锅炉原理第11章锅炉热力计算

1、1第十一章 锅炉热力计算2第一节概述水力计算强度计算阻力计算锅炉计算热力计算辅助计算结构计算热平衡计算传热计算：受热面传热量物质平衡能量平衡受热面积流通面积受热面热平衡工质和烟气进出口温度燃烧产物受热面积工质参数关系3第一节概述燃烧计算（物质平衡）热平衡计算（能量平衡）空气量的计算（成分、容积）烟气量的计算（成分、容积）辅助计算空气、烟气焓锅炉有效利用热锅炉各项损失锅炉效率41. 基本任务第二节炉膛传热计算炉膛出口烟气温度Tf 炉膛内需要布置的受热面积F设计计算炉膛内已知的受热面积F 炉膛出口烟气温度Tf 校核计算2. 基本特点流动、混合、传热、燃烧、污染过程复杂速度、温度、浓度、物性、黑度参

2、数不均对流换热比例5辐射为主5第二节炉膛传热计算3. 基本方法相似理论准则方程半理论经验公式计算结果半经验4. 基本假设传热过程独立性：不受其它过程影响炉内参数均匀性：零维模型辐射换热主导性：仅考虑辐射水冷壁管连续性：连续平面-无限靠近的平行平板灰体6第二节炉膛传热计算5. 基本公式401synfQFTl辐射换热公式（1）数学描写44012()synfQFTT40 1synfFT炉壁吸热量炉壁吸热量火焰辐射到炉壁上的热量fsyn ：炉膛黑度T1：火焰平均温度T2 ：炉壁温度引入热有效系数:热有效系数单位表面的换热量与有效辐射之比7第二节炉膛传热计算l烟气放热公式()avcalthfQBVCTT

3、（1）数学描写()efcalffQBQI单位计算燃料送入炉膛的有效热量3464100100efffaqqqQQQq理论燃烧温度在绝热条件下，燃料燃烧产生的热量全部用来加热烟气所达到的温度理论燃烧温度和炉膛出口烟气温度之间的比热容VCav551bqq8第二节炉膛传热计算烟气放热公式()avcalthfQBVCTT401synfQFT辐射换热公式（2）准则方程11thTT11()nfCffthTT辐射换热烟气放热T1介于Tth与Tf”之间实验发现：（火焰中心高度，燃料特性，燃烧方式）1()1fsynffBoM30avcalthBVCBoFT9第二节炉膛传热计算300.6()1thfsynfthca

4、lavTTFTMBVC（3）计算方程533011calavthsynfthfBVCTFTMT 10第二节炉膛传热计算6. 参数确定l有效容积（1）水冷壁结构特性水冷壁管中心线所在平面敷设卫燃带的水冷壁卫燃带向火侧炉膛的底部冷灰斗1/2处的水平面面积炉膛出口后屏第排管中心线所在平面炉膛高度炉膛底部至炉膛出口中部水平面垂直距离11第二节炉膛传热计算l面积（1）水冷壁结构特性包覆有效容积的炉墙面积F辐射受热面积：HxFx：角系数投射到受热面的热量投射到壁面的热量特殊受热面角系数 炉膛出口角系数 x=1 燃烧器、人孔角系数 x=0 s/d1水冷壁角系数 x=1 膜式水冷壁角系数 x=1 卫燃带角系数

5、x=112第二节炉膛传热计算（2）热有效系数炉壁吸热量火焰辐射到炉壁上的热量Fi iF平均热有效系数（3）系数Mmax()MAB xxmaxmaxfhxh含义：表征炉内温度分布特性表达：与炉内火焰最高温度相对位置、燃料和燃烧方式有关A和B：系数hmax：火焰温度最高处高度hf：炉膛高度x：火焰中心位置修正值烟煤和褐煤M=0.590.5（xmaxx）无烟煤和贫煤M=0.560.5（xmaxx）x：燃烧器布置13(1)synsynfsynsyn（4）炉膛黑度含义：表征火焰有效辐射的假想黑度表达：与火焰黑度syn有关第二节炉膛传热计算14火焰黑度含义：表征炉内高温介质的辐射能力表达：1ak pssy

6、ne ka：辐射减弱系数（1/（mMPa）p：炉膛内压力（0.1MPa）s：辐射层有效厚度（m）组成气体固体三原子气体：CO2、H2O、SO2等二原子气体：N2、O2、H2等燃煤灰分颗粒焦炭颗粒燃油和燃气：炭黑颗粒计算agashashcokcokkk rkkkg：三原子辐射减弱系数kash ：灰粒辐射减弱系数kcok ：焦炭辐射减弱系数第二节炉膛传热计算辐射层有效厚度3.6fVsF15（）绝热燃烧温度第二节炉膛传热计算Tth含义绝热条件下，完全燃烧后燃烧产物所能达到的温度Qfef3464100100efffaqqqQQQq00()()affpcshafpcscaQII （6）平均比热容efff

7、avthfQIVCTT16第二节炉膛传热计算7. 基本步骤计算炉内有效热量Tth假定炉膛出口烟温计算相关参数计算炉膛出口温度已计算空气平衡、烟气特性、烟气焓温表、热平衡校核 |假定炉膛出口烟温计算炉膛出口温度|100K 合格（1）校核计算100K，重新计算17第二节炉膛传热计算7. 基本步骤已计算空气平衡、烟气特性、烟气焓温表、热平衡（2）设计计算初步确定炉膛结构尺寸计算炉内有效热量Tth已知的炉膛出口烟温计算相关参数计算炉膛出口温度校核 |已知的炉膛出口烟温计算炉膛出口温度|100K 合格100K，重新修正结构尺寸18第二节炉膛传热计算8. 炉内热负荷分布规律fhhi1fhhi1炉膛平均热负

8、荷avfQqHkW/m219第三节对流受热面传热计算1. 基本任务受热面吸热量 需要布置的受热面积设计计算已知的受热面积 受热面吸热量，工质和烟气进出口温度 校核计算20第三节对流受热面传热计算2. 基本公式（1）烟气对流放热量0()reccaQIII（2）工质对流吸热量()abccalDQiiB（3）传热方程trccalKH TQBI：受热面前烟气焓I”：受热面前烟气焓Ica0：漏入空气焓i：受热面进口工质焓i”：受热面出口工质焓D：受热面内工质流量21第三节对流受热面传热计算3. 参数确定含义：冷热介质在整个受热面的平均温差影响因素介质热容：热容大变化缓慢相变：温度不变与流动方式无关计算交

9、叉次数5，纯顺或纯逆tlar/tsma1.7端差算术平均温压tpar0.92 tcou顺流和逆流算术平均温压（1）传热温压流动方式：顺流、逆流、交叉流、混合流纯顺流或逆流：对数平均温压交叉流或混合流：修正系数ttcoulnlarsmalarsmattttt 22第三节对流受热面传热计算（2）传热系数l基本公式12111ashmscashmscK12111ashashK灰污系数热有效系数1112211111 ()K11122111K金属热阻小结垢不允许燃料种类排列方式冲刷方式012111K清洁管子传热系数K0011KK0KK、和经验公式或推荐值利用系数12121211K 0KK23第三节对流受热

10、面传热计算（2）传热系数l烟气侧放热系数l工质侧放热系数1()cr 2cc：对流放热系数r ：辐射放热系数：受热面利用系数12(,)Kf 24第三节对流受热面传热计算（2）传热系数l对流放热系数影响因素介质物性 介质速度介质温度 管子尺寸冲刷方式 排列方式基本方程Re,PrNufRe,Pr,pwwwwpcNufcl辐射放热系数影响因素烟气黑度 灰壁温度 烟室辐射基本方程112,rfT T烟室容积1：烟气黑度T1 ：烟气温度T2 ：壁面温度25第三节对流受热面传热计算（2）传热系数横向冲刷纵向冲刷24idFZ1FabZ dl管内流动介质管外流动介质温度修正烟气总量烟气流速 空气流速蒸汽流速l流动

11、速度26第三节对流受热面传热计算（3）传热面积l基本原则放热系数相差悬殊，取小的一侧管子表面积放热系数相差不大，取平均直径计算表面积过热器、凝渣管、再热器、省煤器传热面积外表面积管式空气预热器平均管径计算传热面积274. 基本步骤（1）已知条件第三节对流受热面传热计算过热器tt 烟气侧进口温度工质侧出口温度t 工质侧进口温度t 烟气侧出口温度 吸热量Qcab过热器校核计算结构特性284. 基本步骤（2）计算方法第三节对流受热面传热计算过热器tt 假定烟气侧出口烟温烟气焓温表热平衡烟气对流放热量Qcre烟气侧出口烟气焓值I蒸汽侧进口焓值i水蒸汽压力蒸汽侧进口温度t传热温压烟气和工质进出口温度对流

12、放热系数辐射放热系数灰污系数或热有效系数传热系数传热量燃料性质受热面布置1002abtrccabcQQQ合格重新假定不合格295. 特殊问题第三节对流受热面传热计算（1）带喷水减温的过热器1 12 2sDiDiD i2 212sD iDiiDD12DDD能量平衡物质平衡1 121sDiDiiDD30第三节对流受热面传热计算（2）屏式过热器吸收炉膛直接辐射热吸收屏间烟气放热（辐射和对流）l特点()rcppcalDiiQQB,()cpp sQIIQ屏区QpQpIIQ p,siirpppQQQ直接从炉膛中吸收的辐射热量吸收屏间烟气放热量31第三节对流受热面传热计算（3）凝渣管束误差5%位于炉膛出口吸

13、收炉膛辐射热吸热量等于对流吸热量与炉膛辐射吸热量之和不采用工质侧热平衡方程（工质温度不变）部分热量穿过管束被后面受热面吸收（管子排数小于5排）32第三节对流受热面传热计算（4）转向室误差10%没有布置受热面或只在壁面布置包覆受热面（5）空气预热器漏风系数确定暖风器进口温度确定热风再循环进口温度确定空间尺寸较大，只考虑烟气辐射33第三节对流受热面传热计算（6）尾部受热面双级布置4()100ccccbecofRscshrhQQQQQQql省煤器应吸热量l省煤器出口水焓21ccalecoecoecoecoB QiiD()efRffcscQQIQ凝渣管高温级省煤器低温级省煤器高温级空预器低温级空预器e

14、co2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco234第三节对流受热面传热计算（6）尾部受热面双级布置l高温级省煤器已知eco2和teco2假设eco2求teco2l高温级空预器已知ap2和tap2假设ap2求tap2高温级省煤器低温级省煤器高温级空预器低温级空预器eco2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco235第三节对流受热面传热计算（6）尾部受热面双级布置l低温级省煤器

15、n 已知eco1、teco1和teco1 n 按照热平衡方程求eco1n 计算传热温压、传热系数和传热量n 判断是否满足2n 不满足时调整teco1n 调整范围teco1 teco2 10碰头温度高温级省煤器低温级省煤器高温级空预器低温级空预器eco2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco236第三节对流受热面传热计算（6）尾部受热面双级布置l低温级空预器n 已知ap1 、tap1和tap1， 求ap1n 计算传热温压、传热系数和传热量n 判断是否满足2 ap1 exg 10n 不满

16、足时调整tap1、ap1n 调整范围tap1 tap2 10 ap1 exg 10 tha tap2 40高温级省煤器低温级省煤器高温级空预器低温级空预器eco2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco237第三节对流受热面传热计算（7）附加受热面l附加受热面积：顶棚管、包墙管、支吊管和引出管不单独计算，并入主受热面吸热量相对误差10%l计算原则附加受热面积不超过主受热面积5单独计算附加受热面积超过主受热面积5传热系数与主受热面相同假设附加受热面的吸热量再校核38第四节锅炉整体热力计算

17、程序和方法（1）设计计算l已知条件锅炉蒸发量1. 计算目的过热蒸汽压力和温度给水压力和温度再热蒸汽压力和温度制粉系统计算结果燃料特性l计算任务各部件受热面积受热面进出口温度受热面吸热量受热面流动速度燃烧设备型式锅炉整体布置炉膛出口温度排烟温度热空气温度锅炉燃料消耗量锅炉效率选定选择辅助设备阻力计算水力计算强度计算提供原始资料39第四节锅炉整体热力计算程序和方法（2）校核计算l已知条件校核负荷锅炉结构受热面积l计算任务受热面进出口温度受热面吸热量受热面流动速度排烟温度热空气温度炉膛出口温度锅炉燃料消耗量锅炉效率假定提供非设计工况经济指标检验原有辅助设备适用性寻求改进锅炉结构的措施燃料特性40第四节锅炉整体热力计算程序和方法4. 计算方法渐次逼近2. 计算流程烟气流程辅助计算炉膛计算物质平衡能量平衡空气量的计算（成分、容积、焓值）烟