炉内传热及其计算.ppt

火焰辐射的特点是它在整个炉膛容积中进行。而火焰与周围水冷壁换热量可以看作是整个炉膛容积内的火焰对其全部周界面的辐射力。由于炉膛的形状不尽规则，从不同方向辐射对周界面上的射线行程各不相同，导致到达周界面上的辐射力亦不相同。 燃用气体、重油的火焰中，主要辐射介质是三原子气体及炭黑。燃用固体燃料的火焰中，除三原子气体外，还有灰粒子及焦炭粒子。 一般将上述两种情况分开处理. 从该式中可看出： §5 炉膛受热面的辐射特性 一、角系数及有效系数 炉内吸热是借炉膛内布置了辐射受热面—水冷壁来达到的。 水冷壁的辐射受热面面积并不等于所有管子的表面积，这是因为水冷壁管一般都是靠炉墙布置，只有曝光的一面受到炉内火焰的辐射，而其背面只受到炉墙的反射辐射，所以不能完全利用。 为纯几何因子 但锅炉的水冷壁由于它与炉墙的相对位置，使得未直接投射到水冷壁管上的辐射热，到达炉墙后，会被反射回来而部分落到水冷壁管子上。 对膜式壁x=1。 炉膛出口烟窗取x=1。 但对炉膛出口处布置的管排而言，x不能视为1。 有效角系数与炉壁面积的乘积称为有效辐射受热面。 若某区域的炉壁面积为Fbi，有效角系数为xi，则该区域的有效辐射受热面为: 由于名区域布置水冷壁有效角系数不尽相同，则炉膛总的效辐射受热面 也称作炉膛的水冷程度，现代锅炉膛的水冷程度都很高，一般可达0.9以上。 整个炉膛中，所布置的水冷壁结构特性不同，或污染情况不同时，名部分的热有效系数不等。则整个炉膛的平均热有效系数为 二、热有效系数 炉膛水冷壁管的热有效系数表示火焰与炉壁间接的换热量与火焰有效辐射之比。 如果水冷壁管表面十分干净，则外壁温度接近管内工质温度，一般情况下不会高于400℃，管壁的自身辐射相对于火焰的有效辐射可以忽略。 若水冷壁管外壁结了一层垢，即使很簿，管子最外层灰垢的表面温度也会很高，如900℃，这时自身辐射就不能忽略了。此外，水冷壁越脏，炉壁黑度就越小，使炉壁的反辐射增加。 西安交通大学锅炉研究所 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，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