锅炉原理__第11章锅炉热力计算.

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1、1 第十一章 锅炉热力计算 2 第一节 概述 水力计算 强度计算 阻力计算 锅炉计算 热力计算 辅助计算 结构计算 热平衡计算 传热计算：受热面传热量 物质平衡 能量平衡 受热面积 流通面积 受热面热平衡 工质和烟气进出口温度 燃烧产物 受热面积 工质参数 关系 3 第一节 概述 燃烧计算 （物质平衡） 热平衡计算 （能量平衡） 空气量的计算（成分、容积） 烟气量的计算（成分、容积） 辅助计算 空气、烟气焓 锅炉有效利用热 锅炉各项损失 锅炉效率 4 1. 基本任务 第二节 炉膛传热计算 炉膛出口烟气温度Tf 炉膛内需要布置的受热面积F 设计计算 炉膛内已知的受热面积F 炉膛出口烟气温度Tf

2、校核计算 2. 基本特点 流动、混合、传热、燃烧、污染过程复杂 速度、温度、浓度、物性、黑度 参数不均 对流换热比例5辐射为主 5 第二节 炉膛传热计算 3. 基本方法 相似理论准则方程半理论 经验公式计算结果 半经验 4. 基本假设 传热过程独立性：不受其它过程影响 炉内参数均匀性：零维模型 辐射换热主导性：仅考虑辐射 水冷壁管连续性：连续平面-无限靠近的平行平板灰体 6 第二节 炉膛传热计算 5. 基本公式 l辐射换热公式 （1）数学描写 fsyn ：炉膛黑度 T1：火焰平均温度 T2 ：炉壁温度 引入热有效系数 :热有效系数 单位表面的换热量 与有效辐射之比 7 第二节 炉膛传热计算 l

3、烟气放热公式 （1）数学描写 单位计算燃料送入炉膛的有效热量 理论燃烧温度 在绝热条件下，燃料燃 烧产生的热量全部用来 加热烟气所达到的温度 理论燃烧温度和炉膛出 口烟气温度之间的比热 容VCav 8 第二节 炉膛传热计算 烟气放热公式 辐射换热公式 （2）准则方程 辐射换热烟气放热 T1介于 Tth与Tf”之间 实验发现： （火焰中心高度，燃料特性，燃烧方式） 9 第二节 炉膛传热计算 （3）计算方程 10 第二节 炉膛传热计算 6. 参数确定 l有效容积 （1）水冷壁结构特性 水冷壁管中心线所在平面 敷设卫燃带的水冷壁卫燃带向火侧 炉膛的底部冷灰斗1/2处的水平面面积 炉膛出口后屏第排管中

4、心线所在平面 炉膛高度炉膛底部至炉膛出口中部水平面垂直距离 11 第二节 炉膛传热计算 l面积 （1）水冷壁结构特性 包覆有效容积的炉墙面积F 辐射受热面积：HxF x：角系数 投射到受热面的热量 投射到壁面的热量 特殊受热面角系数 炉膛出口角系数 x=1 燃烧器、人孔角系数 x=0 s/d1水冷壁角系数 x=1 膜式水冷壁角系数 x=1 卫燃带角系数 x=1 12 第二节 炉膛传热计算 （2）热有效系数 平均热有效系数 （3）系数M 含义：表征炉内温度分布特性 表达：与炉内火焰最高温度相对位置、燃料和燃烧方式有关 A和B：系数 hmax：火焰温度最高处高度 hf：炉膛高度 x：火焰中心位置修

5、正值 烟煤和褐煤 M=0.590.5（xmaxx） 无烟煤和贫煤 M=0.560.5（xmaxx） x：燃烧器布置 13 （4）炉膛黑度 含义：表征火焰有效辐射的假想黑度 表达：与火焰黑度syn有关 第二节 炉膛传热计算 14 火焰 黑度 含义：表征炉内高温介质的辐射能力 表达： ka：辐射减弱系数（1/（mMPa） p：炉膛内压力（0.1MPa） s：辐射层有效厚度（m） 组成 气体 固体 三原子气体：CO2、H2O、SO2等 二原子气体：N2、O2、H2等 燃煤 灰分颗粒 焦炭颗粒 燃油和燃气：炭黑颗粒 计算 kg：三原子辐射减弱系数 kash ：灰粒辐射减弱系数 kcok ：焦炭辐射减弱

6、系数 第二节 炉膛传热计算 辐射层有效厚度 15 （）绝热燃烧温度 第二节 炉膛传热计算 Tth 含义绝热条件下，完全燃烧后燃烧产物所能达到的温度 Qfef （6）平均比热容 16 第二节 炉膛传热计算 7. 基本步骤 计算炉内有效热量Tth 假定炉膛出口烟温 计算相关参数 计算炉膛出口温度 已计算空气平衡、烟气特性、烟气焓温表、热平衡 校核 |假定炉膛出口烟温计算炉膛出口温度|100K 合格 （1）校核计算 100K，重新计算 17 第二节 炉膛传热计算 7. 基本步骤 已计算空气平衡、烟气特性、烟气焓温表、热平衡 （2）设计计算 初步确定炉膛结构尺寸 计算炉内有效热量Tth 已知的炉膛出口

7、烟温计算相关参数 计算炉膛出口温度 校核 |已知的炉膛出口烟温计算炉膛出口温度|100K 合格 100K，重新修正结构尺寸 18 第二节 炉膛传热计算 8. 炉内热负荷分布规律 11 炉膛平均热负荷 kW/m2 19 第三节 对流受热面传热计算 1. 基本任务 受热面吸热量 需要布置的受热面积 设计计算 已知的受热面积 受热面吸热量，工质和烟气进出口温度 校核计算 20 第三节 对流受热面传热计算 2. 基本公式 （1）烟气对流放热量 （2）工质对流吸热量 （3）传热方程 I：受热面前烟气焓 I”：受热面前烟气焓 Ica0：漏入空气焓 i：受热面进口工质焓 i”：受热面出口工质焓 D：受热面内

8、工质流量 21 第三节 对流受热面传热计算 3. 参数确定 含义：冷热介质在整个受热面的平均温差 影响因素 介质热容：热容大变化缓慢 相变：温度不变与流动方式无关 计算 交叉次数5，纯顺或纯逆 tlar/tsma1.7端差算术平均温压 tpar0.92 tcou顺流和逆流算术平均温压 （1）传热温压 流动方式：顺流、逆流、交叉流、混合流 纯顺流或逆流：对数平均温压 交叉流或混合流：修正系数ttcou 22 第三节 对流受热面传热计算 （2）传热系数 l基本公式 灰污系数 热有效系数 金属热阻小 结垢不允许 燃料种类 排列方式 冲刷方式 清洁管子传热系数K0 、和经验公式或推荐值 利用系数 23

9、 第三节 对流受热面传热计算 （2）传热系数 l烟气侧放热系数 l工质侧放热系数 c：对流放热系数 r ：辐射放热系数 ：受热面利用系数 24 第三节 对流受热面传热计算 （2）传热系数 l对流放热系数 影响因素 介质物性 介质速度 介质温度 管子尺寸 冲刷方式 排列方式 基本方程 l辐射放热系数 影响因素 烟气黑度 灰壁温度 烟室辐射 基本方程 1：烟气黑度 T1 ：烟气温度 T2 ：壁面温度 25 第三节 对流受热面传热计算 （2）传热系数 横向冲刷 纵向冲刷 管内流动介质 管外流动介质 温度修正 烟气总量 烟气流速 空气流速 蒸汽流速 l流动速度 26 第三节 对流受热面传热计算 （3）

10、传热面积 l基本原则 放热系数相差悬殊，取小的一侧管子表面积 放热系数相差不大，取平均直径计算表面积 过热器、凝渣管、再热器、省煤器传热面积外表面积 管式空气预热器平均管径计算传热面积 27 4. 基本步骤 （1）已知条件 第三节 对流受热面传热计算 过热器 tt 烟气侧进口温度 工质侧出口温度t 工质侧进口温度t 烟气侧出口温度 吸热量Qcab 过热器 校核计算 结构特性 28 4. 基本步骤 （2）计算方法 第三节 对流受热面传热计算 过热器 tt 假定烟气侧出口烟温 烟气焓温表 热平衡 烟气对流放热量Qcre 烟气侧出口烟气焓值I 蒸汽侧进口焓值i 水蒸汽压力 蒸汽侧进口温度t传热温压

11、烟气和工质进出 口温度 对流放热系数 辐射放热系数 灰污系数或 热有效系数 传热系数 传热量 燃料性质 受热面布置 合格 重新假定 不合格 29 5. 特殊问题 第三节 对流受热面传热计算 （1）带喷水减温的过热器 能量平衡 物质平衡 30 第三节 对流受热面传热计算 （2）屏式过热器 吸收炉膛直接辐射热 吸收屏间烟气放热（辐射和对流） l特点 屏区 Qp Qp II Q p,s i i 直接从炉膛中吸收的辐射 热量 吸收屏间烟气放 热量 31 第三节 对流受热面传热计算 （3）凝渣管束 误差5% 位于炉膛出口 吸收炉膛辐射热 吸热量等于对流吸热量与炉膛辐射吸热量之和 不采用工质侧热平衡方程（

12、工质温度不变） 部分热量穿过管束被后面受热面吸收（管子排数小于5排） 32 第三节 对流受热面传热计算 （4）转向室 误差10% 没有布置受热面或只在壁面布置包覆受热面 （5）空气预热器 漏风系数确定 暖风器进口温度确定 热风再循环进口温度确定 空间尺寸较大，只考虑烟气辐射 33 第三节 对流受热面传热计算 （6）尾部受热面双级布置 l省煤器应吸热量 l省煤器出口水焓 高温级省煤器 低温级省煤器 高温级空预器 低温级空预器 eco2 eco2ap2 ap2 eco1 eco1 ap1 ap1 exg tap1 tca tap1 tap2 tap2 tha teco1 tfw teco1 tec

13、o2 teco2 34 第三节 对流受热面传热计算 （6）尾部受热面双级布置 l高温级省煤器 已知eco2和teco2 假设eco2求teco2 l高温级空预器 已知ap2和tap2 假设ap2求tap2 高温级省煤器 低温级省煤器 高温级空预器 低温级空预器 eco2 eco2ap2 ap2 eco1 eco1 ap1 ap1 exg tap1 tca tap1 tap2 tap2 tha teco1 tfw teco1 teco2 teco2 35 第三节 对流受热面传热计算 （6）尾部受热面双级布置 l低温级省煤器 n 已知eco1、teco1和teco1 n 按照热平衡方程求eco1

14、n 计算传热温压、传热系数和传热量 n 判断是否满足2 n 不满足时调整teco1 n 调整范围teco1 teco2 10 碰头温度 高温级省煤器 低温级省煤器 高温级空预器 低温级空预器 eco2 eco2ap2 ap2 eco1 eco1 ap1 ap1 exg tap1 tca tap1 tap2 tap2 tha teco1 tfw teco1 teco2 teco2 36 第三节 对流受热面传热计算 （6）尾部受热面双级布置 l低温级空预器 n 已知ap1 、tap1和tap1， 求ap1 n 计算传热温压、传热系数和传热量 n 判断是否满足2 ap1 exg 10 n 不满足时调

15、整tap1、ap1 n 调整范围tap1 tap2 10 ap1 exg 10 tha tap2 40 高温级省煤器 低温级省煤器 高温级空预器 低温级空预器 eco2 eco2ap2 ap2 eco1 eco1 ap1 ap1 exg tap1 tca tap1 tap2 tap2 tha teco1 tfw teco1 teco2 teco2 37 第三节 对流受热面传热计算 （7）附加受热面 l附加受热面积：顶棚管、包墙管、支吊管和引出管 不单独计算，并入主受热面 吸热量相对误差10% l计算原则 附加受热面积不超过主受热面积5 单独计算 附加受热面积超过主受热面积5 传热系数与主受热面相同 假设附加受热面的吸热量再校核 38 第四节 锅炉整体热力计算程序和方法 （1）设计计算 l已知条件 锅炉蒸发量 1. 计算目的 过热蒸汽压力和温度 给水压力和温度 再热蒸汽压力和温度 制粉系统计算结果 燃料特性 l计算任务 各部件受