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第四章循环流化床锅炉炉内传热计算
循环流化床锅炉炉膛中的传热是一个复杂的过程，传热系数的计算精度直接影响了受热面设计时的布置数量，从而影响锅炉的实际出力、蒸汽参数和燃烧温度。正确计算燃烧室受热面传热系数是循环流化床锅炉设计的关键之一，也是区别于煤粉炉的重要方面。
随着循环流化床燃烧技术的日益成熟，有关循环流化床锅炉的炉膛传热计算思想和方法的研究也在迅速发展。许多著名的循环流化床制造公司和研究部门在此方面也做了大量的工作，有的已经形成商业化产品使用的设计导则。
但由于技术保密的原因，目前国内外还没有公开的可以用于工程使用的循环流化床锅炉炉膛传热计算方法，因此对它的研究具有重要的学术价值和实践意义。
清华大学对CFB锅炉炉膛传热作了深入的研究，长江动力公司、华中理工大学、浙江大学等单位也对CFB锅炉炉膛中的传热过程进行了有益的探索。根据已公开发表的文献报导，考虑工程上的方便和可行，本章根椐清华大学提出的方法，进一步分析整理，作为我们研究的基础。为了了解CFB锅炉传热计算发展过程，也参看了巴苏的传热理论和计算方法，浙江大学和华中理工大学的传热计算与巴苏的相近似。
4.1 清华的传热理论及计算方法
4.1.1 循环流化床传热分析
CFB锅炉与煤粉锅炉的显著不同是CFB锅炉中的物料(包括煤灰、脱硫添加剂等)浓度C p 大大高于煤粉炉，而且炉内各处的浓度也不一样，它对炉内传热起着重要作用。为此首先需要计算出炉膛出口处的物料浓度C p，此处浓度可由外循环倍率求出。而炉膛不同高度的物料浓度则由内循环流率决定，它沿炉膛高度是逐渐变化的，底部高、上部低。近壁区贴壁下降流的温度比中心区温度低的趋势，使边壁下降流减少了辐射换热系数；水平截面方向上的横向搅混形成良好的近壁区物料与中心区物料的质交换，同时近壁区与中心区的对流和辐射的热交换使截面方向的温度趋于一致，综合作用的结果近壁区物料向壁面的辐射加强，总辐射换热系数明显提高。在计算水冷壁、双面水冷壁、屏式过热器和屏式再热器时需采用不同的计算式。物料浓度C p对辐射传热和对流传热都有显著影响。燃烧室的平均温度是床对受热面换热系数的另一个重要影响因素。床温的升高增加了烟气辐射换热并提高烟气的导热系数。虽然粒径的减小会提高颗粒对受热面的对流换热系数，在循环流化床锅炉条件下，燃烧室内部的物料颗粒粒径变化较小，在较小范围内的粒径变化时换热系数的变化不大，在进行满负荷传热计算时可以忽略，但在低负荷传热计算时，应该考虑小的颗粒有提高传热系数的能力。
炉内受热面的结构尺寸，如鳍片的净宽度、厚度等，对平均换热系数的影响也是非常明显的。鳍片宽度对物料颗粒的团聚产生影响；另一方面，宽度与扩展受热面的利用系数有关。根
据实验研究，可以归纳出循环流化床锅炉燃烧室受热面传热系数的计算方法。
CFB 锅炉炉膛受热面的吸热量按下式计算：
T H K Q ∆⋅⋅=
(4-1)
式中 Q ——传热量，W ；
K ——基于烟气侧总面积的传热系数，W/m 2·K； T ——温差，K ； H ——烟气侧总面积，m 2。
4.1.2 受热面结构尺寸对传热的影响
传热系数K 按式(4-2)计算，其中分母包括四部分热阻：烟气侧热阻b
1
α''；工质侧热阻和受热面本身热阻
f t f
1
H H ⋅
α；λ
δ
1；以及附加热阻as
。
λ
δεαα1a f t
f b 111
+++''=
s H H K
(4-2)
式中 b
α''——烟气侧向壁面总表面的名义换热系数，W/m 2
·K； f
——工质侧换热系数，W/m 2
·K，可按苏1973年热力计算标准求取；
H t ——烟气侧总面积，m 2； H f ——工质侧总面积，m 2；
as
——附加热阻， m 2
·K/W；
1
——管子厚度，m ；
——受热面金属导热系数，W/m 2
·K；
b
s b
b
1]1)1([αεαηα⋅++-=''P
(4-3)
式中 P ——鳍片面积系数，t
fm
H H P =
； H fin ——鳍片面积，m 2； H t ——受热面外部面积，m 2。
d
s d
s H H P )12
(1t
fm -+--=
=
πδ (4-4)
s , d ——管子节距、外径，m ，见图4-1。
——鳍片利用系数，
h
h th ''⋅''⋅=
ββη)
( (4-5)
式中
——与受热面受热情况、膜式壁鳍片结构尺寸和材料等有关，可表示为
)
1()
(b s b αεδλδαβ++=
h N
(4-6)
式中 N ——受热情况，单面受热N =1，双面受热N =2；
h ——实际鳍片高度 图4-1 炉膛受热面结构简图
2
d
s h -=
(4-7)
——鳍片厚度，m ；
s
——受热面污染系数，取为0.0005；
h’——折算高度，m ：
μ
h
h =
' (4-8)
h”——有效高度，m ：
N
h h '
=
'' (4-9)
根据实验和运行数据，可得到鳍片宽度系数与结构尺寸的关系：
2
0.1659+0.3032+0.8608s s d d μ⎛⎫
=- ⎪⎝⎭
(4-10)
αb ——烟气侧换热系数，见式(4-15)：
as
——附加热阻，在计算耐火材料涂层受热面时考虑：
a
a
as λδε=
(4-11)
