鍋爐原理課件7章

1、第七章 鍋爐本體的熱力計算,§7.1 爐膛傳熱過程及計算,§7.2 爐膛輻射蒸發(fā)受熱面的結(jié)構(gòu)布置,§7.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,§7.4 對流受熱面的結(jié)構(gòu)及其布置,返 回,,,,,,,§7.5 對流受熱面的傳熱計算,§7.1爐膛傳熱過程及計算,,第五章,鍋爐熱力計算的目的： 1、校核計算：當然用的燃料與鍋爐原設(shè)計的燃料有較大改變時，就需要對鍋爐進行熱力

2、校核計算，以核定爐膛出口、各對流受熱面出口煙氣溫度以及鍋爐過熱器出口過熱蒸汽溫度等。 2、為了提高原有鍋爐的出力或提高鍋爐的熱效率，有時需要對它進行技術(shù)改造或加裝尾部受熱面時，熱力計算是鍋爐技術(shù)改造必須的依據(jù)。 3、為合理配置鍋爐通風裝置，需對鍋爐進行空氣動力計算，而熱力計算是空氣動力計算的基礎(chǔ)。,§7.1爐膛傳熱過程及計算,,第五章,鍋爐傳熱過程及計算爐膛傳熱計算方法都基于： 爐內(nèi)傳熱主要是輻射傳

3、熱，對流傳熱占份額小，忽略不計。 計算輻射換熱的基本公式是斯蒂芬——波爾茨曼定律（四次方定律） 具體計算方法： 1、直接計算輻射換熱量； 2、根據(jù)投射熱計算換熱量,§7.1爐膛傳熱過程及計算,,第五章,一、爐膛幾何特性 爐膛容積、爐膛周界面積、有效輻射面積 （一）層燃爐爐膛容積Vl是爐子火床表面至爐膛出口煙囪之間的容積。 爐膛容積周界： 1

4、、底部火床表面（燃料層厚度一般按150mm）； 2、四周及頂部為水冷壁中心線所在的表面； 3、爐膛出口截面為出口煙囪第一排水管中心線所在表面。 （二）爐膛周界面積Fl是包圍上述爐膛容積的所有周界封閉面積的總和，包含火床面積R、全部水冷壁面積、爐墻面積和出口煙囪面積。,§7.1爐膛傳熱過程及計算,,（三）有效輻射受熱面 1. 有效輻射受熱面的面積：F=bl 2. 爐內(nèi)

5、輻射換熱計算中的系數(shù)： 1）有效輻射角系數(shù)： 火焰投射到受熱面上的熱量Q/投射到爐壁上的熱量Qt； 2）熱有效系數(shù)： 受熱面吸熱量Qf/投射到爐壁上的熱量。,第五章,§7.1爐膛傳熱過程及計算,,二、水冷壁的結(jié)構(gòu)布置及種類：,1．水冷壁的作用 保護爐墻 強化換熱 降低鍋爐金屬耗量與造價，應(yīng)合理布置，不要適得其反，造成爐膛溫度過低,,

6、2．光管水冷壁：① 低壓鍋爐： ；② 中壓鍋爐： ； ； 。③ 高壓鍋爐： ；,3．鰭片管水冷壁(膜式水冷壁)： ；其有效輻射角系數(shù)： 。,第五章,§7.2爐膛輻射受熱面的熱力計算,,一、爐內(nèi)輻射換熱計算方程1.傳熱學

7、斯蒂芬—波爾茨曼定律： (kW),2. 煙氣側(cè)熱平衡方程： (kW),1）爐膛有效吸熱量：

8、 (kJ/kg),2）空氣帶入爐內(nèi)的熱量：① 熱空氣帶入爐內(nèi)的熱量： (kJ/kg) ② 冷空氣帶入爐內(nèi)的熱量： (kJ/kg),第五章,§7.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,,3）

9、理論燃燒溫度 ：假定燃料燃燒時放出的熱量未向外界傳熱而使煙氣所能達到的最高溫度，它與有效放熱量Ql相關(guān)。,因為: (kJ/kg) 則： (℃); 即： (K)。,4）煙氣平均熱容量：因為: 則：,二、爐膛

10、黑度1. 物理意義： 爐膛黑度 ：火焰投射黑度，表示火焰與爐壁之間的輻射換熱關(guān)系,第五章,§5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,,⑴ 高溫火焰輻射到水冷壁上的熱量，由于水冷壁不是絕對黑體，沾污的水冷壁自身具有一定的輻射能力，所以火焰輻射到水冷壁上的熱量并沒有全部被吸收，因此火焰黑度 不能直接應(yīng)用到爐內(nèi)輻射傳熱計算。⑵ 將爐內(nèi)火焰與水冷壁之間的輻射換熱關(guān)系，看成灰體包殼空腔與凸形灰體組成的封閉系統(tǒng)的輻射換熱關(guān)系：,由

11、傳熱學知道： ； 引出： 。,第五章,§5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,,代入斯蒂芬—波爾茨曼定律得：

12、 因為： 將上兩式聯(lián)解得： ； ① 水冷壁(輻射蒸發(fā)受熱面)吸熱量： ② 水冷壁管壁之間相互輻射換熱量：,第五章,§5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,,則： 又因為：

13、 ；則： ； 即： ；,三、室燃爐爐膛黑度,層燃爐爐膛黑度：⑴ 由于火床上的火焰和爐膛的火焰同時與爐壁有輻射換熱關(guān)系；⑵ 火床對爐壁的輻射角系數(shù)： ；,第五章,§5

14、.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,,火床輻射換熱量： ；式中 相當于室燃爐爐膛黑度中的 ，

15、(室燃 爐的 R=0)；則：層燃爐爐膛黑度： 。,四、火焰黑度ahy——表示火焰的輻射能力：1．影響火焰輻射能力的主要因素：,⑴ 介質(zhì)濃度：① 固體燃料：三原子氣體、灰粒子、焦炭粒子；② 液體、氣體燃料：三原子氣體、碳黑粒子。,第五章,§5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,,⑵ 燃料的種類、燃燒方法及燃燒工況等。由傳熱學知道，火焰被認為是灰體，則；,式中：k

16、——火焰輻射減弱系數(shù)，即火焰中各介質(zhì)成分的輻射減弱系數(shù)代數(shù)和；p——爐膛壓力，(微負壓鍋爐： )s——有效輻射層厚度， (m) 。,2．固體燃料燃燒時的火焰黑度：,1）三原子氣體輻射減弱系數(shù)：,第五章,§5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,,三原子氣體總?cè)莘e份額： 三原子氣體分壓力：

17、 （Mpa）,2）灰粒子輻射減弱系數(shù)： 煙氣密度： 煙氣中灰粒子平均直徑：層燃爐： ；煤粉爐(筒式球磨機)： ?；伊Ｗ訜o因次濃度： 每公斤燃料燃燒生成的煙氣重量：,第五章,§5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,,五、爐膛出口煙溫 ：1. 的計算：

18、 [℃]式中：M ——爐膛火焰中心位置系數(shù)。2. 的選擇范圍：1）燃用固體燃料時：① 要求 ℃；由此，其高限一般取 ℃。② 為了保證燃料的燃燒溫度，其低限一般取 ℃。2

19、）燃用液、氣體燃料時：因 ，其高限一般可取 ℃3） 為爐膛出口處凝渣管或屏式過熱器之前的煙溫，若凝渣管 時， 為凝渣管之后的煙溫。,第五章,§5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計算,,4）《鍋爐機組熱力計算標準方法》規(guī)定： 的計算誤差范圍為 ℃。,第五章,§5.4 對流受熱面的結(jié)構(gòu)

20、及其布置,,對流受熱面包括：鍋爐管束、過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，受煙氣直接沖刷并通過對流換熱。一、鍋爐管束的結(jié)構(gòu)及布置 1．煙管 2．鍋爐管束,二、過熱器的結(jié)構(gòu)及布置1．過熱器的布置方式2．對流式過熱器的結(jié)構(gòu)3．對流式過熱器的布置型式 順流式 逆流式 混流式,第五章,§5.4 對流受熱面的結(jié)構(gòu)及其布置,,三、尾部受熱面的結(jié)構(gòu)及布置1．省煤器的

21、結(jié)構(gòu)及布置  2．空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)及布置3．尾部受熱面的低溫腐蝕,第五章,§5.5 對流受熱面的傳熱計算,,一、對流受熱面?zhèn)鳠嵊嬎愕幕竟?. 熱平衡方程式：,1) 煙氣側(cè)： (kJ/kg)2) 工質(zhì)側(cè)：

22、 (kJ/kg) 空氣預(yù)熱器工質(zhì)側(cè)： (kJ/kg),2. 傳熱方程式： (kJ/k

23、g),二、對流傳熱系數(shù)K的計算影響因素：煙氣、積灰、管壁、結(jié)垢和工質(zhì)，包括對流、輻射和傳導(dǎo)三種基本傳熱方式。,第五章,§5.5 對流受熱面的傳熱計算,,式中： 與 難以測定，在計算中一般以 、 、 來考慮灰污對管壁傳熱的影響。,1. 灰污系數(shù) ——表示灰污引起的傳熱熱阻的增加。⑴ 則：,⑵ 只對燃用固體燃料的錯列管束考慮灰污對管壁傳熱的影響。 ① 對流管束、省煤器：因為

24、 ，所以： ；,第五章,§5.5 對流受熱面的傳熱計算,,② 過熱器：因為 很小，所以 很大；,⑶ 錯列管束橫向沖刷時， 與 、 、灰粒子分散度有關(guān)；由圖表分別查出 、 、 和 按下式計算：,2．有效系數(shù) ——表示受熱面有灰污與無灰污時的傳熱系數(shù)之比⑴ 在缺 計算數(shù)據(jù)時；

25、① 燃用固體燃料的順列管束； ② 燃用重油和氣體燃料室，所有受熱面(順列管束、錯列管束)； ③ 小型鍋爐的鍋爐管束。,第五章,§5.5 對流受熱面的傳熱計算,,⑵ 因為： ； 則： ① 鍋爐管束、省煤器：因為 很大，所以 。則 ② 值可由表查取。 3．利用系數(shù) ——表示受熱面實際傳熱系數(shù)與無灰污并沖刷完全 時

26、的傳熱系數(shù) 比值⑴ 空氣預(yù)熱器對流傳熱計算中，常用 考慮有灰污和沖刷不完 全對管壁傳熱的影響。⑵ 因為： ；則： ⑶ 的計算：,第五章,§5.5 對流受熱面的傳熱計算,,除空氣預(yù)熱器外，其它對流受熱面考慮煙氣沖刷不均勻或氣流沖刷有局部短路時；,4．當受熱面吸收來自爐膛輻射熱量 和煙氣對流熱量 時： ⑴ 對流蒸發(fā)受熱面：因為

27、 ， 則： ；或 ；,⑵ 對于布置在爐膛出口煙窗后的對流受熱面，接收來自爐膛輻射熱量式中： —爐膛出口煙窗部位的熱流密度分布不均勻系數(shù)：① 爐膛出口煙窗布置在整片爐墻上部時， ；② 爐膛出口煙窗布置在爐墻一側(cè)，并沿整片爐墻高度上時，,第五章,§5.5 對流受