1、1第十一章 鍋爐熱力計算2第一節概述水力計算強度計算阻力計算鍋爐計算熱力計算輔助計算結構計算熱平衡計算傳熱計算：受熱面傳熱量物質平衡能量平衡受熱面積流通面積受熱面熱平衡工質和煙氣進出口溫度燃燒產物受熱面積工質參數關系3第一節概述燃燒計算（物質平衡）熱平衡計算（能量平衡）空氣量的計算（成分、容積）煙氣量的計算（成分、容積）輔助計算空氣、煙氣焓鍋爐有效利用熱鍋爐各項損失鍋爐效率41. 基本任務第二節爐膛傳熱計算爐膛出口煙氣溫度Tf 爐膛內需要布置的受熱面積F設計計算爐膛內已知的受熱面積F 爐膛出口煙氣溫度Tf 校核計算2. 基本特點流動、混合、傳熱、燃燒、污染過程復雜速度、溫度、濃度、物性、黑度參

2、數不均對流換熱比例5輻射為主5第二節爐膛傳熱計算3. 基本方法相似理論準則方程半理論經驗公式計算結果半經驗4. 基本假設傳熱過程獨立性：不受其它過程影響爐內參數均勻性：零維模型輻射換熱主導性：僅考慮輻射水冷壁管連續性：連續平面-無限靠近的平行平板灰體6第二節爐膛傳熱計算5. 基本公式401synfQFTl輻射換熱公式（1）數學描寫44012()synfQFTT40 1synfFT爐壁吸熱量爐壁吸熱量火焰輻射到爐壁上的熱量fsyn ：爐膛黑度T1：火焰平均溫度T2 ：爐壁溫度引入熱有效系數:熱有效系數單位表面的換熱量與有效輻射之比7第二節爐膛傳熱計算l煙氣放熱公式()avcalthfQBVCTT

3、（1）數學描寫()efcalffQBQI單位計算燃料送入爐膛的有效熱量3464100100efffaqqqQQQq理論燃燒溫度在絕熱條件下，燃料燃燒產生的熱量全部用來加熱煙氣所達到的溫度理論燃燒溫度和爐膛出口煙氣溫度之間的比熱容VCav551bqq8第二節爐膛傳熱計算煙氣放熱公式()avcalthfQBVCTT401synfQFT輻射換熱公式（2）準則方程11thTT11()nfCffthTT輻射換熱煙氣放熱T1介于Tth與Tf”之間實驗發現：（火焰中心高度，燃料特性，燃燒方式）1()1fsynffBoM30avcalthBVCBoFT9第二節爐膛傳熱計算300.6()1thfsynfthca

4、lavTTFTMBVC（3）計算方程533011calavthsynfthfBVCTFTMT 10第二節爐膛傳熱計算6. 參數確定l有效容積（1）水冷壁結構特性水冷壁管中心線所在平面敷設衛燃帶的水冷壁衛燃帶向火側爐膛的底部冷灰斗1/2處的水平面面積爐膛出口后屏第排管中心線所在平面爐膛高度爐膛底部至爐膛出口中部水平面垂直距離11第二節爐膛傳熱計算l面積（1）水冷壁結構特性包覆有效容積的爐墻面積F輻射受熱面積：HxFx：角系數投射到受熱面的熱量投射到壁面的熱量特殊受熱面角系數 爐膛出口角系數 x=1 燃燒器、人孔角系數 x=0 s/d1水冷壁角系數 x=1 膜式水冷壁角系數 x=1 衛燃帶角系數

5、x=112第二節爐膛傳熱計算（2）熱有效系數爐壁吸熱量火焰輻射到爐壁上的熱量Fi iF平均熱有效系數（3）系數Mmax()MAB xxmaxmaxfhxh含義：表征爐內溫度分布特性表達：與爐內火焰最高溫度相對位置、燃料和燃燒方式有關A和B：系數hmax：火焰溫度最高處高度hf：爐膛高度x：火焰中心位置修正值煙煤和褐煤M=0.590.5（xmaxx）無煙煤和貧煤M=0.560.5（xmaxx）x：燃燒器布置13(1)synsynfsynsyn（4）爐膛黑度含義：表征火焰有效輻射的假想黑度表達：與火焰黑度syn有關第二節爐膛傳熱計算14火焰黑度含義：表征爐內高溫介質的輻射能力表達：1ak pssy

6、ne ka：輻射減弱系數（1/（mMPa）p：爐膛內壓力（0.1MPa）s：輻射層有效厚度（m）組成氣體固體三原子氣體：CO2、H2O、SO2等二原子氣體：N2、O2、H2等燃煤灰分顆粒焦炭顆粒燃油和燃氣：炭黑顆粒計算agashashcokcokkk rkkkg：三原子輻射減弱系數kash ：灰粒輻射減弱系數kcok ：焦炭輻射減弱系數第二節爐膛傳熱計算輻射層有效厚度3.6fVsF15（）絕熱燃燒溫度第二節爐膛傳熱計算Tth含義絕熱條件下，完全燃燒后燃燒產物所能達到的溫度Qfef3464100100efffaqqqQQQq00()()affpcshafpcscaQII （6）平均比熱容efff

7、avthfQIVCTT16第二節爐膛傳熱計算7. 基本步驟計算爐內有效熱量Tth假定爐膛出口煙溫計算相關參數計算爐膛出口溫度已計算空氣平衡、煙氣特性、煙氣焓溫表、熱平衡校核 |假定爐膛出口煙溫計算爐膛出口溫度|100K 合格（1）校核計算100K，重新計算17第二節爐膛傳熱計算7. 基本步驟已計算空氣平衡、煙氣特性、煙氣焓溫表、熱平衡（2）設計計算初步確定爐膛結構尺寸計算爐內有效熱量Tth已知的爐膛出口煙溫計算相關參數計算爐膛出口溫度校核 |已知的爐膛出口煙溫計算爐膛出口溫度|100K 合格100K，重新修正結構尺寸18第二節爐膛傳熱計算8. 爐內熱負荷分布規律fhhi1fhhi1爐膛平均熱負

8、荷avfQqHkW/m219第三節對流受熱面傳熱計算1. 基本任務受熱面吸熱量 需要布置的受熱面積設計計算已知的受熱面積 受熱面吸熱量，工質和煙氣進出口溫度 校核計算20第三節對流受熱面傳熱計算2. 基本公式（1）煙氣對流放熱量0()reccaQIII（2）工質對流吸熱量()abccalDQiiB（3）傳熱方程trccalKH TQBI：受熱面前煙氣焓I”：受熱面前煙氣焓Ica0：漏入空氣焓i：受熱面進口工質焓i”：受熱面出口工質焓D：受熱面內工質流量21第三節對流受熱面傳熱計算3. 參數確定含義：冷熱介質在整個受熱面的平均溫差影響因素介質熱容：熱容大變化緩慢相變：溫度不變與流動方式無關計算交

9、叉次數5，純順或純逆tlar/tsma1.7端差算術平均溫壓tpar0.92 tcou順流和逆流算術平均溫壓（1）傳熱溫壓流動方式：順流、逆流、交叉流、混合流純順流或逆流：對數平均溫壓交叉流或混合流：修正系數ttcoulnlarsmalarsmattttt 22第三節對流受熱面傳熱計算（2）傳熱系數l基本公式12111ashmscashmscK12111ashashK灰污系數熱有效系數1112211111 ()K11122111K金屬熱阻小結垢不允許燃料種類排列方式沖刷方式012111K清潔管子傳熱系數K0011KK0KK、和經驗公式或推薦值利用系數12121211K 0KK23第三節對流受熱

10、面傳熱計算（2）傳熱系數l煙氣側放熱系數l工質側放熱系數1()cr 2cc：對流放熱系數r ：輻射放熱系數：受熱面利用系數12(,)Kf 24第三節對流受熱面傳熱計算（2）傳熱系數l對流放熱系數影響因素介質物性 介質速度介質溫度 管子尺寸沖刷方式 排列方式基本方程Re,PrNufRe,Pr,pwwwwpcNufcl輻射放熱系數影響因素煙氣黑度 灰壁溫度 煙室輻射基本方程112,rfT T煙室容積1：煙氣黑度T1 ：煙氣溫度T2 ：壁面溫度25第三節對流受熱面傳熱計算（2）傳熱系數橫向沖刷縱向沖刷24idFZ1FabZ dl管內流動介質管外流動介質溫度修正煙氣總量煙氣流速 空氣流速蒸汽流速l流動

11、速度26第三節對流受熱面傳熱計算（3）傳熱面積l基本原則放熱系數相差懸殊，取小的一側管子表面積放熱系數相差不大，取平均直徑計算表面積過熱器、凝渣管、再熱器、省煤器傳熱面積外表面積管式空氣預熱器平均管徑計算傳熱面積274. 基本步驟（1）已知條件第三節對流受熱面傳熱計算過熱器tt 煙氣側進口溫度工質側出口溫度t 工質側進口溫度t 煙氣側出口溫度 吸熱量Qcab過熱器校核計算結構特性284. 基本步驟（2）計算方法第三節對流受熱面傳熱計算過熱器tt 假定煙氣側出口煙溫煙氣焓溫表熱平衡煙氣對流放熱量Qcre煙氣側出口煙氣焓值I蒸汽側進口焓值i水蒸汽壓力蒸汽側進口溫度t傳熱溫壓煙氣和工質進出口溫度對流

12、放熱系數輻射放熱系數灰污系數或熱有效系數傳熱系數傳熱量燃料性質受熱面布置1002abtrccabcQQQ合格重新假定不合格295. 特殊問題第三節對流受熱面傳熱計算（1）帶噴水減溫的過熱器1 12 2sDiDiD i2 212sD iDiiDD12DDD能量平衡物質平衡1 121sDiDiiDD30第三節對流受熱面傳熱計算（2）屏式過熱器吸收爐膛直接輻射熱吸收屏間煙氣放熱（輻射和對流）l特點()rcppcalDiiQQB,()cpp sQIIQ屏區QpQpIIQ p,siirpppQQQ直接從爐膛中吸收的輻射熱量吸收屏間煙氣放熱量31第三節對流受熱面傳熱計算（3）凝渣管束誤差5%位于爐膛出口吸

13、收爐膛輻射熱吸熱量等于對流吸熱量與爐膛輻射吸熱量之和不采用工質側熱平衡方程（工質溫度不變）部分熱量穿過管束被后面受熱面吸收（管子排數小于5排）32第三節對流受熱面傳熱計算（4）轉向室誤差10%沒有布置受熱面或只在壁面布置包覆受熱面（5）空氣預熱器漏風系數確定暖風器進口溫度確定熱風再循環進口溫度確定空間尺寸較大，只考慮煙氣輻射33第三節對流受熱面傳熱計算（6）尾部受熱面雙級布置4()100ccccbecofRscshrhQQQQQQql省煤器應吸熱量l省煤器出口水焓21ccalecoecoecoecoB QiiD()efRffcscQQIQ凝渣管高溫級省煤器低溫級省煤器高溫級空預器低溫級空預器e

14、co2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco234第三節對流受熱面傳熱計算（6）尾部受熱面雙級布置l高溫級省煤器已知eco2和teco2假設eco2求teco2l高溫級空預器已知ap2和tap2假設ap2求tap2高溫級省煤器低溫級省煤器高溫級空預器低溫級空預器eco2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco235第三節對流受熱面傳熱計算（6）尾部受熱面雙級布置l低溫級省煤器

15、n 已知eco1、teco1和teco1 n 按照熱平衡方程求eco1n 計算傳熱溫壓、傳熱系數和傳熱量n 判斷是否滿足2n 不滿足時調整teco1n 調整范圍teco1 teco2 10碰頭溫度高溫級省煤器低溫級省煤器高溫級空預器低溫級空預器eco2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco236第三節對流受熱面傳熱計算（6）尾部受熱面雙級布置l低溫級空預器n 已知ap1 、tap1和tap1， 求ap1n 計算傳熱溫壓、傳熱系數和傳熱量n 判斷是否滿足2 ap1 exg 10n 不滿

16、足時調整tap1、ap1n 調整范圍tap1 tap2 10 ap1 exg 10 tha tap2 40高溫級省煤器低溫級省煤器高溫級空預器低溫級空預器eco2eco2ap2ap2eco1eco1ap1ap1 exgtap1 tcatap1tap2tap2 thateco1 tfwteco1teco2teco237第三節對流受熱面傳熱計算（7）附加受熱面l附加受熱面積：頂棚管、包墻管、支吊管和引出管不單獨計算，并入主受熱面吸熱量相對誤差10%l計算原則附加受熱面積不超過主受熱面積5單獨計算附加受熱面積超過主受熱面積5傳熱系數與主受熱面相同假設附加受熱面的吸熱量再校核38第四節鍋爐整體熱力計算

17、程序和方法（1）設計計算l已知條件鍋爐蒸發量1. 計算目的過熱蒸汽壓力和溫度給水壓力和溫度再熱蒸汽壓力和溫度制粉系統計算結果燃料特性l計算任務各部件受熱面積受熱面進出口溫度受熱面吸熱量受熱面流動速度燃燒設備型式鍋爐整體布置爐膛出口溫度排煙溫度熱空氣溫度鍋爐燃料消耗量鍋爐效率選定選擇輔助設備阻力計算水力計算強度計算提供原始資料39第四節鍋爐整體熱力計算程序和方法（2）校核計算l已知條件校核負荷鍋爐結構受熱面積l計算任務受熱面進出口溫度受熱面吸熱量受熱面流動速度排煙溫度熱空氣溫度爐膛出口溫度鍋爐燃料消耗量鍋爐效率假定提供非設計工況經濟指標檢驗原有輔助設備適用性尋求改進鍋爐結構的措施燃料特性40第四節鍋爐整體熱力計算程序和方法4. 計算方法漸次逼近2. 計算流程煙氣流程輔助計算爐膛計算物質平衡能量平衡空氣量的計算（成分、容積、焓值）煙