傳熱系數(shù)計(jì)算方法

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1、第四章循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)傳熱計(jì)算第四章循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)傳熱計(jì)算循環(huán)流化床鍋爐爐膛中的傳熱是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，傳熱系數(shù)的計(jì)算精度直接影響了受熱面設(shè)計(jì)時(shí)的布置數(shù)量，從而影響鍋爐的實(shí)際出力、蒸汽參數(shù)和燃燒溫度。正確計(jì)算燃燒室受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一，也是區(qū)別于煤粉爐的重要方面。隨著循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的日益成熟，有關(guān)循環(huán)流化床鍋爐的爐膛傳熱計(jì)算思想和方法的研究也在迅速發(fā)展。許多著名的循環(huán)流化床制造公司和研究部門在此方面也做了大量的工作，有的已經(jīng)形成商業(yè)化產(chǎn)品使用的設(shè)計(jì)導(dǎo)則。但由于技術(shù)保密的原因，目前國(guó)內(nèi)外還沒有公開的可以用于

2、工程使用的循環(huán)流化床鍋爐爐膛傳熱計(jì)算方法，因此對(duì)它的研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)踐意義。清華大學(xué)對(duì)CFB鍋爐爐膛傳熱作了深入的研究，長(zhǎng)江動(dòng)力公司、華中理工大學(xué)、浙江大學(xué)等單位也對(duì)CFB鍋爐爐膛中的傳熱過(guò)程進(jìn)行了有益的探索。根據(jù)已公開發(fā)表的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，考慮工程上的方便和可行，本章根椐清華大學(xué)提出的方法，進(jìn)一步分析整理，作為我們研究的基礎(chǔ)。為了了解CFB鍋爐傳熱計(jì)算發(fā)展過(guò)程，也參看了巴蘇的傳熱理論和計(jì)算方法，浙江大學(xué)和華中理工大學(xué)的傳熱計(jì)算與巴蘇的相近似。4.1清華的傳熱理論及計(jì)算方法4.1.1循環(huán)流化床傳熱分析CFB鍋爐與煤粉鍋爐的顯著不同是

3、CFB鍋爐中的物料(包括煤灰、脫硫添加劑等)濃度Cp大大高于煤粉爐，而且爐內(nèi)各處的濃度也不一樣，它對(duì)爐內(nèi)傳熱起著重要作用。為此首先需要計(jì)算出爐膛出口處的物料濃度Cp，此處濃度可由外循環(huán)倍率求出。而爐膛不同高度的物料濃度則由內(nèi)循環(huán)流率決定，它沿爐膛高度是逐漸變化的，底部高、上部低。近壁區(qū)貼壁下降流的溫度比中心區(qū)溫度低的趨勢(shì)，使邊壁下降流減少了輻射換熱系數(shù)；水平截面方向上的橫向攪混形成良好的近壁區(qū)物料與中心區(qū)物料的質(zhì)交換，同時(shí)近壁區(qū)與中心區(qū)的對(duì)流和輻射的熱交換使截面方向的溫度趨于一致，綜合作用的結(jié)果近壁區(qū)物料向壁面的輻射加強(qiáng)，總輻射換熱系數(shù)

4、明顯提高。在計(jì)算水冷壁、雙面水冷壁、屏式過(guò)熱器和屏式再熱器時(shí)需采用不同的計(jì)算式。物料濃度Cp對(duì)輻射傳熱和對(duì)流傳熱都有顯著影響。燃燒室的平均溫度是床對(duì)受熱面換熱系數(shù)的另一個(gè)重要影響因素。床溫的升高增加了煙氣輻射換熱并提高煙氣的導(dǎo)熱系數(shù)。雖然粒徑的減小會(huì)提高顆粒對(duì)受熱面的對(duì)流換熱系數(shù)，在循環(huán)流化床鍋爐條件下，燃燒室內(nèi)部的物料顆粒粒徑變化較小，在較小范圍內(nèi)的粒徑變化時(shí)換熱系數(shù)的變化不大，在進(jìn)行滿負(fù)荷傳熱計(jì)算時(shí)可以忽略，但在低負(fù)荷傳熱計(jì)算時(shí)，應(yīng)該考慮小的顆粒有提高傳熱系數(shù)的能力。113第四章循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)傳熱計(jì)算爐內(nèi)受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸，如鰭片

5、的凈寬度、厚度等，對(duì)平均換熱系數(shù)的影響也是非常明顯的。鰭片寬度對(duì)物料顆粒的團(tuán)聚產(chǎn)生影響；另一方面，寬度與擴(kuò)展受熱面的利用系數(shù)有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，可以歸納出循環(huán)流化床鍋爐燃燒室受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算方法。CFB鍋爐爐膛受熱面的吸熱量按下式計(jì)算：(4-1)式中Q——傳熱量，W；K——基于煙氣側(cè)總面積的傳熱系數(shù)，W/m2·K；DT——溫差，K；H——煙氣側(cè)總面積，m2。4.1.2受熱面結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)傳熱的影響傳熱系數(shù)K按式(4-2)計(jì)算，其中分母包括四部分熱阻：煙氣側(cè)熱阻；工質(zhì)側(cè)熱阻和受熱面本身熱阻；；以及附加熱阻eas。(4-2)式中——煙氣側(cè)向

6、壁面總表面的名義換熱系數(shù)，W/m2·K；af——工質(zhì)側(cè)換熱系數(shù)，W/m2·K，可按蘇1973年熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)求??；Ht——煙氣側(cè)總面積，m2；Hf——工質(zhì)側(cè)總面積，m2；eas——附加熱阻，m2·K/W；d1——管子厚度，m；l——受熱面金屬導(dǎo)熱系數(shù)，W/m2·K；(4-3)式中P——鰭片面積系數(shù)，；Hfin——鰭片面積，m2；Ht——受熱面外部面積，m2。(4-4)113第四章循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)傳熱計(jì)算圖4-1燒室受熱面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖s,d——管子節(jié)距、外徑，m，見圖4-1。h——鰭片利用系數(shù)，(4-5)式中b——與受熱面受熱情況、膜式壁鰭片

7、結(jié)構(gòu)尺寸和材料等有關(guān)，可表示為(4-6)式中N——受熱情況，單面受熱N=1，雙面受熱N=2；h——實(shí)際鰭片高度圖4-1爐膛受熱面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(4-7)d——鰭片厚度，m；es——受熱面污染系數(shù)，取為0.0005；h’——折算高度，m：(4-8)h”——有效高度，m：(4-9)根據(jù)實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，可得到鰭片寬度系數(shù)m與結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系：(4-10)αb——煙氣側(cè)換熱系數(shù)，見式(4-15)：eas——附加熱阻，在計(jì)算耐火材料涂層受熱面時(shí)考慮：(4-11)da——受熱面耐火層厚度，m；la——受熱面耐火層導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·K，按式(4-12)計(jì)算：

8、(4-12)113第四章循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)傳熱計(jì)算式中a0、a1——系數(shù)；——耐火層平均溫度，K，按式(4-13)計(jì)算：(4-13)式中Tb——煙氣側(cè)溫度，K；Tw——受熱面壁面溫度，K，見式(4-17)：