锅炉本体的热力计算

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1、第七章锅炉本体的热力计算第一节炉膛传热过程与计算第二节对流受热面的传热计算第三节对流放热系数第四节辐射放热系数第五节平均温差第六节对流受热面传热计算方法提要锅炉本体热力计算的目的当锅炉然用燃料与设计燃料性质具有较大差别的时候,需要对锅炉进行热力校核计算，来核对炉膛出口温度、各对流换热面出口烟气温度以及过热器出口的过热蒸汽温度。某些情况下，为了提高锅炉的热效率或者出力，需要对其进行技术改造，加装尾部受热面等，这时候热力计算是技术改造的依据。锅炉需要配备鼓风机、引风机等通风装置，需要进行空气动力计算，热力计算是空气动力计算的基础。锅炉设

2、计的需要。第一节炉膛传热计算在炉膛内火焰与管内介质的换热主要依靠辐射换热，一般将对流换热忽略。计算辐射换热的公式是斯蒂芬波尔茨曼定律。具体计算方法可分为两类：直接计算辐射换热量；根据投射热计算换热量。我们主要以层燃炉的传热计算为主。要计算的问题：确定炉膛出口烟温？炉膛换热量？炉膛布置的水冷壁管数量是否合适？计算流体力学(CFD)上中下一、炉膛的几何特性炉子火床表面到炉膛出口烟窗之间的容积。底部是火床表面；四周以及顶部为水冷壁中心线表面（如水冷壁覆盖耐火材料，则为耐火材料向火表面）；没有布置水冷壁的部分为炉墙内表面；炉膛出口界面为出口

3、烟窗第一排管子中心线界面。包括炉膛容积、炉膛周界面积、有效辐射面积等等1.炉膛容积Vl炉排上的燃料层厚度一般取为150毫米。如果装有老鹰铁，则炉排长度计算到两者的接触点的垂直平面，如没老鹰铁，则到炉排末端。包括上述所有界面的总的封闭面积，即火床面积R、水冷壁面积、炉墙面积和出口烟窗面积。对于靠墙布置的水冷壁其表面积等于边界中心线间距与受热长度的乘积F=bl；对于双面受热的水冷壁，按照水冷壁面积的两倍计算F=2bl；炉膛周界总面积为Fl=R+Fbz，其中Fbz是除火床面积以外的其余炉膛周界总表面积。2.炉膛周界面积Fl(也称炉膛包覆面

4、积)水冷壁来完成，辐射受热面积是否等于水冷壁的表面积？向火一侧接受火焰辐射，背火一侧接受炉墙的反射辐射。能量投射份额（角系数）：角系数是一几何因子，取决于两辐射物体的相对位置和表面形状，可用几何方法求得。3.有效辐射受热面Hf水冷壁非连续平面，　　会有一部分热量穿过管间，又被炉墙反射到管子的背面，但并不是反射热的全部。管子接受辐射热的总热量：有效角系数：火焰投射到管壁受热面的总热量与投射到炉墙的热量之比。即3.有效辐射受热面Hf有效角系数与管子布置的关系单排光管水冷壁的X的数值与管子的相对节距S/d及管子中心线离开炉墙的相对距离e/

5、d有关。膜式水冷壁犹如管靠墙（S/d=1），x=1。层燃供热炉通常布置S/d＝2~2.5，e/d＝0.5～1.5，水冷壁管径51～60mm。快装锅炉常采用鳍片管或密布光管。煤粉炉炉膛温度较高，为防止喷燃器对面结渣，水冷壁管布置较紧密，S/d＝1.2～1.3，其余的1.5～1.6。烟窗管束的有效角系数炉膛出口烟窗对炉膛而言，x=1。对炉膛出口布置的管排而言，x不能认为为1，当出口管束为三排时，各排的热量分配为：因此，炉膛火焰对烟窗出口三排管束的有效角系数xgs为三排管子热量投射之和，即覆盖耐火涂层与耐火砖的水冷壁，辐射受热面计算：覆盖

6、耐火涂层时覆盖耐火砖时覆盖层的表面积，m2有效辐射总面积为：有效辐射表面积与水冷程度假设条件：水冷壁分布均匀；炉膛看作一个整体；火焰和炉壁物性均匀，灰体；炉墙绝热。二、炉膛传热的基本方程及炉膛黑度炉壁的有效辐射热火焰的有效辐射热二、炉膛传热的基本方程及炉膛黑度7－12水冷壁本身辐射:火焰本身辐射:式中al为炉膛的系统黑度：将Qb和Qh的关系数代入式7－12，有：也可写为：假定火床是黑体，其温度等于火焰平均温度。这样，火焰的本身辐射包括了火焰及火床两部分的辐射，即对于层燃炉，不仅有火焰的本身辐射，而灼热的火床表面也向水冷壁受热面辐射热

7、量。只是火床的辐射流在穿越炉膛空间时，会部分被火焰吸收，余下的再会投射到水冷壁受热面上。所以上式中的炉膛系统黑度仅适用于室燃炉。对层燃炉来说，需要进行修正。令，则可得可见，层燃炉炉膛的系统黑度是综合黑度，它不仅与火焰黑度ah、水冷壁壁面黑度ab有关，而且还与炉膛几何特性中水冷程度x、火床与炉壁面积之比ρ相联系。室燃炉炉膛的系统黑度：层燃炉而言，用代替上式中的ah层燃炉炉膛的系统黑度：具有辐射能力的介质是三原子气体、灰粒、焦炭粒等。在炉膛换热计算中，以平均火焰黑度为准，以炉膛出口处的烟温和成分作为计算依据。火焰黑度计算式：式中：k－火

8、焰辐射减弱系数，各辐射介质减弱系数的总和，1/(m.MPa)p－炉膛内介质压力，供热锅炉，为常压三、火焰黑度－有效辐射层厚度，m；对于炉膛：辐射减弱系数的求法燃烧固体燃料时，火焰减弱系数由三原子气体减弱系数、固体颗粒（灰粒和焦炭粒）减