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锅炉原理课程设计讲解_图文


220t/h煤粉锅炉热力设计
——2009热动

锅炉设计
?

辅助设计计算 热力计算 水力计算

?

?

?

空气、烟气阻力计算
强度校核

?

锅炉热力计算的目的
?

目的:确定锅炉受热面与燃烧产物和工质参数间的 关系;

?

基础:燃料的燃烧计算和锅炉的热平衡计算;
按受热面性质分为炉膛换热计算和炉膛出口后对流 受热面的换热计算;

?

?

按计算方法分为设计计算和校核计算。

?

烟气侧: 燃料与空气混合,着火、燃烧、产生高温
烟气,与水冷壁进行热交换(辐射为主、对流为辅)。

?

工质侧:管内工质流动,吸收烟气放热量(以对流
换热为主)。

?

在炉膛的出口将烟气冷却到合适的温度,(烟气进入 密集对流管束,低于灰熔融温度,不结渣)。

炉膛热力计算
主要任务
?

(1)设计计算:已知炉膛出口温度,求受热面(数 量和布置等)

?

(2)校核计算:已知炉膛内布置的受热面,求出炉 膛出口烟气温度。

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炉膛出口截面上的平均烟气温度是计算的核心

炉膛换热计算的主要困难
炉膛结构复杂,火焰温度分布不均匀,火焰辐射特 性不易确定(黑度),
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?

受热面污染对传热的影响程度,极难定量估计。 基于纯数学方法描述物理化学过程的炉膛换热计算 方法尚未工程实用,

?

采用依赖大量经验数据的计算方法。

炉膛内复杂换热过程简化 ——我国现行工程计算方法
1.将炉膛内燃烧与传热过程分开考虑 2.炉膛内换热以辐射换热方式进行 3.炉内温度看作均匀,火焰辐射按平均火焰温度计算, 4.炉膛受热面及火焰面均按灰体处理。 基本物理模型: 复杂的炉膛换热过程被简化为两个无限接近的灰体表面 (具有不同的温度和黑度)间的辐射换热问题。

? ? ? ? ? ?

炉膛传热的基本方程
(1)高温烟气与辐射受热面间的辐射换热方程

B Q ? a F T? T) j f? 0 s l(
4 hy 4 b

(2)高温烟气在炉内放热的热平衡方程

B Q B ( Q ? I ) ? B V c ( T ? T ) j f? j l j p a
二者相等得到炉膛换热的基本方程:

?

" l

?

" l

炉膛换热基本方程

?

4 4 " a F ( T ? T ) ? B V c ( T ? T 0 s l hy b j p a l)

?

炉膛换热基本方程进一步推导

?
?

4 4 " (9-7) a F ( T ? T ) ? B V c ( T ? T ) 0 sl hy b j pa l

?

引入水冷壁热有效系数(为简化左侧)

受热面的吸热量 ?? 投射到炉壁上的热量

火焰的有效辐射
?

根据传热学原理

J ??E G b ?? ??E 1??)G b ?(

火焰有效辐射 J

hy表达为,

J ? E ? ( 1 ? a ) J hy b , hy h b

?

水冷壁热有效系数也可以表述为:

火焰和水冷壁间的辐射 换热量 ?? 火焰的有效辐射热量
火焰与水冷壁间的辐射换热量为火焰与水冷壁的有效辐射热的

差值,即,

q J ? J f ? hy b
??
J hy ? J b J hy

由上式得: 于是:
?

J E ( 1 ? a )( 1 ? ? ) J h? y b , h? y h hy

J ( 1 ? ? ) J b? hy

火焰的本身辐射为 :

4 E ? a ? T b ,hy hy 0 hy 4 ?0ahyT hy 带入上式并整理得 Jhy ? ahy ??( 1?ahy) ahy 定义炉膛黑度: al ? ahy ?? (1? ahy )

Jhy ?al?

4 0T hy

根据以上结果,炉膛内辐射换热量可表达为
4 B Q ? F ? J ? ? a F ? T j f l hy 0l l hy

?

? ? ?
引入炉膛黑度

换热基本方程变化为
4 " a F ? B V c ( T ? T 0 l l T hy j p a l)

(9-11)

al

避免了确定

Tb



ab

的困难。

?

热有效系数

火焰和水冷壁间的换热 量 ?? 火焰的有效辐射

沾污系数

受热面的吸热量 ?? 投射到受热面上的热量
投射到受热面的吸热量 x? 投射到炉壁的热量

角系数

关系

? ? x?

对流受热面换热计算
校核计算特点和目的
计算时,已知:受热面,进 口烟气温度和进口(或出 口)工质温度;
?

工 质 温 度 √ ( ?) 烟温√ H k

工质温度? ( √)

烟温?

校核计算的目的是:计算得到出口烟气温度和出口(或 进口)工质温度;

?

迭代计算的特点明显;不仅体现在每组受热面的计算, 还用在过热器系统和整台锅炉。

对流受热面换热计算的基本方程
?

利用三个基本方程

对流传热方程

烟气侧热平衡方程
工质侧的热平衡方程
?

分别从传热和热平衡的角度来表达对流受热面
的对流传热量。

?

以1kg燃料为基准(kJ/kg)

对流受热面换热计算基本方程

K ? tA ? 1.对流受热面的传热方程 Qd ? (9-91) Bj ' " 0 2.烟气侧热平衡方程 Q ? ? ( I? I? ? ? I ) (9-83) d lk
3.工质侧热平衡方程(与受热面有关)
工质温度√或? 工质温度?或


烟温? H k

D (i" ?i' ) Q ?Qf d ? Bj

(9-84)

烟温√

D ( i" ?i') Q d? B j

kJ /kg (9-85)

? ky 0 " " 0 ' Q ? ( ? )( I ? I ) d ky ky k y

?

?
2

kJ / kg (9-86)

迭代计算的原因
工质温度√ 工质温度?

烟温√ H k

烟温?

? ? ? ?

两种介质均各已知一个温度, 两种介质均有一个温度未知, 只有一个热平衡方程,无法求解 必须采用先假定后校核的迭代计算方法

迭代计算步骤

工质温度√ 烟温√ H k

工质温度? 烟温?

? ? ? ?

先假定其中一种介质的终温,

按热平衡方程式求出受热面的吸热量并计算出另一种介质的终温,
计算传热系数和温压,按传热方程式计算受热面的吸热量, 传热方程计算的热量应该等于热平衡方程计算的烟气放热量或工质 吸收的热量

?

否则重新假定终温后再行计算,直至热量之相对误差差在规定范围

锅炉 整体 结构

蒸汽流程

各 受 热 面 的 热 力 计 算 允 许 误 差



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