电站锅炉热力计算通用性的研究.doc

摘 要燃煤电站锅炉的热力计算是电站锅炉设计和热力试验所必需的环节，准确地进行锅炉热力计算对于锅炉改造、燃烧调整及优化运行是十分重要的。锅炉热力计算过程繁琐复杂，涉及到大量的变量、图表、公式和大规模的迭代，需要使用方便、界面友好、易于扩展和维护，以及通用性强的锅炉热力计算软件。本文在燃煤电站锅炉热力计算的最新研究成果的基础上，对锅炉热力计算原理和方法进行全面分析，建立锅炉整体热力计算模型，完成具有一定通用性的热力计算软件，实现锅炉热力计算的自动化。本次开发的热力计算通用软件的主要任务就是对锅炉的各种相关部件归类、建立其数学模型，并开发其组件，最终实现按照具体锅炉中各部件布置方式进行组件搭接，达到锅炉热力计算方法和受热面布置方式等的通用性。本次设计的研究对象为410t/h烟煤锅炉，在完成一定通用性的热力计算程序基础上，对燃烧不同比例褐煤的混煤锅炉进行热力计算，为烟煤锅炉掺烧褐煤的可行性进行初步论证。通过410t/h煤粉锅炉运行优化的实例，分析混煤配煤比例及炉膛内部传热计算方法对锅炉运行的影响。验证电站锅炉热力计算的通用性。关键词：电站煤粉锅炉；热力计算；通用性；软件开发Abstract The thermodynamic calculation of coal-fired power plant boiler is necessary for power plant boiler design and the thermal test, accurately boiler thermal calculation for boiler is very important for optimal operation of the boiler and combustion adjustment .Boiler thermodynamic calculation is cumbersome and complex that involves a lot of variables, charts, formulas and massive iterations, so a easy to use, friendly interface, easy to extend and maintain, and versatile boiler thermal calculation software is needed. On the basis of coal-fired power plant boiler thermal calculation of the latest research results and conducting a comprehensive analysis about boiler thermal calculation principles and methods，establishing the overall boiler thermal calculation model and a thermodynamic calculation software, realize the automation of boiler thermal calculation.The tasks of developing universal boiler thermodynamic calculation software are to classify all kinds of relative elements of boiler, to establish their mathematic models and develop their componenst, to realize the juncture of the each elements of boiler and the universality of the boiler thermodynamic calculation methods and all kinds of layout modes of heating surface. The research object of this design is the bituminous coal-fired boiler which load is 410t/h. Based on thermodynamic calculation program make a hermodynamic calculation about the coal mixed in different proportions of lignite boiler and a feasibility demonstration about bituminous coal-fired boiler blending with lignite. Through the example of operation a coal-fired boiler which Load is 410t/h, analysis the effect of coal blending ratio and the internal heat transfer on boiler operation.It can verify the versatility of boiler thermodynamic calculation. Key words：coal-fired power plant boiler; The thermodynamic calculation; the versatility; Software development目录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1 研究背景及意义11.2 国内外现状及发展趋势11.2 本课题的设计思想、拟采用的方法及手段21.2.1 本课题的设计思想21.2.2 本课题拟采用的方法及手段21.3 本课题研究的主要内容32 电站煤粉锅炉热力计算原理42.1 锅炉热力计算方法42.2 炉膛传热计算42.2.1 炉内的传热基本方程42.2.2 炉内传热计算的相似理论方法82.2.3 炉膛黑度92.2.4 火焰黑度102.2.5 炉膛水冷壁的面积及角系数122.2.6 炉膛热负荷分配142.3 对流受热面传热计算152.3.1 温压计算152.3.2传热系数162.3.3 烟气侧对流放热系数172.3.4 烟气侧辐射放热系数202.3.5 烟气侧对流放热系数222.4 屏式受热面传热计算252.4.1 屏式受热面中烟气辐射给屏后受热面的热量纵的计算262.4.2 屏式受热面所吸收的炉膛辐射热量的计算262.4.3 辐射放热系数的计算262.4.4 传热系数的计算273 锅炉炉膛换热计算方法的改进283.1 苏联1973年炉内传热计算方法293.2 杜波夫斯基修正方法293.3 考虑介质散射的炉膛传热计算方法304 电站煤粉锅炉热力计算通用软件的的开发354.1 电站煤粉炉热力计算程序部件模型的建立354.2 Excel在锅炉热力计算中的应用404.2.1 Excel应用函数404.2.2 Excel图表拟合为公式404.3 标准模块和类模块开发404.3.1物性特性标准模块结构如下：414.3.2 类模块414.4 电站燃煤锅炉热力计算通用性的实现414.4.1 受热面布置的通用性424.4.2 算法的通用性424.5锅炉整体热力计算程序425 应用与实例分析435.1 HG-410/100-1型锅炉简介435.2 锅炉实例热力计算结果的比较和分析46结论51致谢52参考文献531 绪 论1.1 研究背景及意义电站锅炉热力计算是进行电站锅炉设计与热力试验所必需的重要环节，是锅炉CAD设计的的核心和基础，而且是根据锅炉运行参数对其运行状况进行正确分析诊断的依据。其目标是求解锅炉系统的稳态平衡热工效果，作为后续的工程分析和计算的依据。随着社会经济的发展，人们的用电量急剧攀升，近几年来，我国的电力行业以前所术有的发展速度增长，每年投产的新机组已连续几年保持在10000MW以上，大容量火电机组日益增多。大容量、高参数燃煤锅炉受热面的结构型式和布置方式更趋复杂与多变，而且我国对大容量锅炉机组热力计算方法的研究也还不是很成熟，经常导致热力计算偏差较大，对锅炉运行指导性不强1。近几年的运行情况统计表明，大机组可用率相对于中小容量机组偏低。大容量机组可用率偏低的原因很多，但其中以过热器和再热器局部超温爆管尤为突出，也有一些是由压力达不到额定值。从某种意义上来说，这都是由于锅炉设计计算中存在较大误差而导致的。另外，随着锅炉制造厂家纷纷开拓市场，新型、节能、环保、特种锅炉层出不穷，锅炉的燃料、受热面的结构型式和布置方式更趋多样化。它们的热力计算工作更加复杂，这给锅炉热力计算通用软件的研制带来了很多技术上的困难2。以往开发的一些热力计算软件大多采用结构化编程，只能针对某一具体炉型，专用性太强，设备结构等参数稍有变化，便需对程序进行大量修改，甚至要重新编程，不能适应锅炉设计灵活多变的特点；而且程序界面不友好，人机交互能力不强，软件功能也不够完备。而国内众多的中小型锅炉制造企业及锅炉用户期望有一种易于扩展和维护，具有较好的通用性，价格低廉而实用的锅炉热力计算程序用于锅炉的设计和运行诊断分析。Vc较为复杂，非计算机专业人员难以维护及扩展。因此，开发研制一种使用方便、界面友好、易于扩展和维护、通用性强、价格低廉而适用的锅炉热力计算软件，用于锅炉的设计和运行诊断分析有着十分重要的经济效益和社会意义。1.2 国内外现状及发展趋势随着计算机技术的飞速发展和研究工作的进一步深入，一些从事锅炉研究的科研人员充分利用Fortran强大的计算功能和VC+、VB等图形编辑的优势，用两种语言混合编程，开发了有关热力计算的软件。如武汉大学使用VB和Fortran混合编程开发的热力计算程序。中南大学利用VC+和Fortran两种语言混合编程开发的煤粉锅炉热力计算可视化软件。这类软件的主程序用Fortran编写，人机交互界面采用VC+或VB编写，彼此相互调用进行参数传递，共享数据结构及数据信息。对于Microsoft公司的语言开发环境而言，混合编程是完全可以实现的，但是必须全面考虑混合语言之间的调用约定，变量传递及命名规范等接口问题3。这些程序较早期单纯采用结构化语言编写的软件有了很大进步，运用了图形界面环境，程序的使用变得相对友好，对于炉型的变化具有了一定的适应性，尤其是针对工业锅炉编制的程序，已经具备了实际应用能力。但对于大容量特别是电站锅炉丽开发的程序，由于受到开发语言以及锅炉结构复杂性的限制，适应锅炉炉型、燃烧方式、燃料以及蒸汽调节等变化的能力差，其维护和后继扩展也很困难。同时，大多数程序还缺乏非常友好的操作界面和使用环境。近年来，有些研究人员采用Excel编写热力计算程序，只能实现热力计算的半自动化4。也有使用更为高级的语言编制有关锅炉热力计算程序，如沈阳航空工业学院开发的基于VF的循环流化床热力计算通用程序设计，该程序利用VF在表格处理方面的强大功能，可以方便地对表格、公式进行操作。哈尔滨工业大学为解决所使用的锅炉热力试验计算软件模块不全、人机交互不便而采用VC开发的基于windows9598的锅炉热力试验计算软件。相对而言，这些软件的专用性比较强。锅炉热力计算涉及大量的变量、图表和公式，复杂的逻辑判断和大规模的迭代，而且关系非常复杂，如果仅把热力计算看成一个数据、图表、公式罗列的纯数学的过程化计算，缺乏一个计算模型来统一描述。不同的炉种、不同的燃料特性、不同的燃烧方式、不同的锅炉参数、不同的受热面布置方式都需要程序设计人员进行重新设计，从而导致软件的重用性差，维护困难5。鉴于以上情况，有必要深入而全面地研究锅炉热力计算的原理和方法，尝试能构造出统一描述热力计算的模型和采用新的技术与方法进行热力计算软件的开发，期望为锅炉热力计算的研究开发出一个方便实用的工具。1.2 本课题的设计思想、拟采用的方法及手段1.2.1 本课题的设计思想选择大容量燃煤电站锅炉为研究对象结合大容量燃煤电站锅炉的特点和锅炉行业的最新研究成果。对锅炉热力计算原理和方法进行全面分析，对热力计算中涉及到的燃料、炉膛、各级过热器、各级再热器、省煤器、空气预热器、烟气、空气、水和蒸汽等对象归类研究，研究传热单元的传热规律、流体介质的热物理性质以及它们之间的关系，完成模型构造。1.2.2 本课题拟采用的方法及手段在模型分析的基础上，采用Excel编写热力计算程序，一个 Excel 程序称为一个工作簿 , 一个工作簿可以包括多个 Excel 计算表。有热平衡、炉膛、屏式过热器、凝渣管、高温过热器、低温过热器、省煤器和空气预热器 等多张计算表。每个计算表独立计算 1 个部件,各个计算表相互有数据关联。例如, 屏式过热器的出口烟温是凝渣管的进口烟温 , 屏式过热器的出口蒸汽温度喷水减温后是高温过热器的进口蒸汽温度,但计算步骤相互独立,一个部件计算方法的修改不影响其它部件的计算。 通过对某电厂大容量燃煤锅炉进行分析，构造热力计算模型，完成试验工况的热力计算和其他多种工况的热力计算，对计算结果分析讨论，为锅炉设计、改造和运行提供理论数据。1.3 本课题研究的主要内容1、炉膛换热计算方法的研究。在合理假设和一定简化的基础下，掌握73方法、杜-卜公式和考虑介质散射作用的炉膛热力计算方法，编写热力计算程序。2、半辐射受热面和对流受热面传热计算方法的分析，完成热力计算程序。3、了解燃煤掺烧工作和褐煤干燥技术的研究现状，理解烟煤锅炉掺烧褐煤技术以及褐煤干燥技术的基本思路。4、利用编制的锅炉整体通用程序，对燃烧不同掺烧比例褐煤的锅炉和燃烧不同水分褐煤的锅炉进行热力计算。为使锅炉热力计算软件具有较强的计算功能与通用性，整个热力计算软件的编制采用模块化结构，即对锅炉各受热面的热力过程建立通用的计算子程序，通过主程序进行连接和调用，以适应不同的计算目的。2 电站煤粉锅炉热力计算原理2.1 锅炉热力计算方法锅炉热力计算分为设计计算和校核计算两种，它们的计算原理和方法基本相同，但计算的已知条件和目的不同。设计计算是在设计新锅炉时采用的方法，其目的是根据给定的锅炉参数、蒸发量、蒸汽和给水参数、燃烧资料和选定的效率、燃烧方法等数据，确定锅炉各部件的受热面积和主要结构尺寸以及燃料消耗量、送风量以及排烟量等。设计计算一般与锅炉结构设计同时进行，同时为空气动力计算、水动力计算、强度计算及其他计算和辅机选型提供数据。校核计算是锅炉结构以定燃料变更时进行的计算，其目的是按已有的锅炉尺寸和给定的蒸发量、蒸汽和给定参数、燃料资料等条件，确定锅炉效率、燃料消耗量、送风量、排烟量、各受热面前后受热烟气与工质温度、各受热面中烟气与工质流速等，重而达到校核锅炉所需要的蒸发量的可能性和锅炉的经济性、可靠性。锅炉热力计算的一般步骤如下：1、按设计或校核任务书要求确定原始数据；2、根据燃料性质、燃烧方式、锅炉结构进行空气平衡计算；3、根据各受热面进出口过量空气系数，进行理论空气量、烟气量计算并编制烟气性质表和焓温表；4、假定排烟温度进行热平衡计算，确定各项热损失，计算锅炉效率、燃烧消耗量和保热系数等；5、假定预热空气温度，进行炉内换热计算；6、按烟气流向对烟道内各个受热面进行热力计算，各受热面计算时一般分为两步进行，先做结构性计算，后做传热性计算；7、热力计算数据的修正和热平衡计算误差的校核；8、列出整个锅炉机组的主要热力数据的汇总表。2.2 炉膛传热计算2.2.1 炉内的传热基本方程 炉膛是锅炉最重要的部件之一，炉内传热计算的目的是确定炉膛出口烟气温度和炉膛的辐射传热量，以便进行对流受热面的换热计算及锅炉热平衡的校核。燃料在炉内燃烧时，放出大量热量，燃烧火焰温度迅速上升。在火焰中心区，温度高达1500一1600，为了吸收高温燃烧产物(烟气)的热量，在炉膛四周及顶部分别布置了内部工质为水、汽水混合物或蒸汽的水冷壁管及过热器管。高温烟气以辐射和对流方式将热量传给被灰垢覆裹的受热面，并加热其中的工质。炉膛出口处烟气被冷却到一定的温度。为了应用传热学的基本原理分析炉内辐射传热简化计算，需作以下假设：1、把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时，引入经验系数予以考虑； 2、炉内传热只考虑辐射方式的热交换，赂去约占总换热量5的对流换热；3、炉内的各物理量(如温度、黑度和热负荷等)视为是均匀的；4、把与水冷壁相切的平面看做是火焰的辐射表面。这个平面既是火焰的辐射面，也是水冷壁接受火焰辐射的面积，称为水冷壁面积。这样，炉内火焰与四周炉壁之间的辐射换热可简化为两个互相平行的无限大平面间的辐射换热来考虑。如果炉膛中火焰的辐射平均有效温度为，则每小时传给辐射受热面的热量 （）（） =()(1-) (kW) (2.1)式中为斯蒂芬波尔兹曼常数,567×kW()；为炉膛黑度；为炉内总辐射受热面积，其中为布置水冷壁的炉墙面积，；为水冷壁的角系数；为辐射受热面上灰污层表面温度，K；1-为因受热面管壁污染而使其吸热量降低的程度，用污染系数表示。污染系数的数值与燃料性质、燃饶工况、水冷壁的结构等因素有关，推荐值见表2.1。当炉膛出口烟窗布置屏式水冷壁时，考虑炉膛与屏之间的热交换，出口姻窗断面的污染系数应乘以，即即，的数值与燃料种类和屏区烟温(或炉膛出口烟温)有关。可由图2.1查出。表2.1 水冷壁的污染系数水冷壁形式燃料种类污染系数光管水冷壁和模式水冷壁气体，气体和重油混合物重袖 无烟煤煤粉（<12%） 贫煤煤粉（<8%） 烟煤和褐煤 无烟煤煤粉（<12%） 贫煤煤粉（<8%）层燃一切燃料0.650.550.450.450.450.350.350.6固态排值炉覆盖耐火涂料水冷壁一切燃料0.2覆盖耐火砖的水冷壁一切燃料0.1图2.1考虑锅炉与屏热交换影响的系数1-煤；2-重油；3-气体燃料 显然，水冷壁污染越严重，越大，管壁灰污层反方向辐射越强，造成水冷壁吸收辐射热的能力下降，这时，污染系数是减小的。不同受热面污染情况不同，也不同，故上式可改写为 =（） (kW) (2.2) 令=，称为炉墙的热有效系数。如果炉墙各部分水冷壁的角系数不同，或水冷壁仅敷设在部分炉搞上，则对整个妒墙，应采用平均热有效系数，即 = (2.3)式中=+.，为炉墙总面积，。 将式(2.3)代人(2.2)，即可得到炉内高温烟气(火焰)和水冷壁之间的辐射交换公式 =（kW） (2.4) 假设l kg计算燃料在炉内完全燃烧产生的有效热量全部用于加热燃烧产物而不与炉壁发生热交换。在这种绝热状态下，燃烧产物所能达到的最高温度称为绝热燃烧温度或理论燃烧温度，用表示，这时对应的烟气焓；另一方面，炉内燃料在燃烧过程中，同时将热量传给水冷壁，至离开炉膛时烟气已被冷却到1000左右。炉膛出口烟温用表示，对应的烟气焓为；若以真作为定性温度，则烟气在炉内的放热量 = (kW) (2.5)式中:为计算燃料消耗量，Kg/s；P为保热系数。考虑炉膛内外部环境散热的系数，有 =1- (2.6) 为温度至间燃烧产物的平均热容量，有 = (kJ/(kgK) (2.7) 炉内有效故热量：包括燃料及燃料燃烧所需空气送人的热量，即 = + (kJ/kg) (2.8)式中：为空气带入炉内的热量，有 =(-) +(+) (kJ/kg) (2.9) 为炉膛出口过剩空气系数。,为炉膛、制粉系统的漏风系数。,为理论热空气、冷空气的焓，kJ/kg。 高温烟气(火焰)和水冷壁之间的辐射换热量应等于炉内烟气的放热量。由此可得到炉内辐射传热的基本方程式 =(-) (kW) (2.10)2.2.2 炉内传热计算的相似理论方法 由于炉内燃烧和传热的复杂性，其辐射传热难以用纯理论方法进行计算。目前，绝大多数计算方法是应用相似理论原理，建立炉内各物理量之间的关系，并根据试验数据引进一些系数，得出半经验公式进行计算，即根据相似理论将炉内传热的基本方程式变换为无因次相似准则方程式。显然，条件不同，简化数学模式的方法不同，就会有不同的炉膛传热计算方法。 为此需引入以下无因次量：无因次火焰平均温度 = (2.11a)无因次炉腥出口烟气温度 = (2.11b)及波尔兹曼常数准则 = (2.12)则式（2.10）可写成 +=0 (2.13)根据试验数据的整理，可得到炉内辐射换热的准则方程式 = (2.14)式中：M为考虑炉内火焰最高温度相对位量的经验系数，与燃料的性质、燃烧方式及燃烧器布置的相对高度等因素有关。可由下述经验公式计算确定 M=A-B（-） (2.15)式中点为燃烧器的相对高度众/，而和分别为燃烧器和炉膛的高度，即从冷灰斗中心或炉底到燃烧器轴线和到炉膛出口中心的高度。对于多层布置的燃烧器，燃烧器的布置高度按各燃烧器的燃料耗量取加权平均值。 为火焰最高温度变化的修正值。对于四角切圆燃烧器，0，对于前墙或对冲布置的燃烧器0.050.15对于摆动燃烧器，当上、下摆动时，=0.1。A、B为经验系数，与燃料种类和炉子的结构有关，数值见表2.2。 燃 料开式炉膛半开式炉膛ABAB气体、重油0.540.20.480高反应性能的固体燃料0.590.50.480 无烟煤、贫煤和多灰燃料0.560.50.460 表2.2 系数A、B的数值 一般，煤粉炉的M不允许超过0.5。由式(2.14)即可得到炉膛出口烟气温度计算式为 = (K) (2.16) 对应l kg燃料的炉膛辊射传热量为 = (kJ/kg) (2.17)2.2.3 炉膛黑度炉腔黑度是为了进行炉膛热力计算引进的对应火焰有效辐射的假想黑度，用以反映火焰与水冷壁受热面之间辐射热交换的关系。计算表明，室燃炉炉腔黑度与火焰黑度及热有效系数有关，即 = (2.18)为计算方便，式（2.18）已绘成线算团，供计算中查用（见图2.2） 图2.2 计算炉膛黑度的线算图2.2.4 火焰黑度 火焰黑度吨表示妒内高温介质的辐射能力。从以上求炉膛黑度的公式可知，火焰黑度和热有效系数是两个决定因素。火焰黑度与火焰中有辐射能力的各种成分的组成及其在炉胜中的分布有关，随燃料种类、燃烧方式和燃烧工况的不同而变化。炉膛中沿火焰行程各处的黑度是变化的，而在炉膛传热计算中，采用的是平均火焰黑度。并以炉膛出口处的烟气温度和成分来计算整个炉膛的火焰黑度。火焰中具有辐射能力的成分通常分为以下四种。1、三原子气体 三原子气体辐射和吸收带有选择性，主要集中在红外波长范围，而在其辐射和吸收以外的波带，它对热辐射和吸收呈透明体的性质。其辐射力取决于温度、辐射组分的分压力和辐射层的有效厚度等因亲。与固体物质相比，相同温度条件下气体具有较低的辐射力。2、焦炭颗粒,煤粉颗粒中的水分和挥发分退出后剩下的就是焦炭颗粒。火焰中的固体颗粒从其表面发射能量，其辐射力取决于颗粒的尺寸(或表面积)、浓度、温度及其特性。煤粉炉中焦炭的尺寸为l0一250 um，在末燃尽前悬浮在火焰气流中，具有很强的辐射能力，并使火焰发光。火焰中焦炭颗粒的浓度不高，而且基本集中在燃烧器区域。焦炭颗粒的辐射力占火焰总辐射力的25一30。3、飞灰颗粒,焦炭粒子的可燃成分燃尽后就成为飞灰颗粒。飞灰直径为10-20 um，它充满整个炉膛，在高温火焰中也以一定的辐射能力使火焰发光。烟气中飞灰的浓度主要取决于燃料中灰分的含量和燃烧方式。在煤粉炉中灰分颗粒的辐射力占火焰总辐射力的40一60。灰粒的辐射能力随温度的升高而下降。4、炭黑颗粒,燃料中的烃类化合物在高温下裂解而形成炭黑颗粒。炭黑颗粒的直径约为0.03um。气体重油在燃烧时所产生的炭黑微粒，在火焰核心区有很高的浓度和很强的辐射力。目前，火焰黑度常用的计算方法基于以下的简化假设： 无论固体、液体或气体的燃烧火陷均视为灰体； 火焰黑度均用公式钒1-计算，其中总辐射减弱系数k是火焰各辐射成分辐射减弱系数的代数和；计算公式中涉及的温度、烟气成分等均以炉膛出口截面上的数据为准。固体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体、灰粒和焦碳粒子，其黑度按下式计算 (2.19)式中：为三原子气体的辐射减弱系数，按下式计算(或由有关标准中的线算图查出） = (1/(mMPa) (2.10) r为三原子气体总的容积份额,其中和为水蒸汽和气原子气体的容积份额，分别用式=和=计算； 为灰分颗粒的辐射减弱系数，按下式计算(或由有关标准中的线算图查出) = (1/(mMPa) (2.11) 为烟气中灰粒子直径，um，其值取决于磨煤机类型，对钢球磨，取13；对中速磨，取16； 其中烟气质量=,为雾化蒸汽质量； 、为考虑焦碳颗粒浓度影响的无因次量，其中，取决于燃料种类，无烟煤、贫煤取l，取决于燃烧方式，室燃炉取0.1； p为炉内介质压力，常压锅炉p0.1MPa； S为炉内介质的辐射层有效厚度，m。 液体及气体燃料火焰的主要辐射成分是三原子气体及碳黑粒子。一般在燃烧器区域，碳黑粒子较多，使火焰发光。远离燃烧器区域碳黑粒子燃尽。辐射成分以三原子气体为主，为不发光火焰。所以液体、气体燃料火焰可分为发光部分和不发光部分。其火焰黑度 = (2.22) 式中：为发光部分火焰黑度；为不发光部分火焰(三原子气体)黑度哪为表示焰发光程度的系数。与燃料种类和炉膛容积热强度等因素有关，在一般情况下，对液体燃料，取m0.55；对气体燃料，取m0.1。 发光部分火焰黑度 =1- (2.23)式中碳黑粒子辐射减弱系数，即 = (1/(mMPa) (2.24) 当2时，取0。 不发光部分火焰黑度 (2.25)式中；为三原子气体辐射减弱系数，按式(2.20)计算。2.2.5 炉膛水冷壁的面积及角系数炉膛水冷壁面积是按包覆炉膛有效容积的炉脸面积计算的。图2.3所示为炉膛有效容积的边界。对于敷设水冷壁的炉堵，其边界为水冷壁中心线所在的平面或卫燃带的向火表面；对于未敷设水冷壁的炉墒，则为炉培的内表面；对于炉膛出口烟窗，则以屏式受热面、凝倍管第一排管子中线的平面作为边界；对于有冷灰斗的炉子，炉膛下部的容积边界为冷灰斗的二等分水平面。如果屏式过热器布置在炉膛上部，井充满炉膛截面积，则屏区容积不汁算在炉膛有效容积内，屏式过热器的热力计算与炉膛热力计算分别进行；当屏式过热器布置在沪膛上部，而未充满炉膛截面积时，则屏束之间的容积计算在炉膛有效容积里，屏式过热器的热力计算随炉膛一起计算。带有屏式过热器和不带屏式过热器的炉膛热力计算方法大致是相同的，只是前者炉膛的结构计算较为复杂。对于其他复杂炉膛，可以参阅有关资料。图2.3 炉膛有效容积示意图水冷壁的面积(布置水冷壁的炉墙面积)，等于该水冷壁边界管子中心线之间的距离与水冷壁管子的曝光长度的乘积即 F = bl () (2.26) 炉内总辐射受热面积 () (2.27)式中x为水冷壁的角系数。 炉膛水冷壁角系数表示火焰投射到炉壁上的热量落在水冷壁上的份额。角系数是个几何量，仅取决于物体表面的形状及相对位置，而与表面的温度、黑度无关。对于光管水冷壁，角系数的大小取决于水冷壁的相对节距s/d及管子与炉墒的相对节距b/d(见图2-4)。对于s/d1的密集管子、膜式水冷壁及敷设卫燃带的水冷壁，由于火焰的所有辐射能均落到受热面或卫燃带上，角系数等于1；对于炉膛出口烟宙的屏式受热面、凝渣管，其第一排管子中心面应计人炉膛水冷壁面积之内。而火焰向炉膛出口烟宙发出的能量不是落在这些受热面上，就是落在其后的受热面上，因此尽管这些管子的实际角系数小于1，但在炉膛计算时。仍取角系数等于1。显然对于没有效设水冷壁的炉墙，如燃烧器、人孔等区域，取x0。图2.4 水冷墨的角系数（1）e/d1.4时，考虑炉墙辐射 (2) e/d=0.8时，考虑炉膛辐射 （3）e/d=0.5时考虑炉膛辐射 （4）e/d=0时，考虑炉膛辐射 （5）e/d0.5时，考虑炉膛辐射2.2.6 炉膛热负荷分配炉膛有效辐射受热面的平均热负荷可以用下式计算，即 (kW/） (2.28)式中：为炉膛水冷壁的辐射受热面，=，。由于炉内温度场、黑度场等的不均匀，炉内热负荷沿炉膛的宽度、深度和高度是变化的。为了确定炉膛某区域受热面的实际热负荷，引入沿炉膛高度热负荷不均匀系数，沿炉膛宽度或深度热负荷不均匀系数，及沿各侧炉壁热负荷不均匀系数，这样，炉内其一区段受热面上的热负荷可以近似地用以下公式计算确定，即 (kW/） (2.29)系数可从团2.5中查得。当炉膛出口烟宙布置屏式受热面时，考虑屏间烟对炉膛的反辐射，炉膛出口截面的热负荷还应乘以图2.1所示的，即 (kW/） (2.30)式中：系数，的数值可根据具体情况参考有关专著确定6。 图2.5 妒膛高度热负荷分布曲线1-无烟煤、贫煤、和烟煤，2-褐煤2.3 对流受热面传热计算2.3.1 温压计算 在对流受热面中烟气与工质的温压沿受热面总是变化的，因此应采用平均温压计算传热量。在逆流和顺流中的受热面中，如果烟气的入口、出口温度为,，工质的入口、出口温度为，则其对数平均温压用下式计算： (2.31)式中，为烟气与工质在受热面入口或出口处较大的温差，；为烟气与工质在受热面入口或出口处较小的温差，。当/1.7时，可不用对数平均温压，用算术平均温压就足够精确了，此时 =0.5(+) (2.