锅炉及锅炉房设备-07锅炉本体热力计算

第七章锅炉本体的热力计算工业锅炉受热面热力计算是在燃料燃烧计算和热平衡计算的基础上进行的，是合理设计和布置工业锅炉受热面的基础。工业锅炉受热面按传热方式的特点，可以分为辐射受热面和对流受热面。因此，工业锅炉受热面热力计算可以相应的分为辐射受热面热力计算和对流受热面热力计算。炉膛是锅炉中的一个重要部件。其复杂性在于同时存在燃烧和传热过程，而燃烧本身就对传热有很大的影响。另外，燃烧产生的灰分对受热面的污染程度不同也会使吸热量发生变化。反过来，传热过程的强弱又会影响燃料的着火和燃尽。炉膛中的传热过程是一个动态过程，燃料着火后燃烧非常强烈，其放热量大于四周水冷壁吸热，火焰温度迅速上升，形成最大值所在的火焰中心。随后可燃物逐渐燃尽，其放热量小于水冷壁吸热量，火焰温度下降，形成炉内温度场沿炉膛高度不均匀分布曲线。§7.1炉膛传热过程及计算

一、炉膛几何特性第五章§7.1炉膛传热过程及计算1．炉膛容积Vl2．炉膛周界面积Fl3．有效辐射受热面Hf

炉膛容积指：炉子火床表面至炉膛出口烟窗间的容积包括：底部——火床表面炉膛出口截面——出口烟窗第一排水管中心线所在表面四周及顶部第五章§7.1炉膛传热过程及计算1．炉膛容积Vl

包围炉膛容积的所有周界封闭面积的总和火床面积R;

全部水冷壁面积

F=bl

炉膛周界面积Fl=R+Fbz第五章§7.1炉膛传热过程及计算2．炉膛周界面积Fl

第五章§7.1炉膛传热过程及计算

辐射角系数φ

有效角系数x3．有效辐射受热面Hf单排水冷壁，考虑炉墙的反辐射时：1—e≥1.4d，2—e=0.8d，3—e=0.5d；4—e=0。5—不考虑炉墙辐射双排水冷壁，考虑炉墙反辐射时，1—e≥1.4d，2—e=0二、炉膛传热的基本方程式及炉膛黑度传热计算简化模型:§7.1炉膛传热过程及计算（1）水冷壁分布均匀，并把整个炉膛看作一个整体（2）火焰和炉壁是物性均匀的灰体（3）炉墙绝热炉膛系统黑度物理意义：炉膛系统黑度αl：火焰投射黑度，表示火焰与炉壁之间的辐射换热关系§7.1炉膛传热过程及计算三、火焰黑度炉膛内火焰黑度的计算较为复杂，因为炉膛火焰中具有辐射能力的介质是三原子气体、灰粒、焦炭粒和炭黑粒子等，其成分和浓度沿着火焰的行程而变化，并且随着燃料种类、燃烧方法和燃烧工况而异。煤等固体燃料的主要辐射成分为三原子气体、飞灰微粒和焦炭微粒，因此其火焰黑度主要由这些成分的辐射能力所决定，气体燃料和液体燃料火焰的主要辐射成分为三原子气体和炭黑粒子，其火焰黑度主要由这些成分的辐射能力所决定理论分析中，火焰黑度可按下式计算§7.1炉膛传热过程及计算火焰黑度炉膛黑度ρ——炉排面积R与炉膛总壁面积Fl之比，即ρ=R/Fl。

四、炉膛有效放热量与理论燃烧温度

炉膛有效放热量Ql也称入炉热量，是1kg燃料燃烧时带入炉膛的所有热量，它计及了随它一起加进炉膛的其他热量。

§7.1炉膛传热过程及计算理论燃烧温度Tll是假定燃料燃烧时发出的热量未向外界传递时，使烟气所能达到的最高温度，与其相对应的理论烟气焓等于炉内有效放热量Ql。因此，在求得炉内有效放热量后，即可利用从燃烧计算得到的烟气温焓表查得理论燃烧温度或根据下式计算：§7.1炉膛传热过程及计算五、火焰平均温度及水冷壁管外积灰层表面温度

火焰：水冷壁管外：

§7.1炉膛传热过程及计算六、炉膛出口烟气温度

§7.2对流受热面的传热计算

炉膛出口焰温的大小，决定着锅炉辐射受热面及对流受热面吸热量的比例关系，炉膛辐射受热面处于烟气高温区段，辐射换热量与烟温四次方成正比的，因此，辐射受热面热负荷比对流受热面高得多；这样，吸收同等热量时，辐射受热面所需的受热面积及金属耗量就比对流受热面少。

1.的计算：第五章式中：M—炉膛火焰中心位置系数。φ—保热系数аl—炉膛的系统黑度Bj—每秒钟计算燃料耗量Ψ—有效系数（灰污系数）炉膛出口烟气温度2.的选择范围：1）燃用固体燃料时：①

要求℃；由此，其高限一般取℃。②

为了保证燃料的燃烧温度，其低限一般取℃。2）燃用液、气体燃料时：因，其高限一般可取：℃第五章炉膛出口烟气温度3）为炉膛出口处凝渣管或屏式过热器之前的烟温，若凝渣管时，为凝渣管之后的烟温。4）《锅炉机组热力计算标准方法》规定：的计算误差范围为：℃。第五章炉膛出口烟气温度七、炉膛换热计算

§7.1炉膛传热过程及计算八、炉膛换热计算步骤

§7.1炉膛传热过程及计算一、对流受热面传热计算的基本公式1.传热方程式：

1)烟气侧：2)工质侧：2.热平衡方程式：§7.2对流受热面的传热计算对流受热面包括：锅炉管束、过热器、省煤器和空气预热器，受烟气直接冲刷并通过对流换热。二、对流传热系数K的计算影响因素：烟气、积灰、管壁、结垢和工质，包括对流、辐射和传导三种基本传热方式。

§7.2对流受热面的传热计算式中：与难以测定，在计算中一般以、、来考虑灰污对管壁传热的影响。

1.灰污系数ε——表示灰污引起的传热热阻的增加。⑴

则：⑵ε只对燃用固体燃料的错列管束考虑灰污对管壁传热的影响。①

对流管束、省煤器：因为，所以：

§7.2对流受热面的传热计算②

过热器：因为很小，所以很大；⑶错列管束横向冲刷时，与、、灰粒子分散度有关；由图表分别查出、、和按下式计算：

§7.2对流受热面的传热计算2．有效系数——表示受热面有灰污与无灰污时的传热系数之比⑴在缺计算数据时；①燃用固体燃料的顺列管束；②燃用重油和气体燃料室，所有受热面(顺列管束、错列管束)；③小型锅炉的锅炉管束。§7.2对流受热面的传热计算§7.2对流受热面的传热计算⑵因为：；则：①锅炉管束、省煤器：因为很大，所以。则②值可由查取。3．利用系数——表示受热面实际传热系数与无灰污并冲刷完全时的传热系数比值⑴

空气预热器对流传热计算中，常用考虑有灰污和冲刷不完全对管壁传热的影响。⑵

因为：；则：

⑶

的计算：

§7.2对流受热面的传热计算

除空气预热器外，其它对流受热面考虑烟气冲刷不均匀或气流冲刷有局部短路时；

4．当受热面吸收来自炉膛辐射热量和烟气对流热量时：

⑴

对流蒸发受热面：因为，则：；或

；

⑵对于布置在炉膛出口烟窗后的对流受热面，接收来自炉膛辐射热量式中：—炉膛