对流受热面的换热计算

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1、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

2、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

3、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（10-1）式中——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以燃料（固体、液体）或燃料（气体）为基准；——传热系数,W/(m2·℃)；——传热温压，℃；——参与对流换热的受热面面积，m2；——锅炉计算燃料量，。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（10-2）式中——保热系数，考虑散热损失的影响；、——烟气在该受热面入口及出口截面上的平均焓值，；——对应于过量空气系数时，漏入该段

4、受热面烟气侧的冷空气焓值,；——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（10-3）式中——受热面吸收来自炉膛的辐射热量,;——工质流量，；、——受热面出口及入口的工质焓值,。来自炉膛烟气的辐射热量可能不会全部被屏式过热器

5、吸收，将有一部分热量透射到屏后的其他受热面，另外屏间烟气的辐射热量也会投射到屏后的受热面上，用表示。屏区辐射热量的平衡关系见图10-1.图10-1屏区辐射热量平衡所以，屏式过热器及其后的对流过热器的工质吸收炉膛的辐射热量为（10-4）来自炉膛的烟气辐射热量是由炉膛传热计算确定的，即（10-5）式中——炉膛出口烟窗面积，m2；——考虑炉膛与屏相互辐射影响的修正系数，按图10-2确定；——炉膛有效辐射受热面积的屏间热负荷；——沿炉膛高度面积热负荷的不均匀系数。炉膛出口烟气温度，℃图10-2考虑屏间烟气饭辐射影响的修正系数1—煤；2—重油；

6、3—天然气炉膛辐射透射到屏后受热面的热量按下式计算，即（10-6）式中——屏间烟气的黑度；——屏的进口截面对出口截面的角系数。屏间烟气对屏后受热面的辐射热量为（10-7）式中——屏烟气出口面积,；——屏间烟气的平均温度,;——燃料种类修正系数，对煤和液体燃料，取为0.5，对天然气，取0.7。(2)布置在水平烟道和尾部烟道中的过热器、再热器、省煤器及直流锅炉的过渡区等受热面内工质的吸热量按下式计算，即（10-8）（3）空气预热器中空气的吸热量为（10-9）式中——空气预热器出口空气过量系数；——空气预热器空气漏到烟气侧的漏风系数；、——

7、空气预热器入口及出口截面上的理论空气焓值，。第三节受热面传热系数的计算方法对流受热面换热计算中最重要，也是比较复杂的内容之一是受热面传热系数的计算，其准确程度直接影响到换热计算结果的准确性。一、传热系数计算的一般表达式根据传热学的基本原理，考虑锅炉圆管受热面管内外表面的污染，并简化成平壁处理，其传热系数的一般表达式为W/（m2·℃）（10-10）式中——烟气对灰污层的管壁表面的放热系数，W/（m2·℃）；——管壁灰污层的热阻，m2·℃/W,灰污层厚度，m,为灰污层的导热系数,W/（m·℃）；——管壁金属的热阻，m2·℃/W，其中为管壁

8、厚度，m，为金属导热系数，W/（m·℃），该项相对于其他各项小得多，可略去不计；——管内壁水垢的热阻，m2·℃/W，其中为水垢层厚度，m，为水垢层的导热系数，W/（m·℃），管内壁不允许存在水垢沉积，该项可略去不计；——