锅炉炉膛传热计算
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炉膛热力计算炉内换热的计算方法是用来计算单炉膛和半开式炉膛的换热。
其本质是以能量方程和辐射能传递方程导出的准则为基础,用相似理论方法整理实验数据,建立出炉膛出口烟温的直接计算式。
1.1 计算流程控制1.2 相关的公式炉膛计算的重点就是炉膛出口烟温的准则方程:6.003.06.00~B B M B T T u a T T+=''=''θ 300)(aCT CP CP P T F VC B B ψσϕ=根据准则方程得到的炉膛出口烟温计算式是:0.630.30273 1()aTCP CT a up CP T F T MBB Vc ϑσψϕ''=-⎡⎤+⎢⎥⎢⎥⎣⎦℃ 炉膛计算的进行都是基于这个计算式进行。
其中110 5.6710σ-=⨯ 1.2.1 Ta --是绝热燃烧温度,℃根据1kg 燃料送入炉内的热量T Q 来决定,计算出T Q 后由烟气性质计算(即手工计算的温焓表)计算出响应的烟气温度。
3464100100T q q q Q QrQ q B ---=+-,如果有再循环烟气,要考虑再循环烟气带入炉膛的热量。
r Q 是固体(液体)燃料工作基低位发热量,/kJ kg ,气体燃料的干燥基低位发热量,3/kJ m 。
3q -- 化学未完全燃烧热损失,来自热平衡计算; 4q -- 机械未完全燃烧热损失,来自热平衡计算; 6q -- 排渣和冷却水热损失,来自热平衡计算Q B -- 空气带入炉内的热量,/kJ kg ,''((1))()T T zhf rec T ky T zhf l Q r I I ααααααB =-∆-∆--+∆+∆其中,T α-- 炉膛出口过量空气系数; T α∆-- 炉膛漏风系数;zhf α∆-- 制粉系统漏风系数;rec α -- 再循环烟气抽取点处过量空气系数;T r -- 再循环系数。
一般情况下没有烟气再循环的时候不考虑最后一项。
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。
一、锅炉设计辅助热力计算1.炉膛宽度及深度因采用角置直流式燃烧器,炉膛采用正方形截面。
按表8-40取炉膛截面热负荷q F =2580kW/m 2,炉膛截面F=40.2578m 2,取炉膛宽度a=6.72m ,炉膛深+b=6.72m ,布置Φ60×3的水冷壁管,管间距s=64mm ,侧面墙的管数为106根,前后墙102根。
管子悬吊炉墙,管子中心和墙距e=0。
后墙水冷壁管子在折角处有叉管,直叉管垂直向上连接联箱,可以承受后墙管子和炉墙的重量,斜叉管组成凝渣管和折焰角。
凝渣管有24×3=72根管子,折焰角上有26根管子,另4根管直接与联箱相连。
侧墙水冷壁向上延伸,在折焰角区域和凝渣管区域形成附加受热面。
2.燃烧室辐射吸热量的分配燃烧室辐射吸热量中有部分由凝渣管及高温过热器吸收。
凝渣管直接吸收燃烧室的辐射热量辐射受热面是燃烧室的出口窗,凝渣管吸收的热量与凝渣管束的角系数有关。
根据凝渣管的横向相对节距σ=4.267,从图11-10中的无炉墙反射的曲线上查得单排管的角系数x=0.32。
现凝渣管有三排,总的角系数为X nz =1-(1-x )3=1-(1-0.32)3=0.6856凝渣管辐射受热面为H nz = X nz F ch =0.6856×33.767=23.151m 3由于出口窗位于燃烧室上部,热负荷较小,需要计算沿高度的热负荷不均匀系数。
出口窗中心的高度为h ck ,从冷灰斗中心到炉顶的总高度为H 1=18.912,根据h ck H 1 =16.0318.912=0.8476 和燃烧器中心相对高度x r =0.2038,查图15-2的2线,得h r η=0.68,凝渣管吸收的辐射吸热量为f nz Q =87.1978151.337.12568.0=⨯⨯=nz f h r H q ηkW高温过热器直接吸收炉膛辐射热量为413.907616.107.12568.0)151.23767.33(=⨯⨯=-=f h r f gr q Q ηkW水冷壁的平均辐射受热面热负荷kWQ Q B Q q f gr f nz j l s 407.120183.5311)283.288668.66844(]183.5311)413.90787.1978(53.414756[19.2623.4711)]([=⨯-=⨯+-⨯=+⨯+-=3.炉膛受热的热量分配(1)锅炉总有效吸热量 kW Q gl 35.109143=(2)炉膛总传热量 kW Q B l j 68.668441475653.4=⨯=(3)凝渣管区域传热量 kW Q B nz j 427.45119.99553.4=⨯=(4)第二级过热器传热量 kW Q B gr j 35.11172297.246653.42=⨯=(5)第一级过热器传热量 kW Q B gr j 17.1275449.281553.41=⨯=(6)省煤器需要吸收热量 kWQ B sm j 1.13948)17.12754325.11172427.451168.66844(35.109143=+++-=(7)空气预热器需要吸收的热量 kWI I B B Q B lk rk k ky j ky j 78988.14954)34.263079.3320()06.05.005.1(53.4))(5.0(00''=-⨯⨯+⨯=-∆+=α (8)排烟温度校核 kWI I I B Q B Q B I I lk sm lk rk ky j kyj sm j py gr 7.188634.26304.0234.263079.332006.099.053.478988.149541.1394818.82022000''=⨯++⨯+⨯+-=∆++∆++-=ααφ177.142=py θ℃,与假定排烟温度140℃相差2.117℃,设计合格。