第11章 半輻射與對流受熱面的傳熱計算=鍋爐原理 =華中科技大學

1、1第十一章半輻射和對流受熱面的第十一章半輻射和對流受熱面的傳熱計算傳熱計算n 對流傳熱計算的基本公式對流傳熱計算的基本公式n 傳熱溫壓傳熱溫壓 n 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)n 對流受熱面面積與介質速度對流受熱面面積與介質速度2對流受熱面中煙氣與工質間的換熱過程：對流受熱面中煙氣與工質間的換熱過程： 煙氣對管外壁的放熱（包括輻射與對流）；煙氣對管外壁的放熱（包括輻射與對流）； 管外壁到管內壁的導熱管外壁到管內壁的導熱 ； 管內壁對工質的對流放熱管內壁對工質的對流放熱 。對流傳熱計算的基本公式對流傳熱計算的基本公式 ： 煙氣對流放熱公式；煙氣對流放熱公式； 工質（蒸汽或水或空氣）的對流吸熱公式工質（蒸汽或

2、水或空氣）的對流吸熱公式 ； 對流傳熱公式對流傳熱公式 。對流傳熱計算的基本公式對流傳熱計算的基本公式3 假定煙氣流過對流受熱面，煙氣假定煙氣流過對流受熱面，煙氣通過受熱面管壁對工質放熱時，通過受熱面管壁對工質放熱時， 煙氣溫度由煙氣溫度由 降至降至 ； 工質溫度則由工質溫度則由 提高到提高到 ； 漏入煙道的冷空氣（其量用漏風漏入煙道的冷空氣（其量用漏風系數(shù)表示）同時被加熱，其溫度系數(shù)表示）同時被加熱，其溫度由由t tlklk提高到提高到 。 圖111 對流受熱面熱量平衡圖tt對流傳熱計算的基本公式對流傳熱計算的基本公式4煙氣對流放熱量煙氣對流放熱量煙氣在對流煙道中放出的熱量在考慮了煙道的散熱

3、損失（用保熱系數(shù)表煙氣在對流煙道中放出的熱量在考慮了煙道的散熱損失（用保熱系數(shù)表示）后可用以下公式計算：示）后可用以下公式計算： kJ/k kJ/k （11111 1） 式中式中 受熱面進口煙氣焓，受熱面進口煙氣焓， ，kJ/kg kJ/kg 受熱面出口煙氣焓，受熱面出口煙氣焓， ，kJ/kgkJ/kg 時漏入空氣的焓，時漏入空氣的焓，kJ/kgkJ/kg 受熱面漏風系數(shù)，按經驗數(shù)據(jù)或表受熱面漏風系數(shù)，按經驗數(shù)據(jù)或表2 27 7選取。選取。對于空氣預熱器以外的各對流受熱面，取冷空氣溫度（對于空氣預熱器以外的各對流受熱面，取冷空氣溫度（20203030）計）計算；對管式空氣預熱器，按該段空氣預熱

4、器進、出口空氣溫度的平均值算；對管式空氣預熱器，按該段空氣預熱器進、出口空氣溫度的平均值計算；對回轉式空氣預熱器，取冷段與熱段空氣焓的平均值。計算；對回轉式空氣預熱器，取冷段與熱段空氣焓的平均值。 00(1)ylHHHHH0lH10()dflQHHH00(1)ylHHH5 對于過熱器和省煤器，工質對流吸熱量按下式計算對于過熱器和省煤器，工質對流吸熱量按下式計算 ，kJ/kg (11-2)kJ/kg (11-2) 對開屏式過熱器及吸收爐內輻射熱的對流過熱器，則有對開屏式過熱器及吸收爐內輻射熱的對流過熱器，則有 ，kJ/kg (11-3)kJ/kg (11-3)式中式中Q Qf f屏式過熱器來自爐

5、膛的輻射吸熱量：屏式過熱器來自爐膛的輻射吸熱量： (11-4)(11-4)工質對流吸熱量工質對流吸熱量()dxjDQhhB()dxfjDQhhQBfffQQQ6 (11-5)(11-5) 屏進口處截面（爐膛出口截面）所吸收的爐膛輻射熱量屏進口處截面（爐膛出口截面）所吸收的爐膛輻射熱量 屏區(qū)（在爐膛高度方向）熱負荷分布不均勻系數(shù)，可查圖屏區(qū)（在爐膛高度方向）熱負荷分布不均勻系數(shù)，可查圖10-610-6； 考慮屏間煙氣向爐膛反輻射影響的修正系數(shù)，可查圖考慮屏間煙氣向爐膛反輻射影響的修正系數(shù)，可查圖10-110-1； q qf f 爐膛輻射受熱面的平均熱負荷，爐膛輻射受熱面的平均熱負荷，kw/mkw

6、/m2 2，式（，式（10-2610-26）計算確定；）計算確定； 屏進口處煙窗面積，屏進口處煙窗面積，m m2 2。 fQgfpfjq FQB gpF工質對流吸熱量工質對流吸熱量7 從爐膛（透過屏）向屏后受熱面（第二級屏或凝渣管或過熱器）從爐膛（透過屏）向屏后受熱面（第二級屏或凝渣管或過熱器）的直接輻射熱量的直接輻射熱量 (11-6)(11-6) a a為屏間煙氣黑度，用本章有關公式計算確定；為屏間煙氣黑度，用本章有關公式計算確定； 為屏進口截面對出口截面的角系數(shù)，表示爐膛輻射熱透過屏間空為屏進口截面對出口截面的角系數(shù)，表示爐膛輻射熱透過屏間空間而落在屏后受熱面的部分?？砂聪率接嬎悖洪g而落在

7、屏后受熱面的部分。可按下式計算： (11-7)(11-7) b b、s s1 1分別為屏間煙氣空間的深度和寬度，后者即為屏間節(jié)距，分別為屏間煙氣空間的深度和寬度，后者即為屏間節(jié)距，見圖見圖11-211-2。 fQpx工質對流吸熱量工質對流吸熱量(1)fpfQa xQ 2111pbbxss 8 對于屏后受熱面（第二級屏或凝渣管或過熱器），其入口對于屏后受熱面（第二級屏或凝渣管或過熱器），其入口斷面的輻射熱斷面的輻射熱 應為爐膛穿透輻射熱應為爐膛穿透輻射熱 與第一級屏屏與第一級屏屏區(qū)高溫煙氣對其后受熱面的輻射熱區(qū)高溫煙氣對其后受熱面的輻射熱Q Qphph之和，即之和，即2fQfQ2ffphQQQ1

8、145.67 10pprphjF TQB工質對流吸熱量工質對流吸熱量9 對于空氣預熱器，空氣的吸熱量按下式計算對于空氣預熱器，空氣的吸熱量按下式計算 ，kJ/kg (11-8)kJ/kg (11-8)式中式中 空氣預熱器出口處空氣量理論空氣量之比空氣預熱器出口處空氣量理論空氣量之比, , ，其中，其中 為爐膛過剩空氣系數(shù)；為爐膛過?？諝庀禂?shù)； 和和 分別為爐膛和制粉系統(tǒng)的漏風系數(shù)。按表分別為爐膛和制粉系統(tǒng)的漏風系數(shù)。按表2-72-7數(shù)據(jù)選??；數(shù)據(jù)選?。?、 空氣預熱器進、出口理論空氣焓，空氣預熱器進、出口理論空氣焓，kJ/kgkJ/kg。ttzf0kH0kH工質對流吸熱量工質對流吸熱量002d

9、xkkQHHttzf10對應于一公斤計算燃料，對流傳熱量按下式計算對應于一公斤計算燃料，對流傳熱量按下式計算 ，kJ/kg (11-9)kJ/kg (11-9)式中式中 KK傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)，kW/(mkW/(m2 2)； HH傳熱面積，傳熱面積，m m2 2； 傳熱溫壓，傳熱溫壓，。下面討論上述公式中各物理量的計算方法。下面討論上述公式中各物理量的計算方法。t對流傳熱量對流傳熱量dcjKH tQB11傳熱溫壓：傳熱溫壓：是參與換熱的兩種介質在整個受熱面中的平均溫是參與換熱的兩種介質在整個受熱面中的平均溫差。溫壓大小與兩種介質相互間的流動方向有關。差。溫壓大小與兩種介質相互間的流動方向有關。

10、在對流受熱面中，逆流流動方式的傳熱溫壓最大，順流方式在對流受熱面中，逆流流動方式的傳熱溫壓最大，順流方式溫壓最小，其它流動方式（串聯(lián)混合流、平行混合流、交叉溫壓最小，其它流動方式（串聯(lián)混合流、平行混合流、交叉流）的溫壓介乎兩者之間。鍋爐常用的流動方式見圖流）的溫壓介乎兩者之間。鍋爐常用的流動方式見圖11-311-3。 順流或逆流的傳熱溫壓按對流平均溫差計算順流或逆流的傳熱溫壓按對流平均溫差計算 ， (11-10) (11-10)傳熱溫壓傳熱溫壓2.3dxdxddxxtttttttInIgtt 12式中式中 受熱面兩端的溫度差中的較大值，受熱面兩端的溫度差中的較大值，； 受熱面兩端的溫度差中的較

11、小值，受熱面兩端的溫度差中的較小值，。當當 時，傳熱溫壓可取算術平均值時，傳熱溫壓可取算術平均值 ， (11-11) (11-11)其中其中 、 煙氣與工質進、出口溫度算術平均值。煙氣與工質進、出口溫度算術平均值。dtxt1.7dxtt2dxpjpjtttt pjpjt傳熱溫壓傳熱溫壓13 其它流動方式的溫壓，則按逆流溫壓乘以修正系數(shù)來計算其它流動方式的溫壓，則按逆流溫壓乘以修正系數(shù)來計算 ， (11-12) (11-12) 系數(shù)系數(shù) 由圖查出。對于不同的流動系統(tǒng)由圖查出。對于不同的流動系統(tǒng) 值分別在值分別在圖（圖（11-411-4）、圖）、圖（11-511-5）及圖（）及圖（11-611-6

12、）中標出）中標出 。 對于任何一種復雜的連接方式，如果系統(tǒng)中順流部分的傳熱溫壓與逆對于任何一種復雜的連接方式，如果系統(tǒng)中順流部分的傳熱溫壓與逆流部分的傳熱溫壓之比大于流部分的傳熱溫壓之比大于0.920.92，則系統(tǒng)溫壓的計算的可簡化為：，則系統(tǒng)溫壓的計算的可簡化為： ， (11-16) (11-16)傳熱溫壓傳熱溫壓ntt ()/2snttt 14傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K K：管式受熱面的傳熱系數(shù)可簡化為多層平壁的傳：管式受熱面的傳熱系數(shù)可簡化為多層平壁的傳熱系數(shù)進行計算熱系數(shù)進行計算 ，kW/(mkW/(m2 2) (11-17) (11-17)式中式中 、 加熱介質對管壁及管壁對受熱介質的放熱系

13、加熱介質對管壁及管壁對受熱介質的放熱系 數(shù)，數(shù)，kW/(mkW/(m2 2) ) ；、 、 煙氣側灰層、管壁及工質側水垢層的厚度，煙氣側灰層、管壁及工質側水垢層的厚度，m m； 、 、 煙氣側灰層、管壁及工質側水垢層的導熱系數(shù)，煙氣側灰層、管壁及工質側水垢層的導熱系數(shù)， kW/(mkW/(m2 2)。 12hbghbg傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)12111ghbhbgK15影響灰污層的熱阻影響灰污層的熱阻 的因素：燃料種類、灰粒尺寸、煙的因素：燃料種類、灰粒尺寸、煙氣流速、管子下徑和布置方式等。熱力計算中用污染系數(shù)氣流速、管子下徑和布置方式等。熱力計算中用污染系數(shù)或熱有效系數(shù)或熱有效系數(shù) 來考慮灰層的污染

14、。來考慮灰層的污染。對于空氣預熱器則采用利用系數(shù)對于空氣預熱器則采用利用系數(shù) 綜合考慮積灰污染、煙綜合考慮積灰污染、煙氣和空氣對受熱面沖刷不均勻等的影響。氣和空氣對受熱面沖刷不均勻等的影響。不同情況下的傳熱系數(shù)可作如下簡化：不同情況下的傳熱系數(shù)可作如下簡化： 對于過熱器對于過熱器 燃用固體燃料，橫向沖刷錯列布置的光管管束燃用固體燃料，橫向沖刷錯列布置的光管管束 (11-18)(11-18)()hh傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)12111K16傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)燃用固體燃料，橫向沖刷順列布置的光管管束、燃用氣體燃燃用固體燃料，橫向沖刷順列布置的光管管束、燃用氣體燃料、重油橫向沖刷錯列或順列布置的光管管束料、重油

15、橫向沖刷錯列或順列布置的光管管束 (11-19)(11-19) 對于受熱介質為水、汽水混合物和超臨界壓力過熱蒸汽的對于受熱介質為水、汽水混合物和超臨界壓力過熱蒸汽的受熱面受熱面，式（，式（11-1811-18）、（）、（11-1911-19）可變?yōu)榭勺優(yōu)?(11-20) (11-20) (11-21)(11-21)1K 1211K11K17傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) 對于空氣預熱器對于空氣預熱器 管式空氣預熱器管式空氣預熱器 ： (11-22)(11-22) 回轉式空氣預熱器：回轉式空氣預熱器： (11-23)(11-23) x xy y、x xk k煙氣、空氣沖刷轉子的份額煙氣、空氣沖刷轉子的份額 C

16、nCn考慮在轉數(shù)較低時熱交換不穩(wěn)定性影響的考慮在轉數(shù)較低時熱交換不穩(wěn)定性影響的修正系數(shù)，是轉數(shù)的函數(shù)修正系數(shù)，是轉數(shù)的函數(shù) 。可在表可在表11111 1中選取。中選取。 1211nykCKxx1211K18傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) 對于屏式受熱面對于屏式受熱面（考慮較大的爐內輻射熱使管壁溫度，尤（考慮較大的爐內輻射熱使管壁溫度，尤其是灰層外表面溫度升高，導致對流傳熱減少的影響）其是灰層外表面溫度升高，導致對流傳熱減少的影響） (11-24)(11-24) 式中式中 Q Qf f屏從爐膛中吸收的輻射熱，屏從爐膛中吸收的輻射熱，kJ/kgkJ/kg； Q Qd d屏以對流方式（包括管間空氣的煙氣輻射）傳遞

17、屏以對流方式（包括管間空氣的煙氣輻射）傳遞的熱量，的熱量，kJ/kgkJ/kg。 對于肋片和鰭片式省煤器對于肋片和鰭片式省煤器（在考慮上述影響的因素外，還（在考慮上述影響的因素外，還要考慮在帶肋片或帶鰭片受熱面上面積的擴展，以及肋片要考慮在帶肋片或帶鰭片受熱面上面積的擴展，以及肋片或鰭片本身傳熱性能與管壁的差異或鰭片本身傳熱性能與管壁的差異 ）112111fdKQQ19傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)以熱有效系數(shù)以熱有效系數(shù) 來考慮灰層污染時，按煙氣側全部受熱面來考慮灰層污染時，按煙氣側全部受熱面H H計算傳熱系數(shù)計算傳熱系數(shù) (11-25)(11-25) 以污染系數(shù)以污染系數(shù) 來考慮灰層污染時，按煙氣側全部

18、受熱面的來考慮灰層污染時，按煙氣側全部受熱面的H計算傳熱系數(shù)計算傳熱系數(shù) (11-26)(11-26)1111111K1211HHKHH 20煙氣對管壁的放熱系數(shù)煙氣對管壁的放熱系數(shù) ：煙氣的對流放熱系數(shù)：煙氣的對流放熱系數(shù) 和管間和管間煙氣容積的輻射放熱系數(shù)煙氣容積的輻射放熱系數(shù) 。對流管束煙氣側放熱系數(shù)對流管束煙氣側放熱系數(shù) ，kW/(mkW/(m2 2) ) (11-28)(11-28)對屏式受熱面煙氣側的放熱系數(shù)對屏式受熱面煙氣側的放熱系數(shù) ，kW/(mkW/(m2 2) ) (11-29)(11-29)1df1()df 122dfds x放熱系數(shù)放熱系數(shù)a a21對流放熱系數(shù)：對流放

19、熱系數(shù)：表征對流換熱過程強弱的指標。它與氣流速度和溫表征對流換熱過程強弱的指標。它與氣流速度和溫度，定性尺寸，受熱面的沖刷方式（縱向或橫向），受熱面的布置方度，定性尺寸，受熱面的沖刷方式（縱向或橫向），受熱面的布置方式（順列或錯列以及節(jié)距和排數(shù)）表面形式（光管或鰭片管），沖刷式（順列或錯列以及節(jié)距和排數(shù)）表面形式（光管或鰭片管），沖刷介質的物理性質等因素有關。其數(shù)值是在試驗臺上用試驗方法得出，介質的物理性質等因素有關。其數(shù)值是在試驗臺上用試驗方法得出，再用相似理論整理出實用的計算公式再用相似理論整理出實用的計算公式 。 橫向沖刷橫向沖刷對于順列管束：對于順列管束： kW/(mkW/(m2 2)

20、 (11-30) (11-30)對于錯列管束：對于錯列管束： kW/(mkW/(m2 2) (11-33) (11-33)0.650.330.2RePrdszerC Cd0.60.33RdszerC CPd對流放熱系數(shù)對流放熱系數(shù)a ad d22 縱向沖刷縱向沖刷 過熱器、再熱器和省煤器等受熱面中的受熱介質（蒸汽、水等）以及過熱器、再熱器和省煤器等受熱面中的受熱介質（蒸汽、水等）以及空氣預熱器中的煙氣均在管內作縱向沖刷，當空氣預熱器中的煙氣均在管內作縱向沖刷，當ReRe數(shù)在數(shù)在10104 45 510105 5；PrPr數(shù)在數(shù)在0.60.6120120范圍內時，其放熱系數(shù)可用下式計算范圍內時，

21、其放熱系數(shù)可用下式計算 ，kW/(mkW/(m2 2) (11-36) (11-36) 回轉式空氣預熱器對流放熱系數(shù)回轉式空氣預熱器對流放熱系數(shù) ReRe數(shù)在數(shù)在10103 310105 5范圍內的回轉式空氣預熱器煙氣和空氣側的放熱系數(shù)范圍內的回轉式空氣預熱器煙氣和空氣側的放熱系數(shù)按下式計算按下式計算 , kW/(m, kW/(m2 2) (11-37) (11-37)0.80.40.023RePdrtldlC Cd0.80.4eRPdrtldlCC Cd對流放熱系數(shù)對流放熱系數(shù)a ad d23 對于燃用固體燃料的錯列管束、燃用所有燃料的屏式受對于燃用固體燃料的錯列管束、燃用所有燃料的屏式受熱面及肋片管束，計算傳熱系數(shù)時需用污染系數(shù)熱面及肋片管束，計算傳熱系數(shù)時需用污染系數(shù) 來考來考慮由于管子