生物質(zhì)直燃鍋爐設(shè)計計算（詳細）

本文格式為Word版，下載可任意編輯——生物質(zhì)直燃鍋爐設(shè)計計算（詳細）生物質(zhì)直燃鍋爐設(shè)計計算

生物質(zhì)直燃鍋爐設(shè)計計算3.1鍋爐設(shè)計時主要的結(jié)構(gòu)尺寸1）爐膛凈空尺寸：250×250×1400

2）爐排有效面積250×600，共做3塊，爐排小孔4mm，開孔率40%，爐排下兩側(cè)裝導(dǎo)軌，機械傳動3）前拱高200，長50；4）后拱高180，長300

3）爐頂出口：天圓地方結(jié)構(gòu)，出口60mm4）點火爐門80×80，裝在側(cè)強5）看火孔42mm6）爐前裝料斗7）料層厚度60mm

6）爐頂裝省煤器，管子18mm，前后各布置測點一個。

8）每隔300mm一個測點，測點預(yù)留孔14mm，煙囪上布置一個測點9）支架高度800mm

10）爐膛內(nèi)襯80mm厚，布置抓釘11）整體用不銹鋼外包裝12）支架高度800mm

13）整體外形長寬高：760×410×22003.2試驗原料

本試驗是采用生物質(zhì)顆粒燃料（玉米秸稈顆粒燃料），是由生物質(zhì)燃料成型機壓制而成的。其尺寸是圓柱形，直徑是8mm，燃料顆粒自然堆積密度為554.7kg/m3，其顆粒密度為1200kg/m3。試驗前用氧彈式量熱儀測定玉米顆粒燃料的收到基凈發(fā)熱量qnet,ar，qnet,ar=15132kJ/kg。由燃料元素分析儀分別測定其收到基中C，H，N，S，O的含量，得到：Car=44.92%，Har=5.77%，Nar=0.98%，Sar=0.21%，Oar=31.26%。

用燃料工業(yè)分析儀分別測定其收到基水分含量（Mar），收到基揮發(fā)分含量（Var），收到基固定炭含量（Far），收到基灰分含量（Aar）。如下：

Mar=9.15%，Var=75.58%，F(xiàn)ar=7.56%，Aar=7.71%。3.3直燃鍋爐設(shè)計的相關(guān)參數(shù)1）鍋爐功率要求：10kW；

2）溫度：查閱暖通空調(diào)設(shè)計指南（P63）可以得到室內(nèi)空氣溫度在16-24℃范圍內(nèi)[2]，在試驗期間實際測得當(dāng)時溫度為16℃，室外環(huán)境溫度t0=10℃，排煙溫度tpy低于煙氣露點，150℃左右[20]，tpy=165℃；3）熱負荷：查相關(guān)鍋爐設(shè)計手冊得爐排單位面積熱負荷經(jīng)驗值700~1050kW/m2[3-8]，由于低溫及燃料易燃盡時取上限，所以取qF=1050kW/m2；爐膛單位容積熱負荷經(jīng)驗值235~350kW/m3[3-8]，由于低溫及燃料易燃盡時取取上限，所以取qV=350kW/m3；

4）過量空氣系數(shù)：爐門和進料槽漏風(fēng)系數(shù)△α=0.2；爐膛進口空氣過量系數(shù)α1=1.5，爐膛出口空氣過量系數(shù)α2,=α1+△α=1.7；

5）熱損失：固體未完全燃燒損失q4=3.56%，CO未完全燃燒損失q3=2.5%，側(cè)壁散發(fā)到室內(nèi)的熱量q5=0%；

6）大氣壓力P=1atm總結(jié)以上數(shù)據(jù)繪制成下表1

表1直燃鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

序號主要設(shè)計參數(shù)符號參數(shù)來源數(shù)值單位燃料參數(shù)1燃料種類給定玉米桔桿2燃料顆粒大小?s燃料測定8mm

3燃料顆粒自然堆積密度?s燃料測定554.7kg/m34灰渣自然堆積密度?ash燃料測定1200kg/m35收到基碳含量Car燃料元素分析儀測定44.92%6收到基氫含量Har燃料元素分析儀測定5.77%7收到基氮含量Nar燃料元素分析儀測定0.98%8收到基硫含量Sar燃料元素分析儀測定0.21%9收到基氧含量Oar燃料元素分析儀測定31.26%10收到基水分含量Mar燃料工業(yè)分析儀測定9.15%11收到基揮發(fā)分含量Var燃料工業(yè)分析儀測定75.58%12收到基固定炭含量Far燃料工業(yè)分析儀測定7.56%13收到基灰分含量Aar燃料工業(yè)分析儀測定7.71%14收到基凈發(fā)熱量qnet,ar氧彈式量熱儀測定15132kJ/kg直燃鍋爐參數(shù)15功率W10kW

16溫度thot,230-50℃，不超過70℃[1]50℃

17室內(nèi)空氣溫度thot,1在16-24℃范圍內(nèi)選取[2]16℃

18爐排單位面積熱負荷qF經(jīng)驗值700~1050kW/m2[3-8]1050kW/m2低溫及燃料易燃盡時取上限

19爐膛單位容積熱負荷qV經(jīng)驗值235~350kW/m3[3-8]350kW/m3低溫及燃料易燃盡時取取上限

20爐門和進料槽漏風(fēng)系數(shù)△α參照文獻[9]選取0.221爐膛出口空氣過量系數(shù)α2α1+△α1.7

22爐膛進口空氣過量系數(shù)α1

=100×10×1000/(3600×15132×85.89)=0.0007694kg/s=0.769g/s（9）保熱系數(shù)ηbηb=1-q5/(η+q5)=100%

（10）燃料最大日消耗量mmaxmmax=3600×24m

=3600×24×0.0007694=66.467kg/d（11）料倉容積VsVs=mmax×nt/?s=35（12）灰產(chǎn)生量mashmash=mmax×nt×αash×Aar×7=66.467×30×22×7.71=2.367kg/week（13）綜合熱效率η’η’=η+(q5+q6)/qnet,ar

=85.89%匯總以上數(shù)據(jù)計算得下表4：表4直燃鍋爐熱效率和燃料消耗量計算序號項目符號數(shù)據(jù)來源數(shù)值單位

1燃料收到基單位發(fā)熱量qnet,ar表115132kJ/kg2冷空氣溫度t0表110℃

3冷空氣理論焓ia,t0,0近似為基準溫度0℃經(jīng)過排煙和灰斗預(yù)熱，溫度接近0℃0kJ/kg4排煙溫度tpy表1165℃5排煙焓ipy表31740kJ/kg

6固體不完全燃燒熱損失q4表13.56%

7排煙熱損失q2100(ipy-α2ia,t0,0)(1-q4/100)/qnet,ar8.054%在8～16%范圍內(nèi)[1,2]8CO不完全燃燒損失q3表12.5%9側(cè)壁散發(fā)到室內(nèi)的熱量q5表10%

10灰渣溫度tash參照文獻[3]、試驗和經(jīng)驗選取300℃11灰渣焓iash(8)爐膛中間高度H中

H中=h梯+h矩+0.5W爐膛/tgθ+a暖sinθ=300+260+0.5×150/tg40o+100sin40o=714mm

(9)垂直空氣腔后側(cè)壁高度H后H后=H中-(δ暖+W爐膛-a暖×cosθ)/tgθ=714-(70+150-100×cos40o)/tg40o=543mm

匯總以上數(shù)據(jù)得下表：表6爐膛計算

序號項目符號數(shù)據(jù)來源數(shù)值單位1爐膛單位容積熱負荷qV表1350kW/m32爐膛容積V爐膛28m3

3爐膛類型寬、高而窄4爐膛梯形區(qū)高度h梯300mm5爐膛矩形區(qū)高度h矩260mm

6爐膛側(cè)壁底部與爐排間距dfp便于放取水平爐排35mm7爐膛梯形區(qū)底邊長l梯下底152mm8爐膛長度L爐膛400mm

9爐膛寬度W爐膛150mm

10爐頂輻射換熱管與垂直方向夾角θ40°

11腔頂斜邊長a暖100mm12矩形通道斜寬度W暖,125mm13垂直空氣腔寬度δ暖70mm

14輻射換熱管端面斜寬度W暖,275mm15爐膛前側(cè)壁高度H前650mm16爐膛中間高度H中714mm17垂直空氣腔后側(cè)壁高度H后543mm

3.7.3顆粒層阻力計算（1）阻力系數(shù)M

11爐膛出口煙溫tll,cal700℃12排煙溫度tpy表1165℃13輻射換熱量Qrad,cal5.489kW14輻射換熱面熱強度qrad,cal30kW/m215有效輻射換熱面Arad,00.182967m216輻射換熱面利用率ηrad76%

17輻射換熱面積計算值A(chǔ)rad,cal0.240746m218實際輻射換熱面積計算值A(chǔ)rad,cal0.240746m219觀測窗下底邊邊長awin,down80mm20觀測窗兩邊預(yù)留寬度?awin,down60mm21觀測窗上底邊邊長awin,up280mm22觀測窗頂邊離梯形頂邊距離?hwin40mm23觀測窗高度hwin260mm

24觀測窗輻射換熱面積Awin0.0468m225過渡煙道寬度?Wy70mm

26爐頂輻射換熱面積Atop0.060673m227爐頂換熱管外徑?pipe25mm

28爐頂換熱管平面與垂直方向夾角θ表540°29爐頂換熱管單管長度lpipe200mm30爐頂換熱管根數(shù)npipe12根

31輻射換熱管總換熱面積Apipe0.1884m232輻射換熱管布置

33輻射換熱管排數(shù)npipe,row2排34上排輻射換熱管根數(shù)npipe,up6根

35上排邊緣輻射換熱管中心與煙道間距?d122.5mm36上排輻射換熱管管中心間距?d243mm

37下排輻射換熱管根數(shù)npipe,down6根38下排輻射換熱管管中心間距?d443mm

39下排邊緣輻射換熱管中心與煙道間距?d322.5mm40上下排輻射換熱管中心與爐頂板間距?d517.5mm41上下排輻射換熱管管中心間距?d620mm

42實際輻射換熱面積Arad,act0.2352m243實際輻射換熱面積與計算值差值??rad0.2%44實際輻射換熱面利用率ηrad76%

45實際有效輻射面積Arad,00.178752m246實際輻射換熱面熱強度qrad30.707kW/m247實際爐膛出口煙溫tll704℃48爐膛出口煙溫校核?tll0.57%49實際輻射換熱面吸熱Qrad5.455kW50輻射換熱與對流換熱比1.251輻射換熱分派

觀測窗輻射換熱量Qwin0.242kW

輻射換熱管換熱量Qpipe5.213kW觀測窗輻射換熱百分數(shù)4.44%3.9對流換熱計算

3.9.1對流換熱量和換熱前后煙空氣溫度及平均溫差（1）對流換熱熱量QconQcon=(tll-tpy)W/(tmax-tpy)=(704-165)×10/(1351-165)=4.545kW

（2）熱空氣出口溫度thot,medthot,med=thot,1+(thot,2-thot,1)/W×Qcon=16+(50-16)/10×4.545=31.45℃

（3）最大溫差?tmax?tmax=tll-thot,1?704-16????℃

（4）最小溫差?tmin?tmin=tpy-thot,med?165-31.45???????

（5）平均溫差?tm

根據(jù)參照文獻[]可知溫差修正系數(shù)???tmax/?tmin=0.477；Dtm=y×Dtmax=0.477×688=328.18℃

數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下表10：

表10對流換熱量和換熱前后煙空氣溫度及平均溫差序號項目符號數(shù)據(jù)來源數(shù)值單位

計算對流換熱量及對流換熱前后煙空氣溫度

1離爐煙氣溫度tll表6704℃2排煙溫度tpy表1165℃3理論燃燒溫度tmax表61351℃4直燃鍋爐功率W表110kW5助燃空氣顯熱Qa表40kW6對流換熱熱量Qcon4.545kWW-Qrad4.545kW

7室內(nèi)空氣溫度thot,1表116℃8熱空氣出口溫度thot,med31.45℃計算平均溫差9最大溫差?tmaxtll-thot,1688℃10最小溫差?tmintpy-thot,med133.55℃11溫差修正系數(shù)?按?tmax/?tmin0.47712平均溫差?tm?×?tmax328.18℃3.9.2煙空氣流量和流速計算（1）空氣平均溫度thot,averthot,aver=0.5×(thot,1+thot,med)=0.5×(16+31.45)=23.73℃

（2）煙氣平均溫度ty,averty,aver=thot,aver+?tm=23.73+??????=351.91

（3）煙氣流量VyVy=m×vy×(1+ty,aver/273)

=0.0007694×7.499983817×(1+351.91/273)=0.014816m3/s（4）煙氣流速wy,cal

wy,cal按經(jīng)驗選取經(jīng)濟流速[2]為6.52m/s

（5）假設(shè)煙氣流通截面積Ay,cal=Vy/wy,cal=0.002272m2；對流換熱管數(shù)量ny參照calimax樣機設(shè)計為2個；

垂直煙氣腔水平截面寬度by參照calimax樣機選取為100mm；垂直煙氣腔水平截面厚度?y=Ay,cal/ny/by=0.002272/2/100=11mm。（6）煙氣實際流速wy

wy=Vy/(ny×by×?y)，屬經(jīng)濟流速[2]=0.014816/(2×100×??)=6.73

（7）煙氣實際流通截面積AyAy=by×?y×ny=100×??×2×10-6=0.0022m2（8）空氣流量Va

Va=W/[1.165×1.005×(thot,2-thot,1)]=10/[1.165×1.005×(50-16)]=0.251205

（9）空氣流通截面布置垂直腔寬度見表1為70mm；

爐膛側(cè)壁夾套厚度?參照calimax樣機選取為30mm；

垂直腔空氣流通截面積Aa=?暖×L爐膛+?×?×?W爐膛??暖??Ay???×400+??×?×?150????×10-6?0.0022?0.039m2（??）風(fēng)速wa

wa=Va/Aa，屬經(jīng)濟流速[2,3]=0.251205/0.039=6.44m/s

相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表11：表11煙空氣流量和流速計算序號項目符號數(shù)據(jù)來源數(shù)值單位1

空氣平均溫度thot,aver23.73℃2煙氣平均溫度ty,aver23.73℃3對流換熱區(qū)空氣過剩系數(shù)α2表11.74直燃鍋爐熱效率η表485.89%5煙氣流量Vy0.007035m3/s6煙氣流速wy,cal6.52m/s

7煙氣流通截面積假設(shè)Ay,cal0.001079m28對流換熱管數(shù)量ny2個

9垂直煙氣腔水平截面寬度by100mm10垂直煙氣腔水平截面厚度?y5mm11煙氣實際流速wy7.04m/s12煙氣實際流通截面積Ay0.0022m213空氣流量Va0.251205m3/s14空氣流通截面布置

垂直腔寬度δ暖表570mm爐膛側(cè)壁夾套厚度?30mm垂直腔空氣流通截面積Aa0.039m215風(fēng)速wa6.44m/s

?????傳熱系數(shù)的計算（1）傳熱系數(shù)K

與煙氣流速有關(guān)系數(shù)k1，由

排煙風(fēng)機類型為離心引風(fēng)機。（2）風(fēng)機壓頭備用系數(shù)k1波紋換熱富足系數(shù)kbo1.225波紋單片伸展寬度bbo206mm波紋單片數(shù)目