1、锅炉原理锅炉原理 课件课件第九章第九章 炉膛传热计算炉膛传热计算炉内传热基本方程式炉内传热基本方程式炉膛水冷壁的面积及角系数炉膛水冷壁的面积及角系数炉膛黑度炉膛黑度炉内传热计算的相似理论方法炉内传热计算的相似理论方法炉膛热负荷分配炉膛热负荷分配炉内传热计算的目的炉内传热计算的目的l 确定炉膛出口烟气温度和炉膛的辐射传热量，以便进行对流受热面确定炉膛出口烟气温度和炉膛的辐射传热量，以便进行对流受热面的换热计算及锅炉热平衡校核的换热计算及锅炉热平衡校核u 炉内传热计算的目的炉内传热计算的目的u 炉内传热特性炉内传热特性l 燃料燃烧放热，火焰温度升高，在火焰中心区，达燃料燃烧放热，火焰温度升高，在火
2、焰中心区，达15001600摄氏度摄氏度l 高温烟气以辐射和对流方式将热量传给受热面（水冷壁及过热器，高温烟气以辐射和对流方式将热量传给受热面（水冷壁及过热器，灰垢），加热其中工质，福热传热量占灰垢），加热其中工质，福热传热量占95%l 炉膛出口处烟气被冷却到一定的温度炉膛出口处烟气被冷却到一定的温度炉内传热基本方程式炉内传热基本方程式l 把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时，引入把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时，引入经验系数予以考虑；经验系数予以考虑；l 炉内传热只考虑炉内传热只考虑辐射方式辐射方式的热交换，略去约占总换热量的热交换，略去约占总换热量5%的对流
3、的对流换热；换热；l 炉内的各物理量（温度、黑度和热负荷等）认为是均匀的；炉内的各物理量（温度、黑度和热负荷等）认为是均匀的；l 把与水冷壁相切的平面看作是火焰的辐射表面。这个平面既是火把与水冷壁相切的平面看作是火焰的辐射表面。这个平面既是火焰的辐射面，也是水冷壁接受火焰辐射的面积，称为水冷壁面积。焰的辐射面，也是水冷壁接受火焰辐射的面积，称为水冷壁面积。 u 对炉内辐射传热计算所作的假设对炉内辐射传热计算所作的假设u 火焰传给辐射受热面的热量火焰传给辐射受热面的热量 44012()()fliiQax FTT4420141()(1)liiTax F TTkW l 表示表示因受热面管壁污染而使其
4、吸热量降低的程度因受热面管壁污染而使其吸热量降低的程度l 污染系数的数值与燃料性质、燃烧工况、水冷壁的结构等因素有关，污染系数的数值与燃料性质、燃烧工况、水冷壁的结构等因素有关，推荐值见推荐值见表表10-1l 水冷壁污染越严重，水冷壁污染越严重， 越大，管壁灰污层反方向辐射越强，水冷壁越大，管壁灰污层反方向辐射越强，水冷壁吸收辐射热能力下降，污染系数减小。吸收辐射热能力下降，污染系数减小。u 污染系数污染系数42411TT 2Tu 热有效系数热有效系数401()fliiQax F Tiiixl 整个炉墙，应采用平均热有效系数整个炉墙，应采用平均热有效系数 iipjlFF炉内传热基本方程式炉内传
5、热基本方程式u 火焰和水冷壁之间的辐射交换公式火焰和水冷壁之间的辐射交换公式 401flpjlQaFT kW u 理论理论(绝热绝热)燃烧温度燃烧温度 l 假设假设1kg计算燃料在炉内完全燃烧产生的有效热量全部用于加热燃计算燃料在炉内完全燃烧产生的有效热量全部用于加热燃烧产物而不与炉壁发生热交换。在这种绝热状态下，燃烧产物所能达烧产物而不与炉壁发生热交换。在这种绝热状态下，燃烧产物所能达到的最高温度到的最高温度 l 对应的烟气焓对应的烟气焓 aTalhQu 炉膛出口烟温炉膛出口烟温l 高温烟气将热量传给水冷壁，至离开炉膛时烟气已被冷却到高温烟气将热量传给水冷壁，至离开炉膛时烟气已被冷却到100
6、0左右左右l 对应的烟气焓对应的烟气焓 lHlT炉内传热基本方程式炉内传热基本方程式u 烟气在炉内的放热量烟气在炉内的放热量 ()fjllQB QH ()jpjalBVCTTkW l 计算燃料消耗量计算燃料消耗量l 炉内有效放热量包括燃料及燃料燃烧所需空气送入的热量炉内有效放热量包括燃料及燃料燃烧所需空气送入的热量 l 保热系数，考虑炉膛内外部环境散热的系数保热系数，考虑炉膛内外部环境散热的系数l 燃烧产物的平均热容量燃烧产物的平均热容量 u 炉内辐射传热的基本方程式炉内辐射传热的基本方程式401()lpjljpjalaFTB VCTT kW l高温烟气（火焰）和水冷壁之间的辐射换热量应等于炉
7、内烟气的放热量高温烟气（火焰）和水冷壁之间的辐射换热量应等于炉内烟气的放热量 炉内传热基本方程式炉内传热基本方程式炉内传热计算的相似理论方法炉内传热计算的相似理论方法u 炉内传热计算方法炉内传热计算方法 l 炉内燃烧和传热复杂，辐射传热难以用纯理论方法进行计算炉内燃烧和传热复杂，辐射传热难以用纯理论方法进行计算l 大多数计算方法是应用大多数计算方法是应用相似理论原理相似理论原理，建立炉内各物理量之间的关，建立炉内各物理量之间的关系，并根据试验数据引进一些系数，得出半经验公式进行计算，即根系，并根据试验数据引进一些系数，得出半经验公式进行计算，即根据相似理论将炉内传热的基本方程式变换为据相似理论
8、将炉内传热的基本方程式变换为无因次相似准则方程式无因次相似准则方程式l 条件不同，简化数学模式的方法不同，炉膛传热计算方法不同条件不同，简化数学模式的方法不同，炉膛传热计算方法不同u 引入的无因次量引入的无因次量 11aTTllaTTl 无因次火焰平均温度无因次火焰平均温度l无因次炉膛出口烟气温度无因次炉膛出口烟气温度l 波尔兹曼常数准则波尔兹曼常数准则 030jpjpjlaB VCBFT u 炉内辐射换热的准则方程式炉内辐射换热的准则方程式 41010llaB 0.6000.60.60,lllBBfMMaBal 炉内辐射传热的基本方程式改写为炉内辐射传热的基本方程式改写为l 根据试验数据的整
9、理，可得到炉内辐射换热的准则方程式根据试验数据的整理，可得到炉内辐射换热的准则方程式 l M考虑炉内火焰最高温度相对位置的经验系数，与燃料的性质、考虑炉内火焰最高温度相对位置的经验系数，与燃料的性质、燃烧方式及燃烧器布置的相对高度等因素有关，煤粉炉的小于燃烧方式及燃烧器布置的相对高度等因素有关，煤粉炉的小于0.5 rMAB xx u 炉膛出口烟气温度计算式炉膛出口烟气温度计算式0.6301allpjlajpjTTaFTMBVC K 炉内传热计算的相似理论方法炉内传热计算的相似理论方法l 为了进行炉膛热力计算引进的对应火为了进行炉膛热力计算引进的对应火焰有效辐射的假想黑度，用以反映火焰焰有效辐射
10、的假想黑度，用以反映火焰与水冷壁受热面之间辐射热交换的关系。与水冷壁受热面之间辐射热交换的关系。l 室燃炉炉膛黑度与火焰黑度室燃炉炉膛黑度与火焰黑度 及热有效及热有效系数有关系数有关111(1)laaaa计算炉膛黑度的线算图计算炉膛黑度的线算图炉膛黑度炉膛黑度u 炉膛黑度炉膛黑度l 已绘成线算图，供计算中查用已绘成线算图，供计算中查用 1au 火焰黑度火焰黑度l 表示炉内高温介质的辐射能力表示炉内高温介质的辐射能力l 火焰黑度与火焰中有辐射能力的各种成分的组成及其在炉膛中的分火焰黑度与火焰中有辐射能力的各种成分的组成及其在炉膛中的分布有关，随燃料种类、燃烧方式和燃烧工况的不同而变化布有关，随燃
11、料种类、燃烧方式和燃烧工况的不同而变化l 炉膛传热计算中，采用的是平均火焰黑度炉膛传热计算中，采用的是平均火焰黑度u 火焰中四种具有辐射能力的成分火焰中四种具有辐射能力的成分l 三原子气体三原子气体: 三原子气体辐射和吸收带有选择性三原子气体辐射和吸收带有选择性l 焦炭颗粒焦炭颗粒: 煤粉颗粒中的水分和挥发份逸出后剩下的就是焦炭粒子煤粉颗粒中的水分和挥发份逸出后剩下的就是焦炭粒子l 灰颗粒灰颗粒: 焦炭粒子的可燃成分燃尽后就成为飞灰粒子焦炭粒子的可燃成分燃尽后就成为飞灰粒子l 炭黑颗粒炭黑颗粒: 燃料中的烃类化合物在高温下裂解而形成炭黑粒子燃料中的烃类化合物在高温下裂解而形成炭黑粒子炉膛黑度炉
12、膛黑度11kpSae u 计算火焰黑度的简化假设计算火焰黑度的简化假设12(10)11yhhk r kC CpSae u 不同燃料火焰黑度计算方法不同燃料火焰黑度计算方法l 固体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体、灰粒和焦碳粒子固体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体、灰粒和焦碳粒子 l 液体及气体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体及碳黑粒子液体及气体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体及碳黑粒子 11fbfamam al 无论固体、液体或气体的燃烧火焰均视作灰体；无论固体、液体或气体的燃烧火焰均视作灰体；l 火焰黑度均用公式火焰黑度均用公式 计算，其中总辐射减弱系数计算，其中总辐射减弱系数k是火
13、是火焰中各辐射成分辐射减弱系数的代数和；焰中各辐射成分辐射减弱系数的代数和；l 计算公式中涉及的温度、烟气成分等均以炉膛出口截面上的数据为准计算公式中涉及的温度、烟气成分等均以炉膛出口截面上的数据为准炉膛黑度炉膛黑度12(10)11yhhk r kC CpSae u 不同燃料火焰黑度计算方法不同燃料火焰黑度计算方法l 固体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体、灰粒和焦碳粒子固体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体、灰粒和焦碳粒子 l 液体及气体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体及碳黑粒子液体及气体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体及碳黑粒子 11fbfamam a三原子三原子气气体的辐射体的辐射减
14、弱系数减弱系数 三原子三原子气体总气体总容积份容积份额额灰分颗粒灰分颗粒的辐射减的辐射减弱系数弱系数烟气中飞烟气中飞灰浓度灰浓度煤焦浓度煤焦浓度影响的无影响的无因次量因次量压力与辐压力与辐射层有效射层有效厚度厚度发光部分发光部分火焰黑度火焰黑度发光火焰发光火焰程度系数程度系数不发光部分不发光部分火焰黑度火焰黑度炉膛黑度炉膛黑度u 水冷壁面积水冷壁面积lF炉炉膛膛有有效效容容积积示示意意图图炉膛水冷壁面积炉膛水冷壁面积l 是按包覆炉膛有效容积的炉膛面积计算的是按包覆炉膛有效容积的炉膛面积计算的l 敷设水冷壁敷设水冷壁: 边界为水冷壁中心线所在的平面或卫燃带的向火表面边界为水冷壁中心线所在的平面或
15、卫燃带的向火表面l未敷设水冷壁未敷设水冷壁: 炉墙的内表面；炉墙的内表面；l 炉膛出口烟窗炉膛出口烟窗: 屏式受热面、凝渣管第一排管子中心线的平面为边界；屏式受热面、凝渣管第一排管子中心线的平面为边界；l 有冷灰斗的炉子，炉膛下部的容积边界为冷灰斗的二等分水平面有冷灰斗的炉子，炉膛下部的容积边界为冷灰斗的二等分水平面 l 水冷壁的面积水冷壁的面积（布置水冷壁的炉墙面积），等于该水冷壁边界管（布置水冷壁的炉墙面积），等于该水冷壁边界管子中心线之间的距离子中心线之间的距离 与水冷壁管子的曝光长度的乘积与水冷壁管子的曝光长度的乘积Fbl()HFxu 水冷壁面积计算水冷壁面积计算l 炉内总辐射受热面积
16、炉内总辐射受热面积：x水冷壁的角系数水冷壁的角系数。2m2m炉膛水冷壁面积炉膛水冷壁面积l 表示火焰投射到炉壁上的热量落在水冷壁上的份额表示火焰投射到炉壁上的热量落在水冷壁上的份额l 几何量，取决于物体表面形状及相对位置，与表面温度、黑度无关。几何量，取决于物体表面形状及相对位置，与表面温度、黑度无关。l 对于光管水冷壁，角系数的大小取决于水冷壁的相对节距对于光管水冷壁，角系数的大小取决于水冷壁的相对节距s/d及管及管子与炉墙的相对节距子与炉墙的相对节距e/d。1-e/d1.4，考虑炉墙辐射；，考虑炉墙辐射；2- e/d =0.8，考虑炉墙辐射；，考虑炉墙辐射；3- e/d =0.5，考虑炉墙
17、辐射；，考虑炉墙辐射；4- e/d =0，考虑炉墙辐射；，考虑炉墙辐射；5- e/d0.5，不考虑炉墙辐射，不考虑炉墙辐射水水冷冷壁壁的的角角系系数数炉膛水冷壁角系数炉膛水冷壁角系数u 水冷壁角系数水冷壁角系数l 对于对于s/d=1的密集管子、膜式水冷壁及敷设卫燃带的水冷壁，由于的密集管子、膜式水冷壁及敷设卫燃带的水冷壁，由于火焰的所有辐射能均落到受热面或卫燃带上，角系数等于火焰的所有辐射能均落到受热面或卫燃带上，角系数等于1l 对于炉膛出口烟窗的屏式受热面、凝渣管，其第一排管子中心面应对于炉膛出口烟窗的屏式受热面、凝渣管，其第一排管子中心面应计入炉膛水冷壁面积之内。而火焰向炉膛出口烟窗发出的
18、能量不是落计入炉膛水冷壁面积之内。而火焰向炉膛出口烟窗发出的能量不是落在这些受热面上，就是落在其后的受热面上，因此，尽管这些管子的在这些受热面上，就是落在其后的受热面上，因此，尽管这些管子的实际角系数小于实际角系数小于1，在炉膛计算时，仍取角系数等于，在炉膛计算时，仍取角系数等于1l 没有敷设水冷壁的炉墙，如燃烧器、人孔等区域，取没有敷设水冷壁的炉墙，如燃烧器、人孔等区域，取x =0。u 水冷壁角系数水冷壁角系数炉膛水冷壁角系数炉膛水冷壁角系数l 炉膛有效辐射受热面的炉膛有效辐射受热面的平均热负荷平均热负荷()jfBQHqHkw/m2 炉膛水冷壁的辐射受热面，炉膛水冷壁的辐射受热面， ， m2
19、lHliiHFxl 由于炉内温度场、黑度场等的不均匀，炉内热负荷沿炉膛的宽度、深度由于炉内温度场、黑度场等的不均匀，炉内热负荷沿炉膛的宽度、深度和高度是变化的和高度是变化的l 确定炉膛某区域受热面的实际热负荷，采用确定炉膛某区域受热面的实际热负荷，采用沿炉膛高度热负荷不均匀系沿炉膛高度热负荷不均匀系数数、沿炉膛宽度或深度热负荷不均匀系数沿炉膛宽度或深度热负荷不均匀系数及及沿各侧炉壁热负荷不均匀系数沿各侧炉壁热负荷不均匀系数对热负荷分陪进行修正对热负荷分陪进行修正 炉膛热负荷分配炉膛热负荷分配u 平均热负荷平均热负荷l 炉内某一区段受热面上的热负荷炉内某一区段受热面上的热负荷kw/m2u 平均热
20、负荷平均热负荷fiifqq沿炉膛高度热负荷分布曲线沿炉膛高度热负荷分布曲线（a）燃油、燃气炉；（）燃油、燃气炉；（b）固态排渣煤粉炉；实线）固态排渣煤粉炉；实线无烟煤、贫煤和烟煤；虚线无烟煤、贫煤和烟煤；虚线褐煤褐煤 bgrli炉膛热负荷分配炉膛热负荷分配人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。
