锅炉的传热过程

图2-6　单壁传热示意图

锅炉是一种热能设备，燃料在“炉”内燃烧后，释放出能量，并通过各种受热面传递给“锅”内的水或蒸汽。这里有个传热的过程。如图2-6系单壁传热示意图，它表示“炉”内的热量先由高温烟气传至受热面，如锅筒或管子的外壁，再由外壁传至内壁，最后传给锅水或蒸汽。

所谓传热，是指当物体之间或同一物体各部分存在温差，热量就自动地从高温物体向低温物体或同一物体的高温部分向低温部分传递的现象即为传热。传热的方式有3种：导热、对流和辐射。这三种传热方式的物理本质不同，各有其独立的性质和规律。锅炉的传热，实际上三种方式都存在，有些部分是几种方式同时存在，仅是以某一方式为主，其他方式相对较小时，可以忽略不计而已。例如：炉内火焰对水冷壁管的传热，通常仅按辐射传热计算。

一、导热

热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分，或者从温度较高的物体传递到温度较低的男一物体的过程称为导热，又称热传导。

平板导热可用下列关系式计算：

导热系数入是表征材料的热传导性能的指标、与材料性质和温度有关。其计量单位过去用kCal/(m·℃)，现行法定计量单位用W/(m·K)，lkCalm·h·℃=1.163W/(m.h.K)。几种常用材料的导热系数见表2-1l。

表2-11　几种常用材料的导热系数

锅炉受热面的烟气侧常积有烟灰，从表2-1l中查出λ为0.05～ 0.1，为钢铁的受热面的水侧常结水垢，其λ为0.5～ 2.0，为钢铁的均对传热很不利，不仅会导致锅出力下降，造成燃料的大量浪费，而且水垢的存在会使热面金属壁温升高，导致过热损坏，给锅炉安全经济运行带来严重威胁。

二、对流传热

对流传热是液体或气体(总称为流体)流动而进行传热的过程，亦即流体各部分之间发生相对位移时引起的热量传递过程。在锅炉中，高温烟气向对流管束、烟管等受热面的放热：均属于对流传热的性质。

对流传热与物体的性质、通道的形状和尺寸、流速、受热面的布置形式和冲刷方式有关。

三、辐射传热

辐射传热是高温物体不通过接触或流动，直接将热量以电磁波的形式向四周辐射，被低温物体吸收又转变为热能的一种传热过程。锅炉的炉膛内，火焰对水冷壁的传热即属于辐射传热。

在锅炉中炉膛燃烧火焰温度越高，辐射放热越强烈。因此在炉膛布置水冷壁管，就利用了高温区辐射放热越强烈的特点，只要保持较高的炉内烟气温度，就能以恰当的受热面而获得较多的热量，同时也保护了炉墙，延长了锅炉使用寿命。但是，水冷壁管不能布置过多，因为烟气的辐射放热随烟气温度的降低而显著减弱，过多的辐射受热面使炉内烟温降低太多，就失去了高温辐射的优点，而且还会影响燃烧，增大未完全燃烧热损失。