锅炉原理 教学课件 作者 张力 锅炉原理-9.ppt

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1、第九章锅炉热力计算和整体布置锅炉的热力计算的目的是确定各受热面与燃烧产物和工质参数之间的关系。本章主要介绍锅炉辐射及对流受热面传热计算的具体步骤和方法。9.1炉膛传热计算9.1.1炉膛结构炉膛是锅炉中的一个重要部件，进行炉膛设计时，要综合考虑燃烧、传热、水动力以及制造、安装、运行等方面的要求。9.1.1炉膛结构1.燃料对炉膛设计的影响：1).燃料的挥发分对锅炉布置的影响；2).燃料水分的影响；3).燃料灰分的影响；2.炉膛几何特征（1）炉膛有效容积：指实施煤粉悬浮燃烧及传热的空间，并用以计算炉膛容积热负荷的容积部分。大型电站锅炉，按

2、下述三项原则计算炉膛有效容积：①a.切向燃烧锅炉(图9-1)b.冲燃烧锅炉及W型火焰燃烧锅炉（见图9-2、图9-3）c.塔式锅炉(图9-4)②炉膛冷灰斗区有效容积只计上半高度，认为下半高度是死滞区，不计在炉膛有效容积内。③炉膛截面积按水冷壁管中心线所围成的矩形平面计算。2.炉膛几何特征（2）炉壁面积：按包覆炉膛有效容积的表面尺寸计算。（3）主要炉膛热力特性参数，炉膛炉膛热力特性参数包括：炉膛容积热负荷，炉膛截面热负荷，燃烧器区域壁面热负荷，炉膛辐射受热面热负荷2.炉膛几何特征（4）与炉膛及燃烧器设计有关的共性要求：①对设计煤种和校核

3、煤种的要求②炉膛截面的宽/深比（l2/l1）的选取③冷灰斗倾角β的选取④炉膛高度及出口烟温的选取原则⑤下排一次风喷嘴中心至冷灰斗拐点的距离l5的选取原则3.炉膛水冷壁的布置大容量电站锅炉水冷壁都采用膜式水冷壁。燃用低挥发分、不易着火的燃料，或是液态排渣炉或旋风炉，在燃烧器区域用耐火材料敷设卫燃带。水冷壁通常采用外径为45～60mm的无缝钢管和内螺纹管，材料为20G，双面曝光水冷壁管材采用15CrMo钢。在自然循环汽包锅炉中，为了防止受热不均匀而引起水循环不良现象的发生，把水冷壁分成若干独立的回路，每个回路受热面宽度一般不超过2.5m

4、。9.1.2炉膛传热原理及特点1.炉膛传热过程的特点：1）炉膛内的传热过程是与燃料的燃烧过程同时进行的2）炉膛传热以辐射换热为主，对流换热所占比例很小3）火焰与烟气温度在其行程上变化很大2.火焰辐射炉膛中的火焰中具有辐射能力的成分通常分为4种：1）三原子气体。2）焦炭粒子。3）灰粒。4）碳黑粒子。2.火焰辐射影响火焰辐射的因素可归纳为以下几方面：1）火焰辐射成分。2）有效辐射成分在炉膛中的分布。3）燃烧方式和燃烧工况。4）各辐射成分的相互影响。9.1.3炉膛辐射换热的基本方程和计算方法1.炉膛辐射换热的基本方程针对炉膛辐射传热过程所

5、作的假定如下：1）把传热过程与燃烧过程分开，如需计及燃烧工况的影响，则引入经验系数予以考虑；2）对流传热所占份额不大，可以忽略不计；1.炉膛辐射换热的基本方程3）炉内的各物理量认为是均匀的，如火焰的温度和黑度，受热面外壁的温度和黑度。4）以与水冷壁相切的表面为火焰的辐射表面，其温度等于火焰的平均温度Thy，黑度等于火焰对炉壁辐射的黑度ahy，火焰的辐射热量就是通过这个表面传到炉壁上去的。如图9-6所示。5）炉壁的表面温度为Tb，黑度为ab，其面积为同侧炉墙的面积。9.1.3炉膛辐射换热的基本方程和计算方法1.炉膛辐射换热的基本方程由

6、火焰和烟气的放热量等于炉膛的吸热量，可列出炉膛传热计算的基本方程式：该式中存在，Tb和axt三个未知数，且难以用试验方法测定，故工程上难以用该式进行计算。引进炉壁的热有效系数，炉膛黑度。上式可化为：这样，炉膛传热基本方程式的未知量变为、及，易于求解2.炉膛内温度场分布规律为了进行炉膛传热计算，首先需要研究炉膛内温度场的分布规律，以确定火焰平均温度。经过大量试验研究，经整理，修正得出以下半经验公式：为炉膛出口处烟气的绝对温度；为绝热条件下烟气的理论燃烧温度，K，M为参数，取决于炉内火焰中心相对位置。为1kg燃料的燃烧产物在温度区间内总

7、的平均比热容，kJ/（kg·℃）3.炉膛黑度炉膛黑度是为了进行炉膛热力计算引进的对应于火焰有效辐射的假想黑度，用炉膛黑度可说明火焰与炉膛间辐射热交换的关系：4.火焰黑度要求得炉膛黑度，必须先求得火焰黑度。火焰黑度与火焰中的辐射能力的各种成分的组成及其在炉膛中的分布有关，随燃料种类、燃烧方式和燃烧工况的不同而变化。计算时把火焰作为灰体，火焰黑度用下式计算：4.火焰黑度上式中：k为火焰辐射减弱系数，随燃料和燃烧方式不同变化，是各辐射成分减弱系数的代数和，1/（m·MPa）；p为炉膛的压力，常压锅炉；s为炉膛的有效辐射层厚度，m；Vl为炉

8、膛容积，m3；Fl为炉壁面积，m2。9.1.4炉膛受热面的辐射特性目前采用的锅炉热力计算方法中，我们用角系数x、热有效系数及污染系数来描述炉膛受热面与火焰之间进行的辐射换热特性。角系数角系数表示火焰辐射到炉壁的热量中投射到水冷壁管上的