对流受热面换热计算-锅炉原理

锅炉换热器原理
锅炉换热器是锅炉系统中的一个重要组成部分，主要用于将燃料燃烧产生的热能转移到工作介质上。

其原理是通过热传导和对流传热的方式实现的。

锅炉换热器通常由一系列的管子或板片构成。

当燃料在锅炉燃烧室中燃烧时，燃烧产生的高温烟气经过换热器内的管子或板片，与工作介质进行热量传递。

在传热过程中，烟气的高温热量会通过导热传递给管子或板片，使之升温，而工作介质则会吸收这部分热量，使其温度上升。

烟气的传热过程可以分为两个步骤：导热和对流传热。

在导热过程中，烟气和换热器之间会发生热量传导，即烟气中的热量通过固体换热器的传导作用，由高温区域传递到低温区域。

在对流传热过程中，烟气和换热器之间会发生对流传热，即烟气通过换热器时，与换热器表面接触形成气体膜层，烟气与气体膜层之间通过对流而传热。

同时，为了增加热传导效率，换热器通常设计为多层或多管道结构，以增加烟气和工作介质之间的接触面积，从而增强传热效果。

此外，还可以通过加装换热器内的导流板等装置，以改变烟气的流动方向和速度，优化传热效果。

总的来说，锅炉换热器通过在燃烧过程中将烟气产生的热量传递给工作介质，实现了热能的转换和利用。

通过合理设计和优化，可以提高换热效率，降低能源消耗和环境排放。

《锅炉原理》课程习题集目录锅炉原理课程习题集 (1)第一部分绪论 (2)第二部分锅炉受热面 (3)第三部分锅炉燃料 (4)第四部分燃料燃烧计算 (5)第五部分锅炉热平衡 (7)第六部分煤粉制备 (11)第七部分燃烧理论基础 (12)第八部分煤粉炉及燃烧设备 (14)第九、十部分尾部受热面的运行问题 (15)第十一、十二部分锅炉受热面布置与炉膛换热 (16)第十三部分对流受热面换热计算 (17)第十四、十五部分 (18)第一部分绪论一．简答与分析题1. 构成锅炉本体的主要设备包括哪些？2．锅炉主要辅助设备包括哪些？3．根据完成的过程不同,锅炉可以分为哪些系统?各系统内完成什么过程?4．锅炉有哪几种分类方法？5．写出SG—1025/ 18.3—540/540—M833型锅炉的负荷与蒸汽参数。

6. 简述燃煤电站锅炉机组的基本工作原理7. 分析降低火力发电厂供煤和提高环保效果的技术措施。

8. 简述将原煤磨制成煤粉再进行燃烧的原因。

9. 简述电站锅炉给水必须经过加热才能送入水冷壁的原因。

10. 再热器中的水蒸气是否过热？说明原因11.简述锅炉按蒸发受热面循环方式的分类12.分析随着锅炉容量增加，锅炉蒸汽压力提高的原因。

二、计算题1.计算1台1025t/h亚临界压力自然循环锅炉的年耗煤量、灰渣排放量。

已知锅炉每年的运行时数为6000h，每小时耗煤量128吨，煤的收到基灰分为Aar=8%。

2.计算一台亚临界压力300MW机组（1025t/h亚临界压力自然循环锅炉）的供电煤耗[每kW·h消耗的标准煤，g/（kW·h）]，并对计算结果进行分析和讨论。

已知，煤的收到基低位发热量Qar，net=21440kJ/kg，煤消耗量125.11吨/h。

3.计算1台600MW机组（1913t/h超临界压力锅炉）的供电煤耗。

已知：煤的收到基低位发热量Qar，net=21981kJ/kg，燃煤消耗量243.12t/h。

第1章绪论1、什么是锅炉的额定蒸发量、最大长期连续蒸发量、容量、额定压力、额定汽温？额定蒸发量在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸发量，单位t/h最大连续蒸发量（MCR）在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到的最大蒸发量，单位为t/h（或kg/s ）锅炉额定蒸汽参数在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数额定蒸汽压力（对应规定的给水压力），单位Mpa ；额定蒸汽温度（对应额定蒸汽压力和额定给水温度），单位C。

2、以一台电厂锅炉为例，简单画出并简述锅炉中汽水、燃料、空气、灰渣的基本工作流程。

◆外部冷空气由送风机提高压头后，送到空气预热器，成为热空气；送入磨煤机的是干燥剂；直接送到燃烧器喷口的助燃空气，叫二次风。

◆外部冷空气由一次风机提高压头后，送到空气预热器，成为热空气；送到一次风母管，分配到各一次风支管；与煤粉混合器中的煤粉混合，输送煤粉到燃烧器，进入炉膛。

◆给水进入省煤器，吸收烟气的热量，进入汽包;◆与分离器出水混合，进下降管，分配到每根水冷壁管;◆在水冷壁管中吸收火焰辐射热，形成汽水混合物;◆向上流动，由汽水导管引入汽包，进行汽水分离。

◆分离出的饱和水与给水混合进入下降管。

◆分离出的饱和蒸汽从汽包顶部引出，进入各级过热器主要有包覆过热器、屏式过热器、对流过热器等。

◆形成过热蒸汽，被送到汽机高压缸。

◆高压缸排汽被送到再热器，提高温度，再送到汽轮机的中低压缸◆在炉膛中，燃料燃烧不断放出热量，产生高温烟气。

◆从炉膛流出、再进入水平烟道、垂直烟道、尾部烟道，并将热量传递给炉膛与烟道中布置的各种受热面，烟气的温度逐渐下降。

◆最后经过除尘设备、脱硫设备、引风机，由烟囱排出到大气3、按水循环方式不同，锅炉可以分为哪几类，各有何特点？◆自然循环：有汽包，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环。

◆强制循环：有汽包和循环泵，利用循环泵压头循环。

《锅炉原理》习题库及参考答案第一章基本概念1. 锅炉容量：指锅炉的最大长期连续蒸发量，常以每小时所能供应蒸汽的吨数示。

2. 层燃炉：指具有炉箅（或称炉排），煤块或其它固体燃料主要在炉箅上的燃料层内燃烧。

3. 室燃炉：指燃料在炉膛空间悬浮燃烧的锅炉。

4. 旋风炉：指在一个以圆柱形旋风筒作为主要燃烧室的炉子，气流在筒内高速旋转，煤粉气流沿圆筒切向送入或由筒的一端旋转送入。

较细的煤粉在旋风筒内悬浮燃烧，而较粗的煤粒则贴在筒壁上燃烧。

筒内的高温和高速旋转气流使燃烧加速，并使灰渣熔化形成液态排渣。

5. 火炬―层燃炉：指用空气或机械播撒把煤块和煤粒抛入炉膛空间，然后落到炉箅上的燃烧方式的炉子。

6. 自然循环炉：指依靠工质自身密度差造成的重位压差作为循环推动力的锅炉。

7. 多次强制循环炉：指在循环回路中加装循环水泵作为主要的循环推动力的锅炉。

8. 直流锅炉：指工质一次通过蒸发受热面，即循环倍率等于一的锅炉。

9. 复合制循环炉：指在一台锅炉上既有自然循环或强制循环锅炉循环方式，又有直流锅炉循环方式的锅炉。

10. 连续运行小时数：指两次检修之间运行的小时数。

11. 事故率＝%100⨯+事故停用小时数总运行小时数事故停用小时数； 12. 可用率＝%100⨯+统计期间总时数备用总时数运行总时数； 13. 钢材使用率: 指锅炉每小时产生一吨蒸汽所用钢材的吨数。

第二章一、基本概念1. 元素分析：指全面测定煤中所含全部化学成分的分析。

2. 工业分析：指在一定的实验条件下的煤样，通过分析得出水分、挥发分、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数的过程。

3. 发热量：指单位质量的煤在完全燃烧时放出的全部热量。

4. 结渣：指燃料在炉内燃烧时，在高温的火焰中心，灰分一般处于熔化或软化状态，具有粘性，这种粘性的熔化灰粒，如果接触到受热面管子或炉墙，就会粘结于其上，这就称为结渣。

5. 变形温度：指灰锥顶变圆或开始倾斜；6. 软化温度：指灰锥弯至锥底或萎缩成球形；7. 流动温度：指锥体呈液体状态能沿平面流动。

锅炉炉膛换热计算（锅炉原理）锅炉热力计算的目的是确定锅炉受热面与燃烧产物和工质参数间的关系，计算的基础是燃料的燃烧计算和锅炉的热平衡计算。

根据锅炉各种受热面的不同性质，将锅炉热力计算分为炉膛换热计算和炉膛出口后对流受热面的换热计算两大部分。

从热力计算方法上分为受热面的设计计算和校核计算，在工程实际中，校核计算应用的更多，譬如，当燃料发生较大的变更、锅炉受热面改造、改变运行方式等情况下均需要进行校核计算。

第一节锅炉炉膛内传热的特点一、炉膛换热的主要特点在锅炉炉膛中进行着燃料的燃烧过程，送入炉膛的燃料放出近乎全部的热量，将燃烧产物（主要为燃烧而生成的烟气）迅速加热升高至很高的温度（常规煤粉炉的炉膛火焰最高温度约为1500~1600℃）；同时，燃烧产物又以辐射为主、对流为辅的传热方式将热量传递给炉膛受热面中的工质，燃烧产物的温度沿流程逐渐降低。

二、炉膛换热计算的主要任务从传热的角度，炉膛内必须布置足够的受热面，以在炉膛的出口处将高温烟气冷却到合适的温度，使烟气进入炉膛后的密集对流管束时温度已经低于灰的熔融温度，避免受热面结渣。

炉膛换热计算均以计算炉膛出口截面上的平均烟气温度为核心。

设计计算是在已知炉膛出口温度的条件下，计算所需受热面的数量，校核计算是在已知炉膛内布置的受热面的条件下，计算炉膛出口的烟气温度。

三、炉膛换热计算的主要困难炉膛换热计算是一个受多种因素影响的复杂课题，炉膛的换热过程是伴随燃料的燃烧过程同时进行的，它不仅取决于炉膛的结构型式、几何尺寸，而且与燃料的种类、燃料性质、燃烧器的布置和型式以及运行方式等都有紧密且复杂的关系。

炉膛换热计算的主要困难来自炉内过程的复杂性。

炉膛本身结构复杂，火焰温度分布不均匀，火焰的辐射特性不易确定，尤其是燃料燃烧后对受热面产生的积灰或结渣程度难以准确计算，其对传热的影响程度也极难定量估计。

由于影响因素众多且关系过于复杂，基于纯数学方法描述物理化学过程的炉膛换热计算方法尚未进入工程实用阶段，因此，依赖大量经验数据的计算方法在工程实际中仍起着不可替代的作用。

名词解释：活化能P86：表示燃料的反应能力。

绝大多数参与反应的分子能量处于平均水平，具有平均能量的分子转化为活化分子所需要的最低能量称为活化能。

活化能使参与化学反应的物质达到开始进行化学反应状态所需要的最低能量，用E1表示。

标准煤P26：安照规定，收到基发热量为29310kJ/kg的煤为标准煤。

可磨性系数P63：煤被磨成一定细度的煤粉的难易程度称为煤的可磨性系数。

将质量相等的标准煤和实验煤由相同的初始粒度磨制成细度相同的煤粉时，消耗的能量的比值。

循环倍率P237：上升管中实际产生一公斤蒸汽需要进入多少公斤水，即K=G/D1、什么是煤的工业分析？化学分析？简述其中各成分对煤燃烧的影响（灰分、挥发份、水分、碳）。

P22-23 DP60元素（化学）分析：全面测定煤中所含全部化学成分。

包括：C H O N S A M工业分析：在一定的实验室条件下的煤样，通过分析得出水分、挥发份、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数叫做工业分析。

碳：碳是煤中含量最多的可燃元素，发热量较大，其中包含挥发份和固定碳，固定碳燃点较高，不易着火和燃尽。

水分：水分增加会使锅炉内温度下降，影响燃料的着火，并增大排烟损失，也会加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。

（水分多，燃料燃烧有效放热量便减少；水分多，增加着火热，推迟着火；水分多，降低炉内温度，使着火困难，燃烧也不易完全，增加机械和化学不完全燃烧热损失；水分吸热变成水蒸气排出，增加排气量而使排烟热损失增大，降低锅炉热效率；同时为低温受热面的积灰、腐蚀创造了条件；水分增加，提高过热气温；会给煤粉制备增加困难；但水分多，水分蒸发后，会使煤粉颗粒内部的反应表面积增加，从而提高着火能力和燃烧速度。

）灰分：灰分的存在不仅使单位燃料量的发热量减少，而且影响燃料的着火和燃尽，也是造成锅炉受热面积灰、结渣、磨损的主要因素。

（灰分增加，煤中可燃成分相对减少，降低发热量，且灰分熔融吸收热量，排渣带走大量热量；灰分多，在煤粒表面形成灰分外壳，妨害煤的燃烧，使煤不易燃尽，增加机械不完全热损失；灰分多，使炉膛温度下降，燃烧不稳定；灰分多，磨损受热面，受热面积灰，增加排烟温度，降低锅炉效率；灰分多，产生炉内结渣，腐蚀金属；增加煤粉制备的能量消耗；造成环境污染。

5.5锅炉习题及复习思考题-s1锅炉原理复习思考题⼀、绪论1. 什么是锅炉？简述锅炉的任务、锅炉本体和锅炉的安全附件。

（⽣产蒸汽或热⽔的换热设备；锅炉的任务燃料（煤、油、天然⽓等）的化学能转化为热能；锅炉本体由汽锅、炉⼦及安全附件组成，锅炉的安全附件⽔位计、压⼒表、安全阀）2. 以某台锅炉为例说明锅炉的基本⼯作过程（要求说明锅炉的烟风系统、汽⽔系统及上煤出灰系统的⼯艺流程）。

（燃料的燃烧过程、烟⽓向⼯质的传热过程、⽔受热和汽化过程）3. 锅炉的主要特性参数（锅炉容量、额定压⼒、额定温度）4. 熟悉我国锅炉的参数系列（低压、中亚、⾼压、超⾼压、亚临界和超临界）。

5. 锅炉型号的表⽰⽅法，说明下列锅炉型号所表⽰的意义。

1)SG220-9.9/540-H2 2)WG130-3.9-A3)DG65-3.9/450-AW3 4)BG410-13.8/5405)HG670-13.8-540/540-H6 6)SG1025-16.8-540/540-ASHL10-1.3-AII的含义：SH：双锅筒横置式，L：链条炉排锅炉，10：额定蒸发量为10t/h，1.3:额定压⼒为1.3MPa饱和蒸汽，AⅡ:燃⽤Ⅱ类烟煤。

DHL10-1.3-AII型锅炉型号中各部分的含义：DH：单锅筒横置式、L：链条炉、10：额定蒸发量10t/h、1.3：额定⼯作压⼒1.3MPa、AII：⼆类烟煤。

6. 锅炉的压⼒是如何保持的，有⼈说是烧⽕烧出来，对否？为什么？7. 说明锅炉汽⽔系统中各部件中，那个部件压⼒最⾼？那个部件压⼒最低？部件最低的压⼒应是多少（不必指明压⼒的具体数值）？8. 锅炉的分类（烟管锅炉、⽔管锅炉、烟⽔管锅炉、废热锅炉），锅炉按燃烧⽅式是怎样分类的？（层然炉、室燃炉、流化床炉）按⽔循环原理是怎样分类的？（⾃然循环、强制循环、直流、复合循环和低倍率循环）9. 为什么⾼参数⼤容量锅炉⼀般不布置锅炉管束？10.锅炉的安全性和经济性指标？（经济性：锅炉效率、锅炉耗电率和钢材耗⽤率；安全性：连续运⾏⼩时数、事故率、可⽤率、利⽤率、额定容量利⽤率）⼆、锅炉燃料1. 煤的元素分析成分有哪⼏种？哪些是有利成分？哪些是不利成分？（C 、H 、O 、N 、S 、M 、A ）2. 煤中硫以哪⼏种形式存在？哪种硫为可燃硫？哪种硫划归为灰分？（有机硫、⽆机硫（硫铁矿硫和硫酸盐硫）3. 煤的⼯业分析成分有哪些？固定碳、焦炭和煤的含碳量是否是⼀回事？若不是,三者有何区别？（挥发分、固定碳、灰分和⽔分）4. 写出折算硫分、折算灰分、折算⽔分的表达式。

锅炉对流受热面计算首先，我们需要了解对流受热面的概念。

对流受热面是指锅炉内部与工作介质(如水、汽、烟气等)直接接触的部分，通过对流传递热量。

对流受热面通常是由管壳式加热面组成，包括锅炉壳体、水冷壁、空气预热器等。

对流受热面的计算主要涉及到三个方面：传热系数的估算、换热面积的计算和热效率的评估。

1.传热系数的估算传热系数是指单位面积上单位时间内通过对流传递的热量。

传热系数的估算是锅炉对流受热面计算中的重要环节。

传热系数的大小与介质的物性、流动状态、受热面的形状等因素密切相关。

一般情况下，传热系数可通过实验或经验公式进行估算。

例如，针对空气在不同速度下对流传热，可以采用Nu=0.66Re^0.66Pr^0.33的经验公式，其中Nu为Nusselt数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。

将估算得到的传热系数应用于对流受热面的计算中。

2.换热面积的计算换热面积是指对流受热面上的有效热交换面积。

换热面积的计算是锅炉对流受热面计算的核心。

换热面积的计算主要考虑两个方面：一是考虑传热介质(如水、汽、烟气等)流动的特点，将受热面积与流量、流速等因素相结合进行计算；二是考虑传热过程的热阻情况，将传热系数与热阻相结合计算。

对于不同的换热面，可以采用不同的计算方法，如管内对流受热面积的计算采用管内光面积进行计算、管外对流受热面积的计算采用外表面积进行计算。

通过换热面积的计算，可以确定锅炉对流受热面的大小，为锅炉的设计和运行提供依据。

3.热效率的评估热效率是锅炉对流受热面计算中一个重要的评价指标。

热效率是指锅炉单位燃料消耗所产生的热量与输入燃料的热量之比。

热效率的评估包括热损失的计算和进一步改进的方法。

热损失通常分为两个部分：烟气中的热损失和未充分燃烧或燃烧副产物中的热损失。

通过对锅炉热效率的评估，可以进行锅炉设计参数的优化和改进，提高锅炉的热效率和能源利用率。

综上所述，锅炉对流受热面计算是锅炉设计和运行中的重要环节。

通过对传热系数的估算、换热面积的计算和热效率的评估，可以保证锅炉的正常运行和高效热能利用。

对流受热面的换热计算（锅炉原理）第一节 概述大型电站锅炉的对流受热面是指对流换热为主的对流过热器和再热器、省煤器、空气预热器、直流锅炉的过渡区等，也包括辐射份额较大的屏式受热面。

因此，本章所讲述的受热面是指除了炉膛以外的所有受热面。

尽管这些受热面的结构布置、工质和烟气的参数都有着很大的不同，辐射传热所占的份额不同，但为了简化计算，均采用对流传热计算的规律，将辐射传热部分折算到对流传热，各个不同受热面的计算方法有所不同。

锅炉对流受热面的换热计算方法与传热学所介绍的相关内容大同小异，只是在必要之处附加了与工程实际有关的修正系数。

有些修正系数的选取对计算结果的影响是至关重要的，譬如，与受热面烟气侧污染程度有关的经验系数。

不同国家或锅炉制造厂家的计算方法的主要区别也在修正系数的选取上。

本章仅讲述我国电站锅炉行业通常采用的计算方法的基本原理、计算过程和主要规定，计算细节可以参考相应的计算标准或规范。

设计计算与校核计算在计算方法上基本上是相同的，计算时所依据的传热原理、计算式和图表都是相同的，仅在于计算任务和所求的数据不同。

在对部件进行设计计算时，考虑计算上的方便，也往往采用校核计算的方法。

第二节 对流受热面换热计算的基本方程对流受热面的换热计算，不论是设计计算还是校核计算，都是利用对流传热方程和烟气侧与工质侧的热平衡方程，分别从对流传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流换热量。

1.受热面的对流传热方程d j, kJ/kg K tH Q B ∆=（10-1）式中d Q ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以1kg 燃料（固体、液体）或31m 燃料（气体）为基准；K ——传热系数,W/(m 2·℃)；t ∆——传热温压，℃；H ——参与对流换热的受热面面积，m 2；j B ——锅炉计算燃料量，kg/s 。

2.烟气侧热平衡方程对各段受热面，烟气侧热平衡方程是基本相同的，为()0d y y lk ,kJ/kg Q h h h ϕα'''=-+∆ （10-2）式中 ϕ——保热系数，考虑散热损失的影响；yh '、y "h ——烟气在该受热面入口及出口截面上的平均焓值，kJ/kg ； 0lk h ——对应于过量空气系数1α=时，漏入该段受热面烟气侧的冷空气焓值,kJ/kg ；α∆——该段受热面的漏风系数。