锅炉原理课件第10章锅炉热力计算

第十章

锅炉热力计算

第一节

概述辅助计算 结构计算物质平衡 能量平衡 受热面积

热力计算热平衡计算 锅炉计算 水力计算 强度计算

流通面积受热面热平衡 工质和烟气进出口温度

传热计算：受热面传热量 受热面积

燃烧产物工质参数

关系2

阻力计算

第一节

概述

燃烧计算 (物质平衡) 辅助计算 热平衡计算

空气量的计算(成分、容积) 烟气量的计算(成分、容积) 空气、烟气焓 锅炉有效利用热 锅炉各项损失 锅炉效率

(能量平衡)

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 炉膛内已知的受热面积F ↓ 炉膛出口烟气温度Tf''

1. 基本任务设计计算

校核计算

2. 基本特点过程复杂 参数不均 辐射为主 流动、混合、传热、燃烧、污染 速度、温度、浓度、物性、黑度 对流换热比例5%4

第二节

炉膛传热计算

3. 基本方法半理论 半经验 相似理论→准则方程

经验公式→计算结果

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5

第二节

炉膛传热计算

5. 基本公式(1)数学描写syn 4 4 Q F ( T T 辐射换热公式 f 0 1 2 )

εfsyn :炉膛黑度 T1:火焰平均温度 T2 :炉壁温度

引入热有效系数

Ψ:热有效系数-单位表面的换热量 与有效辐射之比 炉壁吸热量 炉壁吸热量 = syn 火焰辐射到炉壁上的热量 F T 4f 0 1

4 Q F syn T f 0 1

第二节(1)数学描写

炉膛传热计算

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

'' Q B VC ( T T av 烟气放热公式 cal th f )

q5 1 b q5

理论燃烧温度和炉膛出 口烟气温度之间的比热 容VCav

'' Q Bcal (Q ef I f f )

单位计算燃料送入炉膛的有效热量

100 q3 q4 q6 Q Qf Qa 100 q4ef f7

第二节

炉膛传热计算T1介于 Tth与Tf”之间4 Q F syn T f 0 1

(2)准则方程 辐射换热公式 烟气放热公式

辐射换热=烟气放热

Q Bcal VC av (Tth T f'' )

T1 1= Tth

" f=

T f" Tth

实验发现：

n 1=C1 ( " ) f

(火焰中心高度，燃料特性，燃烧方式)

" 1 Bo f = ( syn ) " 1 f M f

Bcal VC av Bo F 0Tth 3

第二节

炉膛传热计算

(3)计算方程

T '' f

3 F syn T f 0 th 0.6 M( ) 1 Bcal VCav

Tth

Bcal VCav F syn 3 f 0Tth

1 M

Tth 1 " T f

5 3

第二节

炉膛传热计算

6. 参数确定(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

有效容积

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

第二节

炉膛传热计算x:角系数 投射到受热面的热量 投射到壁面的热量

(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：H=xF 特殊受热面角系数

面积

炉膛出口-角系数 x=1 燃烧器、人孔角系数 x=0 s/d=1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=111

第二节

炉膛传热计算 i Fi F

(2)热有效系数

炉壁吸热量 火焰辐射到炉壁上的热量

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

M A B( xmax x)A和B:系数hmax:火焰温度最高处高度 hf:炉膛高度 x:火焰中心位置修正值

xmax

烟煤和褐煤 M=0.59-0.5(xmax+ x) x:燃烧器布置 无烟煤和贫煤 12 M=0.56-0.5(xmax+ x)

hmax hf

第二节

炉膛传热计算

(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εsyn有关

syn f

syn syn (1 syn )

第二节

炉膛传热计算

ka:辐射减弱系数(1/(m· MPa))

p:炉膛内压力(0.1MPa)s:辐射层有效厚度(m)

含义：表征炉内高温介质的辐射能力 k 1 e 表达： syna ps

气体

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 :焦炭辐射减弱系数

火焰 黑度

组成固体

燃油和燃气：炭黑颗粒

计算 ka k g r kash ash kcok cok 辐射层有效厚度 s

3.6V f F14

第二节

炉膛传热计算

(5)绝热燃烧温度 含义——绝热条件下，完全燃烧后燃烧产物所能达到的温度 Tth QfefQ ef f Qf 100 q3 q4 q6 Qa 100 q4

0 0 Qa ( ''f f pcs ) I ha ( f pcs ) I ca

(6)平均比热容VCav '' Q ef I f f

Tth T f''

第二节

炉膛传热计算

7. 基本步骤(1)校核计算 已计算空气平衡、烟气特性、烟气焓温表、热平衡 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 校核 |假定炉膛出口烟温–计算炉膛出口温度|≤100K 合格

>100K,重新计算16