锅炉10半辐射和对流受热面的传热计算

本文摘自1995年《电站系统工程》第11卷第2期循环流化床锅炉炉膛内辐射换热计算方法探讨湖北省燃烧工程学会田正渠对比了两种循环流化床(CFB)锅炉炉膛内求取辐射换热系数的方法；计算表明：炉内稀相区辐射换热系数占总传热系数的65%左右。

下面只摘了第二种方法,也就是最简便的计算CFB锅炉炉膛内辐射换热系数方法。

床层有效黑度法俄学者勃洛东尼教授等提出，正确计算CFB炉内辐射换热系数的问题，可归结为求取流化床层的辐射有效黑度a*，然后按辐射热计算公式来求得辐射换热系数αt，即αt=a*(T∞2+T w2) (T∞+T w)式中：T∞为床层核心层温度，K；T w为炉内壁面温度，K。

对于流化床炉膛a*=σ/[(1/εw)＋( 1/εe)－1]；对于循环流化床炉膛a*=σ/[(1/εw)＋( 1/εb)－1]。

式中：σ——斯蒂芬-波尔兹曼常数，σ= 5. 67×10-8，W/(m2·K4)。

εw——炉膛壁面黑度，在前苏联BTTI-9HIIH热力计算标准方法中(1973年)取其为常量，即εw = 0.75或0.8；εb——为床层等温黑度；εe——为床层有效黑度。

关于εb与εe关系式如下：εe/εb=A+(1－A)( T w/ T∞)^4；当( T w/T∞)≤1时，εb=εs^0.4。

其中εs为床层颗粒物料黑度(可据工作温度查有关手册)；A为反映床层等温性的参数，A=1－exp(－0. 16Ar^0.26 )，A r≥122这里Ar由床层温度T∞算出。

当Ar≥10^5，等温性参数A≈1，且εe≈εb，这时对应于充分掺混的等温床层。

对于快速循环流化床炉膛的稀相区，实为一空隙度很大的物料弥散系统，可允许使用εb=εs^0.31式作计算。

〔举例]援引文[1]中74页例题CFB炉在床温850℃及流化速度6米/秒下运行。

床砂粒200微米，膜式壁温360 ℃，在给出了一系列的物性和热工参数条件下，问求总传热系数。

热传递热量计算公式
热传递是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。

热传递的计算可以通过多种公式来实现，具体取决于热传递的方式。

以下是一些常见的热传递计算公式：
1. 热传导（导热）的计算公式：
热传导是指热量通过物质内部传递的过程。

其计算公式可以用傅立叶定律来表示：
Q = -kAΔT/Δx.
其中，Q表示传导热量，k表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，Δx表示传热距离。

2. 热对流的计算公式：
热对流是指热量通过流体（气体或液体）对流传递的过程。

其计算公式可以用牛顿冷却定律来表示：
Q = hAΔT.
其中，Q表示对流热量，h表示对流换热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。

3. 热辐射的计算公式：
热辐射是指热量通过辐射传递的过程。

其计算公式可以用斯特藩-玻尔兹曼定律来表示：
Q = εσA(T₁^4 T₂^4)。

其中，Q表示辐射热量，ε表示发射率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，A表示辐射面积，T₁和T₂分别表示两个物体的绝对温度。

以上是一些常见的热传递计算公式，它们分别适用于不同的热传递方式。

在实际问题中，需要根据具体情况选择合适的公式进行计算。

第9章 锅炉传热性能计算1. 说明炉内换热的特点。

答：1) 炉膛内的传热过程与燃料的燃烧过程同时进行，参与燃烧与传热过程的各因素相互影响。

2) 炉膛传热以辐射为主，对流所占比例很小。

3) 火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈。

4) 火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。

5) 运行因素影响炉内传热过程。

6)2. 炉内烟气的成分有哪些？请说明它们对炉内换热的作用。

答：烟气一般由二原子气体（N 2，O 2，CO ）、三原子气体（CO 2，H 2O ，SO 2）以及悬浮固体粒子（炭黑、飞灰，焦碳粒子）所组成。

氮和氧发射和吸收辐射热的能力很弱，可以认为是透明的，一般情况下，烟气中CO 的浓度很低。

因此，烟气中具有辐射能力的主要是三原子气体和悬浮的固体粒子。

包括：1）三原子气体：CO 2，H 2O ，SO 2在红外线光谱区的某些光带内辐射和吸收能量，在光带外，既不辐射也不吸收，呈现透明性质。

2）炭黑粒子：燃料的烃类化合物在高温下裂解而形成炭黑粒子，其直径约为0. 03μm ，具有很强的辐射能力，使火焰发光。

3）灰粒子：焦碳粒子的可燃成分燃烬后的剩余部分，直径约为10~20μm ，有一定的辐射能力，在高温下发光。

4）焦碳粒子：煤粉颗粒中的水分和挥发分逸出后的剩余部分，其直径稍大，约为30~50μm ，有很强的辐射能力。

3. 炉内传热计算的原理和基础方程式是什么？简述原苏联的炉内换热计算的基本思路，并与我国层燃炉炉内换热计算方法做比较。

答：1）热平衡方程式：根据能量守恒原理，烟气在炉膛内的换热量可以看成烟气从理论燃烧温度到炉膛出口温度的焓降，即()''j l l Q B Q I ϕ=-，其中，ϕ——保温系数；j B ——计算燃烧消耗量；l Q ——有效放热量。

2）辐射换热方程式：由于炉内传热以辐射为主，对流传热可忽略不计，因此辐射换热量可以认为等于炉内传热量。

（1）由Stephan-Boltzmann 定律直接计算辐射换热量()440xt l hy b Q a F T T σ=-，式中，xt a ——系统黑度；hy T ，b T ——火焰和炉壁的平均温度；l F ——炉壁面积。

蒸汽锅炉受传热计算方程式
蒸汽锅炉传热任务分为设计和校核计算，计算依据又分为热平衡方程式及传热方程式，以及计算方法。

下面中创技术部深入讲解这些计算方法：
一蒸汽锅炉半辐射及对流受热面传热计算
1 设计计算: 在设计新的蒸汽锅炉时，根据受热面所需的传热量和工质的进、出口温度，确定所需的受热面面积。

2 校核计算: 根据设计新蒸汽锅炉时，预先布置的受热面结构特性活已知的受热面结构特性，需要注意：这里指的是校核现有锅炉时。

计算燃料消耗量、工质流量、漏风系数、烟气的进口温度和工质的进口或出口温度等，确定受热面的传热量、烟气的出口温度、工质的出口或进口温度。

蒸汽锅炉半辐射和对流受热面传热有什么计算依据呢?有两种
1 根据热平衡方程式计算，请看下图：
2根据蒸汽锅炉传热方程式计算，如下图公式：
而计算方法则根据《锅炉机组热力计算标准方法》、我国《层状燃烧及沸腾燃烧工业锅炉热力计算方法》以及《工业锅炉简化热力计算方法》
蒸汽锅炉在进行校核计算前，先进行结构特性计算，还得提供传热计算需要的机构数据。

用校核计算进行检验。

当蒸汽锅炉传热计算全部结束后，要对假定的排烟温度和热空气温度进行校核，对热力计算数据进行修正，而对最终的热平衡计算误差进行校核，并列出锅炉主要热力数据的汇总表。

锅炉对流受热面的换热计算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。

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。

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。

对流受热面换热计算的基本方程1.受热面的对流传热方程d j, kJ/kg K tH Q B ∆= 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'''=-+∆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。

3.工质侧热平衡方程对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。

（1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。

这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面）烟气的对流换热量和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受热面）的对流换热量时，应从工质吸收的热量中扣除该受热面接受的炉膛辐射热量，即()d f j"Q ,kJ/kg D h h Q B '-=- 式中 f Q ——受热面吸收来自炉膛的辐射热量,kJ/kg ;D ——工质流量，kg/s ；"h 、h '——受热面出口及入口的工质焓值,kJ/kg 。