第11章 半辐射与对流受热面的传热计算=锅炉原理 =华中科技大学

1、1第十一章半辐射和对流受热面的第十一章半辐射和对流受热面的传热计算传热计算n 对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式n 传热温压传热温压 n 传热系数传热系数n 对流受热面面积与介质速度对流受热面面积与介质速度2对流受热面中烟气与工质间的换热过程：对流受热面中烟气与工质间的换热过程： 烟气对管外壁的放热（包括辐射与对流）；烟气对管外壁的放热（包括辐射与对流）； 管外壁到管内壁的导热管外壁到管内壁的导热 ； 管内壁对工质的对流放热管内壁对工质的对流放热 。对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式 ： 烟气对流放热公式；烟气对流放热公式； 工质（蒸汽或水或空气）的对流吸热公式工质（蒸汽或

2、水或空气）的对流吸热公式 ； 对流传热公式对流传热公式 。对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式3 假定烟气流过对流受热面，烟气假定烟气流过对流受热面，烟气通过受热面管壁对工质放热时，通过受热面管壁对工质放热时， 烟气温度由烟气温度由 降至降至 ； 工质温度则由工质温度则由 提高到提高到 ； 漏入烟道的冷空气（其量用漏风漏入烟道的冷空气（其量用漏风系数表示）同时被加热，其温度系数表示）同时被加热，其温度由由t tlklk提高到提高到 。 图111 对流受热面热量平衡图tt对流传热计算的基本公式对流传热计算的基本公式4烟气对流放热量烟气对流放热量烟气在对流烟道中放出的热量在考虑了烟道的散热

3、损失（用保热系数表烟气在对流烟道中放出的热量在考虑了烟道的散热损失（用保热系数表示）后可用以下公式计算：示）后可用以下公式计算： kJ/k kJ/k （11111 1） 式中式中 受热面进口烟气焓，受热面进口烟气焓， ，kJ/kg kJ/kg 受热面出口烟气焓，受热面出口烟气焓， ，kJ/kgkJ/kg 时漏入空气的焓，时漏入空气的焓，kJ/kgkJ/kg 受热面漏风系数，按经验数据或表受热面漏风系数，按经验数据或表2 27 7选取。选取。对于空气预热器以外的各对流受热面，取冷空气温度（对于空气预热器以外的各对流受热面，取冷空气温度（20203030）计）计算；对管式空气预热器，按该段空气预热

4、器进、出口空气温度的平均值算；对管式空气预热器，按该段空气预热器进、出口空气温度的平均值计算；对回转式空气预热器，取冷段与热段空气焓的平均值。计算；对回转式空气预热器，取冷段与热段空气焓的平均值。 00(1)ylHHHHH0lH10()dflQHHH00(1)ylHHH5 对于过热器和省煤器，工质对流吸热量按下式计算对于过热器和省煤器，工质对流吸热量按下式计算 ，kJ/kg (11-2)kJ/kg (11-2) 对开屏式过热器及吸收炉内辐射热的对流过热器，则有对开屏式过热器及吸收炉内辐射热的对流过热器，则有 ，kJ/kg (11-3)kJ/kg (11-3)式中式中Q Qf f屏式过热器来自炉

5、膛的辐射吸热量：屏式过热器来自炉膛的辐射吸热量： (11-4)(11-4)工质对流吸热量工质对流吸热量()dxjDQhhB()dxfjDQhhQBfffQQQ6 (11-5)(11-5) 屏进口处截面（炉膛出口截面）所吸收的炉膛辐射热量屏进口处截面（炉膛出口截面）所吸收的炉膛辐射热量 屏区（在炉膛高度方向）热负荷分布不均匀系数，可查图屏区（在炉膛高度方向）热负荷分布不均匀系数，可查图10-610-6； 考虑屏间烟气向炉膛反辐射影响的修正系数，可查图考虑屏间烟气向炉膛反辐射影响的修正系数，可查图10-110-1； q qf f 炉膛辐射受热面的平均热负荷，炉膛辐射受热面的平均热负荷，kw/mkw

6、/m2 2，式（，式（10-2610-26）计算确定；）计算确定； 屏进口处烟窗面积，屏进口处烟窗面积，m m2 2。 fQgfpfjq FQB gpF工质对流吸热量工质对流吸热量7 从炉膛（透过屏）向屏后受热面（第二级屏或凝渣管或过热器）从炉膛（透过屏）向屏后受热面（第二级屏或凝渣管或过热器）的直接辐射热量的直接辐射热量 (11-6)(11-6) a a为屏间烟气黑度，用本章有关公式计算确定；为屏间烟气黑度，用本章有关公式计算确定； 为屏进口截面对出口截面的角系数，表示炉膛辐射热透过屏间空为屏进口截面对出口截面的角系数，表示炉膛辐射热透过屏间空间而落在屏后受热面的部分。可按下式计算：间而落在

7、屏后受热面的部分。可按下式计算： (11-7)(11-7) b b、s s1 1分别为屏间烟气空间的深度和宽度，后者即为屏间节距，分别为屏间烟气空间的深度和宽度，后者即为屏间节距，见图见图11-211-2。 fQpx工质对流吸热量工质对流吸热量(1)fpfQa xQ 2111pbbxss 8 对于屏后受热面（第二级屏或凝渣管或过热器），其入口对于屏后受热面（第二级屏或凝渣管或过热器），其入口断面的辐射热断面的辐射热 应为炉膛穿透辐射热应为炉膛穿透辐射热 与第一级屏屏与第一级屏屏区高温烟气对其后受热面的辐射热区高温烟气对其后受热面的辐射热Q Qphph之和，即之和，即2fQfQ2ffphQQQ1

8、145.67 10pprphjF TQB工质对流吸热量工质对流吸热量9 对于空气预热器，空气的吸热量按下式计算对于空气预热器，空气的吸热量按下式计算 ，kJ/kg (11-8)kJ/kg (11-8)式中式中 空气预热器出口处空气量理论空气量之比空气预热器出口处空气量理论空气量之比, , ，其中，其中 为炉膛过剩空气系数；为炉膛过剩空气系数； 和和 分别为炉膛和制粉系统的漏风系数。按表分别为炉膛和制粉系统的漏风系数。按表2-72-7数据选取；数据选取； 、 空气预热器进、出口理论空气焓，空气预热器进、出口理论空气焓，kJ/kgkJ/kg。ttzf0kH0kH工质对流吸热量工质对流吸热量002d

9、xkkQHHttzf10对应于一公斤计算燃料，对流传热量按下式计算对应于一公斤计算燃料，对流传热量按下式计算 ，kJ/kg (11-9)kJ/kg (11-9)式中式中 KK传热系数，传热系数，kW/(mkW/(m2 2)； HH传热面积，传热面积，m m2 2； 传热温压，传热温压，。下面讨论上述公式中各物理量的计算方法。下面讨论上述公式中各物理量的计算方法。t对流传热量对流传热量dcjKH tQB11传热温压：传热温压：是参与换热的两种介质在整个受热面中的平均温是参与换热的两种介质在整个受热面中的平均温差。温压大小与两种介质相互间的流动方向有关。差。温压大小与两种介质相互间的流动方向有关。

10、在对流受热面中，逆流流动方式的传热温压最大，顺流方式在对流受热面中，逆流流动方式的传热温压最大，顺流方式温压最小，其它流动方式（串联混合流、平行混合流、交叉温压最小，其它流动方式（串联混合流、平行混合流、交叉流）的温压介乎两者之间。锅炉常用的流动方式见图流）的温压介乎两者之间。锅炉常用的流动方式见图11-311-3。 顺流或逆流的传热温压按对流平均温差计算顺流或逆流的传热温压按对流平均温差计算 ， (11-10) (11-10)传热温压传热温压2.3dxdxddxxtttttttInIgtt 12式中式中 受热面两端的温度差中的较大值，受热面两端的温度差中的较大值，； 受热面两端的温度差中的较

11、小值，受热面两端的温度差中的较小值，。当当 时，传热温压可取算术平均值时，传热温压可取算术平均值 ， (11-11) (11-11)其中其中 、 烟气与工质进、出口温度算术平均值。烟气与工质进、出口温度算术平均值。dtxt1.7dxtt2dxpjpjtttt pjpjt传热温压传热温压13 其它流动方式的温压，则按逆流温压乘以修正系数来计算其它流动方式的温压，则按逆流温压乘以修正系数来计算 ， (11-12) (11-12) 系数系数 由图查出。对于不同的流动系统由图查出。对于不同的流动系统 值分别在值分别在图（图（11-411-4）、图）、图（11-511-5）及图（）及图（11-611-6

12、）中标出）中标出 。 对于任何一种复杂的连接方式，如果系统中顺流部分的传热温压与逆对于任何一种复杂的连接方式，如果系统中顺流部分的传热温压与逆流部分的传热温压之比大于流部分的传热温压之比大于0.920.92，则系统温压的计算的可简化为：，则系统温压的计算的可简化为： ， (11-16) (11-16)传热温压传热温压ntt ()/2snttt 14传热系数传热系数K K：管式受热面的传热系数可简化为多层平壁的传：管式受热面的传热系数可简化为多层平壁的传热系数进行计算热系数进行计算 ，kW/(mkW/(m2 2) (11-17) (11-17)式中式中 、 加热介质对管壁及管壁对受热介质的放热系

13、加热介质对管壁及管壁对受热介质的放热系 数，数，kW/(mkW/(m2 2) ) ；、 、 烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的厚度，烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的厚度，m m； 、 、 烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的导热系数，烟气侧灰层、管壁及工质侧水垢层的导热系数， kW/(mkW/(m2 2)。 12hbghbg传热系数传热系数12111ghbhbgK15影响灰污层的热阻影响灰污层的热阻 的因素：燃料种类、灰粒尺寸、烟的因素：燃料种类、灰粒尺寸、烟气流速、管子下径和布置方式等。热力计算中用污染系数气流速、管子下径和布置方式等。热力计算中用污染系数或热有效系数或热有效系数 来考虑灰层的污染

14、。来考虑灰层的污染。对于空气预热器则采用利用系数对于空气预热器则采用利用系数 综合考虑积灰污染、烟综合考虑积灰污染、烟气和空气对受热面冲刷不均匀等的影响。气和空气对受热面冲刷不均匀等的影响。不同情况下的传热系数可作如下简化：不同情况下的传热系数可作如下简化： 对于过热器对于过热器 燃用固体燃料，横向冲刷错列布置的光管管束燃用固体燃料，横向冲刷错列布置的光管管束 (11-18)(11-18)()hh传热系数传热系数12111K16传热系数传热系数燃用固体燃料，横向冲刷顺列布置的光管管束、燃用气体燃燃用固体燃料，横向冲刷顺列布置的光管管束、燃用气体燃料、重油横向冲刷错列或顺列布置的光管管束料、重油

15、横向冲刷错列或顺列布置的光管管束 (11-19)(11-19) 对于受热介质为水、汽水混合物和超临界压力过热蒸汽的对于受热介质为水、汽水混合物和超临界压力过热蒸汽的受热面受热面，式（，式（11-1811-18）、（）、（11-1911-19）可变为可变为 (11-20) (11-20) (11-21)(11-21)1K 1211K11K17传热系数传热系数 对于空气预热器对于空气预热器 管式空气预热器管式空气预热器 ： (11-22)(11-22) 回转式空气预热器：回转式空气预热器： (11-23)(11-23) x xy y、x xk k烟气、空气冲刷转子的份额烟气、空气冲刷转子的份额 C

16、nCn考虑在转数较低时热交换不稳定性影响的考虑在转数较低时热交换不稳定性影响的修正系数，是转数的函数修正系数，是转数的函数 。可在表可在表11111 1中选取。中选取。 1211nykCKxx1211K18传热系数传热系数 对于屏式受热面对于屏式受热面（考虑较大的炉内辐射热使管壁温度，尤（考虑较大的炉内辐射热使管壁温度，尤其是灰层外表面温度升高，导致对流传热减少的影响）其是灰层外表面温度升高，导致对流传热减少的影响） (11-24)(11-24) 式中式中 Q Qf f屏从炉膛中吸收的辐射热，屏从炉膛中吸收的辐射热，kJ/kgkJ/kg； Q Qd d屏以对流方式（包括管间空气的烟气辐射）传递

17、屏以对流方式（包括管间空气的烟气辐射）传递的热量，的热量，kJ/kgkJ/kg。 对于肋片和鳍片式省煤器对于肋片和鳍片式省煤器（在考虑上述影响的因素外，还（在考虑上述影响的因素外，还要考虑在带肋片或带鳍片受热面上面积的扩展，以及肋片要考虑在带肋片或带鳍片受热面上面积的扩展，以及肋片或鳍片本身传热性能与管壁的差异或鳍片本身传热性能与管壁的差异 ）112111fdKQQ19传热系数传热系数以热有效系数以热有效系数 来考虑灰层污染时，按烟气侧全部受热面来考虑灰层污染时，按烟气侧全部受热面H H计算传热系数计算传热系数 (11-25)(11-25) 以污染系数以污染系数 来考虑灰层污染时，按烟气侧全部

18、受热面的来考虑灰层污染时，按烟气侧全部受热面的H计算传热系数计算传热系数 (11-26)(11-26)1111111K1211HHKHH 20烟气对管壁的放热系数烟气对管壁的放热系数 ：烟气的对流放热系数：烟气的对流放热系数 和管间和管间烟气容积的辐射放热系数烟气容积的辐射放热系数 。对流管束烟气侧放热系数对流管束烟气侧放热系数 ，kW/(mkW/(m2 2) ) (11-28)(11-28)对屏式受热面烟气侧的放热系数对屏式受热面烟气侧的放热系数 ，kW/(mkW/(m2 2) ) (11-29)(11-29)1df1()df 122dfds x放热系数放热系数a a21对流放热系数：对流放

19、热系数：表征对流换热过程强弱的指标。它与气流速度和温表征对流换热过程强弱的指标。它与气流速度和温度，定性尺寸，受热面的冲刷方式（纵向或横向），受热面的布置方度，定性尺寸，受热面的冲刷方式（纵向或横向），受热面的布置方式（顺列或错列以及节距和排数）表面形式（光管或鳍片管），冲刷式（顺列或错列以及节距和排数）表面形式（光管或鳍片管），冲刷介质的物理性质等因素有关。其数值是在试验台上用试验方法得出，介质的物理性质等因素有关。其数值是在试验台上用试验方法得出，再用相似理论整理出实用的计算公式再用相似理论整理出实用的计算公式 。 横向冲刷横向冲刷对于顺列管束：对于顺列管束： kW/(mkW/(m2 2)

20、 (11-30) (11-30)对于错列管束：对于错列管束： kW/(mkW/(m2 2) (11-33) (11-33)0.650.330.2RePrdszerC Cd0.60.33RdszerC CPd对流放热系数对流放热系数a ad d22 纵向冲刷纵向冲刷 过热器、再热器和省煤器等受热面中的受热介质（蒸汽、水等）以及过热器、再热器和省煤器等受热面中的受热介质（蒸汽、水等）以及空气预热器中的烟气均在管内作纵向冲刷，当空气预热器中的烟气均在管内作纵向冲刷，当ReRe数在数在10104 45 510105 5；PrPr数在数在0.60.6120120范围内时，其放热系数可用下式计算范围内时，

21、其放热系数可用下式计算 ，kW/(mkW/(m2 2) (11-36) (11-36) 回转式空气预热器对流放热系数回转式空气预热器对流放热系数 ReRe数在数在10103 310105 5范围内的回转式空气预热器烟气和空气侧的放热系数范围内的回转式空气预热器烟气和空气侧的放热系数按下式计算按下式计算 , kW/(m, kW/(m2 2) (11-37) (11-37)0.80.40.023RePdrtldlC Cd0.80.4eRPdrtldlCC Cd对流放热系数对流放热系数a ad d23 对于燃用固体燃料的错列管束、燃用所有燃料的屏式受对于燃用固体燃料的错列管束、燃用所有燃料的屏式受热面及肋片管束，计算传热系数时需用污染系数热面及肋片管束，计算传热系数时需用污染系数 来考来考虑由于管子