锅炉本体热力计算11课件

七、锅炉本体热力计算

7.1锅炉传热过程及计算

7.1.1炉膛几何特性炉膛容积Vl：由炉子火床表面至炉膛出口烟窗之间的容积。炉膛周界面积Fl：包围炉膛容积的所有周界封闭面积的总和，包含火床面积R、全部水冷壁面积、未有水冷壁的炉墙面积和出口烟窗第一排水管中心线面积。有效辐射受热面Hf

：

有效角系数x：火焰投射到管壁受热面的总热量与投射到炉壁的热量之比。

炉膛水冷程度χ

：整个炉膛的平均有效角系数。式中Fbi、χi—为某一区段的炉壁面积和其相应的有效角系数；Hff—对于覆盖有耐火层的水冷壁其辐射受热面面积；Fl—炉膛周界总面积，m2；R—火床面积，m2。

0七、锅炉本体热力计算7.1锅炉传热过程及计算0七、锅炉本体热力计算

7.1.2炉膛传热的基本方程及炉膛黑度

火焰与炉壁之间的辐射换热量：

（四次方温差公式）

炉膛系统黑度：室燃炉层燃炉

火床与炉壁面积之比：式中Qhy

—火焰有效辐射；Qby

—炉壁有效辐射；—水冷壁的表面黑度，可取0.8；—火焰黑度。Th—火焰的平均温度，K；Tb

—水冷壁表面温度，K。1七、锅炉本体热力计算7.1.2炉膛传热的基本方程及炉膛黑度七、锅炉本体热力计算6.1.3火焰黑度

火焰黑度：

式中k—火焰辐射减弱系数，1/m·Mpa；

p—炉膛内介质的压力；

δ—有效辐射层厚度，m;对炉膛：

Vl—炉膛容积，m3;

Fl—炉膛包覆面积，m2;

火焰辐射减弱系数：式中kq、kg、kh—分别为三原子气体、固体颗粒和灰粒的减弱系数，1/m·Mpa；C—焦炭粒等的修正系数。2七、锅炉本体热力计算6.1.3火焰黑度26.1.4炉膛有效放热量与理论燃烧温度

炉膛有效放热量Ql

是指相应于1kg真正参与燃烧的燃料所带入炉膛的热量。

式中Qk—燃烧需要的空气带进炉膛的热量。

理论燃烧温度：假定在绝热情况下将Ql作为烟气的理论焓而得到烟气理论温度。式中：Vy—在αl〃情况下每kg燃料燃烧后的烟气容积，Nm3/kg;cpj—烟气从0℃到θll℃温度范围内的平均容积比热，kJ/Nm3·

℃。七、锅炉本体热力计算36.1.4炉膛有效放热量与理论燃烧温度七、锅炉本体热力计算3

6.1.5火焰平均温度及水冷壁管外积灰层表面温度

火焰平均温度：

n——燃烧工况对炉膛内火焰温度场的影响。

水冷壁管外积灰层表面温度：

式中Tgb—水冷壁管金属壁温，K；ε—管外积灰层热阻，一般取2.6m3·

℃/kW;qf—壁受热面辐射热流密度，kW/m2;Bj’—每秒计算燃料量，kg/s。6.1.6炉膛换热计算

炉膛换热无因次方程式：

波尔茨曼准则—；

火焰无因次温度—

；

炉膛出口无因次温度—七、锅炉本体热力计算46.1.5火焰平均温度及水冷壁管外积灰层表面温度七、锅炉本6.1.7炉膛换热计算步骤（1）确定炉膛几何特性：炉膛各面炉墙面积Fbi、炉膛周界面积Fl、炉膛容积Vl、炉膛有效辐射受热面总面积Hf、炉排面积R、炉膛水冷程度χ、炉膛有效辐射层厚度δ。（2）计算炉内有效放热量Ql、，在选定炉子出口过量空气系数αl”的情况下，由焓温表得理论燃烧温度。（3）先假定一个炉膛出口温度，在焓温表中求得相应得,从而计算烟气的平均热容量Vycpj。（4）计算炉膛火焰黑度、炉膛系统黑度和波尔茨曼准则Bo。（5）选取m值，计算Bo(1/+m)值后由图查取，求出。（6）应与假设的值相差不大于100℃，否则重新假定再算，最后以计算所得的为准。（7）计算炉膛辐射受热面平均热流密度：（8）计算炉膛容积热强度、炉排热强度：

B’—每秒燃料消耗量，kg/s。七、锅炉本体热力计算56.1.7炉膛换热计算步骤七、锅炉本体热力计算56.2对流传热面传热计算6.2.1基本方程式

以燃烧1kg燃料为计算基础：传热方程式：热平衡方程式：

烟气侧：工质侧：

炉膛出口烟窗后的对流受热面，受到的炉膛辐射热：

七、锅炉本体热力计算66.2对流传热面传热计算七、锅炉本体热力计算66.2.2传热系数

灰污系数表示管壁积灰后所引起热阻的增加：

有积灰时的传热热阻：

无积灰时的传热热阻：

传热系数：七、锅炉本体热力计算76.2.2传热系数七、锅炉本体热力计算76.2.3有效系数ψ

有效系数传热系数：对流管束和省煤器：空气预热器：过热器：

蒸发受热面：七、锅炉本体热力计算86.2.3有效系数ψ七、锅炉本体热力计算86.3对流放热系数

强制流动放热的准则关系式6.3.1横向冲刷管束时的对流放热系数（1）管束错列布置时（2）管束顺列布置时

管束部分错列、部分顺列布置时

式中λ—介质在平均温度下的导热系数,kW

/m2·

℃；ν—介质在平均温度下的动粘度,m2/s；d—管子外径,m；w—介质在最窄断面处的平均流速,m/s；Pr—介质在平均温度下的普朗特数；Cs—管束结构特性修正系数；Cc—管束的排数(Z2)修正系数。七、锅炉本体热力计算96.3对流放热系数七、锅炉本体热力计算96.3.2纵向冲刷管束时的对流放热系数

当量直径:

式中

F—烟道流通截面积；U—湿周周长。6.3.3横向－纵向混合冲刷管束时的传热系数

原则（1）烟气流量和流速可取整个管束的平均值；（2）烟气速度按横向、纵向分算，再分别求出受热面的放热系数，再按下式求整个管束的平均传热系数：式中

Kh、Kz—分别为横向、纵向冲刷部分的传热系数；

Hh、Hz—分别为横向、纵向冲刷部分的受热面积。七、锅炉本体热力计算106.3.2纵向冲刷管束时的对流放热系数七、锅炉本体热力计算16.3.4平均流速和计算截面积

平均流速:式中

V

—容积流量,m3/s；F—通道截面积,m2。（一）容积流量V的计算

烟气：

对于蒸汽或水：对于空气：

式中

υpj—在平均温度和平均压力下蒸汽或水的比容,m3/kg

；βk

—通过空气预热器的空气量与理论空气量的比值；θ—烟气计算温度。七、锅炉本体热力计算116.3.4平均流速和计算截面积七、锅炉本体热力计算11（二）通道截面积F的计算1.烟气横向冲刷光管管束：

式中

a、b—烟道的长与宽,m；Z1—在所计算截面上的管子根数；

d—管子外径,m；

l—管子在计算截面上的投影长度,m。2.烟气纵向冲刷：a.管内

b.管外式中

Z—并联管子数；dn—管子内径。c.平均通道截面积

式中

H1、H2……,F1、F2……分别为相应的受热面积和通道截面积,m2。

如烟道截面逐渐变化，则平均通道截面积

式中

F’、F”—烟道进、出口截面面积。六、锅炉本体热力计算12（二）通道截面积F的计算六、锅炉本体热力计算126.4辐射放热系数

烟气为含灰气流时：

烟气为不含灰气流时：式中—烟气及管壁的黑度；Ty、Thb—烟气及管壁积灰表面温度，K。

对于积灰过热器：

对其它积灰受热面：

式中

t—管内介质的平均温度,℃；α2—管壁向蒸汽的放热系数,

kW/m2·℃；Q—燃烧1kg燃料时其烟气对受热面的放热量,kJ/kg；Qf—受热面从炉膛辐射所得的热量,kJ/kg；H—受热面面积,

m2；ε—灰污系数,

m2·℃/kW；△th—积灰层两侧的温差。七、锅炉本体热力计算136.4辐射放热系数七、锅炉本体热力计算136.5平均温差

对于纯顺流、纯逆流或蛇形管受热面交叉次数多于四次时：当时，

对于混合系统：如

则6.6对流受热面传热计算方法

对流受热面传热计算步骤：

（1）假定烟气出口温度，由焓温表查得出口烟焓,按烟气侧的热平衡方程式算出烟气放热量Qrp。（2）按工质侧的热平衡方程式求得工质出口焓，由水蒸汽表查得相应出口温度。（3）求得烟气平均温度和工质平均温度t,烟气平均流速和工质平均流速ω。

七、锅炉本体热力计算146.5平均温差七、锅炉本体热力计算14七、锅炉本体热力计算（4）确定αd、αf、α1,在需要时求工质侧的放热系数α2。（5）选取有效系数，确定传热系数。（6）确定平均温差，求得受热面的传热量Qcr。（7）检验原假定的受热面的烟气出口温度是否合理，计算烟气放热量Qrp和传热量Qcr的误差百分比

当δQ符合误差要求计算结束，否则重新烟气出口温度再次进行计算。15七、锅炉本体热力计算（4）确定αd、αf、α1,在需要时求七、锅炉本体热力计算

7.1锅炉传热过程及计算

7.1.1炉膛几何特性炉膛容积Vl：由炉子火床表面至炉膛出口烟窗之间的容积。炉膛周界面积Fl：包围炉膛容积的所有周界封闭面积的总和，包含火床面积R、全部水冷壁面积、未有水冷壁的炉墙面积和出口烟窗第一排水管中心线面积。有效辐射受热面Hf

：

有效角系数x：火焰投射到管壁受热面的总热量与投射到炉壁的热量之比。

炉膛水冷程度χ

：整个炉膛的平均有效角系数。式中Fbi、χi—为某一区段的炉壁面积和其相应的有效角系数；Hff—对于覆盖有耐火层的水冷壁其辐射受热面面积；Fl—炉膛周界总面积，m2；R—火床面积，m2。

16七、锅炉本体热力计算7.1锅炉传热过程及计算0七、锅炉本体热力计算

7.1.2炉膛传热的基本方程及炉膛黑度

火焰与炉壁之间的辐射换热量：

（四次方温差公式）

炉膛系统黑度：室燃炉层燃炉

火床与炉壁面积之比：式中Qhy

—火焰有效辐射；Qby

—炉壁有效辐射；—水冷壁的表面黑度，可取0.8；—火焰黑度。Th—火焰的平均温度，K；Tb

—水冷壁表面温度，K。17七、锅炉本体热力计算7.1.2炉膛传热的基本方程及炉膛黑度七、锅炉本体热力计算6.1.3火焰黑度

火焰黑度：

式中k—火焰辐射减弱系数，1/m·Mpa；

p—炉膛内介质的压力；

δ—有效辐射层厚度，m;对炉膛：

Vl—炉膛容积，m3;

Fl—炉膛包覆面积，m2;

火焰辐射减弱系数：式中kq、kg、kh—分别为三原子气体、固体颗粒和灰粒的减弱系数，1/m·Mpa；C—焦炭粒等的修正系数。18七、锅炉本体热力计算6.1.3火焰黑度26.1.4炉膛有效放热量与理论燃烧温度

炉膛有效放热量Ql

是指相应于1kg真正参与燃烧的燃料所带入炉膛的热量。

式中Qk—燃烧需要的空气带进炉膛的热量。

理论燃烧温度：假定在绝热情况下将Ql作为烟气的理论焓而得到烟气理论温度。式中：Vy—在αl〃情况下每kg燃料燃烧后的烟气容积，Nm3/kg;cpj—烟气从0℃到θll℃温度范围内的平均容积比热，kJ/Nm3·

℃。七、锅炉本体热力计算196.1.4炉膛有效放热量与理论燃烧温度七、锅炉本体热力计算3

6.1.5火焰平均温度及水冷壁管外积灰层表面温度

火焰平均温度：

n——燃烧工况对炉膛内火焰温度场的影响。

水冷壁管外积灰层表面温度：

式中Tgb—水冷壁管金属壁温，K；ε—管外积灰层热阻，一般取2.6m3·

℃/kW;qf—壁受热面辐射热流密度，kW/m2;Bj’—每秒计算燃料量，kg/s。6.1.6炉膛换热计算

炉膛换热无因次方程式：

波尔茨曼准则—；

火焰无因次温度—

；

炉膛出口无因次温度—七、锅炉本体热力计算206.1.5火焰平均温度及水冷壁管外积灰层表面温度七、锅炉本6.1.7炉膛换热计算步骤（1）确定炉膛几何特性：炉膛各面炉墙面积Fbi、炉膛周界面积Fl、炉膛容积Vl、炉膛有效辐射受热面总面积Hf、炉排面积R、炉膛水冷程度χ、炉膛有效辐射层厚度δ。（2）计算炉内有效放热量Ql、，在选定炉子出口过量空气系数αl”的情况下，由焓温表得理论燃烧温度。（3）先假定一个炉膛出口温度，在焓温表中求得相应得,从而计算烟气的平均热容量Vycpj。（4）计算炉膛火焰黑度、炉膛系统黑度和波尔茨曼准则Bo。（5）选取m值，计算Bo(1/+m)值后由图查取，求出。（6）应与假设的值相差不大于100℃，否则重新假定再算，最后以计算所得的为准。（7）计算炉膛辐射受热面平均热流密度：（8）计算炉膛容积热强度、炉排热强度：

B’—每秒燃料消耗量，kg/s。七、锅炉本体热力计算216.1.7炉膛换热计算步骤七、锅炉本体热力计算56.2对流传热面传热计算6.2.1基本方程式

以燃烧1kg燃料为计算基础：传热方程式：热平衡方程式：

烟气侧：工质侧：

炉膛出口烟窗后的对流受热面，受到的炉膛辐射热：

七、锅炉本体热力计算226.2对流传热面传热计算七、锅炉本体热力计算66.2.2传热系数

灰污系数表示管壁积灰后所引起热阻的增加：

有积灰时的传热热阻：

无积灰时的传热热阻：

传热系数：七、锅炉本体热力计算236.2.2传热系数七、锅炉本体热力计算76.2.3有效系数ψ

有效系数传热系数：对流管束和省煤器：空气预热器：过热器：

蒸发受热面：七、锅炉本体热力计算246.2.3有效系数ψ七、锅炉本体热力计算86.3对流放热系数

强制流动放热的准则关系式6.3.1横向冲刷管束时的对流放热系数（1）管束错列布置时（2）管束顺列布置时

管束部分错列、部分顺列布置时

式中λ—介质在平均温度下的导热系数,kW

/m2·

℃；ν—介质在平均温度下的动粘度,m2/s；d—管子外径,m；w—介质在最窄断面处的平均流速,m/s；Pr—介质在平均温度下的普朗特数；Cs—管束结构特性修正系数；Cc—管束的排数(Z2)修正系数。七、锅炉本体热力计算256.3对流放热系数七、锅炉本体热力计算96.3.2纵向冲刷管束时的对流放热系数

当量直径:

式中

F—烟道流通截面积；U—湿周周长。6.3.3横向－纵向混合冲刷管束时的传热系数

原则（1）烟气流量和流速可取整个管束的平均值；（2）烟气速度按横向、纵向分算，再分别求出受热面的放热系数，再按下式求整个管束的平均传热系数：式中

Kh、Kz—分别为横向、纵向冲刷部分的传热系数；

Hh、Hz—分别为横向、纵向冲刷部分的受热面积。七、锅炉本体热力计算266.3.2纵向冲刷管束时的对流放热系数七、锅炉本体热力计算16.3.4平均流速和计算截面积

平均流速:式中

V

—容积流量,m3/s；F—通道截面积,m2。（一）容积流量V的计算

烟气：

对于蒸汽或水：对于空气：

式中

υpj—在平均温度和平均压力下蒸汽或水的比容,m3/kg

；βk

—通过空气预热器的空气量与理论空气量的比值；θ—烟气计算温度。七、锅炉本体热力计算276.3.4平均流速和计算截面积七、锅炉本体热力计算11（二）通道截面积F的计算1.烟气横向冲刷光管管束：

式中

a、b—烟道的长与宽,m；Z1—在所计算截面上的管子根数；

d—管子外径,m；

l—管子在计算截面上的投影长度,m。2.烟气纵向冲刷：a.管内

b.管外式中

Z—并联管子数；dn—管子内径。c.平均通道截面积

式中

H1、H2……,F1、F2……分别为相应的受热面积和通道截面积,m2。

如烟道截面逐渐变化，则平均通道截面积

式中