電站鍋爐_第九章課件

1、鍋爐原理鍋爐原理 課件課件第九章第九章 爐膛傳熱計(jì)算爐膛傳熱計(jì)算爐內(nèi)傳熱基本方程式爐內(nèi)傳熱基本方程式爐膛水冷壁的面積及角系數(shù)爐膛水冷壁的面積及角系數(shù)爐膛黑度爐膛黑度爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法爐膛熱負(fù)荷分配爐膛熱負(fù)荷分配爐內(nèi)傳熱計(jì)算的目的爐內(nèi)傳熱計(jì)算的目的l 確定爐膛出口煙氣溫度和爐膛的輻射傳熱量，以便進(jìn)行對(duì)流受熱面確定爐膛出口煙氣溫度和爐膛的輻射傳熱量，以便進(jìn)行對(duì)流受熱面的換熱計(jì)算及鍋爐熱平衡校核的換熱計(jì)算及鍋爐熱平衡校核u 爐內(nèi)傳熱計(jì)算的目的爐內(nèi)傳熱計(jì)算的目的u 爐內(nèi)傳熱特性爐內(nèi)傳熱特性l 燃料燃燒放熱，火焰溫度升高，在火焰中心區(qū)，達(dá)燃料燃燒放熱，火焰溫度升高，在火

2、焰中心區(qū)，達(dá)15001600攝氏度攝氏度l 高溫?zé)煔庖暂椛浜蛯?duì)流方式將熱量傳給受熱面（水冷壁及過熱器，高溫?zé)煔庖暂椛浜蛯?duì)流方式將熱量傳給受熱面（水冷壁及過熱器，灰垢），加熱其中工質(zhì)，福熱傳熱量占灰垢），加熱其中工質(zhì)，福熱傳熱量占95%l 爐膛出口處煙氣被冷卻到一定的溫度爐膛出口處煙氣被冷卻到一定的溫度爐內(nèi)傳熱基本方程式爐內(nèi)傳熱基本方程式l 把傳熱過程和燃燒過程分開，在必須計(jì)及燃燒工況影響時(shí)，引入把傳熱過程和燃燒過程分開，在必須計(jì)及燃燒工況影響時(shí)，引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù)予以考慮；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)予以考慮；l 爐內(nèi)傳熱只考慮爐內(nèi)傳熱只考慮輻射方式輻射方式的熱交換，略去約占總換熱量的熱交換，略去約占總換熱量5%的對(duì)流

3、的對(duì)流換熱；換熱；l 爐內(nèi)的各物理量（溫度、黑度和熱負(fù)荷等）認(rèn)為是均勻的；爐內(nèi)的各物理量（溫度、黑度和熱負(fù)荷等）認(rèn)為是均勻的；l 把與水冷壁相切的平面看作是火焰的輻射表面。這個(gè)平面既是火把與水冷壁相切的平面看作是火焰的輻射表面。這個(gè)平面既是火焰的輻射面，也是水冷壁接受火焰輻射的面積，稱為水冷壁面積。焰的輻射面，也是水冷壁接受火焰輻射的面積，稱為水冷壁面積。 u 對(duì)爐內(nèi)輻射傳熱計(jì)算所作的假設(shè)對(duì)爐內(nèi)輻射傳熱計(jì)算所作的假設(shè)u 火焰?zhèn)鹘o輻射受熱面的熱量火焰?zhèn)鹘o輻射受熱面的熱量 44012()()fliiQax FTT4420141()(1)liiTax F TTkW l 表示表示因受熱面管壁污染而使其

4、吸熱量降低的程度因受熱面管壁污染而使其吸熱量降低的程度l 污染系數(shù)的數(shù)值與燃料性質(zhì)、燃燒工況、水冷壁的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，污染系數(shù)的數(shù)值與燃料性質(zhì)、燃燒工況、水冷壁的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，推薦值見推薦值見表表10-1l 水冷壁污染越嚴(yán)重，水冷壁污染越嚴(yán)重， 越大，管壁灰污層反方向輻射越強(qiáng)，水冷壁越大，管壁灰污層反方向輻射越強(qiáng)，水冷壁吸收輻射熱能力下降，污染系數(shù)減小。吸收輻射熱能力下降，污染系數(shù)減小。u 污染系數(shù)污染系數(shù)42411TT 2Tu 熱有效系數(shù)熱有效系數(shù)401()fliiQax F Tiiixl 整個(gè)爐墻，應(yīng)采用平均熱有效系數(shù)整個(gè)爐墻，應(yīng)采用平均熱有效系數(shù) iipjlFF爐內(nèi)傳熱基本方程式爐內(nèi)傳

5、熱基本方程式u 火焰和水冷壁之間的輻射交換公式火焰和水冷壁之間的輻射交換公式 401flpjlQaFT kW u 理論理論(絕熱絕熱)燃燒溫度燃燒溫度 l 假設(shè)假設(shè)1kg計(jì)算燃料在爐內(nèi)完全燃燒產(chǎn)生的有效熱量全部用于加熱燃計(jì)算燃料在爐內(nèi)完全燃燒產(chǎn)生的有效熱量全部用于加熱燃燒產(chǎn)物而不與爐壁發(fā)生熱交換。在這種絕熱狀態(tài)下，燃燒產(chǎn)物所能達(dá)燒產(chǎn)物而不與爐壁發(fā)生熱交換。在這種絕熱狀態(tài)下，燃燒產(chǎn)物所能達(dá)到的最高溫度到的最高溫度 l 對(duì)應(yīng)的煙氣焓對(duì)應(yīng)的煙氣焓 aTalhQu 爐膛出口煙溫爐膛出口煙溫l 高溫?zé)煔鈱崃總鹘o水冷壁，至離開爐膛時(shí)煙氣已被冷卻到高溫?zé)煔鈱崃總鹘o水冷壁，至離開爐膛時(shí)煙氣已被冷卻到100

6、0左右左右l 對(duì)應(yīng)的煙氣焓對(duì)應(yīng)的煙氣焓 lHlT爐內(nèi)傳熱基本方程式爐內(nèi)傳熱基本方程式u 煙氣在爐內(nèi)的放熱量煙氣在爐內(nèi)的放熱量 ()fjllQB QH ()jpjalBVCTTkW l 計(jì)算燃料消耗量計(jì)算燃料消耗量l 爐內(nèi)有效放熱量包括燃料及燃料燃燒所需空氣送入的熱量爐內(nèi)有效放熱量包括燃料及燃料燃燒所需空氣送入的熱量 l 保熱系數(shù)，考慮爐膛內(nèi)外部環(huán)境散熱的系數(shù)保熱系數(shù)，考慮爐膛內(nèi)外部環(huán)境散熱的系數(shù)l 燃燒產(chǎn)物的平均熱容量燃燒產(chǎn)物的平均熱容量 u 爐內(nèi)輻射傳熱的基本方程式爐內(nèi)輻射傳熱的基本方程式401()lpjljpjalaFTB VCTT kW l高溫?zé)煔猓ɑ鹧妫┖退浔谥g的輻射換熱量應(yīng)等于爐

7、內(nèi)煙氣的放熱量高溫?zé)煔猓ɑ鹧妫┖退浔谥g的輻射換熱量應(yīng)等于爐內(nèi)煙氣的放熱量 爐內(nèi)傳熱基本方程式爐內(nèi)傳熱基本方程式爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法u 爐內(nèi)傳熱計(jì)算方法爐內(nèi)傳熱計(jì)算方法 l 爐內(nèi)燃燒和傳熱復(fù)雜，輻射傳熱難以用純理論方法進(jìn)行計(jì)算爐內(nèi)燃燒和傳熱復(fù)雜，輻射傳熱難以用純理論方法進(jìn)行計(jì)算l 大多數(shù)計(jì)算方法是應(yīng)用大多數(shù)計(jì)算方法是應(yīng)用相似理論原理相似理論原理，建立爐內(nèi)各物理量之間的關(guān)，建立爐內(nèi)各物理量之間的關(guān)系，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)引進(jìn)一些系數(shù)，得出半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，即根系，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)引進(jìn)一些系數(shù)，得出半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，即根據(jù)相似理論將爐內(nèi)傳熱的基本方程式變換為據(jù)相似理論

8、將爐內(nèi)傳熱的基本方程式變換為無因次相似準(zhǔn)則方程式無因次相似準(zhǔn)則方程式l 條件不同，簡化數(shù)學(xué)模式的方法不同，爐膛傳熱計(jì)算方法不同條件不同，簡化數(shù)學(xué)模式的方法不同，爐膛傳熱計(jì)算方法不同u 引入的無因次量引入的無因次量 11aTTllaTTl 無因次火焰平均溫度無因次火焰平均溫度l無因次爐膛出口煙氣溫度無因次爐膛出口煙氣溫度l 波爾茲曼常數(shù)準(zhǔn)則波爾茲曼常數(shù)準(zhǔn)則 030jpjpjlaB VCBFT u 爐內(nèi)輻射換熱的準(zhǔn)則方程式爐內(nèi)輻射換熱的準(zhǔn)則方程式 41010llaB 0.6000.60.60,lllBBfMMaBal 爐內(nèi)輻射傳熱的基本方程式改寫為爐內(nèi)輻射傳熱的基本方程式改寫為l 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整

9、理，可得到爐內(nèi)輻射換熱的準(zhǔn)則方程式根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理，可得到爐內(nèi)輻射換熱的準(zhǔn)則方程式 l M考慮爐內(nèi)火焰最高溫度相對(duì)位置的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與燃料的性質(zhì)、考慮爐內(nèi)火焰最高溫度相對(duì)位置的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與燃料的性質(zhì)、燃燒方式及燃燒器布置的相對(duì)高度等因素有關(guān)，煤粉爐的小于燃燒方式及燃燒器布置的相對(duì)高度等因素有關(guān)，煤粉爐的小于0.5 rMAB xx u 爐膛出口煙氣溫度計(jì)算式爐膛出口煙氣溫度計(jì)算式0.6301allpjlajpjTTaFTMBVC K 爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法l 為了進(jìn)行爐膛熱力計(jì)算引進(jìn)的對(duì)應(yīng)火為了進(jìn)行爐膛熱力計(jì)算引進(jìn)的對(duì)應(yīng)火焰有效輻射的假想黑度，用以反映火焰焰有效輻射

10、的假想黑度，用以反映火焰與水冷壁受熱面之間輻射熱交換的關(guān)系。與水冷壁受熱面之間輻射熱交換的關(guān)系。l 室燃爐爐膛黑度與火焰黑度室燃爐爐膛黑度與火焰黑度 及熱有效及熱有效系數(shù)有關(guān)系數(shù)有關(guān)111(1)laaaa計(jì)算爐膛黑度的線算圖計(jì)算爐膛黑度的線算圖爐膛黑度爐膛黑度u 爐膛黑度爐膛黑度l 已繪成線算圖，供計(jì)算中查用已繪成線算圖，供計(jì)算中查用 1au 火焰黑度火焰黑度l 表示爐內(nèi)高溫介質(zhì)的輻射能力表示爐內(nèi)高溫介質(zhì)的輻射能力l 火焰黑度與火焰中有輻射能力的各種成分的組成及其在爐膛中的分火焰黑度與火焰中有輻射能力的各種成分的組成及其在爐膛中的分布有關(guān)，隨燃料種類、燃燒方式和燃燒工況的不同而變化布有關(guān)，隨燃

11、料種類、燃燒方式和燃燒工況的不同而變化l 爐膛傳熱計(jì)算中，采用的是平均火焰黑度爐膛傳熱計(jì)算中，采用的是平均火焰黑度u 火焰中四種具有輻射能力的成分火焰中四種具有輻射能力的成分l 三原子氣體三原子氣體: 三原子氣體輻射和吸收帶有選擇性三原子氣體輻射和吸收帶有選擇性l 焦炭顆粒焦炭顆粒: 煤粉顆粒中的水分和揮發(fā)份逸出后剩下的就是焦炭粒子煤粉顆粒中的水分和揮發(fā)份逸出后剩下的就是焦炭粒子l 灰顆粒灰顆粒: 焦炭粒子的可燃成分燃盡后就成為飛灰粒子焦炭粒子的可燃成分燃盡后就成為飛灰粒子l 炭黑顆粒炭黑顆粒: 燃料中的烴類化合物在高溫下裂解而形成炭黑粒子燃料中的烴類化合物在高溫下裂解而形成炭黑粒子爐膛黑度爐

12、膛黑度11kpSae u 計(jì)算火焰黑度的簡化假設(shè)計(jì)算火焰黑度的簡化假設(shè)12(10)11yhhk r kC CpSae u 不同燃料火焰黑度計(jì)算方法不同燃料火焰黑度計(jì)算方法l 固體燃料火焰的主要輻射成分是三原子氣體、灰粒和焦碳粒子固體燃料火焰的主要輻射成分是三原子氣體、灰粒和焦碳粒子 l 液體及氣體燃料火焰的主要輻射成分是三原子氣體及碳黑粒子液體及氣體燃料火焰的主要輻射成分是三原子氣體及碳黑粒子 11fbfamam al 無論固體、液體或氣體的燃燒火焰均視作灰體；無論固體、液體或氣體的燃燒火焰均視作灰體；l 火焰黑度均用公式火焰黑度均用公式 計(jì)算，其中總輻射減弱系數(shù)計(jì)算，其中總輻射減弱系數(shù)k是火

13、是火焰中各輻射成分輻射減弱系數(shù)的代數(shù)和；焰中各輻射成分輻射減弱系數(shù)的代數(shù)和；l 計(jì)算公式中涉及的溫度、煙氣成分等均以爐膛出口截面上的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)計(jì)算公式中涉及的溫度、煙氣成分等均以爐膛出口截面上的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)爐膛黑度爐膛黑度12(10)11yhhk r kC CpSae u 不同燃料火焰黑度計(jì)算方法不同燃料火焰黑度計(jì)算方法l 固體燃料火焰的主要輻射成分是三原子氣體、灰粒和焦碳粒子固體燃料火焰的主要輻射成分是三原子氣體、灰粒和焦碳粒子 l 液體及氣體燃料火焰的主要輻射成分是三原子氣體及碳黑粒子液體及氣體燃料火焰的主要輻射成分是三原子氣體及碳黑粒子 11fbfamam a三原子三原子氣氣體的輻射體的輻射減

14、弱系數(shù)減弱系數(shù) 三原子三原子氣體總氣體總?cè)莘e份容積份額額灰分顆?；曳诸w粒的輻射減的輻射減弱系數(shù)弱系數(shù)煙氣中飛煙氣中飛灰濃度灰濃度煤焦?jié)舛让航節(jié)舛扔绊懙臒o影響的無因次量因次量壓力與輻壓力與輻射層有效射層有效厚度厚度發(fā)光部分發(fā)光部分火焰黑度火焰黑度發(fā)光火焰發(fā)光火焰程度系數(shù)程度系數(shù)不發(fā)光部分不發(fā)光部分火焰黑度火焰黑度爐膛黑度爐膛黑度u 水冷壁面積水冷壁面積lF爐爐膛膛有有效效容容積積示示意意圖圖爐膛水冷壁面積爐膛水冷壁面積l 是按包覆爐膛有效容積的爐膛面積計(jì)算的是按包覆爐膛有效容積的爐膛面積計(jì)算的l 敷設(shè)水冷壁敷設(shè)水冷壁: 邊界為水冷壁中心線所在的平面或衛(wèi)燃帶的向火表面邊界為水冷壁中心線所在的平面或

15、衛(wèi)燃帶的向火表面l未敷設(shè)水冷壁未敷設(shè)水冷壁: 爐墻的內(nèi)表面；爐墻的內(nèi)表面；l 爐膛出口煙窗爐膛出口煙窗: 屏式受熱面、凝渣管第一排管子中心線的平面為邊界；屏式受熱面、凝渣管第一排管子中心線的平面為邊界；l 有冷灰斗的爐子，爐膛下部的容積邊界為冷灰斗的二等分水平面有冷灰斗的爐子，爐膛下部的容積邊界為冷灰斗的二等分水平面 l 水冷壁的面積水冷壁的面積（布置水冷壁的爐墻面積），等于該水冷壁邊界管（布置水冷壁的爐墻面積），等于該水冷壁邊界管子中心線之間的距離子中心線之間的距離 與水冷壁管子的曝光長度的乘積與水冷壁管子的曝光長度的乘積Fbl()HFxu 水冷壁面積計(jì)算水冷壁面積計(jì)算l 爐內(nèi)總輻射受熱面積

16、爐內(nèi)總輻射受熱面積：x水冷壁的角系數(shù)水冷壁的角系數(shù)。2m2m爐膛水冷壁面積爐膛水冷壁面積l 表示火焰投射到爐壁上的熱量落在水冷壁上的份額表示火焰投射到爐壁上的熱量落在水冷壁上的份額l 幾何量，取決于物體表面形狀及相對(duì)位置，與表面溫度、黑度無關(guān)。幾何量，取決于物體表面形狀及相對(duì)位置，與表面溫度、黑度無關(guān)。l 對(duì)于光管水冷壁，角系數(shù)的大小取決于水冷壁的相對(duì)節(jié)距對(duì)于光管水冷壁，角系數(shù)的大小取決于水冷壁的相對(duì)節(jié)距s/d及管及管子與爐墻的相對(duì)節(jié)距子與爐墻的相對(duì)節(jié)距e/d。1-e/d1.4，考慮爐墻輻射；，考慮爐墻輻射；2- e/d =0.8，考慮爐墻輻射；，考慮爐墻輻射；3- e/d =0.5，考慮爐墻

17、輻射；，考慮爐墻輻射；4- e/d =0，考慮爐墻輻射；，考慮爐墻輻射；5- e/d0.5，不考慮爐墻輻射，不考慮爐墻輻射水水冷冷壁壁的的角角系系數(shù)數(shù)爐膛水冷壁角系數(shù)爐膛水冷壁角系數(shù)u 水冷壁角系數(shù)水冷壁角系數(shù)l 對(duì)于對(duì)于s/d=1的密集管子、膜式水冷壁及敷設(shè)衛(wèi)燃帶的水冷壁，由于的密集管子、膜式水冷壁及敷設(shè)衛(wèi)燃帶的水冷壁，由于火焰的所有輻射能均落到受熱面或衛(wèi)燃帶上，角系數(shù)等于火焰的所有輻射能均落到受熱面或衛(wèi)燃帶上，角系數(shù)等于1l 對(duì)于爐膛出口煙窗的屏式受熱面、凝渣管，其第一排管子中心面應(yīng)對(duì)于爐膛出口煙窗的屏式受熱面、凝渣管，其第一排管子中心面應(yīng)計(jì)入爐膛水冷壁面積之內(nèi)。而火焰向爐膛出口煙窗發(fā)出的

18、能量不是落計(jì)入爐膛水冷壁面積之內(nèi)。而火焰向爐膛出口煙窗發(fā)出的能量不是落在這些受熱面上，就是落在其后的受熱面上，因此，盡管這些管子的在這些受熱面上，就是落在其后的受熱面上，因此，盡管這些管子的實(shí)際角系數(shù)小于實(shí)際角系數(shù)小于1，在爐膛計(jì)算時(shí)，仍取角系數(shù)等于，在爐膛計(jì)算時(shí)，仍取角系數(shù)等于1l 沒有敷設(shè)水冷壁的爐墻，如燃燒器、人孔等區(qū)域，取沒有敷設(shè)水冷壁的爐墻，如燃燒器、人孔等區(qū)域，取x =0。u 水冷壁角系數(shù)水冷壁角系數(shù)爐膛水冷壁角系數(shù)爐膛水冷壁角系數(shù)l 爐膛有效輻射受熱面的爐膛有效輻射受熱面的平均熱負(fù)荷平均熱負(fù)荷()jfBQHqHkw/m2 爐膛水冷壁的輻射受熱面，爐膛水冷壁的輻射受熱面， ， m2lHliiHFxl 由于爐內(nèi)溫度場(chǎng)、黑度場(chǎng)等的不均勻，爐內(nèi)熱負(fù)荷沿爐膛的寬度、深度由于爐內(nèi)溫度場(chǎng)、黑度場(chǎng)等的不均勻，爐內(nèi)熱負(fù)荷沿爐膛的寬度、深度和高度是變化的和高度是變化的l 確定爐膛某區(qū)域受熱面的實(shí)際熱負(fù)荷，采用確定爐膛某區(qū)域受熱面的實(shí)際熱負(fù)荷，采用沿爐膛高度熱負(fù)荷不均勻系沿爐膛高