鍋爐管壁溫度的計算

鍋爐受熱面壁溫工況是保證鍋爐可靠工作的首要因素之一，所有受熱面的壁溫必須低于材料的最高允許溫度。

鍋爐受熱面的正常壁溫工況取決于三個條件：一是保證金屬材料具有足夠的機械強度；二是限制因溫度過高而在管壁表面形成氧化皮，三是不允許出現管壁溫度的長久波動。

隨著管壁溫度升高，金屬強度下降，金屬材料的使用壽命也隨之縮短。

鍋爐受熱面外表面處于具有腐蝕性的煙氣中，當受熱面外壁溫度升高到某一數值時，會在管子外表面形成氧化皮，導致材料的結構發生改變。金屬的氧化速度主要取決于溫度，溫度越高，氧化速度越快。 因此還應校核受熱面管外壁溫度。

不論何種形式的管子都處于不均勻受熱狀態，管壁內部溫度場是三維分布，任意兩點之間都存在溫差，沿管子高度、圓周及徑向三個方向都有熱量的交換。

如何計算：

沿圓周均勻受熱時圓管的管壁溫度：

t_nb=t_gz+Δt₂          

t_wb=t_gz+Δt₂ +Δt_gb    

t_b=t_gz+Δt₂+?Δt_gb   

t_nb、t_wb、t_b及t_gz分別是管子內壁溫度、外壁溫度、管子內外壁平均溫度及工質的平均溫度，℃

一般受熱面管子外壁的熱負荷q_w可從鍋爐熱力計算取用，令管子外徑與內徑之比β=dw/dn，內壁的熱負荷q_n=β*q_w，這樣管子內壁溫度跟工質溫度之差Δt₂ 為：

Δt₂=t_nb-t_gz=q_n/α₂=βq_w/α₂  

q_n、q_w為管子內壁、外壁熱負荷，W/m²

α₂ 為內壁到工質的放熱系數，W/（m^{2 。}℃）

通常情況下α₂=10²~10³ W/（m^{2 。}℃）

由熱平衡原理，穩定狀態下通過圓筒壁的總熱量與通過外壁傳熱量相等，即

從式中可以看出，工質的溫度t_gz越高，受熱面的熱負荷q_w越大，管壁至工質的放熱系數α₂ 越小，管子的外徑和內徑的比值β越大，以及金屬材料的導熱系數λ越小，管壁的溫度越高。

金屬的導熱系數λ與它的材料種類及溫度有關。一般隨著金屬溫度的升高，碳鋼的λ下降，而高合金鋼的λ增加。