燃生物質(zhì)鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計與熱力計算方法

燃生物質(zhì)鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計與熱力計算方法湖南省特種設(shè)備檢驗檢測研究院汪斌工程師關(guān)鍵詞：生物質(zhì)鍋爐熱力計算摘要：根據(jù)生物質(zhì)燃料揮發(fā)分高，熱值低，著火快的特點，設(shè)計一種新的鍋爐結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)不同于以往的燃煤鏈條爐排鍋爐，針對此新的鍋爐結(jié)構(gòu)，給出熱力計算方法。為了方便工程應(yīng)用，簡化繁瑣的計算過程。本文在吸收現(xiàn)有熱力計算標(biāo)準的核心思想的基礎(chǔ)上，根據(jù)最基本的傳熱學(xué)理論，將大量的經(jīng)驗公式，圖、表、結(jié)構(gòu)系數(shù)等化簡合并。對于合并后的系數(shù)取值，結(jié)合半經(jīng)驗公式計算和實際運行效果給出一個參考值。鍋爐的設(shè)計目標(biāo)：排煙處過量空氣系數(shù)，排煙溫度，熱效率q，蒸發(fā)量D。以上設(shè)計目標(biāo)在鍋爐熱力計算時預(yù)先給定，作為已知條件使用。計算的目的：根據(jù)以上給定的設(shè)計目標(biāo)，確定鍋爐結(jié)構(gòu)各部分的尺寸，比如爐膛尺寸小了，鍋爐蒸發(fā)量達不到，尺寸大了過量空氣系數(shù)增加，效率下降。設(shè)計計算過程：先假定一個鍋爐結(jié)構(gòu)，如圖所示為經(jīng)過修改后的燃生物質(zhì)鍋爐結(jié)構(gòu)，它分為三部分：1.爐膛；2對流管束；3尾部對流受熱面。取消了燃煤鍋爐的鏈條爐排和前后爐拱，用一個不設(shè)水冷壁的耐火澆筑燃燒室引燃新加入的燃料。爐膛傳熱計算：爐膛傳熱計算的內(nèi)容：根據(jù)假定的爐膛尺寸，確定爐膛的出口煙溫，和輻射傳熱量。若出口煙溫和傳熱量不合理，則須修改爐膛尺寸。爐膛容積的大小可以先參考爐膛容積熱負荷假定。爐膛傳熱計算的理論模型：將火焰看作緊貼水冷壁的一個表面。則爐膛傳熱計算可以簡化為兩個灰體表面之間的輻射傳熱計算：傳熱方程KJ/Kg（1）算前，需要先做好焓溫表、煙氣量計算、絕熱火焰溫度計算等前置的計算準備。4.對流管束傳熱計算：理論公式采用傳熱系數(shù)乘以溫差的形式KJ/Kg（3）式中為溫壓，為煙氣平均溫度和管內(nèi)介質(zhì)平均溫度的溫差。公式（3）的關(guān)鍵在于確定傳熱系數(shù)K。根據(jù)實際的受熱面結(jié)構(gòu)形式，如順列水管、錯列水管、煙管等，選擇相應(yīng)的傳熱系數(shù)計算公式。常數(shù)3.6仍為單位由KG/h化為秒所乘的系數(shù)。K為傳熱系數(shù)（熱阻的倒數(shù)），，分母中兩部分分別為，煙氣至管外壁的熱阻，管內(nèi)壁至介質(zhì)的熱阻，忽略了管壁中的傳導(dǎo)熱阻。對于普通工業(yè)鍋爐，管內(nèi)介質(zhì)為汽水混合物，很大，可以忽略分母中第二項。包含輻射和對流兩部分，當(dāng)煙溫小于600℃時，可以忽略輻射部分。為考慮積灰和沖刷不均勻的系數(shù)，取0.6。根據(jù)前述鍋爐結(jié)構(gòu)圖，為雙鍋筒的順列對流管束，選擇順列水管的傳熱系數(shù)公式：對流部分W/（K）式中煙氣流速、普朗特數(shù)Pr、煙氣導(dǎo)熱系數(shù)、粘度均是煙氣溫度的函數(shù)，為結(jié)構(gòu)系數(shù)。查表計算依然繁瑣。輻射部分W/（K）經(jīng)過計算給出參考值，。那么式（3）中只有兩個未知數(shù)吸熱量和平均煙溫。對流管束中熱平衡方程：（4）、分別為受熱面入口和出口處煙氣的焓，是對流管束入口煙溫和出口煙溫的函數(shù)，通過查焓溫表得到、。對流管束入口煙溫就是爐膛出口煙溫，已經(jīng)通過前述爐膛傳熱計算解出。為該處受熱面漏風(fēng)帶入的冷空氣焓，通過煙氣量計算得到。式（4）中也有兩個未知數(shù)吸熱量和出口煙溫。聯(lián)立（3）（4），，可以解出該級受熱面吸熱量和出口煙溫。根據(jù)吸熱量和出口煙溫的計算結(jié)果，結(jié)合設(shè)計目標(biāo)，增加或減少該級受熱面的面積A。通過實際運行情況修正，的值。尾部受熱面計算：與對流受熱面計算類似，聯(lián)立（3）（4），，，為上級受熱面出口煙氣的焓。當(dāng)上級受熱面出口煙溫低于600℃時，可以忽略傳熱系數(shù)K中的輻射部分，對流部分的傳熱系數(shù)按尾部受熱面的布置方式選擇經(jīng)驗公式，如仍為順排管束，則與上述公式相同，但煙氣流速，普朗特數(shù)Pr，導(dǎo)熱系數(shù)，粘度等已隨煙氣溫度而改變。由計算，參考值。根據(jù)設(shè)計目標(biāo)選擇合適的尾部受熱面面積，使鍋爐最終排煙溫度達到標(biāo)準要求。在實際運行中修正的值。若管內(nèi)介質(zhì)溫度不同，如省煤器水溫低于鍋爐內(nèi)介質(zhì)溫度，則可以增加一次對流受熱面計算。根據(jù)上述各級受熱面的吸