第二章锅炉基础.ppt

第二节 锅炉中的传热 一、锅炉传热方式 二、锅炉中的传热分析 三、传热与锅炉安全 一、传热方式 热量的传播方式：有传导(热导)、对流、辐射三种，三者传热的机理和规律各不相同。 (一)传导 热传导（传导或热导）：物体直接接触的各部分之间由高温向低温部分的热量传递。 物质导热能力的大小常用导热系数表示。导热系数指在单位温差下，经过单位厚度的某种物质在单位时间内传导的热量，以符号λ表示，单位为W/(m·℃)。不同物质传导热量的能力不同，金属的导热能力比非金属强。 (一)传导 钢材的导热系数约为40 ~ 50W/(m·℃)，烟灰的导热系数约为0.06 ~ 0.12W/(m·℃)，水垢的导热系数约为1.28 ~ 3.14W/(m·℃)，即烟灰、水垢的导热能力显著低于钢材。 如果受热面钢材上积有烟灰或沉结水垢，就会明显降低热量传导，影响锅炉的安全性及经济性。 (一)传导 通过平板的稳定热传导，导热量可按下式计算： (一)传导 锅炉中的受热面绝大部分是圆筒或圆管金属壁面。当圆筒或圆管直径较大，壁厚较簿时，可以近似地看成平板导热。而精确计算时，通过圆筒或圆管壁稳定导热的导热量用下式计算： (二)对流 流体在流动中与和它直接接触的固体壁面间进行的热量传递，叫对流放热，简称放热。 (二)对流 1．对流放热量计算公式 2、影响对流放热系数的主要因素 (三)辐射 物体的热能不断地以电磁波的形式向四面八方发射，这种形式的能量称为热辐射能。当这种电磁波落到另一物体表面时，就会或多或少被它吸收并转变成热能，热量就从一个物体转移到另一个物体。两个温度不同的物体以这种方式交换热量的过程称为辐射换热。电磁波的传播不需要依靠中间媒介物，因而辐射换热是真空中唯一的热传递方式。 (三)辐射 一个物体向周围辐射的热量与该物体绝对温度的四次方成正比，即遵循“四次方定律”： 具有一定温度的相关物体间都在不断地互相辐射和接收热量。两个物体间辐射换热量的多少，取决于两物体的温度、黑度及几何相对位置等因素。 二、锅炉中的传热分析 锅炉的受热面分别布置在炉膛和烟道中。无论是在炉膛中还是烟道中，燃烧产物通过受热面向介质传热的过程都是复杂换热过程，上述三种传热方式同时都在起作用。 1、锅炉炉膛的换热 锅炉炉膛首先是燃料燃烧场所，火焰温度很高，火焰与受热面表面的换热主要是辐射换热，也有少量对流换热。热量通过金属壁由火焰侧传向水汽介质侧时，是通过热传导方式进行的；金属壁与工质间的换热则是对流放热。因而从火焰到工质的热量传递同时通过辐射、传导和对流三种方式进行。在锅炉正常工作时，金属壁的导热性能良好，金属壁面与水之间的对流放热也很强烈，此时火焰与工质间换热量的大小主要取决于辐射换热。 1、锅炉炉膛的换热 炉膛内火焰的辐射包括高温烟气的辐射和固体颗粒的辐射两部分。高温烟气的辐射是烟气中CO2，SO2和水蒸气等三原子气体的辐射。其基本特点是：对热射线的波长有选择性；辐射和吸收都在整个容积空间内进行。因而，高温烟气的温度越高，其中三原子气体含量越多、分压力越大，烟气层厚度越厚，其热辐射也就越强烈。 1、锅炉炉膛的换热 固体颗粒的大小及多少也直接影响火焰的辐射能力。另外，金属壁面与火焰之间彼此可见程度越大，火焰辐射热落到金属壁面上的份额也越大；金属壁面被灰污程度越小，温度越低，金属壁面吸收火焰的辐射热越多。 2 、锅炉烟道换热 烟道是烟气流通的通道，烟气在流动中与烟道中的受热面进行对流换热。由于在烟道中烟气仍有较高温度，烟气与受热面间也有一部分辐射换热，随着烟气流动与降温，辐射换热所占份额越来越小。热量通过金属壁向介质传递，依靠传导及对流换热方式。因而烟道中烟气向工质的传热过程也是一个复杂过程。 3、其他原因引起的复杂换热 当受热面的两侧分别积灰和结垢时，固体壁面由灰层、金属壁、垢层三部分组成，原来仅经过金属壁的导热变为经过多层壁的导热，导热热阻显著增加，整个传热过程变得更为复杂。 三、传热与安全 受热面是放热介质(烟气)与受热介质(水、蒸汽或空气)之间的传热界面。当传热过程正常进行时，受热面金属的温度介于放热介质与受热介质的温度之间，即低于烟气的温度而高于工质的温度。炉膛内高温烟气(火焰)的温度在900℃以上，置于炉膛内的受热面，正是依托正常的传热及工质的有效冷却，才使得其金属壁温远低于火焰温度而高出工质温度不多。简言之，传热正常的受热面金属，其升温是不可避免的，也是有限度的。 三、传热与安全 锅炉受热面同时又是受压部件，承受着工质的压力。同时承受温度与压力对金属要求是很苛刻的，温升不仅降低金属的强度，也对金属的组织性能有一系列的影响。受热面金属必须能够承受正常工况确定的温度和工质压力，才能连续可靠地工作。 三、传热与安全 如果锅炉的传热过程出现障碍，