1、中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment1第十章第十章 对流受热面传热计算对流受热面传热计算第1页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment2 对流传热的特点对流传热的特点1.就对流传热本身而言就对流传热本身而言 考虑考虑温度温度的影响的影响 考虑气流考虑气流速度速度的影响的影响2.同时需考虑同时需考虑管间烟气的辐射管间烟气的辐射影响影响3.靠近靠近炉膛出口的受热面炉膛出口的受热面，需考虑直接接受，需考虑直接接受炉内炉内辐射传热辐射传热的影响（下一章：半辐射式受热面）的影响（下一章：半辐射式受热面）第一节第一节 对流
2、传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式第2页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment3 对流传热计算的基本任务对流传热计算的基本任务 设计计算设计计算：已知对流受热面的吸热量，求该受：已知对流受热面的吸热量，求该受热面的结构尺寸。热面的结构尺寸。校核计算校核计算：已知受热面的结构尺寸，校核该受：已知受热面的结构尺寸，校核该受热面的进出口参数。热面的进出口参数。第一节第一节 对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式第3页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment本章内容：1、传热计算的3个基本方程（传
3、热方程、烟气和 工质的热平衡方程）；2、传热方程中各项变量的计算（温差、传热系 数、污染系数、传热面积）。第4页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment5第一节第一节 对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式对流传热的基本方程式对流传热的基本方程式一、烟气对流放热量一、烟气对流放热量二、工质对流吸热量二、工质对流吸热量三、三、对流传热量对流传热量热平衡热平衡：trcabcrecQQQ)110(/kgkJBtKHQcaltrc)410(/)(kgkJiiBDQcalabc)210(/0 kgkJIIIQlrec第5页，共37页。中国 南京能源与环
4、境学院能源与环境学院Energy&Environment6第二节第二节 传热温压传热温压顺流或逆流顺流或逆流（或五次以上交叉流按顺流计算）：（或五次以上交叉流按顺流计算）：对数平均温差对数平均温差端差之比端差之比 tlar/tsma 1.7，则可采用算术平均温差，则可采用算术平均温差混合流混合流（图（图10-4）和）和交叉流交叉流（图（图10-5，管式空气预热器）：按逆流传热温压乘修正系，管式空气预热器）：按逆流传热温压乘修正系数数任何复杂的流动方式任何复杂的流动方式，当顺流温压和逆流温压之间满足，当顺流温压和逆流温压之间满足 tpar 0.92 tcou)1410(coutt)1210(ln
5、smalarsmalarttttt)1710(2couparttt)1310(2avavsmalartttt第6页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment7第三节第三节 传热系数传热系数一、管式承压受热面传热系数一、管式承压受热面传热系数 忽略金属管壁的热阻和不计管内结垢忽略金属管壁的热阻和不计管内结垢)1910(;11121ashashK污染系数)1810()/(111221 CmkWKscscmmashash第7页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment8第三节第三节 传热系数传热系数 燃用固体燃料
6、时，错列布置的横向冲刷燃用固体燃料时，错列布置的横向冲刷光管管束（可用于省煤器），其灰层光管管束（可用于省煤器），其灰层热阻用灰污系数热阻用灰污系数 考虑考虑 其余情况下其余情况下采用热有效系数（采用热有效系数（,管子污染状况下的传热系数与清洁状况下的传热管子污染状况下的传热系数与清洁状况下的传热系数的比值系数的比值）法计算受热面的传热系数）法计算受热面的传热系数 管内为水、汽水混合物或超临界压力以上的过热蒸汽，可简化为管内为水、汽水混合物或超临界压力以上的过热蒸汽，可简化为)1910(;11121ashashK)2010(111)()2210(11210210KKK的传热系数清洁管0)191
7、0()2310(1111KorK第8页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment9第三节第三节 传热系数传热系数二、扩展表面式承压受热面传热系数二、扩展表面式承压受热面传热系数外表面扩展式受热面较多地采用鳍片式和肋片式（一般用于省煤器以强化外表面扩展式受热面较多地采用鳍片式和肋片式（一般用于省煤器以强化烟气侧的传热），对省煤器，按烟气侧的传热），对省煤器，按烟气侧全部表面积计算传热系数烟气侧全部表面积计算传热系数。f为鳍片或肋片效率；为鳍片或肋片效率；hs为鳍片管或肋片管的受热面效率。为鳍片管或肋片管的受热面效率。)2710()2610(11)1(1
8、)2510()(11111HHHHKHHHHKtffhshshshstff或第9页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment10第三节第三节 传热系数传热系数三、空气预热器传热系数三、空气预热器传热系数采用受热面的利用系数采用受热面的利用系数 来综合考虑灰分的污染、气流对受热面冲刷的不完来综合考虑灰分的污染、气流对受热面冲刷的不完善等的影响。善等的影响。管式空气预热器管式空气预热器 回转式空气预热器回转式空气预热器x1、x2分别为烟气、空气流通截面积份额。分别为烟气、空气流通截面积份额。)2810(11212121K)2910(112211xxK 结
9、合，：（灰层热阻、冲刷不均，不稳定换热）,与转速有关第10页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment11第四节第四节 放热系数放热系数放热系数计算涉及：烟气对管壁的放热系数放热系数计算涉及：烟气对管壁的放热系数 1和和管壁对受热介质的放热系数管壁对受热介质的放热系数 2。烟气对管壁的放热系数烟气对管壁的放热系数 1，一般包括烟气的对流放热系数，一般包括烟气的对流放热系数 c和管间烟气容积的和管间烟气容积的辐射放热系数辐射放热系数 r。影响对流放热系数的因素影响对流放热系数的因素 气流流速气流流速 温度温度 管子尺寸管子尺寸 管束冲刷方式管束冲刷方式
10、 管束布置方式管束布置方式 物性参数物性参数)3010()(1rc第11页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment12第四节第四节 放热系数放热系数由于影响因素很多，工程上是应用相似理论来进行分析得出放热系数公式，对于由于影响因素很多，工程上是应用相似理论来进行分析得出放热系数公式，对于锅炉各受热面，烟气、空气、蒸汽、水等介质的流动均为强迫流动。在不考锅炉各受热面，烟气、空气、蒸汽、水等介质的流动均为强迫流动。在不考虑自然对流影响的情况下，稳定对流放热具有下列关系：虑自然对流影响的情况下，稳定对流放热具有下列关系：一、光管对流受热面的对流放热系数一
11、、光管对流受热面的对流放热系数1.（烟气）横向冲刷横向冲刷 顺列管束顺列管束 错列管束错列管束)3510(PrRe211.034.0651.0Nu)3110(PrRenmCNu)3610(PrRe345.036.06.0Nu第12页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment13第四节第四节 放热系数放热系数2.纵向冲刷（蒸汽和管式空气预热器中的介质）纵向冲刷（蒸汽和管式空气预热器中的介质）超临界水和蒸汽的放热系数超临界水和蒸汽的放热系数公式公式10-39，10-40二、扩张受热面的对流放热系数（用于省煤器）二、扩张受热面的对流放热系数（用于省煤器）三
12、、回转式空气预热器的对流放热系数三、回转式空气预热器的对流放热系数定性尺寸：蓄热板的当量直径（表定性尺寸：蓄热板的当量直径（表10-7）；定性温度：进出口流体均温。）；定性温度：进出口流体均温。C取决于蓄热板的型式。取决于蓄热板的型式。)4910(PrRe4.08.0 CNu)3710(PrRe023.04.08.0tLCCNu第13页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment四、辐射放热系数r1、辐射传热量qR 1）仅考虑一次辐射的换热（即没有多次吸收、反射）（式10-50）2）考虑多次吸收、反射的实际辐射换热量2、辐射放热系数 （式10-51,5
13、2）424102142021410121TTTaTaqR424102121TTqR2142410212121TTTTTTqaRr第14页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment15第四节第四节 放热系数放热系数四、辐射放热系数四、辐射放热系数烟气和灰污壁面之间的热交换qR，应为多次吸收和反射的结 果。为简化起见，仅考虑一次吸收的能量，但用加大壁面黑度的办法来对多次吸收进行补偿。把壁面黑度取为实测灰污壁面黑度2与绝对黑体的黑度之间的平均值即，(2+1)/20.9，这样，烟气辐射放热系数烟气辐射放热系数（适合于含灰气流）（适合于含灰气流）)5110()
14、/()/(1)/(19.0212312310121 CmkWTTTTTTTqRr)5010()(9.0424101TTqR第15页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment16第四节第四节 放热系数放热系数烟气黑度烟气黑度介质的吸收减弱系数介质的吸收减弱系数辐射层有效厚度辐射层有效厚度)5710(9.0.25.04.0)()5610()14(9.0)5510(6.31221idSTdssdSmFVS烟气在管内纵向冲刷和，分别乘系数高时鳍片管和肋片管光管管束)5310(11Skae)5410(1mkrkkashashga第16页，共37页。中国 南京能
15、源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment17第四节第四节 放热系数放热系数 灰污表面温度灰污表面温度对墙式受热面和对流过热器对墙式受热面和对流过热器对省煤器对省煤器对于入口烟温400的省煤器，取T60，当400 时值可相应减小，但不低于T 25。)5810()()1()273(22KHQQBtTrccal)5910()273(2KTtT第17页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment18第五节第五节 污染系数、热有效系数、利污染系数、热有效系数、利用系数和鳍用系数和鳍(肋肋)片效率片效率在对流受热面的传热计算中，用来表示受热面
16、的灰污在对流受热面的传热计算中，用来表示受热面的灰污程度有三种系数：程度有三种系数：一、一、污染系数污染系数二、二、热有效系数热有效系数三、利用系数三、利用系数四、鳍（肋）片效率（图四、鳍（肋）片效率（图10-1210-12）第18页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment19污染系数污染系数 定义定义适用于固体燃料错列布置管束，用经验式计算或查图适用于固体燃料错列布置管束，用经验式计算或查图)6110(0dgrCC210210111111)6010(11KKKKashash第19页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&E
17、nvironment一、污染系数（灰污系数）：灰层的热阻。（式10-19,60）计算：（式10-6163）（1）与灰的粒径成反比；（2）与烟气流速成反比；（3）与纵向相对节距成正比；（4）与管径成正比；（5）与积灰类型、是否吹灰有关。（表10-3）hh第20页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment二、热有效系数 ：有灰层的K与没有灰层的K0之比。（式10-21）适用于燃用固体燃料的顺列光管管束(表10-4)燃用液体、气体燃料的所有光管管束计算：（表10-4）影响因素：类同。0KK第21页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energ
18、y&Environment22利用系数利用系数考虑气流对受热面横向冲刷不完善（均匀性程度）的影考虑气流对受热面横向冲刷不完善（均匀性程度）的影响响。对于大容量锅炉，烟气对过热器、再热器、省煤器。对于大容量锅炉，烟气对过热器、再热器、省煤器都是横向冲刷，均匀性较好，都是横向冲刷，均匀性较好，1.0（式（式10-30）。）。对于空预器，考虑气流冲刷不完善以及受热面灰污染、对于空预器，考虑气流冲刷不完善以及受热面灰污染、漏风等因素综合影响漏风等因素综合影响。查表。查表10-5。第22页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment三、利用系数：受热面积得到利用
19、（受烟气冲刷）的程度。1、的应用：（1）影响烟气侧放热系数a1；（式10-30）（2）空气预热器：（式10-28,29）包括了的影响，并直接放在K中。2、空气预热器中，对的附加影响因素 （1）管式空气预热器的中间管板数；（2）燃料含硫、进口风温；（3）漏风。四、鳍（肋）片效率第23页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment24第六节第六节 对流受热面的面积、介质流速、对流受热面的面积、介质流速、流通截面积和附加受热面流通截面积和附加受热面一、对流受热面的面积一、对流受热面的面积 当管式受热面按平壁公式计算传热系数时，为减少误差，应按下述原则当管式受
20、热面按平壁公式计算传热系数时，为减少误差，应按下述原则确定受热面的面积确定受热面的面积H：当壁面两侧的放热系数相差悬殊时，当壁面两侧的放热系数相差悬殊时，取放热系数较小一侧的管子表面积作为计算取放热系数较小一侧的管子表面积作为计算受热面积受热面积。当管子壁面两侧的放热系数同属一个数量级，相差不大时，则当管子壁面两侧的放热系数同属一个数量级，相差不大时，则取相应于管取相应于管子平均直径的面积作为计算受热面积子平均直径的面积作为计算受热面积。第24页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment25第六节第六节 对流受热面的面积、介质流速、对流受热面的面积、
21、介质流速、流通截面积和附加受热面流通截面积和附加受热面一、对流受热面的面积一、对流受热面的面积 过热器、再热器和省煤器：过热器、再热器和省煤器：H=管子外表面积管子外表面积 管式空预器：管式空预器：H=烟气侧和空气侧的平均表面积烟气侧和空气侧的平均表面积 再生式空预器：再生式空预器：H=2蓄热板面积蓄热板面积 附加受热面：附加受热面：H=炉墙面积炉墙面积角系数（膜式壁角系数为角系数（膜式壁角系数为1.0）第25页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment26第六节第六节 对流受热面的面积、介质流速、对流受热面的面积、介质流速、流通截面积和附加受热面流
22、通截面积和附加受热面二、介质流速和流通截面积二、介质流速和流通截面积 介质流速介质流速 烟气烟气 空气空气 蒸汽蒸汽 流通截面积流通截面积 管内介质流动管内介质流动 管外烟气横向冲刷管外烟气横向冲刷 烟道截面变化时取几何平均烟道截面变化时取几何平均)6810(/smfDwav)6610(/273)273(smFVBwavgcalg)6910(4)(22mdZfFi或)6710(/273)273(0smFtVBwavcala)7010(21mdlZabF)7010(2aFFFFF 第26页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment三、回转式空气预热器的
23、 受热面积、流通截面积和当量直径 1、转子有效截面积Fa （式10-71）2、受热面积 （式10-72）3、各分仓流通截面积 （式10-74）受热面占据的截面积 （式10-75）4、当量直径 （式10-76）FaFhFCHihsaixfFFhHfhshs2hshsahshsaeqlfFlfFUFd2244第27页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment四、附加受热面的计算（1）附加受热面积超过5%的主受热面：附加受热面单独计算。计算时：1）传热温差：a 与主受热面并行布置：b 布置在主受热面之后：2）传热系数：同主受热面传热系数；3）允许的误差：（
24、主受热面：）（2）附加受热面积不超过5%的主受热面：合并到主受热面中计算。avavttavtt%10%2第28页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment29对流传热计算的基本步骤对流传热计算的基本步骤一、对流受热面传热计算的基本步骤 已知：受热面的结构尺寸，进口烟气温度，进口工质温度。求：出口的烟气温度，出口工质温度，以及受热面的吸热量。第29页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment30对流传热计算的基本步骤对流传热计算的基本步骤由基本的结构尺寸求计算受热面积H，烟气的流通截面F，工质的流通截面f，有
25、效辐射层厚度S。假定烟气的出口温度”，求出口烟气焓I”。求出烟气的对流放热量Qcre，若吸收炉膛的辐射传热，则需 求出吸收炉膛的辐射热Qr。由Qcre=Qcab，求出工质的出口焓I”，并查得温度t”。求平均传热温压t求烟气流速wg、工质流速w求烟气侧的对流放热系数1求工质侧的对流放热系数2第30页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment31对流传热计算的基本步骤对流传热计算的基本步骤求烟气黑度1求灰污壁温T2求烟气侧辐射放热系数r根据燃料种类、受热面布置选取污染系数、热有效系数、利用系数求传热系数K求对流传热量Qctr校核%5%2100QQQQQQ
26、recrectrc凝渣管、省、屏、空）主受热面（对流过、再则计算满足要求,否则重新假设烟气出口温度（第2步）计算。第31页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment32对流传热计算的三个基本公式；对流传热计算的三个基本公式；空气预热器的放热、吸热公式和漏风的影响；空气预热器的放热、吸热公式和漏风的影响；传热温压的计算及其条件传热温压的计算及其条件;传热系数的定义和各主要受热面计算时传热系数公式的具体形式传热系数的定义和各主要受热面计算时传热系数公式的具体形式;对流放热系数和烟气辐射放热系数的计算；对流放热系数和烟气辐射放热系数的计算；污染系数、热有效
27、系数和利用系数的意义和应用污染系数、热有效系数和利用系数的意义和应用;各种对流受热面面积的计算；各种对流受热面面积的计算；扩展受热面的传热计算及其特点。扩展受热面的传热计算及其特点。本章小结本章小结第32页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment33对承压受热面，漏风的焓取冷空气焓对承压受热面，漏风的焓取冷空气焓。管式空气预热器管式空气预热器（漏风焓按进出口空气平均温度计算）（漏风焓按进出口空气平均温度计算）回转式空气预热器（分冷、热段）回转式空气预热器（分冷、热段）采用烟气挡板时平行烟道内受热面采用烟气挡板时平行烟道内受热面烟气对流放热量烟气对流
28、放热量D,t,iD,t,i00111ykIIII,0022(1)ykIII02,ktI0,lltI0lrecIIIQ kgkJ200100)1()1(agagIIIIII)(200 aarecIIIIQkgkJ)(00acahrecIIIIQ kgkJgIIIQlrec)(0 kgkJ第33页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment1、计算式 kJ/kg(燃料)（式10-2）2、说明（书p.178180）1）烟气总的放热量：？2）空气预热器漏风温度：(tha+tca)/2；3）只有份额为 g 的烟气量流过该受热面时：kJ/kg(燃料)（式10-3）
29、4）漏风系数 增加后，增加？减少？01IIIQrecreccalQBrecBQgIIIQrec01recQ烟气对流放热量烟气对流放热量第34页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment1、过热器、再热器和省煤器 kJ/kg(燃料)（式10-4）说明：1）有来自上游烟气的辐射热 Qr时：kJ/kg(燃料)式10-5）2）受热面之前有喷水减温器时：进口工质流量、焓：用喷水减温后的值。（式10-6,7）35工质对流吸热量工质对流吸热量calabcBiiDQrcalabcQBiiDQ第35页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment36工质对流吸热量工质对流吸热量 基本计算公式（空气预热器）基本计算公式（空气预热器）带热风再循环空预器带热风再循环空预器)810()()2()(00200000 aaaaaaaabcIIIIIIIQ)1010()()810()(002 pcsffaarecabcaIIQ第36页，共37页。中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment37传热温压传热温压 顺流和逆流传热温压顺流和逆流传热温压)1210(lnsmalarsmalarttttt第37页，共37页。
