余熱鍋爐系統(tǒng)

§1概論

一、簡述

在燃氣輪機內(nèi)做功后排出的燃氣，仍具有比較高的溫度，?般在540C左右，利用這部

分氣體的熱能，可以提高整個裝置的熱效率。通常是利用此熱量加熱水，使水變成蒸汽。蒸

汽可以用來推動蒸汽輪機一發(fā)電機，也可用于生產(chǎn)過程的加熱或供生活取暖用。對于稠油的

油田可以用蒸汽直接注入油井中，以提高采油量。根據(jù)不同的蒸汽用途，要求有相應(yīng)的蒸汽

壓力和蒸汽溫度，也就需要不同參數(shù)的產(chǎn)汽設(shè)備。利用燃氣輪機排氣的熱量來產(chǎn)汽的設(shè)備，

稱為“熱回收蒸汽發(fā)生器”，表明回收了排氣的熱量，用英文字母HRSG來表示。我國習(xí)慣

上稱為“余熱鍋爐，本文也采用“余熱鍋爐”的名稱，并把燃氣輪機的排氣簡稱為“煙氣”。

“余熱鍋爐”通常是沒有燃燒器的，如果需要高壓高溫的蒸汽，可以在“余熱鍋爐”內(nèi)

裝一個附加燃燒器。通過燃料的燃燒使整個煙氣溫度升高，能夠產(chǎn)生高參數(shù)的蒸汽。例如某

余熱鍋爐不裝燃燒器時，入口煙氣溫度為500℃,裝設(shè)附加燃燒器后，可使入口煙氣溫度達

到756C。蒸汽的壓力可以從4MPa升到lOMPa,蒸汽的溫度可以從450C升到510C,蒸汽

可以供高溫高壓汽輪機用，從而增加了電功率輸出。目前我國油田進M的余熱鍋爐的蒸汽參

數(shù)有：4MPa配450c及1.4MPa配195c（飽和蒸汽）。前者供給中壓汽輪機來發(fā)電，后者可

以供生產(chǎn)或供生活取暖用。

注：關(guān)于多種余熱鍋爐，余熱鍋爐利用燃氣輪機排氣的方式，補燃問題。

二、余熱鍋爐的組成

（一）蒸汽的生產(chǎn)過程

圖19-1是一臺余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以看出產(chǎn)汽的過程。

圖19-1強制循環(huán)余熱鍋爐

（注意蒸發(fā)器為順流布置，即管束流向自卜而上，以免上、.彎頭處積汽。）

從燃氣輪機出口的煙氣，經(jīng)煙道到余熱鍋爐入口，煙氣自二而上流動，流經(jīng)過熱器、兩

組蒸發(fā)器和省煤器，最后排入煙囪。排煙溫度約為150—180℃煙氣溫度從540C降到排煙

溫度，所放出的熱量用來使水變成蒸汽。進入余熱鍋爐的給水，其溫度約為105C左右，先

進入上部的省煤器，水在省煤胖內(nèi)吸收熱量使水溫上升，水溫升到略低于汽包壓力下的飽和

溫度，就離開省煤器進入汽包，進入汽包的水與汽包內(nèi)的飽和水混合后，沿汽包下方的下降

管到循環(huán)泵，水在循環(huán)泵中壓力升高，分別進入兩組蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)的水吸熱開始產(chǎn)汽,

通常是只有一部份水變成汽，所以在蒸發(fā)器管內(nèi)流動的是汽水混合物。汽水混合物離開蒸發(fā)

器進入汽包上部。在汽包內(nèi)裝有汽水分離設(shè)備，可以把汽和水分開，水落到汽包內(nèi)水空間，

而蒸汽從汽包頂部出來到過熱器。在過熱器內(nèi)吸收熱量，使飽和蒸汽變成過熱蒸汽。根據(jù)產(chǎn)

汽過程有三個階段，對應(yīng)的應(yīng)該要有三個受熱面，即省煤器、蒸發(fā)器和過熱器。如果不需要

過熱蒸汽，只需要飽和蒸汽，可以不裝過熱器。

（二）余熱鍋爐的型式

I、強制循環(huán)余熱鍋爐

圖19-1所示的余熱鍋爐就是強制循環(huán)余熱鍋爐。從汽包下部出來的水經(jīng)一臺循環(huán)泵后,

進入蒸發(fā)器，是靠循環(huán)泵產(chǎn)生的動力使水循環(huán)的，稱為“強制循環(huán)余熱鍋爐”。其特點是：各

受熱面組件的管子是水平的，受熱面之間是沿高度方向布置.，可節(jié)省地面的面積，并使出口

處的煙囪高度縮短。但在運行中需要循環(huán)泵，使運行復(fù)雜，增加維修費用。牙前油田進口的

余熱鍋爐，多數(shù)采用此種型式，

2.自然循環(huán)余熱鍋爐

圖19—2是一自然循環(huán)余熱鍋爐，全部受熱面組件的管子是垂直的。給水進入省煤器吸

熱后，進入汽包。汽包有下降管與蒸發(fā)部的下聯(lián)箱相連，下降管位于煙道外而，不吸收煙氣

的熱量。汽包還與蒸發(fā)器的上我箱相連。直立管簇吸收煙氣的熱量。當(dāng)水吸收煙氣熱量就有

部份水變成蒸汽，由于蒸汽的密度比水的密度要小得多，所以宜立管內(nèi)汽和水混合物的平均

密度要小于卜.降管中水的密度，兩者密度差形成了水的循環(huán)。也就是說：不吸熱的卜.降管內(nèi)

的水比較重，向下流動。直立管內(nèi)的汽水混合物向上流動，形成連續(xù)產(chǎn)汽過程。此時進入蒸

發(fā)器的水不是靠循環(huán)泵的動力，而是靠流體的密度差而流動，這種余熱鍋爐稱為“自然循環(huán)

余熱鍋爐”。其特點是：省去循環(huán)泵，使運行和維修簡單。但各受熱面是沿水平方向布置，占

地面積大，在排煙處所需煙囪的高度要高。

圖2自然循環(huán)余熱鍋爐

本文主要介紹“強制循環(huán)余熱鍋爐”。

（注：?般來說，余熱鍋爐的循環(huán)方式有5種：單壓，雙壓無再熱，雙壓再熱，三壓無再熱,

三壓再熱。）

（三）余熱鍋爐的布置

圖19—3是強制循環(huán)余熱謁爐的布置圖，包括余熱鍋爐本體受熱面及煙道系統(tǒng)，其特點

如下：

圖19-3余熱鍋爐布置圖

I.煙氣系統(tǒng)

從燃氣輪機出來的高溫?zé)煔庥袃陕烦隹冢宦愤M入余熱鍋爐，從主煙囪排人大氣，另一

路進入旁路煙囪排人大氣。每格煙道上都裝有擋板，共有三個擋板，主煙道上的擋板稱“主

擋板"，旁路煙道上的檔板稱“旁路檔板”，主煙囪處的檔板稱“煙囪擋板”，各擋板是配合使

用的。燃氣輪機工作而余熱鍋爐不工作，要開啟旁路擋板，關(guān)閉主擋板。燃氣輪機與余熱鍋

爐同時工作，要關(guān)閉旁路擋板，開啟主擋板。另-一方面為調(diào)節(jié)余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，主擋板和

旁路擋板可以部份開啟或部份關(guān)閉，擋板調(diào)節(jié)的內(nèi)容見后。余熱鍋爐工作時;應(yīng)該開啟煙囪

擋板。當(dāng)余熱鍋爐短時間停爐，可以關(guān)閉煙囪擋板，以防止余熱鍋爐內(nèi)的熱量損失。因為余

熱鍋爐內(nèi)溫度比較高，周圍冷空氣可以進入余熱鍋爐，形成自然對流將熱量帶走，關(guān)閉煙囪

擋板就能防止外界氣流進入余熱鍋爐，以保存熱量，準備隨時起動余熱鍋爐。如果余熱鍋爐

要停爐檢修，希望冷卻速度快些，可以開啟煙囪擋板。水平煙道經(jīng)過一個90。轉(zhuǎn)彎接頭與余

熱鍋爐相連，這個轉(zhuǎn)彎接頭是經(jīng)制造廠試驗研究后確定的，其形狀尺寸必須要保證轉(zhuǎn)彎后的

氣流分布均勻，均勻的氣流能夠使得煙氣放熱也均勻，管內(nèi)水或汽的吸熱也均勻，否則會使

一些管子吸熱多而另一些管子吸熱少，這對余熱鍋爐的安全運行是不利的。

主煙道和旁路煙道都裝有彩脹節(jié)，這是由于煙道受熱后要伸長，會對煙道的支架產(chǎn)生熱

應(yīng)力。采用膨脹節(jié)能吸收煙道的伸長量，可以減小熱應(yīng)力。

2.汽包

汽包是用懸吊的方式來固定，懸吊在伸出的懸臂框架上，懸臂框架與省煤器的框架相接。

采用懸吊方式可以使汽包有足夠的撓性，因汽包下部有下降管，上部有省煤器進水管、蒸發(fā)

器的汽水混合物引入管以及飽和蒸汽引出管等，當(dāng)這些連接管受熱膨脹時，都會對設(shè)備產(chǎn)生

附加應(yīng)力，現(xiàn)在汽包用撓性支架，能減少對設(shè)備產(chǎn)生附加應(yīng)力。

3.組件的裝配

整個余熱鍋爐分成幾個大組件，每個大組件在制造廠組裝好后裝運。在現(xiàn)場直接安裝，

這樣大大縮短安裝工期。這些增加有：煙囪，膨脹節(jié)，90。轉(zhuǎn)彎段，支承框架，汽包，煙道，

擋板，煙囪縮口，過熱器，蒸發(fā)器I和II,行煤器，旁路煙道及其擋

板和膨脹節(jié)等。

有熱煙氣流過的組件均裝有管箱板，管箱板上有法蘭。圖19-4

示出了上下拉桿組件管箱板的連接方式。考慮到減少散熱損失，保證

運行人員安全，管箱板由金屬板與保溫層組成。與高溫?zé)煔饨佑|的內(nèi)

壁采用耐熱合金鋼板，外壁采用碳鋼板。兩金屬那邊之間是礦物纖維

保溫層，外壁和內(nèi)壁用螺栓連接，螺栓預(yù)先焊在外壁鋼板的內(nèi)惻，在

內(nèi)壁相應(yīng)位置處預(yù)先沖孔眼，孔的直徑要比螺栓直徑大，多余的孔隙

量可以允許內(nèi)壁和外壁有相對移動。這是因為內(nèi)壁和外壁的溫度不同,1內(nèi)壁2外壁

材料不同，受熱后的膨脹伸長量也不同，所以兩壁之間會有相對移動。3保溫層4連接螺栓

法蘭法蘭螺栓

外壁上焊有加強框架，可保證管箱板的強度和剛度，外壁的兩端焊有56

法蘭，可以用來連接組件。圖19-4

煙氣在余熱鍋爐中自下而上流動，煙溫逐漸降低，所以管箱板的保溫層厚度也可減薄，

省煤器出口的煙氣溫度不超過200C,可以直接用碳鋼的鋼板制造煙道，來代替管箱板。

（四）受熱面組件的特點

受熱而組件指的是省煤器、蒸發(fā)器和過熱器，分別組成四個組件，其結(jié)構(gòu)型式基本.上是

相同的。只有管子直徑及有關(guān)尺寸略有不問，各組件由管組、聯(lián)箱、管箱板和支吊架組成，

現(xiàn)分別敘述之。

1.管組

圖5受熱面組件裝配

A準備管子，鋅坡口3焊接彎頭及連接直管C裝支吊架D支吊架裝頂板和底板

每個受熱面組件的管組包括兒十根管子，管子是帶肋片的，組成水平蛇行管，見圖19-

5。肋片管是用一定厚度（Imn）和一定寬度（12-20mm）的薄鋼帶繞在光管外壁上，繞的

型式采用螺旋線。薄鋼帶是用電阻焊與光管外壁相接的，使鋼帶與管外壁緊密結(jié)合，保證傳

熱效果好。

圖19-5表示了整個受熱面組件的裝配過程，二根直的助片管用一個180。彎頭連接，連

接方式采用焊接，最后組成?根水平蛇行管，兒十根并聯(lián)的蛇行管可以組成?個管組。

2.支吊架

采用“蜂窩狀”吊架，用兩塊凸凹板可以組成一個“蜂窩狀”吊架，凸凹的形狀是一個

等六邊形，像蜂窩的形狀，所以稱“蜂窩狀”吊架。圖19-5C中表示出一根水平蛇行管的

吊架，如果管子沿水平方向很長，需要多裝吊架，大約每隔一米需一個吊架。如果并聯(lián)的管

子數(shù)目是30根，在同一距離上就有30個吊架，采用吊架頂板和底板可以將此30個吊架組合

起來，最后如圖19—5D中表示的一個大的堅固的管組。

頂板用13?19mm厚的碳鋼鋼板制造，能夠承受管組的重量。

管子的肋片部份和支架板接觸，肋片外形是圓的，而支架權(quán)形狀是六角形，除了接觸點

以外，兩者之間有足夠的空隙，吊架本身又有撓性，可以微微移動。所以當(dāng)管了?受熱而膨脹

時，不易被吊架卡住，同時管壁不會被磨損。這種型式的吊架對于聯(lián)箱也是有好處的，因為

管組的進口聯(lián)箱和出口聯(lián)箱都是固定不動的，采用這種吊架，管子膨脹伸長是自由的，能減

少膨脹熱應(yīng)力作用到聯(lián)箱上。

3.聯(lián)箱

在整個管組和吊架裝配后，最后安裝聯(lián)箱，省煤器和過熱器的進出口聯(lián)箱型式是相同的。

而蒸發(fā)器的聯(lián)箱的型式常常是不同的。進口聯(lián)箱的直徑要小于出口聯(lián)箱的直徑，這是因為蒸

發(fā)器入口是水而出口是汽水混合物。

4.特點

組成的水平蛇行管的兩端可以自由伸長。從圖19-1中可以看倒全部彎頭都在高溫?zé)煹?/p>

以外，表明焊縫不和高溫?zé)煔饨佑|。這種受熱面結(jié)構(gòu)對快速起動有利。所以余熱鍋爐能夠隨

著燃氣輪機快速起動。受熱面的管子采用肋片管，可以增加傳熱量，反過來說，在傳熱量相

同的情況下，可以減小受熱面，使余熱鍋爐體積小，布置緊湊。所以目前不論是水平蛇行管

或直立式管都趨向丁?采用肋片管。例如：省煤器中每公斤水需吸收熱量314KJ。如果采用光

管，需0.497米長的管子，如果采用同管徑的肋片管。只需0.05米的管子：顯然后者可以縮

小尺寸。

從傳熱的觀點來分析，要提高傳熱量，就要減小傳熱的總熱阻。余熱鍋爐管子外面流的

是煙氣，管內(nèi)流的是水或汽或汽水混合物，前者的熱阻遠遠大于后者，相差幾十倍?幾百倍，

所以就要從管外側(cè)想辦法來改善傳熱，最有效的措施就是增加管外側(cè)表面積，也就是采用管

外加肋片的肋片管。

§2受熱面的設(shè)計計算

余熱鍋爐的產(chǎn)汽過程是通過省煤器、蒸發(fā)器及過熱耀來實現(xiàn)的。也就是通過管子把管外

煙氣的熱量傳給管內(nèi)的流體（水或汽）。

在運行中，如果省煤器和蒸發(fā)器傳過的熱量少，那么蒸汽產(chǎn)量少，蒸汽壓力低。如果過

熱器傳過熱量少，”就使蒸汽出口溫度低。另外，受熱面處在高溫?zé)煔庀鹿ぷ鳎軆?nèi)流體的流

動情況會影響管子金屬溫度，也就是影響管子強度，由此可見，這三個受熱面直接影響余熱

鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性。從事鍋爐運行的人員要了解產(chǎn)汽過程特點及傳熱的基本知識，

才能分析運行中出現(xiàn)的事故以及蒸汽參數(shù)調(diào)節(jié)的問題。

本節(jié)重點介紹傳熱及汽水兩相流問題。

一、熱量計算公式

每個受熱面有三個熱量計算公式，一個是煙氣放出的熱量、一個是管內(nèi)流體吸收的熱量，

一個是傳過去的熱量。這三個熱量是相等的，人們用熱平衡方程式來表示前二個熱量，用傳

熱方程式來表示后一個熱量，現(xiàn)分別敘述之。

（-）熱平衡方程式

煙氣經(jīng)過某受熱面所放出的熱量，扣除散到周圍的散熱量，就是煙氣的有效放熱量，公

式如下：

Q,,=（pV{r-r）J/S或w（1）

式中：Qp-煙氣有效放熱量；

0—保熱系數(shù)，考慮散熱量的影響，通常取0.98?D.99：

V—煙氣流量kg/s；

〃一煙氣進口熔，J/kg；

一煙氣出口給，J/kgo

管內(nèi)流體在某受熱而所吸收的熱量，用下式表示：

Qw=G（i'=i'）J/s或W（2）

式中：Qw一管內(nèi)流體吸熱量；

G一管內(nèi)流體流量kg/s；

流體出口焰，J/kg；

，”一流體進口焰，J/kgo

熱平衡方程式就是：Qp=

通常寫成（pVQ'/'）=G（r—f）（3）

分析（3）式，可以看到煙氣側(cè)改變?nèi)魏我粋€物理量的大小，都影響管內(nèi)流體的吸熱量，

也就是影響管內(nèi)流體的物理量的大小。例如：燃氣輪機降負荷，煙氣量V減少，如果煙氣的

進口和出口焰不變，整個煙氣放熱量減少。此時管內(nèi)流體吸熱量要減少，如果流體的流量G

不變，進口流體熔?不變，那么流體的出口烙廠就要減小。同樣的理由，改變煙氣熔也會影

響流體的出口焰。對于省煤器和過熱器來看，管內(nèi)水或汽的流量G不隨煙氣放熱量而變，只

改變水或汽的出口焙，也就是改變流體的出口溫度，而對蒸發(fā)器則不同，煙'I放熱量的變化

會使蒸汽產(chǎn)量發(fā)生變化以及蒸汽壓力發(fā)生.變化，這些都是運行中需要重視的參數(shù)。

公式（3）中，煙氣流量是隨燃氣輪機負荷而改變，煙氣進口焰也與燃氣輪機負荷有關(guān)，

煙氣的出口焰則與傳熱量大小有關(guān)，所以只有熱平衡方程式還不能確定煙氣放熱量，還需要

通過傳熱方程式來計和傳熱量，最后確定煙氣放熱量。上面已梃到，放熱量和吸熱量和傳熱

量三者是相等的，如果傳的熱量少，煙氣的放熱量和流體吸熱量都會隨之減少，這說明傳熱

量是很重要的，計算傳熱量采用傳熱方程式。

圖6肋片管的尺寸符號圖7受熱面的溫度分布（a）逆流（b）順流

（-）傳熱方程式。

從“傳熱學(xué)”中知道傳熱方程式的基本形式是:

Q=K-AJ/s或W(4)

式中：。一傳熱量：

K-傳熱系數(shù)，W/（m2rC）；

4一平均溫差，℃；

A一管子的傳熱面積，m2o

傳熱系數(shù)K的計算復(fù)雜，見（四）節(jié)內(nèi)容介紹。

1.肋片管子的傳熱面積計算

肋片管子的尺寸符號見圖6。管外壁的總傳熱面枳包括肋片的表面枳和無肋片區(qū)的管外

壁面積。令4/為肋片表面積，4切為無肋片區(qū)的管外壁面積，每米管長的總面積4）=A/+A加

m2/mo

勺=?（力；_。：卜2〃（5）

A,“=m,.（S/-y）x〃⑹

式中：〃一每米長度.上肋片的數(shù)目。（注：假定肋片端部絕熱。）

2.平均溫差、的計算

受熱面都是由多排的水平管圈組成，沿著管子長度各點的流體溫度是逐漸變化的，同時

對應(yīng)的各點的煙氣溫度也是逐漸變化的，因此只能求出整個受熱面的平均溫差。圖7表示三

種受熱面煙氣和管內(nèi)流體的溫度分布情況。進入受熱面的煙氣溫度為Ti，經(jīng)過放熱后的煙氣

溫度降到T2。進入受熱面的水（或汽）的溫度為5吸熱后溫度升高，離開受熱面時溫度為

t2。圖7中表示出（a）、（b）、（c）三種情形。

（a）表示熱流體（煙氣）與冷流體（水或汽）的流動方向是相反的，稱為“逆流”。兩

種流體的高溫段位于受熱面同一側(cè)，低溫段也位于受熱面的另一側(cè)。從（a）上可以看到，被

加熱的冷流體的出口溫度t2可以高于熱流體的出口溫度T2,此時，沿受熱而的各處溫度差（T

-t）比較一致，其數(shù)值比較大。這就是“逆流”布置的一個優(yōu)點。現(xiàn)在余熱鍋爐的省煤器和

過熱器是采用“逆流”布置，熱煙氣自下而上流動，水（或汽）自上而下流動。

（b）表示熱流體與冷流體的流動方向是相同的，稱為“順流”，可以看到，冷流體的出

口溫度匕不能與熱流體的出口溫度T?相同，至少要保持?個差值即（T?—12）＞0o同時沿受

熱面的溫差（T一〔）的變化大?開始溫差大，后逐漸減小，整個受熱面的溫差的平均值比較

小。

（c）表示冷流體溫度沒有變化，這種受熱面就是蒸發(fā)器。因為當(dāng)水變成蒸汽的過程中，

飽和溫度是不變的。不論采用“逆流”布置或“順流”布置，其溫差的數(shù)值是相同的。所以

余熱鍋爐的蒸發(fā)器可采用”“順流”布置。

管子的平均溫差用下列公式計算

一純

Ar=△0(7)

In組

式中：△〃一熱、冷流體溫差的最大值：

AL-熱、冷流體溫差的最小值。

上述符號的意義表示在圖7上。

公式（7）稱為“對數(shù)平均溫差”，是根據(jù)理想條件卜.推導(dǎo)出的。理想條件包括：單管、

流體比熱不變、對流換熱系數(shù)不變。而實際受熱面是多管的，流體比熱隨溫度而變化，對流

換熱系數(shù)也是在變化的，所以實際使用時，用修正系數(shù)進行修正，得到實際受熱面的對數(shù)平

均溫差是

余熱鍋爐各受熱面的蛇行管的彎曲數(shù)都超過四流程，所以修正系數(shù)W接近I。

例題1：已知省煤器進口水溫是HOC,出口水溫是180℃煙氣進口溫度是230℃,出

口溫度降到185℃,試計算逆流及順流布置時的對數(shù)平均溫差。

解：順流布置時，Atd=23O-llO=12O,Atx=185-180=5

于是，

人120-5cd

Ar=-TZTT=36.2

逆流布置時，△L=230—180=50,A（d=185-110=75

于是，A75-50…

△t=-----zz—=61.6

,73

In

50

例題一的答案表明，順流布置時，對數(shù)平均溫差要小。如果傳過同樣的熱量，從公式（4）

可以看出，需要的受熱面的面積大，需增大72%左右，所以余熱鍋爐中采用逆流布置…

（三）肋片管的傳熱過程

1.清潔管壁面的傳熱過程

圖8表示了肋片管的傳熱，假定金屬壁面是清潔的，沒有污垢層，可以認為傳熱有三個

階段，現(xiàn)分別敘述如下：

（1）第一個階段：煙氣對金屬壁的傳熱。煙氣的溫度是T,分別與肋片壁與管外壁接觸,

管外壁的溫度是1岫，肋片壁的溫度是L可以根據(jù)公式（4）的形式，分別寫出傳熱量公式,

Qi是傳給助片壁的熱量，Q2是傳給管外壁的熱量。

W（8）

Q?5A的一岫）W（9）

煙氣總傳熱量

0=%[4(r—G)+Aw>(7—j)Jw

(10)

上式中的肋片壁溫tx是一個平均溫度值，距離管外壁近的肋片根部的溫度接近管外壁溫

twb，而在肋片頂端處的溫度要二匕管外壁溫Iwb高，所以采用平均值。L的數(shù)值與以下物理量有

關(guān)：管外壁溫度、管子尺寸、肋片尺寸、金屬壁的導(dǎo)熱系數(shù)、煙氣的換熱系數(shù)等。經(jīng)數(shù)字推

導(dǎo)并加整理，得到助片效率Ef和系數(shù)B。

(11)

(12)

兩者的關(guān)系Er=/(B)示于圖9中。

式中：入b—金屬壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m-'C)

叫一煙氣對壁的換熱系數(shù)W/(nr-Do

其余符號見圖6及圖8所示。

肋片效率E「的物理意義表明金屬本身的熱阻的影響。從公式(11)中可以看到，當(dāng)金屬

有熱阻時，tx大于twb，0是一個小于1的數(shù)值。在理想情況下，金屬沒有熱阻，tx等于twb，

肋片效率Ef=l。將(II)公式中的(T—1、〉代人公式(10)中，得到第一階段傳熱量為：

Q,=aXAfEf+A^-t^W(於)

(2)第二個階段：從管外壁到管內(nèi)壁的傳熱量為：

Qu=~r(3-兒)4W

b(14)

式中：b一管壁厚度，m：

tnb一管內(nèi)壁溫度，C：

Ab一一用平均直徑計算的管子平均面積，n?。

(3)第三個階段：從管內(nèi)壁到管內(nèi)流體的傳熱量為：

Q/〃=%(*t)4w(⑸

式中：—管內(nèi)流體的換熱系數(shù)，W/(nr?*C)；

Anb一管內(nèi)壁面積，nf

t一一管內(nèi)流體的平均溫度，℃。

在穩(wěn)定傳熱過程中，上述的三個階段的傳熱量是相等的，得到Q=QI=QI=QHI，將各Q

值代入后，加以整理，得到

=a

Q=at(AfEf+AMkT.='(j-a)42Qnh—t)Anb

根據(jù)(7)+(4曲一'汕)+('汕一。二T-

得到

「_Q__、+-￡_

號+4〃）當(dāng)兒力(16)

可以寫成公式（4）的通用形式,

=必W

Q(17)

式中：Ao一肋片、管外壁總面積，Ao=Af+Awb；

△I一對數(shù)平均溫差，℃

2e

K一總傳熱系數(shù)，W/（m-C）0

其計算見（四）節(jié)內(nèi)容

2.壁面有污垢的傳熱過程

圖（10）表示有污垢時的傳熱，由于污垢層的熱阻大，使

管外壁溫皿降低，依此類推，最終使冷流體的溫度降低，達

不到預(yù)定的加熱溫度。當(dāng)余熱鍋爐受熱而存有污垢時，就有此

現(xiàn)象產(chǎn)生，污垢厚度越厚，此現(xiàn)象越嚴重。

污垢層的傳熱量可按照公式（14）的形式

Q~-％)A,”W

W

工程上直接用污垢系數(shù)來表示污垢層的熱阻。Rw表示外壁的污垢系數(shù)，R、產(chǎn)bMU：Rn

表示內(nèi)壁的污垢系數(shù)，Rn=bm^ni->

考慮到污垢層比較薄，近似認為Aww=A（），Anw=Anb，九得到：

0二;（4加—汕）4W(18)

Kw

。二=-〃》一《曲JA/,〃W(19)

Kn

將以上兩式與其他三項傳熱量合并后，得到：

Q?Q+Q+QQ_

+1一T11t

(x\AfE+A)、—A(20)

fwhba扒疝_LA

RR，b

w°bb

比較公式（16）與公式（20）,可以看出，由于等號左邊增加了兩項，使數(shù)值變大，等號

右邊的（T-t）的差值也變大.表示冷流體被加熱的溫度要降低，即余熱鍋爐產(chǎn)汽量或蒸汽

出口溫度均要降低，這說明受熱面結(jié)垢對運行是不利的。

（四）肋片管的傳熱系數(shù)計算

將公式（20）寫成通用形式：

Q=AS4nA/

得到傳熱系數(shù):

H而飆)+凡+鐐+(Y圖'W/(m2°C)

(21)

上式第?項是煙氣換熱的熱阻，第二項是煙氣側(cè)壁面的污垢熱阻，第三項是金屬管壁熱

阻，第四項是管內(nèi)壁污垢熱阻和管內(nèi)流體換熱的熱阻。計算傳熱系數(shù)K,首先要計算四、s、

以及Rw、&、Xb0現(xiàn)分別敘述如下。

1.金屬管壁導(dǎo)熱系數(shù)小.

對于碳鋼的管材，當(dāng)溫度為20℃時，Xb=46W/(m?℃),隨著溫度升高而略有降低，

當(dāng)溫度在100℃?200℃之間，居=40W/(m?°C)。

對于含銘鋼管，當(dāng)溫度在400℃時，導(dǎo)熱系數(shù)M=38W/(m-'C),過熱器常采用格鋼

來制造。

2.管外壁和管內(nèi)壁的污垢系數(shù)

管外壁的污垢包括氧化膜及積灰，其污垢系數(shù)Rw隨燃料氣的性質(zhì)而定，燃用天然氣時，

2

Rw可取0.000351祐?℃/W,燃用油時，Rw可取O.OOO8m?C/W

管內(nèi)壁的污垢包括氧化膜及水垢，采用水處理的軟化水作為鍋爐給水時，污垢系數(shù)R?

可取0.0001?0.00()2m2?C/W.當(dāng)軟化水質(zhì)量不合格，水垢層厚度會變厚，使污垢系數(shù)隨

運行時間增加而增加。所以要保證鍋爐給水的質(zhì)量。

3.煙氣換熱系數(shù)w

肋片管采用正二角形錯列布置時，換熱系數(shù)四可用布里格斯的實驗公式。

--10.296

ez,=0.1378Re0718Pr0333—:廠丫、—W/(m2?0C)

[O.5(0"JDW

(22)

式中：Sf,Y,D,,Dw垢構(gòu)尺寸見圖6；

Re-雷諾數(shù)，wDp

Re=———

4

Pr—普朗特數(shù),

w—煙氣在最小通流截面處的流速，m/s

p—煙氣密度，kg/m3

口一煙氣粘度(粘性系數(shù))，Pas

Cp—煙氣定壓比熱，J/kg℃

入一煙氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/m℃

當(dāng)肋片管的結(jié)構(gòu)尺寸確定后，其余物理量都與煙氣溫度有關(guān)，其中煙氣流速還與煙氣流

量有關(guān)。

通常煙氣的換熱系數(shù)ai的數(shù)值范圍是幾十，所以其熱阻大，是決定傳熱系數(shù)的主要因素，

余熱鍋爐運行時的負荷變化也取決于煙氣換熱系數(shù)，例如，當(dāng)煙氣流量增加，煙氣流速就增

大，雷諾數(shù)Re增大，換熱系數(shù)四就加大，傳熱系數(shù)K也變大，傳熱量增加，使余熱鍋爐的

產(chǎn)汽量增加。反之，煙氣流量減少，換熱系數(shù)也減小，傳熱量就少，產(chǎn)汽量也少。

注：關(guān)于一般的傳熱計算，傳熱系數(shù)K,熱阻，熱阻中的關(guān)鍵項一煙氣側(cè)對流換熱系數(shù)。

例題2：已知某處煙氣流速I7m/s,溫度375C,當(dāng)煙氣(質(zhì)量)流量不變，溫度升高到

450c時，分析換熱系數(shù)四的變化。

解：按布里格斯的實驗公式，計算結(jié)果如下:

溫度CXPr口/pWRe

57.4X106

3750.04890.70217296167DW

-6

4500.05380.70669.14X1019274391DW

得：01450/(X375=1.043

注：質(zhì)量流量不變，通流面積不變，煙氣的體積與絕對溫度成正比，流速也就與絕對溫

度成正比，從而得到450c時的速度。

入，中或丫=口/「等一般可從工程手冊上查到。雷諾數(shù)和普朗特數(shù)可根據(jù)定義式計算，

其中定樂比熱一般也可查到.在七變化不大的情況下.定壓比熱可以認為是常數(shù)。另外,密

度p可以根據(jù)狀態(tài)方程求得。在本例情況下，壓力不變，密度與絕對溫度成反比。

由本例得，換熱系數(shù)增加了4.3%。通常情況下，溫度變化1℃,換熱系數(shù)變化0057%。

4.管內(nèi)流體換熱系數(shù)

(1)單相流體換熱系數(shù)C12的計算，如在省煤器內(nèi)和過熱器內(nèi)的情況，可用公式：

os0332

a2=O.O23RePr—W；(m-℃)⑵)

式中，入一管內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)，w/(meC)；

4一管內(nèi)徑，m。

(2)兩相流體的換熱系數(shù)計算，如在蒸發(fā)器內(nèi)的情況，比墳更雜，為汽水兩相流動，又

是沸騰過程。推薦使用下述公式計和蒸發(fā)器內(nèi)有沸騰的兩相流換熱系數(shù)：

a2=SaF+an(24)

式中，由一沸騰換熱系數(shù)；

。山一強迫對流換熱系數(shù)；

S一修正系數(shù)，與汽水兩相參數(shù)F有關(guān)，與雷諾數(shù)Re，有關(guān)，可從圖11查得。F

的計算公式為公式270

可見換熱系數(shù)由兩部分加權(quán)迭加而得，一部分考慮沸騰換熱，一部分考慮強迫對流換熱。

a.沸騰換熱系數(shù)ar：

。戶=CX?/)7

(24)

式中，C一與壓力有關(guān)的系數(shù)，查圖12；

2

q—管內(nèi)壁熱負荷，W/m,q=Q/An:

圖II修正系數(shù)S圖12系數(shù)C與壓力的關(guān)系

b.兩相強迫對流時的換熱系數(shù)a#：

=八。；(25)

式中：g?一假定管內(nèi)全是飽和水時的對流換熱系數(shù)，用（23）式計算;

產(chǎn)一存在蒸汽的修E系數(shù)，

F=3.5（X?）-°-5(26)

X”是考慮水中有汽水共存時的兩相參數(shù)：

X”(27)

式中，p'7p，一飽和汽與飽和水的密度比；

3加”一飽和水與飽和汽的粘性系數(shù)比;

x一平均質(zhì)量含汽率，

x=0.5—

G(28)

D一出口處蒸汽流量:

G—入口處水的流量。

三、在運行條件下受熱面?zhèn)鳠崃康淖兓?/p>

一臺余熱鍋爐的產(chǎn)汽量與吸收的熱量有關(guān)，也就是與傳熱量有關(guān)。在運行條件下，各種

因素都會影響到余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，現(xiàn)分析如下。

（-）煙氣流量變化

已知A余熱鍋爐的進口煙氣量為I35.5kg/s,現(xiàn)煙氣量降為97.2kg/s；假走進口煙氣溫度

不變，此時蒸發(fā)器產(chǎn)汽量將如何變化？

圖13產(chǎn)汽量與煙氣參數(shù)的關(guān)系

煙氣量卜.降為原值的71.7%,煙氣的換熱系數(shù)卜.降為原值的78.8%,假定其它各項熱阻

不變，總熱阻增加1.23倍，傳熱系數(shù)下降為原值的81.6%。由于傳熱系數(shù)下降的幅度小于煙

氣量的下降幅度，表明蒸發(fā)器出口處的煙氣溫度也要下降，最終平衡在一個新的位置匕經(jīng)

試算后，傳熱量為原值的73%時是合適的。此時煙氣量下降為71.7%,產(chǎn)汽量下降為73%,

離開蒸發(fā)器的煙氣溫度比原設(shè)計值下降5℃,考慮到進入省煤器的煙氣溫度降低，省煤器的

平均溫差下降得多，可以認為生產(chǎn)飽和蒸汽的A余熱鍋爐的產(chǎn)汽量與煙氣量成比例，圖13

示出了產(chǎn)汽量與煙氣量的線性關(guān)系.

（二）煙氣溫度變化

煙氣溫度的變化影響平均溫差，同時也影響傳熱系數(shù)。例題二的數(shù)據(jù)說明溫度對傳熱系

數(shù)的影響不大，主要是影響平均溫差。現(xiàn)在仍然用A爐中的蒸發(fā)器為例說明影響傳熱量的大

小（即產(chǎn)汽量的大小）。

在煙氣流量不變的條件下，假定進口煙氣溫度下降到400℃,先假定離開蒸發(fā)器的煙氣

溫度不變時，得到煙氣有效放熬量降為原值的56%,平均溫差降為原值的69%,傳熱系數(shù)降

為原值的96.7%,傳熱量降為原值的66.7%,顯然,此熱量與煙氣放熱量不同，表明傳熱能

力大，使離開蒸發(fā)器的煙氣溫度必然會下降。經(jīng)試算后，得到離開蒸發(fā)器的煙氣溫度為207℃,

此時煙氣有效放熱量為28840kW,傳熱量為28822kW,兩者相符。熱量為原值的58%,即

產(chǎn)汽量為51400kg/ho選用多種煙氣流量數(shù)值和煙氣溫度數(shù)值，可以鳧出各個平衡點，平衡

點組成的曲線示于圖13中。當(dāng)煙氣量不變時，溫度與產(chǎn)汽量也是直線關(guān)系。

圖13是根據(jù)A余熱鍋爐制定的，可供運行人員參考，（該圖由廠方提供）。

應(yīng)該說明，對于具有過熱器的余熱鍋爐，因蒸汽出口溫度與產(chǎn)汽量有關(guān)，計算比較復(fù)雜，

但基本原理是相同的，此處就不敘述。

四、煙氣流阻

煙氣從燃氣輪機出口，經(jīng)煙道、各受熱面直到煙囪出口，是靠自身具有的排氣壓力，也

就是說燃氣輪機出口的排氣壓力要能夠克服全部流動阻力。根據(jù)流體力學(xué)的基本公式，流動

阻力可以寫成

△〃=APa（30）

式中：w—煙氣平均流速，m/s；

p-煙氣密度kg/m3

273p

P=A

273+TPo

T一煙氣平均溫度，C；

p—煙氣平均壓力，可取p=Po；

P。一標準氣壓;

po一標準情況下煙氣的密度，kg/Nm3；

A一系數(shù)，根據(jù)具體條件而定。

當(dāng)流經(jīng)三角形錯列布置的肋片管時，用公式（31）來計算A值：

zx-0.927（X0.515

4=37.86Re-0316.^^.今?N（31）

式中：N一沿?zé)煔饬鲃臃较虻目v向管排數(shù):

S]一管子橫向間距，m：

S2,一管子斜向間距，m。

在正三角形布置時,S,=S2*0

在運行條件下，煙氣流量和煙氣溫度的變化都會影響流阻的大小，從公式30和31可以

推導(dǎo)其間的關(guān)系：

Apx(273+t)0-684

△pocV1-684

GE公司提供的余熱鍋爐采用立式布置，煙氣向上流動時，會產(chǎn)生自生.引力，自生引力

可用下式計算：

ApzS=gh(p]-pr)

式中，h—余熱鍋爐出口高度；

Pi-外界冷風(fēng)密度：

P.一平均溫度下的煙氣密度。

自生引力與煙氣溫度有關(guān)，煙氣溫度越高，則自生引力也越大。

煙氣的流動阻力由煙氣壓力降及自生引力來平衡。

制造廠提供了煙氣壓力降與煙氣流量、煙氣溫度的曲線圖，示于圖15中，該圖適用于A

余熱鍋爐。

圖14肋片管錯列布置

圖15煙氣壓力損失

§3蒸發(fā)器的工作特性及其系統(tǒng)

蒸發(fā)器系統(tǒng)包括：兩組蒸發(fā)器、循環(huán)泵及汽包三種主要設(shè)備。在此系統(tǒng)內(nèi)是水吸收熱量

變成蒸汽，即沸騰過程。由于水平管組內(nèi)的沸騰過程會影響設(shè)備的安全性，所以本節(jié)主要敘

述沸騰過程的特點，以及各主要設(shè)備的安全性。1表示三種主要設(shè)備的連接。從存煤器出來

的水進入汽包的水空間，與汽包內(nèi)的水均勻混合后，從汽包底部的?根下降管到循環(huán)泵入口，

水在循環(huán)泵內(nèi)升壓后，進入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器有兩組，是并聯(lián)的，部分水在蒸發(fā)器內(nèi)汽化成汽,

汽水混合物離開蒸發(fā)器進入汽包，在汽包內(nèi)使汽水分離，蒸汽從汽包頂部管子引出，去用戶

或去過熱器。水留在空間，再進入下降管依次循環(huán)。

一、蒸發(fā)器的熱力特性

水的沸騰過程是?個復(fù)雜的換熱過程，煙氣加熱肋片及管壁，管壁溫度升高，使緊鄰內(nèi)

壁的水溫升高，當(dāng)溫度高于飽和溫度一定值時，壁面上會有汽泡產(chǎn)生，長大，然后脫離壁面

與水流一同流動，汽與水的流動型式是多種多樣的，不同的流型具有不同的熱力特性。

（■）受熱時水平管內(nèi)汽水兩相流的流型

圖16是一根水平管受熱時的典型圖，此圖適用于余熱鍋爐，因其熱負荷不大。現(xiàn)分析圖

中各區(qū)域的特點。

1泡狀流II塞狀流III彈狀流IV波浪狀流V環(huán)狀流VI分層流a間歇干燥區(qū)b長期干燥區(qū)

圖16水平蒸發(fā)管中的流動形式

IIX:壁面上形成的汽泡進入水中，汽泡較小。當(dāng)水流速低時，由于汽與水的密度不同，

在重力影響下，使汽泡趨于管道的上半部，因汽泡小而數(shù)量多，稱為“泡狀流二沿管內(nèi)壁均

有水，使管壁得到冷卻，安全性好。當(dāng)水流速增大后，水的動能可帶動汽泡趨于管中間，使

汽泡均勻分布。

II區(qū)：隨著汽泡數(shù)量增多，汽泡聚合而成大汽泡，在水流中流動，好像是個汽塞，稱為

“寒狀流”。此大汽泡也是趨于沿管上半部流動。

III區(qū)：在塞狀流的基礎(chǔ)上，汽泡又變大，變長，形狀像子彈，稱為“彈狀流”。在彈狀

汽泡四周仍有水層，可以冷卻管壁。

IV區(qū)：蒸汽連成?片。蒸汽的速度增大，使汽水分界面掀起擾動的波浪稱為“波浪狀流”,

此波浪被用到管壁上部，使上部管壁經(jīng)常有水冷卻。形成間歇干燥區(qū)。

V區(qū)：當(dāng)蒸汽速度很高，汽流就位于管道中心流動，形成汽核，在汽核周圍有一層水膜，

通常是下部水膜厚，上部水膜薄。水膜沿管內(nèi)壁呈環(huán)狀，故稱為“環(huán)狀流”。如果上部失去水

膜，形成長期干燥區(qū)，將使管壁得不到冷卻而超溫損壞。

VI區(qū)：管內(nèi)水流速和蒸汽流速都很低時，由于重力的影響，使蒸汽沿管道上部流動，水

沿管道下部流動，在蒸汽上部邊界沒有水膜，汽與水的分界面口光滑，稱為“分層流”。

以上六種流動型式的熱力（傳熱）和水力（流陽）特性是不同的。從安全性的角度來看，

只有“分層流”是不好的，所以蒸發(fā)器在運行中，不允許出現(xiàn)‘'分層流"。卜.面將逐步解釋此

問題。

（二）水沸騰的傳熱過程

沸騰的定義是：在水的內(nèi)部（而不是水的表面）產(chǎn)生汽泡的汽化過程。例如管內(nèi)是飽和

水，吸熱后，在管壁上就會形成汽泡，這就叫沸騰。

沸騰過程可分兩種，一種是大空間沸騰，水是依靠自然對流作上下運動的，例如家庭用

水壺?zé)_水、壺底的水吸熱后上升，周圍的水卜降吸熱，最后使壺內(nèi)之水溫都升高。另一種

是對流沸騰，即水在管內(nèi)流動而沸騰，余熱鍋爐的蒸發(fā)器內(nèi)的水就屬于對流沸騰。

由于蒸發(fā)器內(nèi)水溫的不同，又可將沸騰分為過冷沸騰和飽和沸騰，現(xiàn)分別敘述之。

I.過冷沸騰

過冷的意義與本章第二節(jié)中提到的欠溫是相同的，即水溫低于飽和溫度。

過冷沸騰指的是：整個水溫低于飽和溫度，但在局部區(qū)域沸騰產(chǎn)汽。

例如：進入蒸發(fā)器的水溫通常是汽包壓力對應(yīng)的飽和水溫，而進入蒸發(fā)器的水的壓力要

大于汽包壓力，這是因為經(jīng)循環(huán)泵后水壓升高，此時的水溫對應(yīng)于水壓而言，是過冷的。如

果汽包壓力是4MPa,對應(yīng)的飽和水溫是250.3C,當(dāng)水壓升到4.2MPa時，對應(yīng)的飽和水溫

應(yīng)該是253.2C,表明過冷度約為3”C。

具有過冷度的水進入蒸發(fā)管，管外有高溫?zé)煔饧訜幔构鼙跍囟壬撸?dāng)壁溫高于飽和

溫度時，使緊貼著管壁的水層溫度也能略高于飽和溫度，在此水層內(nèi)的水會汽化(即沸騰)。

汽泡的產(chǎn)生、長大和脫離將會強烈地擾動水層，使換熱加強，即換熱系數(shù)增大，這就叫做“過

冷沸騰”。例題三A余熱鍋爐的蒸發(fā)器I中，進入蒸發(fā)器的水沿最下排管內(nèi)流動，此時最下

排管子與540c的高溫?zé)煔饨佑|，有可能發(fā)生過冷沸騰。一般來說，由于管內(nèi)的水溫低于飽

和溫度，當(dāng)這些汽泡脫離壁面進入主水流中，就會發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，此時的過冷沸騰能夠穩(wěn)定

進行。如果水流速低，管壁上部產(chǎn)生之汽泡不能脫離壁面，將會在管壁上形成汽膜，使管壁

不能冷卻，因壁溫升高使強度卜.降而損壞，所以時于過冷沸騰也要注意其破壞性。

2.飽和沸騰

水不斷被加熱，直至全部水溫達到飽和溫度以后，就發(fā)生飽和沸騰。此時蒸汽不會再凝

結(jié)，蒸發(fā)器的大部份管內(nèi)都進行著飽和沸騰。為了計算傳熱量，需要了解飽和沸騰時的換熱

系數(shù)的計算。飽和沸騰的傳熱隨流動型式而不同，通常可以分為二類，一類是圖16中的泡狀

流、塞狀流、彈狀流，其特點是汽泡周圍都有水層存在，汽泡在水流中流動，稱為“飽和泡

態(tài)沸騰”。另一類是圖16中的環(huán)狀流，水在四周流動，汽在中心區(qū)流動，各自有流通截面和

流速，稱為“兩相強迫對流”，這兩種沸騰的產(chǎn)汽方式也是不同的。

(1)飽和泡態(tài)沸騰：汽泡常在管壁上產(chǎn)生、長大、再脫離。從管壁上帶走熱量有兩種方

式。一種是汽泡生成需要熱量，汽泡脫離就帶走熱量。另一種是靠壁面內(nèi)的水層的換熱來帶

走熱量，兩者都起作用，綜合后使傳熱增強，所以換熱系數(shù)很大。

(2)兩相強迫對流：管內(nèi)壁處有水層，水層的水溫比飽和溫度大的數(shù)值不足以在管壁上

形成汽泡。也就是說水溫的過熱度不夠。此時只能靠水層內(nèi)水的流動所形成的對流換熱，把

管壁的熱量轉(zhuǎn)移到水層，使水層與蒸汽的分界面上有水蒸發(fā)成蒸汽，連續(xù)的蒸發(fā)過程就把熱

量帶走。這種“環(huán)狀流”的水和汽流速高，水層的對流換熱強，所以水層的溫度難以升高到

有足夠的過熱度，對于這種在汽水表面產(chǎn)汽的過程，通常不叫“沸騰”，而命名為“兩相強迫

對流”。

在實際工程中可以根據(jù)熱負荷、質(zhì)量含汽率等參數(shù)來確定沸騰的形式，作為計算傳熱系

數(shù)，兩者差別不大，同時考慮到沿管段的熱負荷和質(zhì)量含汽率都是在變化的，也難以精確分

開，所以不再分別敘述其傳熱計算。

國外學(xué)者認為：飽和泡態(tài)沸騰和兩相強迫對流的汽化過程中，都存在泡態(tài)沸騰和對流兩

種傳熱機理。例如從管壁上產(chǎn)汽，出現(xiàn)小汽泡，這是泡態(tài)沸騰。不產(chǎn)汽泡的區(qū)域有水層流動，

這是對流傳熱，同樣，在兩相強迫對流過程中，水層表面形成的蒸發(fā)過程，也擾亂了水層，

其作用與泡態(tài)沸騰相同。

3.傳熱過程：

水沸騰時的換熱系數(shù)是很大的。從例題.三的計算中，可以看到兩相對流的換熱系數(shù)為單

相對流的3.9倍,即3.9X5024=19593.6W/(m2c),泡杰沸騰時的換熱系數(shù)為(19130.2,誤)

6923.7W/(m2℃)o最后的沸騰換熱系數(shù)為(38724,誤)20286W/(m2.C)。

下面將對上節(jié)計算公式加以說明。

沸騰時換熱系數(shù)達到五位數(shù)字，這是因為汽泡的產(chǎn)生，長大和脫離嚴重地擾亂了水的邊

界層，使水分子活躍，增加了紊流度，使換熱增強。

關(guān)于附面層問題，層流底層。

卜.面的內(nèi)容需要簡單講解流體的粘性、粘性系數(shù)，氣體和液體粘性系數(shù)隨.C的變化等。

蒸發(fā)器管內(nèi)的水的沸騰過程包括“泡態(tài)沸騰和兩相對流”的傳熱過程，所以采用公式（24）

的計算型式。

（1）adi是兩相流強制對流換熱系數(shù)，在管內(nèi)流動時，可以寫成通用型式：

tz=0.023—Re08Pr04

df，//D

式中的導(dǎo)熱系數(shù)晨雷諾數(shù)Re和普朗特數(shù)Pr,都是汽和水兩相流的物理量，實際中難以確定。

所以按照單相飽和水在管內(nèi)流動時的各物理量來計鳧換熱系數(shù)，然后用試驗方法，找出修正

系數(shù)F,經(jīng)多次試驗結(jié)果，得到有汽存在時的修正系數(shù)F=3.51X”）一。5。

當(dāng)含汽量增加，意味著汽泡多，其擾動加劇使換熱加強，從公式（28）也可以看出含汽

率X增加，兩相參數(shù)X”值減少，系數(shù)F增加。

隨著壓力增加，蒸汽的密度增加，水的密度降低（解釋：飽和狀態(tài)的溫度和壓力是一一對

應(yīng)的，壓力增加意味著溫度增加，因此水的密度下降）。水的粘度減小，而汽的粘度略增，汽

與水的物性差別減小，說明汽泡之作用減弱，使換熱減弱，從公式（28）也可以看出壓力增

加使汽水密度比增加，使X”值增加，盡管水汽粘度比減小，但其占的比重小。綜合后仍使

X”值增加，系數(shù)F減小。

（2）SaF是管內(nèi)沸騰時的換熱系數(shù)

aF是考慮沸騰時汽泡的作用而具有的換熱系數(shù)，通常是按巡大容積沸騰換熱來計算的，

經(jīng)過許多學(xué)者試驗總結(jié)，大容積沸騰換熱系數(shù)與熱負荷0.7次方成比例，還與汽和水的物性

有關(guān)，例如：導(dǎo)熱系數(shù)、密度、粘度、表面張力、比熱等等。在飽和狀態(tài)下，這些物性都與

壓力有關(guān)，所以用物性系數(shù)C來表示，整理為aF=C-q07,即公式（25）,C可從圖12中查

得。

由于管內(nèi)流動條件下的沸跨與大容積沸騰有差別，所以用修正系數(shù)S來修正，此修正系

數(shù)是按照試驗結(jié)果而整理的。當(dāng)水流的雷諾數(shù)大，表明偏離大容枳沸騰的程度大，S值就小，

當(dāng)水流中含汽量大，蒸汽存在的形式會以彈狀、環(huán)狀為主，此時考慮蒸汽存在的系數(shù)F