6 锅炉受热面金属壁温计算

1锅炉受热面金属壁温计算教师：刘银河日期：2008-52主要内容1.进行壁温计算的必要性2.壁温计算基本公式的推导3.壁温校核点工质温度的计算4.壁温校核点最大热负荷计算3一、管壁温度所有受热管壁温度必须低于安全极限。（1）高温持久强度：反映了金属材料在高温下长期使用直至断裂时的强度和塑性性能，有一个极限允许温度。平均tb应满足钢材的高温持久强度要求。（2）抗氧化温度：氧化速度主要取决于温度，tw小于快速氧化温度（强度计算中用附加壁厚考虑）。（3）热应力和热疲劳：限制壁温波动。4壁温计算的必要性壁温计算的必要性保证锅炉安全工作热应力计算的前提“四管爆漏”严重壁温测量不准确问题1问题25壁温计算基本公式的推导•根据传热学的基本知识，有22212nbgzwbgzgbbgzgbttttttttttt6壁温计算基本公式的推导1.圆管沿圆周均匀受热时的管壁温度考察一个内外径分别为dn和dw的圆管，数学描述为：解之得，管子外壁温度和内壁温度之差为：0,2wwddtrdrdrqddtrdr12121ln2,221时qw7壁温计算基本公式的推导又有，管子内壁温度与工质温度之差为：于是，管子沿厚度方向平均温度为：管子外表面温度为：22121wbgznwgzwqtttttq2221wwbgznwgzwqtttttq由此可见：管壁温度和工质温度、热流密度、管内壁放热系数、管材导热系数、管壁厚度及内外径比等因素有关。222nwqqt8壁温计算基本公式的推导2.圆管沿圆周不均匀受热时的管壁温度求解圆管中各点温度可以用传热学中的导热方程来解。忽略沿管子长度的导热，问题简化为二维的拉普拉斯方程：边界条件为：22222110tttrrrr2,2,2wngzqdtrrdtrttr9壁温计算基本公式的推导利用分离变量方法解之得：其中，1wnnn212nn22lncos222nnngznnGddGdGrrBinttnBindndrBinBin01Gqd01cosnGqnd2n2dBi10假设热负荷沿管子圆周分布状况如图所示。假设另外有一热负荷沿圆周均匀分布的情况，其热负荷值等于qw,max，此时θ=0处的壁温容易求出。设法将这两种情况在θ=0处的壁温联系起来。qrj,trj讨论沿管壁周向热负荷最大处的壁温11Qw,max均匀加热，全部径向传递时，,maxwwrjrqqr非均匀加热，径向、周向传递时，maxwwrrjrqqqr定义热量分流系数μ(r)1/)(maxrqrqqqrwwrrjr导热系数λ为常数时，热量比也就是温升的比值：rrrgzrjgzttrttmax半径处的实际温差沿圆周以q均匀加热时处的温差讨论沿管壁周向热负荷最大处的壁温12壁温计算基本公式的推导因此，对于实际管子中最大热负荷处（θ=0）的外壁温度和平均管壁温度分别可以表示为：,max,max221wwbgz,max,max21wjbgzwqttrrq13壁温计算基本公式的推导这样问题就归结为寻求一个确定热量分流系数的简单方法。上式中，,,rfqBi●均匀加热，μ(r)＝1●非均匀加热，μ(r)＜1●μ(r)是r处剩余热量的份额，1-μ(r)是分流热量的份额。●μ(r)值大，分流作用小，壁温高，对管壁不利。14壁温计算基本公式的推导22/1/nnirrB固体内导热热阻（内阻）内表面换热热阻（外阻）Bi小，内阻小，外阻大，μ小（分流作用大）；Bi大，内阻大，外阻小，μ大（分流作用小）。15壁温计算基本公式的推导3.膜式水冷壁的管壁温度鳍片管温度场的分布规律也可用拉普拉斯导热方程进行理论求解。这里只介绍最简单的矩形结构鳍片温度场的求解方法：2222g0=hbb-=22000xxyyttyxtttxttqyy16壁温计算基本公式的推导采用分离变量法求解得到鳍端温度为：dg0.752qhhbttbh对于梯形鳍片，计算结果为：dgqhttA其中，A为形状系数：d2g1ln10.37521bhaaaAbhaa17鳍片形状系数a＝bd/bg•a一定，有一h/bg的最佳比值，使Amin，则tdmin。•h/bg＞Amin对应的h/bg时，a↑，使A↓，则td↓。最好采用矩形鳍片。•h/bg＜Amin对应的h/bg时，a↓，使A↓，则td↓。最好采用梯形鳍片。18壁温计算基本公式的推导•鳍根温度也是圆管上相应位置的温度，根据前述圆管外壁温度计算方法确定，即：ggzgmax212(1)ttq至此，若已知管外最大热流强度和工质温度，就可以计算出相应位置的管壁温度。19壁温校核线处工质的温度计算方法受热面种类校核线工质平均温度tpj的计算方法亚临界锅炉蒸发受热面取工质平均温度为该压力下的饱和温度亚临界锅炉其他受热面和超临界锅炉所有受热面根据计算截面处的工质平均焓和压力确定•校核线上工质平均温度tpj的计算方法20辐射受热面管组中的工质平均焓增计算•从水冷壁计算管组进口到计算截面区段中工质的平均焓增计算式为：•当炉膛不分区计算时，计算区段的吸热量为：qqdrjkjxrgzQBiD,grlqdfqdjqHQB21屏和对流受热面管组中工质平均焓增计算•从计算管组进口到计算截面区段中工质的平均焓增计算式为：计算管段吸热量对流及管间辐射热量管段吸收来自炉膛和（或）与之毗邻的烟气空间（屏）的辐射吸热量qdjkjxrqdQBiDqdqdfdqdQQQ,qdjqddqdjKHtQB,fqdffqdjqHQB22壁温校核点处工质的温度•校核点处工质温度偏差δt的计算方法－根据热偏差系数计算得到偏差管中的工质最大焓值来确定xpjxx,qi11iiiCi其中，C为进口混合不完全系数，考虑了前一级管组对计算管组的影响。23壁温校核点的最大热强度计算方法受热面类型计算公式水冷壁受热面（炉膛分区计算时）屏和对流受热面,maxkqwrrmqq,maxgmrlqq,maxwkroqq321102110.251ppjoqdtq24思考题1.影响管壁温度的因素有哪些？如何影响？2.试述鳍片形状对壁温的影响。