循环流化床锅炉炉膛辐射传热系数的计算方法.doc

本文摘自1995年《电站系统工程》第11卷第2期
循环流化床锅炉炉膛内辐射换热计算方法探讨
湖北省燃烧工程学会 田正渠
对比了两种循环流化床 (CFB)锅炉炉膛内求取辐射换热系数的方法；计算表明：炉内稀相区辐射换热系数占总传热系数的65%左右。
下面只摘了第二种方法,也就是最简便的计算CFB锅炉炉膛内辐射换热系数方法。
床层有效黑度法
俄学者勃洛东尼教授等提出，正确计算CFB炉内辐射换热系数的问题，可归结为求取流化床层的辐射有效黑度a*，然后按辐射热计算公式来求得辐射换热系数αt，即
αt=a*(T∞2+Tw2) (T∞+Tw)
式中：T∞为床层核心层温度，K；Tw为炉内壁面温度，K。
对于流化床炉膛a*=σ/[(1/εw)＋( 1/εe)－1]；
对于循环流化床炉膛a*=σ/[(1/εw)＋( 1/εb)－1]。
式中：σ ——斯蒂芬-波尔兹曼常数，σ= 5. 67×10-8，W/(m2·K4)。
εw——炉膛壁面黑度，在前苏联BTTI-9HIIH热力计算标准方法中(1973年)取其为常量，即εw = 0.75或0.8；
εb——为床层等温黑度；
εe——为床层有效黑度。
关于εb与εe关系式如下：
εe/εb=A+(1－A)( Tw/ T∞)^4；
当( Tw/ T∞)≤1时，εb=εs^0.4。其中εs为床层颗粒物料黑度(可据工作温度查有关手册)；A为反映床层等温性的参数，
A=1－exp(－0. 16Ar^0.26 )，Ar≥122
这里Ar由床层温度T∞算出。当Ar≥10^5，等温性参数A≈1，且εe≈εb，这时对应于充分掺混的等温床层。对于快速循环流化床炉膛的稀相区，实为一空隙度很大的物料弥散系统，可允许使用εb=εs^0.31式作计算。
〔举例]援引文[1]中74页例题
CFB炉在床温850℃及流化速度6米/秒下运行。床砂粒200微米，膜式壁温360 ℃，在给出了一系列的物性和热工参数条件下，问求总传热系数。
解题：壁温Tw =360＋273=633K；T∞=850＋273=1 123K，则( Tw/ T∞)≤1。取εs=0. 85，则εe=(0.85)^0.31=0.95，
即a*=5. 67×10-8/[(1/0.85)＋(1/0.95)－1]=4.61×10-8，
则辐射换热系数
αt=a*(T∞2+Tw2) (T∞+Tw)
= 4.61×10-8 × (11232+6332)(1123+633) =134.6 W/(m2·K)
可见，所得结果几乎完全与(1)法求得的辐射换热系数hr = 134. 5W/m2·K相等。但是用(2)法却简便得多。
从这个示例看出：2.1法和2. 2法在求取辐射换热系数时，虽然理论基础并不全同，但结果却是很相近的。可以认为2.1法是以实验归纳为基础的，它建立在不少试验研究的经验公式之上，较能准确地反映CFB炉内换热的基本规律，而为公众普遍认可，而2. 2法以辐射换热理论计算为模型，再充实以相应的实际条件，也能真实地反映出规律的基本特性，认为也是可行的，2. 2法已被荐用在全俄CFB炉炉内换热的热工计算中。
3讨论
3.1 CFB炉膛内传热系统是导热、对流和辐射三者合成的复合换热体系。其内的换热情况与普通的煤粉炉或链条炉相比，有显著的不同。如果说在煤粉炉内，以辐射换热为绝对支配地位的话，那么在CFB炉内仅稀相区具有与之相近的性质，在物料密度很大的密相区，导热与对流换热则起主导作用。由此得出，在CFB炉内求取传热系数时，应分别对密相区和稀相区作计算。这样，2.1法提出的计算模型是可接受的。2. 2法仅考虑了CFB炉内辐射换热系数求法，与2.1法求出的辐射换热系数相比相一致。在明确了CFB炉内辐射换热系数份额条件下.用此法快速估计总传热系数，甚为快捷。
3.2 由以上两种方法的计算对比，一致可以得出，在稀相区辐射部分占总传热系数中的65%左右，这是一个值得建立的概念。研究得到：除了辐射以外余下的部分由导热的对流构成，其中导热又是主要的，对流部分可予忽去。
但在密相区中，情况正相反，导热和对流是基本部分，辐射是次要部分。
4结论与推断
4.1 CFB炉膛内往往在稀相区布置大量受热面，基本的产汽量是在此区内发生的。因此稀相区内传热系数的求取方法，至关重要。所述两种模式计算传热系数，在一定条件下，都是适用的。
4.2 即然CFB炉内稀相区主要的仍是辐射换热，按照基本理论，其与炉内温度的三次方有一定关系；提高稀相区温度水平对强化锅炉吸热和增大锅炉出力甚为有利，由此，设计下部炉膛为半开式的绝热炉室，上部为全膜式壁的冷却炉室。一则改善了劣质燃料在下炉内的着火与燃烧，二则可提高稀相区的总体温度水平。从而可建立炉内与锅内过程两者的良性循环。
另外，可由此推论，改善入炉煤的颗粒特性，增大细小颗粒所占份额，即将煤破碎得更细些，将改善稀相区热力工况，同样是保证CFB锅炉达到出力的重要措施。试观国外的CFB锅炉其许用燃煤粒通普遍比国内的低2~3倍。