加热炉传热计算和分析

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1、WORD文档下载可编辑模块一：炉膛内传热（前言：关于加热炉炉膛传热计算方法的研究已有100多年的历史，由于炉内传热过程复杂、相关因素很多，迄今为止,工程界和学术界关于炉膛内传热计算方法和模型各式各样、名目繁多。现选取部分加以综合归纳。）（一）　零维模型1.Hudson最早进行锅炉炉膛传热试验研究,并于1890年提出了锅炉炉膛传热计算的经验公式,后由Orrok加以修正,得到如下形式的经验关系式：（1）式中　——炉膛吸热率,%L——空气与燃料的质量比,kg/kgB——以优质烟煤为基准计算的燃料量,kg/h——辐射受热面投影面积,2.Mull

2、ikin根据辐射传热的Stefan-Boltzmann定律提出了如下形式的炉内辐射传热计算公式：（2）式中　——黑度e——Stefan-Boltzmann常数——火焰平均温度,K——壁面温度,KH——有效辐射受热面积,专业资料分享WORD文档下载可编辑3.前苏联中央汽轮机锅炉研究所(ЦКТИ)以ГУРВИЧ为首的研究小组在综合了大量的试验数据的基础上,提出了锅炉炉膛传热计算的半经验方法,称为ЦКТИ法。由于此方法当时在实际计算中有较高的准确性,于1957年和1973年2次写入前苏联锅炉机组热力计算标准方法中。按ЦКТИ方法,锅炉炉膛辐射

3、传热方程式为:（3）式中　——黑度——火焰平均温度,K——炉膛辐射传热面积,J——热有效系数假定火焰平均温度与理论燃烧温度和炉膛出口温度之间存在如下关系：（4）式中m,n——经验系数锅炉炉膛热平衡方程式为:（5）式中　——保热系数——计算燃烧量,kg/s——炉膛容积,——烟气平均比热,kJ/(kg·°C)联立式(3)和式(5),并整理成无因次准关系,由实验确定相应的经验系数,经转换得炉膛出口烟温的计算表达式:（6）专业资料分享WORD文档下载可编辑式中，M为与火焰中心相对高度有关的经验系数。除ЦКТИ法外,在前苏联,全苏热工研究院(ВТ

4、И)和苏联科学院动力研究所(ЗНИН)于1968年联合提出了一种锅炉炉膛传热计算方法,即ЗНИНВТИ法,并被列入1973年苏联锅炉机组热力计算标准方法中。4.我国锅炉制造行业一直沿用原苏联1957和1973年的热力计算标准中炉内传热计算方法,这些计算方法是以200～300t/h容量以下的锅炉炉内传热试验数据总结出来的,而且在数据整理过程中忽略了炉膛形状、煤的反应特性、一、二、三次风混合情况等因素的影响。另外,对煤灰粘污特性及燃烧产物的辐射特性的考虑也过于粗略。通过大量的现场试验和分析,已发现国内大多数400t/h锅炉发发生超温或欠温,

5、其原因是由于所沿用的苏联炉膛热力计算标准不准确。针对原苏联锅炉热力计算标准,КЕПДЫСЪ和бПОФ曾比较了958个炉膛出口烟温实测值与相应的计算值之间的偏差,发现偏差大于40°C的大约为40%,偏差大于60的大约为25%。我国研究人员在400t/h锅炉上的实践表明,炉膛几何形状,特别是高宽比对炉膛传热有很大的影响。对同样受热面积的炉膛,高宽比大的炉膛出口烟温低。我国后期设计的400t/h锅炉之所以普遍发生欠温现象,正是炉膛高宽比过大变得过于瘦高所致。曹汉鼎针对这一情况,建议在苏联炉膛热力计算方法的基础上加上炉膛高宽比修正,并成功地解决

6、了开封电厂SG50412型400t/h锅炉的欠温问题。鉴于原苏联锅炉热力计算标准中炉内传热计算方法不准确,原苏联的一些学者也提出了一些修正方法,如нагрузок等(1987)提出以计入炉膛辐射受热面热负荷()的方法对炉膛形状的影响进行修正:（7）5.最近的调查表明,我国在役的300MWe和600MWe容量级锅炉,其炉膛出口烟温普遍不同程度上偏离设计值。其中有计算方法的问题,也有煤质变化的问题。李永兴等[7]在对哈锅厂生产的大型锅炉的运行结果分析研究后,提出在古尔维奇方法的基础上,增加炉膛形状系数、煤的反应特性、煤粉细度修正因子。专业资

7、料分享WORD文档下载可编辑（二）　多维模型1.　区域法区域法是Hottel首先提出的,该方法实质上是计算表面间辐射交换的净辐射法的一种扩展。在区域法中,首先将封闭空腔划分为被称为“区域”的若干体元和面元,并假定每一区域的温度和辐射物性均匀一致,然后计算每两个区域之间的直接辐射交换,最后得到每个区域的净辐射热流。区域法对无散射的辐射问题有比较好的计算精度,但它需要计算并储存大量的交换面积参数。对于尺寸较大的燃烧室,为了完成任何有实际意义的解,需要极多的计算时间和内存。正是由于这个原因,对于需联立流动和燃烧的辐射传热计算问题来说,不推荐这

8、种方法。2.　蒙特卡洛法蒙特卡洛法作为一种概率模拟方法,自Howell将其引入到辐射传热计算领域中以来,已有很长的一段历史。其基本思想是对微元体的发射、吸收和散射以及边界壁面的发射、吸收和反射过程作概率模拟