炉内传热及其计算.ppt

《炉内传热及其计算.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章锅炉炉膛的辐射传热及计算§1炉膛传热过程炉膛是现代锅炉最重要的部分，从炉膛传热过程来看，进入炉子的燃料与空气混合着火燃烧后生成的高温的火焰与烟气，通过辐射把热量传递给四周水冷壁管，到达炉膛出口处，烟气温度冷却到某一数值，然后进入对流烟道。1.特点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。例如，燃料种类不同燃烧过程不尽相同，形成的火焰成分及温度场不同，炉膛的吸热量就会不同，即传热过程不同。反之，传热过程不同就会导致温度场发生变化，影响燃烧及燃尽。②炉膛传热以辐射

2、为主，对流所占比例很小。原因：炉膛内火焰温度较高，例如1000℃左右，而四周水冷壁管的温度较低，例如≤400℃炉膛内烟气流速较低，因此，对流传热量占总换热量的份额很小，一般≤5%。③火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈对于一般的煤粉炉原因：火焰根部，燃料燃烧生成的热量大于辐射传热量，火焰温度升高。火焰继续上升，可燃物逐渐燃烬，燃烧生成的热量小于辐射传热量，因而，火焰温度下降。于是，存在一点在该点火焰温度最高，称该点火焰中心。④火焰在炉膛内的换热是一种容积辐射。辐射换热量与整个炉膛的形状和尺寸等有关。容积越大

3、，炉内换热器量越多，炉膛出口烟气温度越低。反之炉膛内换热量越小，炉膛出口烟气温度越高。⑤运行因素影响炉内传热过程，例如，运行过程中，污染发生，污染后的受热面表面温度升高，导致炉膛换热量降低。2.炉膛传热计算方法的分类根据“维”数来分，有零维模型，一维，二维，三维模型。根据方法论，有经验法和半径验法零维模型，假定炉内各物理量如烟温，火焰温度，受热面壁温等都是均匀的，计算得到的结果也是某些平均值，如平均炉膛出口烟温，平均受热面热负荷等。一维模型：沿炉膛的轴线方向，例如高度，考虑温度，黑度等的变化，而在垂直于

4、轴线的平面上则认为各个物理量是均匀的。二维模型：适用于轴对称的圆柱型炉膛。三维模型：可以得到炉膛内的温度场，热负荷等。讨论：零维、一维模型简单，计算方便，但与实际情况相差较大。二维模型对实际锅炉用处不大，（无圆柱形）三维模型计算难度大，考虑的因素多，但接近实际情况，计算机的出现，使得该模型前途光明。经验法：根据工业性试验结果，整理成经验公式或图表，计算往往比较简单，也可能相当精确，缺点是，局限较大，只能用于规定的范围，不能外推。过去：主要依靠经验法。现在：产品较单一的厂家，仍然采用。半经验法：采用一定的

5、理论（例如相似理论），找到描述炉内过程的微分方程，进一步得准则方程，再利用这些准则方程整理试验数据。目前：零维模型半经验法仍是炉膛传热计算的基本方法。3.炉膛传热计算的基本公式1．热平衡方程式几个概念：(ⅰ)有效放热量：随同每千克计算燃料送入炉膛的热量。2．辐射换热方程式①直接计算辐射换热量，Stephan-Boltzmann把火焰和炉壁看成两个无限大的平行平面，则—系统黑度,Thy,Tb火焰炉壁的平均温度—火焰炉壁的黑度;—炉壁面积②根据有效辐射计算换热量如果火焰对炉壁的有效辐射为，炉壁对火焰的有效辐

6、射为，则单位面积上火焰和炉壁间的换热量为。该热量与火焰对炉壁的有效辐射之比称为炉壁的热有效系数于是利用辐射热统计或其他仪器可测得和，于是得到Q。假定也可用四次方程来表示式中为炉膛黑度，值得注意的是：既非火焰黑度，也非系统黑度，而是对应于火焰有效辐射的一个假想的黑度。四．对基本换热方程式的分析由热平衡方程来看，要求得炉换热量Q，必须求得，那么与哪些参数相关呢？即(1)或（2）由（1）知，若求，必须预先得到，，由（1）知，若求，必须预先得到,，目前，，的确定有困难，经过探索可确定，因此，我们的任务是：确定：

7、二、炉内温度场分布规律研究炉内温度场分布规律的目的：确定火焰的平均温度。前面讲过，火焰及烟气在其行程上的变化是剧烈的，但影响炉内温度场沿炉膛高度及的变化有许多因素，例如，燃料特性，燃烧方式，受热面的结构特性等。但试验表明，对于有相当高度而四周布满水冷壁的炉膛，炉内温度场具有类似性，并且可表达成:（1）其中，，为理论燃烧温度，相对火焰高度L—火焰的总高度（燃烧器中心到出口中心），x距燃烧器中心的火焰高度；—为考虑传热，燃烧对火焰温度影响的经验系数。（1）中令，得炉膛出口无因次温度的四次方：将（1）从0到1

8、积分，可得到炉膛火焰温度四次方的平均值：最高温度点的位置得由于均为和的函数，联立后消去α和β，得到：此函数关系画在图上可以看出，Xm不变时,与呈线性关系.因此有m和n均是Xm的函数截距近似为0，，n实际上是Xm为不同值时，直线的斜率，从图中可以大致得到最后，有火焰平均温度§3炉膛黑度一、室燃炉的前面讲过两个传热方程二者相等火焰的有效辐射炉壁对火焰的有效辐射而代入后，整理得二、火床炉的对于火床炉，炉排上的赤热煤层也参与辐射换热，情况更复杂，假