摘要:
一、前言
低溫余熱發(fā)電站的熱力設(shè)備主要由余熱鍋爐和汽輪機(jī)組成。鍋爐吸收低溫廢氣中的熱量加熱水并使其轉(zhuǎn)化為一定壓力、溫度的蒸汽，然后引入汽輪機(jī)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
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要提高余熱電站的發(fā)電能力不外乎有兩個(gè)途徑：
1.提高余熱利用率即鍋爐盡可能吸收工藝尾氣中的余熱，增大蒸汽出力；
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????? 2.提高熱力系統(tǒng)循化效率。經(jīng)過理論計(jì)算及實(shí)踐驗(yàn)證，提高循環(huán)熱效率的措施有如下三點(diǎn)：
（1）提高汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度即提高鍋爐出口蒸汽溫度；
（2）提高汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力即提高鍋爐出口蒸汽壓力；
（3）?降低汽輪機(jī)排壓力。
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從上述措施可以看出，除降低汽輪機(jī)排壓力外，其余全部與鍋爐有關(guān)。由于進(jìn)一步降低汽輪機(jī)排壓力技術(shù)難度較大，提高余熱電站的發(fā)電能力必須要在廢氣參數(shù)已定的前提下，將鍋爐設(shè)計(jì)成產(chǎn)汽量最大、蒸汽品質(zhì)最高。
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二、余熱鍋爐的傳熱學(xué)基礎(chǔ)
一臺(tái)鍋爐的大小及幾何形狀不僅取決于它所需傳遞熱量的多少，而且決定與他單位面積熱量的傳遞和吸收率。
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由于溫度的不同而引起物體間或物體內(nèi)部之間熱量傳遞過程叫熱交換。大多數(shù)教科書上都提到三種傳熱方式：對(duì)流、導(dǎo)熱和輻射。這三種傳熱方式包括了許多物理領(lǐng)域，諸如力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)和電學(xué)。
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一個(gè)傳熱過程中通常同時(shí)發(fā)生一種以上的上述傳熱方式。
1. 對(duì)流
流體流過壁面時(shí)同壁面之間產(chǎn)生的熱量交換稱為對(duì)流換熱或?qū)α鱾鳠?。?duì)流傳熱在鍋爐中應(yīng)用十分廣泛，對(duì)流換熱時(shí)流體與壁面之間的熱交換公式如下：
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q=αк(t－tb)
q——單位面積在單位時(shí)間內(nèi)通過對(duì)流傳遞的熱量, w/m2
αк——對(duì)流放熱系數(shù)，w/(m2·K)
t——流體溫度，℃
tb——壁面溫度，℃
由上式可知，對(duì)流換熱熱量和對(duì)流換熱系數(shù)和流體與壁面的溫差成正比。
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對(duì)流換熱系數(shù)是表明換熱過程強(qiáng)弱的物理量，影響的因素較多，它與流體的質(zhì)量流速、密度、比熱容、粘度、熱導(dǎo)率等因素有關(guān)，其中質(zhì)量流速是最主要的因素。
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2. 導(dǎo)熱
導(dǎo)熱是指直接接觸的物體各部分間的熱交換過程。它可以表示為：
q——單位面積在單位時(shí)間內(nèi)通過的熱量,又稱為熱流密度， w/m2
λ——導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m·K)
t1、t2——壁面兩側(cè)的溫度，℃
δ——壁面厚度，m
公式表明熱流密度與溫差成正比，壁面厚度成反比，比例系數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)，它與材料種類有關(guān)。
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3. 輻射
輻射傳熱是一種電磁過程，是通過電磁波的形式傳播熱量的，其傳播速度與光速一樣。當(dāng)射到某一物體上時(shí)，它具有反射、穿透、吸收的特性，被物體吸收的部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。物體的輻射能力取決于它的熱力學(xué)溫度，其規(guī)律為：
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E=σT4
E——輻射熱流密度， 其含義為單位面積在單位時(shí)間內(nèi)輻射的熱量，w/m2
σ——黑體輻射總能量的斯蒂芬－玻爾茲曼常數(shù)，其值為5.67 w/(m·K4)
T——物體表面的絕對(duì)溫度，K
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在鍋爐中，煙氣和受熱面都向外輻射熱量，兩者輻射熱量的差額即為受熱面的輻射吸熱量，表示為：
q=σm(T14－ T24)
q——單位面積在單位時(shí)間內(nèi)輻射吸熱量, w/m2
σm——煙氣及受熱面折算輻射常數(shù)，w/(m·K4)
T1、T2——煙氣及受熱面溫度，K
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三、傳熱過程
在工程技術(shù)中，把熱量從熱流體通過固體壁面?zhèn)鹘o冷流體的過程稱為傳熱過程，這種傳熱過程只通過一種換熱方式是實(shí)現(xiàn)不了的，常是三種換熱方式的綜合。余熱鍋爐的所有受熱面均是屬于這種傳熱過程，都是管子外壁受煙氣的沖刷，熱量通過管子內(nèi)壁傳給管內(nèi)的工質(zhì)。整個(gè)傳熱過程可以描述為：
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Q=K×H×△t
Q——傳熱量, J
H——受熱面積，m2
K——傳熱系數(shù)，w/(m2·K)，
△t——溫壓，℃
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1. 傳熱系數(shù)
在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，受熱面管子外表面會(huì)出現(xiàn)積灰，內(nèi)表面可能會(huì)出現(xiàn)氧化層、垢等情況，受熱面管子內(nèi)外側(cè)都增加了額外熱阻，降低了傳熱效果。
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應(yīng)用歐姆定律來比擬，熱流等于溫差除以熱阻。歐姆定律中的電阻就是傳熱系數(shù)的倒數(shù)。所以流體與流體間的傳熱系數(shù)可以表示為：
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α1——煙氣對(duì)管壁的放熱系數(shù)；
α2——管壁對(duì)管內(nèi)介質(zhì)的放熱系數(shù)；
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灰污層熱阻，稱為沾污系數(shù)，
δз、λэ分別為管子外表面結(jié)灰層的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)；
δм、λм￣￣￣￣管子金屬的壁厚及導(dǎo)熱系數(shù)；
δво、λво￣￣￣￣管子內(nèi)表面結(jié)垢層的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)；
在一般鍋爐受熱面中，煙氣側(cè)的熱阻
大大超過管壁金屬的熱阻
，所以管壁金屬的熱阻可以忽略不計(jì)（
）。
大大超過管壁金屬的熱阻，所以管壁金屬的熱阻可以忽略不計(jì)（）。在鍋爐正常運(yùn)行情況下，內(nèi)部沉積不應(yīng)引起管子熱阻嚴(yán)重增大，因此管子內(nèi)壁積垢層的熱阻
也可以忽略不計(jì)（
）。
也可以忽略不計(jì)（）。
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受熱面管子的傳熱系數(shù)可簡化為:
α1＝ξ（αк＋αл）
ξ——利用系數(shù)，考慮煙氣沖刷受熱面的均勻度
αк、αл——分別為煙氣對(duì)管壁的對(duì)流放熱系數(shù)和輻射放熱系數(shù)