3吨燃油锅炉的设计.docx

毕 业 论 文题 目： 3吨燃油锅炉的设计 摘 要本次3 t/h小型燃油锅炉整体设计采用低位发热量Qnet,v,ar42341 kJ/kg的燃料，锅炉额定蒸汽压力P=1.25MPa，锅炉饱和蒸汽温度tbq=193.35，锅炉给水温度tgs=38，冷空气温度tlk=30，燃烧方式采用室燃的方式。首先查阅这种燃料的燃料特性，通过燃料特性来制定焓温表，在焓温表的基础上进行热平衡计算，得出炉膛传热计算的必要条件，通过查阅图表确定炉膛的结构尺寸。利用炉膛传热的有效传热量等数据来计算第一管束的有关对流换热数据，在此基础上计算第二管束的有关数据。然后利用能量守恒定律，根据实际情况进行对炉膛出口温度，排烟温度等有管数据进行校核调试，使所得的结果在符合的误差范围内，使设计更加精确。根据设计要求，确定炉胆、管径、管子纵向排布数、炉子板管子以及烟气流速。从中得出结论，炉胆结构的大小直接影响了排烟温度和炉膛出口温度，炉膛的对流换热面积越大，排烟温度和炉膛出口温度都降低，然而，对流换热面积越小则相反，所以炉胆对流换热面积的选取在符合图表的要求的同时也要使锅炉效率最大化。换热管束的管子的长度与烟气流通截面积、烟气流速有关。管长过长，会使烟道尺寸变大，烟气流通截面积增加，会导致烟气的流速达不到烟气最低流速的要求；管长过短，虽然会使烟道尺寸变小，烟气流通截面积减小，有利于烟气流动速度的提高，但却会减小受热面面积。认识到热力学，传热学，工程力学，流体力学、电厂锅炉原理等大学的相关专业是互相关联的。关键词：热平衡，烟气流速，燃油燃气锅炉，受压元件ABSTRACTThe 3 T / h small oil-fired boiler design using low heat value of Qnet, V, ar = 42341 kJ / kg fuel, boiler rated steam pressure of boiler P = 1.25MPa, TBQ = 193.35 DEG C saturated steam temperature, boiler feed water temperature TGS = 38 C, Tlk = 30 DEG C cold air temperature, combustion using combustion chamber of. First the fuel characteristics, through the fuel characteristics of enthalpy enthalpy formulation of Wen Biao, in Wen Biao on the basis of the calculation of heat balance, the furnace heat transfer calculation requirement, through access to chart to determine the hearth structure size. Using the furnace heat transfer effective heat transfer and other data to calculate the first bundle of the convection heat transfer data, on the basis of the calculation of second bundle of relevant data. Then using the law of conservation of energy, according to the actual situation of furnace outlet temperature, exhaust gas temperature, tube data for checking debugging, which results in the range of error, so that the design of more precise.According to the design requirements, to determine the furnace, pipe diameter, pipe, plate pipe longitudinal arrangement number stove and flue gas velocity. Draw conclusions from the furnace structure, the size of the direct impact of the exhaust gas temperature and the temperature of furnace outlet, the convective heat transfer area is large, and the temperature of furnace outlet flue gas temperature is reduced, however, convective heat transfer area is opposite, so the furnace convection heat transfer area of the selected in accordance with the requirements at the same time chart the boiler efficiency maximization. Heat exchange tube the length of the pipe and the flue gas flow cross-sectional area, flue gas flow. The length is too long, will make the flue size, flue gas flow cross-sectional area increased, will lead to the flue gas flow rate is not up to the minimum flow rate of flue gas requirements; the length is too short, although can make flue size becomes smaller, the flue gas flow cross-sectional area decreases, in favor of flue gas flow speed, but will reduce the heating surface area. Awareness of thermodynamics, heat transfer, fluid mechanics, engineering mechanics, principles of power plant boiler and the related professional university are related to each other.Key words: heat balance, velocity of flue gas, fuel gas boiler, pressurized components目 录目 录 I1. 绪论 1 1 1 32. 燃油燃气锅炉结构及其工作流程 4 4 53. 设计的初步数据 7 7 7 7 84. 3吨燃油锅炉设计的热力计算 10 104.1.1 热平衡 104.1.2 锅炉输入热量 114.1.3 排烟损失 114.1.4 气体不完全燃烧热损失q3 114.1.5 机械不完全燃烧损失q4 124.1.6 散热损失q5 124.1.7 锅炉有效利用热Q1 124.1.8 锅炉的热效率和燃料消耗量 134.2. 炉胆传热计算 154.2.1 炉胆的传热过程 154.2.2 炉膛传热的基本方程 154.2.3 有效辐射受热面 164.2.4 火焰黑度 174.2.5 炉膛有效放热量与理论燃烧温度 184.2.6 炉膛黑度 194.2.7 炉内温度场与火焰平均温度 194.2.8 炉膛传热计算的步骤 194.3. 对流受热面计算 214.3.1 计算考虑因素 214.3.2 传热系数K的计算 224.3.3 对流换热系数的计算 234.3.4 对流传热温压 244.3.5 对流受热面传热计算步骤 244.3.6 结构设计计算 255. 锅炉烟风阻力 366. 受压元件强度 37 37 38结论 39致谢 41参考文献 421. 绪论能源是人类社会和经济发展的基本条件之一，我国过去基本上依赖单一能源维持国民经济增长，能源的消费结构长期以来一直跟不上我国国民经济的发展和人民生活水平的提高。我国能源生产和消费的主要特点是以煤为主。“八五”起见，一次能源生产的年平均增长率为4.37%。能源的消费结构是：原煤占75.3%，油占17.5%，天然气占1.9%，水电占5.3%。这种以煤为主的能源结构带来的问题是防止污染的费用日益增加;其次，对铁路运输也造成了压力。据预测，到2020年我国能源需求量将至少增加108t标准煤。因此，如何减少煤炭资源的消耗及不断开发可再生能源已经成为我国解决能源矛盾的主要方向。但是由于可再生能源，如太阳能.风能.生物能.地热能等本身条件的限制，至少在21世纪前半叶，我国能源消费结构将不会作出很大改变。同时，随着经济和科学技术的发展，特别是人类对生活质量和生存环境要求的日益增加，油.天然气作为优质.洁净的燃料和原料，越来越引起人们的重视。因此，加快油和天然气的开发利用是缓解我国能源供需矛盾和优化能源结构的一项重要措施。锅炉的产生是人们对液体进行加热的认识基础上发展起来的。采用燃烧的方式对液体的加热大体上可分为直接加热和间接加热。所谓间接加热，就是高温火焰或者烟气与加热的物料不直接接触或者用固定导热体隔开。锅炉就是采用间接加热原理加热介质的。対圆筒中的水进行直接火焰加热，即把锅筒直接放置在燃烧设备上方加热，就是间接加热的一种，这种简单的加热方式热效率较低，为45%55%，一般只能用作厨房燃具。以后在此基础上形成了火管式锅炉和水管式锅炉。所谓直接加热，就是高温火焰或者烟气与被加热的物料直接接触。这种加热方式一般有三类：一类是用短火焰或者高温烟气直接烘烤固体，对固体进行局部性快速加热，如热处理炉加热；二类是高温烟气和被加热的液体介质进行混合，将低温的气体物质加热成高温介质，如直燃式的暖风机；三类是高温烟气和被加热的液体介质进行混合加热，如侵没燃烧加热。对于一些小型的采暖锅炉，当燃用比较清洁的气体燃料时，也可直接将锅炉尾部的烟气和冷水相接触，将水加热以供应热水，同时最大限度地利用锅炉尾部余热。从锅炉技术的发展史可以看出，锅炉的发展可以归纳为两个不同的方向，这两个方向都是在对液体间接加热的基础上演变而来。了解这一锅炉的发展渊源，对我们更好地开发新产品会有一定的指导作用。一个方向是在圆筒形锅炉的基础上，在圆筒内部增加受热面积，开始是在一个大圆筒内部增加了一个火铜，燃料在火筒燃烧。以后增加到两个火筒。再以后从两个火筒发展到很多小直径的烟管，后来容量增大后发展为卧式的火筒。这些锅炉因为燃料燃烧后的高温烟气在火筒和烟管中流动，所以统称为火管或者锅壳式锅炉。如下图所示。图1.1 火管锅炉另一个方向是在圆筒形锅炉的基础上，在圆筒外部增加水筒的数目，燃料在筒外燃耗。和火管式锅炉的发展相类似，水管的数目不断增加，发展成为很多小直径的水管。也有一开始就采用盘旋的一次直流水管直接快速地加热工质。这些锅炉因为水在管中流动，所以统称为水管式锅炉。图1.2 水管锅炉燃油燃气锅炉就其本体结构而言可分为火管锅炉和水管锅炉。火管锅炉结构简单，水及蒸汽容量大，对负荷变动适应性好，对水质的要求比水管锅炉低，多用于小型企业生产工艺和生活采暖上。水管锅炉的受热面布置方便，传热性能好，在结构上可用于大容量和高参数的工况，但是对水质和运行水平要求较高。水火管锅炉是在火管锅炉和水管锅炉的基础上发展起来的，具有两者的优点，对水质要求和水管锅炉相似。火管锅炉因为容量较小，结构紧凑，一般制成快装式锅炉，容量不大的水管锅炉也可制成快装锅炉，以便于运输和现场安装。中小型燃油燃气锅炉的发展，大体上可分为三个不同的时期：（1）从燃煤过路的基础上法则而来，锅炉结构仍然保留着燃煤锅炉的特点。它只是去除了燃煤的燃烧设备，对炉膛稍加改装后，加装燃油燃气燃烧装置而成的。（2）第二次世界大战后，小型燃油锅炉得到了很大发展，这些锅炉是按照燃油船用锅炉的要求进行设计的，其结构，形式的发展均受到船用锅炉空间的限制，燃油燃气燃烧器也没有进行标准化生产，在其它工业中的应用受到限制。（3）专门按照燃油燃气的燃烧器特点进行设计的燃油燃气锅炉。随着工业化的发展，对燃油燃气锅炉的容量和参数提出了更高的要求。另外，鉴于城市大气污染日趋严重，因此国家对锅炉的排放物提出了日益严格的限制，很多国家的能源消费结构发生了很大变化。因此，70年代以来，发达国家中小型锅炉燃用轻质油，天然气等清洁的份额日渐增多，燃油燃气锅炉进入独立开发的发展时期。随着我国改革开放的不断深化，全国各地经济建设的迅速发展，城市高层民用建筑的快速崛起，国家对环保工作提出更高要求，油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉应用逐年上升。综观最近几年燃油燃气锅炉的改造发展，我们可以总结出未来的发展方向如下：（1）锅炉效率越来越高。燃油燃气锅炉的高效率意味着可以节约日益紧张和昂贵的能源。（2）结构越来越简单。采用简单结构构成的受热面，减少同种材料的不同使用规格。（3）使用更加简易的配套辅机。给水泵.重油泵.重油加热器.鼓风机和其他一些辅机要和锅炉本体一起装配，且要保证运输的可靠性。特别是快装锅炉，应尽可能地避免采用引风机。（4）自动化程度更加高并配有多级保护系统。燃油和燃气公路不仅要保证高效率，还有使其操作简单.可靠；不仅要配有完善的全自动燃烧控制装置，更要配有多级安全保护系统，应具有锅炉缺水.超压.超温.熄火保护.点火程序控制及声.光.电报警。（5）配备燃烧器（送风机）和烟道消音系统，减低锅炉的运行噪音。（6）配备其他监测装置和限制装置，保证锅炉24小时无监督安全运行。2. 燃油燃气锅炉结构及其工作流程 图2.1 锅炉整体结构图锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件；中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。燃油燃气锅炉接通电源后，首先进行安全检查，自动检测电源是否正常，传感器是否正常，水位是否处于安全位置，锅炉本体是否处于过热状态，通过安全检查后，燃烧设备开始吹扫、点火。锅炉升温后，当达到设定温度的80后，控制系统启动循环水泵使系统正常运行，锅炉停机时，首先关闭燃烧设备，再关闭循环水泵，最后整机停止工作。燃油燃气锅炉炉体内的工作流程却是极其简单：锅炉给水先经过省煤器加热升温后流入锅炉炉体储存，燃油或者燃气经过燃烧器雾化（燃气不需要雾化）喷入炉膛内点燃燃烧，产生的高温烟气使过冷水变成饱和蒸汽，饱和蒸汽由蒸汽出口流出输送到又需要的用户使用，而高温烟气则依次流经第一烟管.过热器.第二烟管和空气预热器，最后排放到环境中去。可以用下面图形完美表现出来：过冷水省煤器炉胆燃油燃气燃烧器过热器第一烟管用户过热器第二烟管环境空气预热器用户第一烟管 图2.2 锅炉流程图3. 设计的初步数据锅炉额定蒸发量 D=10 t/h锅炉额定蒸汽压力 P=1.25 MPa锅炉饱和蒸汽温度 tbq=193.35 给水温度 tgs=38 排污率 =5 %蒸汽带水率 W=4 %冷空气温度 tlk=30热空气温度 trk=30设计燃料 重油（选取大庆原油常压重油）燃烧方式 室燃锅炉形式 锅壳式燃油汽湿式三回程表3.1 燃料特性表%83.97612.230.5680.20.10.0260.242341表3.2 理论空气量及燃烧产物名称符号单位公式结果理论空气量m3kg(1.866Car+5.55Har+0.7Sar-0.7Oar) /100/0.214.1380理论氮气容积m3kg0.79+0.008Nar3.2693理论水蒸汽容积m3kg0.0124War+0.111Har+0.01610.7299RO2容积m3kg(1.866Car+0.7Sar) /1000.8686表3.3 烟气温焓表温度理论烟焓空气焓炉膛出口烟管出口10015981417173917392003235285035201828352018283004916431053471877534718774006644580072241927722419275008419732491521976915219766001024088821113020231113020237001210010470131502066131502066800140101209015220210515220210590015950137401732021411732021411000179201541019460217219460217211001993017090216302199216302199120021950188002383022232383022231300240102051020060224426060224414002608022240283002263283002263150028170239803056022793056022791600302702573032840229432840229417003239027480351402308351402308180035520292503745023223745023221900366603103039770233439770234420003882032820421002346421002346210040990346104445023564445023562200431603642046800468004. 3吨燃油锅炉设计的热力计算 燃油燃气锅炉热力计算的主要目的是确定足够的受热面，以保证锅炉合理的出力和热效率。油、气燃料的燃烧过程和燃烧后产生的烟气与固体燃料相比，有许多不同之处，因而燃油燃气锅炉的性能、结构和热力计算与燃煤锅炉相比，也有其特点。燃油燃气锅炉的热力计算主要包括：（1）、锅炉的热平衡计算；（2）、炉膛（炉胆）的受热面计算；（3）、对流受热面计算。锅炉系统的热平衡计算，是为了保证送入锅炉机组的热量与有效利用热及各项热损失的总和相平衡，并在此基础上计算出锅炉机组的热效率和燃料消耗量。热平衡计算是在锅炉机组处于稳定的热力工况下进行的。对燃油、燃气锅炉，一般均以标态下1kg燃料油或1m3气体燃料为基准计算。锅炉机组热平衡方程的普遍形式为： kJ/kg 或 kJ/m3 （4.1）式中 Qr送入锅炉系统的热量； Q1锅炉系统的有效利用热； Q2排烟带走的热量； Q3气体不完全燃烧（又称化学不完全燃烧）损失的热量； Q4固体不完全燃烧（又称机械不完全燃烧）损失的热量； Q5锅炉系统向周围空气散失的热量； Q6燃料中灰渣带走的热量。对气体燃料，上式各热量值均相对于1 m3燃气，单位为kJ/m3；对液体燃料，则相对于1 kg燃料油，单位为kJ/kg。由于木屑的含灰量很小，Q6可以忽略。同时，此木屑燃料时一般没有不完全燃烧现象，即Q4=0。所以热平衡方程改为： kJ/kg 或 kJ/m3 （4.2）相对于1kg燃料油或1 m3燃气送入锅炉系统的热量Qr（kJ/kg或kJ/m3）是指锅炉范围以外输入的热量，可按下式计： （4.3）式中 Qnet,v,ar 燃料的低位发热量值，kJ/kg或kJ/m3； Qwl用锅炉系统以外的热量加热送入锅炉的空气时，相应于每kg燃料油或每m3燃气所具有的热量，kJ/kg或kJ/m3； ir 油或燃气的物理显热，kJ/kg或kJ/m3。 Qzq雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg。在燃油燃气锅炉中最主要的损失是排烟损失，它决定于排烟温度和排烟量。对于一定的燃料，排烟量决定于过剩空气系数的大小，而过剩空气系数又是和燃烧状况直接有关的。排烟热损失q2可用锅炉机组的排烟和冷空气的焓差计算： % （4.4）式中 Ipy在排烟过剩空气系数及排烟温度下，相应于1 kg燃料油或1 m3燃气的排烟的焓，kJ/kg或kJ/m3。 py排烟的过剩空气系数； Ilk在送入锅炉的空气温度下，1 kg燃料油或1 m3燃气所需要的理论空气焓，kJ/kg或kJ/m3。气体不完全燃烧热损失q3是指排烟中未完全燃烧或燃尽的可燃气体所带走的热量占送入锅炉输入热的份额。在设计计算时，对燃油锅炉q3可取11.5，对燃用天然气、油气伴生气和焦炉煤气的锅炉，可取q30.5；对燃用高炉煤气的锅炉，取q31，本让木屑锅炉中q3取0.5%。对运行锅炉，借排烟处烟气成份的分析，可按下述公式进行计算： % （4.5）气体不完全燃烧热损失大小主要取决于燃烧成分、炉膛过剩空气系数、所用燃烧器、燃烧器与炉膛匹配是否适当以及运行操作是否合理。一台运行的锅炉。此项热损失究竟多大，要靠烟气分析的结果确定。对燃木屑锅炉来说，机械不完全燃烧热损失q4是木屑中的碳未完全燃烧引起的。在燃木屑锅炉的烟气中，木屑灰中碳粒子的来源：一是木屑燃烧后剩下来的焦粒；另一个来源是木屑烟气热分解形成的碳黑，它是很细的，直径只有0.010.15微米。一般是用烟色来监督烟气中碳黑的含量。但是必须指出，烟色决定于烟气中所含固体粒字的表面积，他除了和碳粒的重量有关外，还和他的直径有关。散热损失q5是指锅炉围护结构和锅炉机组范围内的气、水管道以及烟风道等，受外部大气对流冷却和向外热辐射所散失的热量。它与周围大气的温度（露天布置时的室外温度、室内布置时的室内温度）、风速、围护结构的保温情况以及散热表面积的大小、形状等有关，同时还与锅炉的额定容量和运行负荷的大小有关，一般根据经验数据和近似计算的办法确定。锅炉有效利用热Q1系指锅炉供出工质的总焓与给水焓的差值，对饱和蒸锅炉为： kJ/s （4.6）对于过热蒸汽锅炉： kJ/s （4.7）式中D锅炉蒸发量，kg/s；Dzy锅炉自用蒸汽量，kg/s；Dpw锅炉排污量，kg/s；ibq饱和蒸汽焓，kg/s；igq过热蒸汽焓，kJ/kg；izy自用蒸汽焓，kJ/kg；ibs饱和水焓，kJ/kg；igs给水焓，kJ/kg；W蒸汽湿度，；按饱和蒸汽的质量标准规定，对于水管锅炉，饱和蒸汽的蒸汽湿度不大于3；对于锅壳式锅炉，饱和蒸汽的蒸汽湿度不大于5；当锅炉的排污量小于2时，排污水的热耗可以忽略不计。对热水锅炉： MW （4.8）式中Q1热水锅炉的输出热量，MW G循环水流量，kg/s； trs热水温度，； ths回水温度，； Cs水的比热，MJ/（kg.），一般取0.0041868MJ/（kg.）。锅炉的热效率为： % （4.9）锅炉的燃量消耗量为： kg/s或m3/s （4.10）式中B燃料消耗量，kg/s或m3/s；考虑到燃料消耗量B中有一部分随机械不完全燃烧损失带出，这一部分没有产生烟气，应从B中扣除，这样可得计算燃料消耗量： kg/s或m3/s （4.11）式中Bj计算燃料消耗量，kg/s或m3/s。所谓计算燃料消耗量指的的是单位时间内实际参加燃烧产生烟气的燃料量，对此燃木屑锅炉来讲，B=Bj。在本文的热力计算中，空气或烟气的体积是按实际参加燃烧的燃料量来计算的，在应用空气或烟气的体积来计算温焓表时采用计算燃料消耗量。表4.1 锅炉热平衡计算汇总表序号名称符号单位公式结果1燃料低位发热量kJ/kg设计给定423412冷空气温度设计给定303冷空气焓kJ/kg查温焓表4244排烟温度取定2325排烟焓kJ/kg查温焓表4104.66固体不完全燃烧损失q4%估取0.07气体不完全燃烧损失q3%估取1.08排烟损失q2%8.69散热损失q5%估取2.510燃料物理热损失q6%估取0.011锅炉总热损失q%12.112锅炉效率%87.913给水焓kJ/kg查水、水蒸气物性表160.314饱和水焓kJ/kg查水、水蒸气物性表806.815饱和气焓kJ/kg查水、水蒸气物性表2785.216锅炉排污率%设计给定5.017蒸汽带水率W%设计给定4.018气化潜热RkJ/kg查水、水蒸气物性表1964.019额定蒸发量Dkg/h设计给定3000.020锅炉有效利用热kJ/s2148.921锅炉燃料消耗量Bkg/h207.822计算燃料消耗量Bjkg/h207.823保热系数0.9724.2.1 炉膛传热过程是与炉内燃烧过程烟气流动过程同时进行的。炉内既有燃烧反应的化学过程，又有物质交换物理过程，因此炉膛传热过程十分复杂。目前，我国采用的炉膛热力计算方法是运用了“相似理论”分析，并通过大量试验而综合得出的半经验计算公式。近年来，随着电子计算机技术的发展，很多研究人员试图借助于数学模型用解析法来研究和计算炉膛换热过程，已取得一定进展。炉膛传热计算的任务是确定堂辐射受热面（水冷壁）的吸热量和炉膛出口烟气温度。炉膛传热过程主要是高温火焰和水冷壁之间的辐射换热。炉内烟气流速较小，因而对流传热较弱，所占炉膛换热份额很少，计算时可以忽略。4.2.2 炉膛传热计算也就是计算火焰与被火焰包围着的水冷壁之间的辐射换热量。根据斯蒂芬-波尔茨曼定律辐射换热量为： kW （5.1）式中 0绝对黑体辐射常熟，其值为kW/(m2K4)； Hf有效辐射受热面面积，m2 ； 火焰平均温度，K； Tb水冷壁表面温度，K； xt炉膛系统黑度由烟气在炉膛内放出的热量应等于燃料在炉膛内有效放热量与炉膛出口烟气带走的热量之差，即 kW （5.2）式中 Ql炉膛有效放热量，kJ/kg;Il炉膛出口处烟气的焓，kJ/kg;保热系数；Bj每秒钟的计算燃料耗量，kg/s.4.2.3 炉内吸热是借炉膛内布置了辐射受热面水冷壁管来达到。水冷壁的辐射受热面面积并不等于所以管子的表面积，这是因为水冷壁管一般都是靠炉墙布置，只有曝光的一面受到炉内火焰的辐射，而其背面只受到炉墙的反射辐射，所以不能完全利用。我们称火焰投射到管壁受热面的总热量Q与投射到炉墙的热量Qt之比为有效角系数，即： （5.3）它计及了火焰辐射与炉膛反射作用，x的数值与管子的相对节距S/d及管子中心线离开炉墙的相对距离e/d有关。在一定的S/d下，增加e/d，则被炉墙反射后再落到水冷壁管子上的辐射热量也增加，即增大了有效角系数；但当e/d1.4后，被炉墙反射后落到水冷壁管上的辐射份额不再变化。在一定的e/d下，增加S/d，火焰落到水冷壁管上的份额减少，既x值下降。对锅壳式子燃油燃气锅炉来讲，火焰辐射热量全部落在水冷壁上，有效角系数为1。炉膛出口烟囱对炉膛而言，可取x=1，这是因为炉膛火焰辐射投射在出口烟囱上的辐射热，陆续通过烟囱后各派管子，不会有反射，全部被吸收。三回程锅壳式锅炉回燃室的烟囱出口，不是管排组成，而是烟管的入口，也可取x=1。有效角系数与炉膛壁面积的乘积成为有效辐射受热面：Hf = xFb m2 （5.4）式中 Fb布置有水冷壁的炉墙壁面积，m2。如果某一区域的炉墙壁面积为Fbi，有效角系数为xi；则该区域的有效辐射受热面为Hfi=xiFbi；由于各区域布置水冷壁有效角系数不尽一样，炉膛总的有效辐射受热面为：Hf = xiFbi m2 （5.5）整个炉膛的平均有效角系数也称为炉膛水冷程度，即 （5.6）在锅炉实际运行中，由于水冷壁被灰粒沾污，使管壁积灰层的表面温度升高及黑度减小，以致不能忽略管壁本身的辐射，也就是导致水冷壁受热面吸热量的减少。因此，在计算中引入水冷壁管的沾污系数，即 （5.7）在实际计算炉膛传热时，综合考虑沾污系数和有效角系数对传热的影响，即采用热有效系数： （5.8）这样，热有效系数、沾污系数和有效角系数三者的关系为：=x （5.9）值越大，表示受热面吸收的热量越多。由于水冷壁不是绝对黑体，火焰和高温烟气投射到水冷壁的热量，其中有一部分又被水冷壁反射到火焰，此外，水冷壁受热面由于被沾污，表面温度升高，本身具有相当的辐射能力。4.2.4 计算炉膛辐射换热时，涉及了系统黑度。它与炉膛中火焰黑度和水冷壁黑度有关。在炉膛中，沿着火焰的行程，火焰中具有辐射能力的介质如三原子气体、灰粒、焦炭粒的浓度也是改变的，并且随燃料种类、燃烧方法、燃烧工况的变化而不同。在炉膛传染计算中，只得采用平均的火焰黑度，而且以炉膛出口烟温和成分作为计算依据。在传热学中将火焰作为灰体，火焰黑度原则上可按下式计算： （5.10）式中 k火焰辐射减弱系数，是火焰中各辐射介质的减弱系数的代数和，1/(mMPa)； P炉膛压力，一般供热锅炉在常压下燃烧，故 P0.1 MPa ；