電站鍋爐-第九章

鍋爐原理課件第九章爐膛傳熱計(jì)算爐內(nèi)傳熱基本方程式爐膛水冷壁的面積及角系數(shù)爐膛黑度爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法爐膛熱負(fù)荷分配爐內(nèi)傳熱計(jì)算的目的

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

爐內(nèi)傳熱計(jì)算的目的

爐內(nèi)傳熱特性

燃料燃燒放熱，火焰溫度升高，在火焰中心區(qū)，達(dá)1500~1600攝氏度高溫?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95%

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

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；爐內(nèi)傳熱只考慮輻射方式的熱交換，略去約占總換熱量5%的對(duì)流換熱；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；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。

對(duì)爐內(nèi)輻射傳熱計(jì)算所作的假設(shè)

火焰?zhèn)鹘o輻射受熱面的熱量kW

表示因受熱面管壁污染而使其吸熱量降低的程度污染系數(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)，推薦值見表10-1

水冷壁污染越嚴(yán)重，越大，管壁灰污層反方向輻射越強(qiáng)，水冷壁吸收輻射熱能力下降，污染系數(shù)減小。

污染系數(shù)

熱有效系數(shù)

整個(gè)爐墻，應(yīng)采用平均熱有效系數(shù)爐內(nèi)傳熱基本方程式

火焰和水冷壁之間的輻射交換公式kW

理論(絕熱)燃燒溫度

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)到的最高溫度對(duì)應(yīng)的煙氣焓

爐膛出口煙溫

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1000℃左右

對(duì)應(yīng)的煙氣焓

爐內(nèi)傳熱基本方程式

煙氣在爐內(nèi)的放熱量

kW

計(jì)算燃料消耗量爐內(nèi)有效放熱量包括燃料及燃料燃燒所需空氣送入的熱量保熱系數(shù)，考慮爐膛內(nèi)外部環(huán)境散熱的系數(shù)

燃燒產(chǎn)物的平均熱容量

爐內(nèi)輻射傳熱的基本方程式kW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)傳熱計(jì)算的相似理論方法

爐內(nèi)傳熱計(jì)算方法

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)算大多數(shù)計(jì)算方法是應(yīng)用相似理論原理，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，即根據(jù)相似理論將爐內(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

引入的無因次量

無因次火焰平均溫度無因次爐膛出口煙氣溫度波爾茲曼常數(shù)準(zhǔn)則

爐內(nèi)輻射換熱的準(zhǔn)則方程式

爐內(nèi)輻射傳熱的基本方程式改寫為

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)、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

爐膛出口煙氣溫度計(jì)算式K爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法

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，用以反映火焰與水冷壁受熱面之間輻射熱交換的關(guān)系。室燃爐爐膛黑度與火焰黑度及熱有效系數(shù)有關(guān)計(jì)算爐膛黑度的線算圖爐膛黑度

爐膛黑度

已繪成線算圖，供計(jì)算中查用

火焰黑度

表示爐內(nèi)高溫介質(zhì)的輻射能力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爐膛傳熱計(jì)算中，采用的是平均火焰黑度

火焰中四種具有輻射能力的成分

三原子氣體:三原子氣體輻射和吸收帶有選擇性焦炭顆粒: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灰顆粒:焦炭粒子的可燃成分燃盡后就成為飛灰粒子炭黑顆粒:燃料中的烴類化合物在高溫下裂解而形成炭黑粒子爐膛黑度

計(jì)算火焰黑度的簡化假設(shè)

不同燃料火焰黑度計(jì)算方法

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

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

無論固體、液體或氣體的燃燒火焰均視作灰體；火焰黑度均用公式計(jì)算，其中總輻射減弱系數(shù)k是火焰中各輻射成分輻射減弱系數(shù)的代數(shù)和；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

不同燃料火焰黑度計(jì)算方法

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

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三原子氣體的輻射減弱系數(shù)

三原子氣體總?cè)莘e份額灰分顆粒的輻射減弱系數(shù)煙氣中飛灰濃度煤焦?jié)舛扔绊懙臒o因次量壓力與輻射層有效厚度發(fā)光部分火焰黑度發(fā)光火焰程度系數(shù)不發(fā)光部分火焰黑度爐膛黑度

水冷壁面積爐膛有效容積示意圖爐膛水冷壁面積

是按包覆爐膛有效容積的爐膛面積計(jì)算的敷設(shè)水冷壁:邊界為水冷壁中心線所在的平面或衛(wèi)燃帶的向火表面未敷設(shè)水冷壁:爐墻的內(nèi)表面；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；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

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子中心線之間的距離與水冷壁管子的曝光長度的乘積

水冷壁面積計(jì)算

爐內(nèi)總輻射受熱面積：x—水冷壁的角系數(shù)。爐膛水冷壁面積

表示火焰投射到爐壁上的熱量落在水冷壁上的份額幾何量，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)。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及管子與爐墻的相對(duì)節(jié)距e/d。1-e/d≥1.4，考慮爐墻輻射；2-e/d=0.8，考慮爐墻輻射；3-e/d=0.5，考慮爐墻輻射；4-e/d=0，考慮爐墻輻射；5-e/d≥0.5，不考慮爐墻輻射水冷壁的角系數(shù)爐膛水冷壁角系數(shù)

水冷壁角系數(shù)

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1

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1

沒有敷設(shè)水冷壁的爐墻，如燃燒器、人孔等區(qū)域，取x=0。

水冷壁角系數(shù)爐膛水冷壁角系數(shù)

爐膛有效輻射受熱面的平均熱負(fù)荷kw/m2

—爐膛水冷壁的輻射受熱面，，m2

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

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)荷不均勻系數(shù)、沿爐膛