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：2008-5

2. 主要内容 • 进行壁温计算的必要性 • 壁温计算基本公式的推导 • 壁温校核点工质温度的计算 • 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 问题1 问题2

5. 壁温计算基本公式的推导 • 根据传热学的基本知识，有

6. 壁温计算基本公式的推导 qw 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：

7. 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： 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。

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：

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，

10. qrj, trj 讨论沿管壁周向热负荷最大处的壁温 • 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。

11. 讨论沿管壁周向热负荷最大处的壁温 Qw,max均匀加热，全部径向传递时， 非均匀加热，径向、周向传递时， 定义热量分流系数μ(r) 导热系数λ为常数时，热量比也就是温升的比值：

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：

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， ●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 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：

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： 对于梯形鳍片，计算结果为： 其中，A为形状系数：

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： 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 • 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：

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

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 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

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。