡：炉内辐射传热量=炉内烟气放热量,依据试验数据的整理，得到炉内辐射传热的准则方程式,第九章 炉内辐射传热计算,30,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,影响因素,燃烧器的位置及摇摆角度,燃料性质,燃烧方式,计算公式,xb由式9-38、9-39计算,第九章 炉内辐射传热计算,31,二、基于前苏联1973年炉膛传热计算框架的方法方法三,通过对炉膛的火焰黑度进展修正，以考虑辐射沿射线行程的减弱,炉膛出口温度计算公式仍保持1973年方法方法二的形式,第九章 炉内辐射传热计算,炉膛传热计算的根本步骤,：炉膛构造尺寸。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.依据水冷壁的构造、燃料性质、燃烧方式求热有效系数av 。,4.依据燃烧器构造特性求xb方法一，或依据燃料特性和燃烧器构造求炉内介质的温度分布系数M方法二、三。,炉膛传热计算的根本步骤,5.求伴同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.假设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。,物体的自身辐射和有效辐射,炉膛火焰对水冷壁受热面的传热公式,理论燃烧温度及其计算。,煤粉火焰的辐射吸取减弱系数、火焰黑度火焰综合黑度及其计算。,炉膛黑度,水冷壁热有效系数？,炉膛出口温度的计算方法三个公式,本章小结,