锅炉辐射传热是炉内高温火焰与受热面之间以电磁波形式进行的热量传递,主要发生在炉膛内部。了解辐射传热的具体部位,有助于判断锅炉受热面布置特点及运行中的换热效率。锅炉辐射传热部位主要集中在炉膛水冷壁、炉膛出口处屏式过热器、炉顶及炉底受热面、燃烧器区域水冷壁以及部分锅炉的辐射式过热器和再热器。
炉膛水冷壁是锅炉最主要的辐射受热面。现代电站锅炉和工业锅炉普遍采用膜式水冷壁结构,紧密布置在炉膛四周,直接面对高温火焰和高温烟气。燃料燃烧产生的火焰中心温度可达1400至1600摄氏度,水冷壁管内的汽水混合物吸收大量辐射热,使管壁温度保持在相对安全的范围内。水冷壁吸收的辐射热量通常占锅炉总吸热量的百分之四十至五十,是蒸发受热面的核心部分。
屏式过热器位于炉膛上部出口区域,既吸收炉膛内的直接辐射热,也吸收流经屏间的高温烟气对流热,属于半辐射式受热面。由于屏式过热器布置在炉膛出口烟窗附近,烟气温度仍然很高,辐射换热强度较大。其受热面管屏间距较大,能够有效吸收炉膛火焰和高温烟气的辐射能,同时降低进入对流烟道的烟气温度,保护其后部的对流受热面。
炉顶受热面通常由顶棚过热器或炉顶水冷壁构成,布置在炉膛顶部,直接承受炉内火焰向上的辐射热。炉底受热面在固态排渣锅炉中一般由倾斜水冷壁构成冷灰斗,同样参与辐射换热。在液态排渣锅炉中,炉底熔渣池区域的受热面也以辐射方式吸收熔渣和火焰的热量。
燃烧器区域水冷壁是辐射热流密度最高的部位之一。燃烧器喷口周围火焰集中,局部辐射强度大,该区域水冷壁管容易出现热负荷偏高的情况。因此,燃烧器区域水冷壁通常采用内螺纹管或提高质量流速的方式强化换热,防止膜态沸腾和管壁超温。
部分高参数锅炉还设置辐射式过热器和辐射式再热器,布置在炉膛上部或炉膛内,直接吸收炉内辐射热。这类受热面由于管内蒸汽冷却能力相对较弱,对辐射热负荷变化较为敏感,运行中需要严格控制壁温。
总体来看,锅炉辐射传热部位以炉膛水冷壁为主,同时包括屏式过热器、炉顶和炉底受热面、燃烧器区域水冷壁以及辐射式过热器和再热器。这些部位共同构成锅炉的辐射受热面系统,承担着将燃料燃烧释放的热量高效传递给工质的重要任务。