本文从传热学基本对流传热公式入手,并对目前通用的前苏联热力计算标准中的线算图进行了分析,对高海拔地区锅炉的对流受热面传热进行了仔细分析,指出了高海拔地区锅炉对流受热面设计中应注意的问题。
前言
近些年随着西部经济的快速发展,其动力锅炉的需求量也逐年增加。由于这些省份多属于高海拔地区。因此,在为这些地区提供热力设备时,低气压的问题在设计中应予以重视。其中燃烧设备的通流特性、炉膛的容积热强度等热力参数在JB/T100440-2004《大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能设计规范》中已有比较明确的规定。本文仅针对对流受热面的一系列参数进行阐述。
在锅炉计算标准中,锅炉对流受热面烟气放热系数是分两部分来考虑的:对流放热系数和辐射放热系数,锅炉对流受热面总传热系数为对流放热系数和辐射放热系数之和。
1、对流放热系数的计算
对流放热系数的计算式为:
αd=A■(■)mPrn(1)
式中:αd对流放热系数,W/(m·K);λ为烟气导热系数,W/(m·K);d为对流受热面管子直径,m;w为烟气的计算速度,m/s;v为烟气运动黏度系数,m2/s;Pr为烟气的普朗特准则;m,n为由烟气冲刷方式确定的指数。
其中:
w=■(2)
式中:Bj为锅炉机组计算燃料消耗量kg/s;Vy为燃料在标准状态下燃烧产生的烟气体积Nm3/kg;θy为烟气温度℃;P为烟气的压力MPa;F为流通断面的面积m2。
式(1)、(2)中,在随压力变化的量只有v和w。众所周知,
v=■ ρ=ρ0■(3)
式中:μ——烟气的动力黏度Pa·S;在压力变化相当大的范围内基本不变;ρ0——烟气在标准状态下的密度kg/m;我们将式(2)(3)带入式(1)发现,对流放热系数不随压力变化而变化,也就表明式(1)的计算结果将与压力变化无关。
但需要注意的是,我们在求此数值时若使用前苏联《锅炉机组热力计算标准计算方法》中提供的线算图,则要在计算流速W时候将压力修正去掉,公式变为:
w=■(4)
因为,线算图为基于一个标准大气压制作的,如果按照式(2)的计算结果查图,就会人为的放大对流放热系数,致使在对流受热面不够而影响锅炉正常运行。
2、辐射放热系数的计算
辐射放热系数的计算式为:
αf=5.67×10-8■aT3■(5)
式中:ab为管壁灰污黑度,一般为定值;T为烟气的平均绝对温度;Tb为管壁灰污层的绝对温度;a为烟气黑度。与压力有关的变量只有烟气黑度a,其计算公式为:
a=1-e(-kps)(6)
由公式可知,烟气黑度随着压力的降低而降低,从而导致辐射放热系数的降低。此数值按照标准查表或公式计算结果是一致的。
3、高海拔对烟气侧总的放热系数影响
高海拔对烟气侧对流放热系数没有影响,但是辐射放热系数的下降,导致总的对流受热面传热系数下降。 1