1、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：250×250×14002）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3003）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60mm6）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800mm10）爐膛內(nèi)襯80mm厚，布

2、置抓釘11）整體用不銹鋼外包裝12）支架高度800mm13）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。實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%。

3、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：10 kW；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(fù)荷：查相關(guān)鍋爐設(shè)計手冊得爐排單位面積熱負(fù)荷經(jīng)驗值7001050kW/m2 3-8，由于低溫及燃料易

4、燃盡時取上限，所以取qF= 1050 kW/m2；爐膛單位容積熱負(fù)荷經(jīng)驗值235350kW/m3 3-8，因為低溫及燃料易燃盡時取取上限，所以取qV= 350 kW/m3；4）過量空氣系數(shù)：爐門和進料槽漏風(fēng)系數(shù)= 0.2；爐膛進口空氣過量系數(shù)1= 1.5，爐膛出口空氣過量系數(shù)2,= 1+= 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&

5、#160;2 燃料顆粒大小 fs 燃料測定 8 mm3 燃料顆粒自然堆積密度 rs 燃料測定 554.7 kg/m34 灰渣自然堆積密度 rash 燃料測定 1200 kg/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 %

6、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 15132 kJ/kg 直燃鍋爐參數(shù) 15 功率 W  10 kW     16 溫度 thot,2 30-50，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(fù)荷 qF 經(jīng)驗值7001050kW/m2 3-8 1050 kW/m2   低溫及燃料易燃盡時取上限  19 爐膛單位容積

7、熱負(fù)荷 qV 經(jīng)驗值235350kW/m3 3-8 350 kW/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) 參照文獻(xiàn)9選取 0.2 21 爐膛出口空氣過量系數(shù) 2 1+ 1.7 22 爐膛進口空氣過量系數(shù) 1 參考文獻(xiàn)10-13 1.5 23 固體未完全燃燒損失 q4 參考文獻(xiàn)14-16 3.56 %24 CO未完全燃燒損失 q3 參照文獻(xiàn)14-16選取 2.5 %25 側(cè)壁散發(fā)到室內(nèi)的熱量 q5 參考文獻(xiàn) 17-19 0 %26 室外環(huán)境溫度 t0 給定 10 27 排煙溫度 tpy 低于煙氣露點，150左

8、右 20 165 28 壓力 P 給定 1 atm3.4煙氣量的計算（1）二氧化物量vRO2二氧化物是指煙氣中的量，其計算如下：vRO2=0.01866(Car+0.375Sar)            =0.01866（44.92+0.375×0.21）   =0.839676675Nm3/kg（2）理論空氣量va,0理論空氣量是指每千克固體、液體燃料或每標(biāo)準(zhǔn)立方米氣體燃料在化學(xué)當(dāng)量比之下完全燃燒所需的空氣量。此試驗所需的理論空氣量為：         

9、      =0.0889（44.92+0.375×0.21）+0.265××31.26=4.488480875Nm3/kg（3）理論氮氣量vN2理論氮氣量包括空氣中的氮氣量和燃料燃燒所產(chǎn)生的氮氣。計算如下：vN2= 0.008Nar+0.79Va,0             =0.008×0.98+0.79×4.488480875=3.553739891 Nm3/kg（4）理論水蒸氣量理論水蒸氣量包括自身水分，空氣中水分和H燃燒生成的水分：=0

10、.111Har+0.0124Mar+0.0161Va,0                 =0.111×5.77+0.0124×9.15+0.0161×4.488480875=0.826194542 Nm3/kg（5）理論煙氣量vy,0理論煙氣量是指單位燃料與理論空氣進行完全燃燒生成的煙氣量。包括二氧化物，氮氣和水蒸氣的量：vy,0=VRO2+VN2+VH2O,0=0.839676675+3.553739891+0.826194542     

11、=5.219611108 Nm3/kg （6）實際煙氣量vy實際排放或者測量的煙氣量，依狀態(tài)不同，分為工況和標(biāo)況兩種，工況是依實際條件測定的煙氣量，標(biāo)況是工況換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣量：vy= vy,0+1.0161(-1)Va,01= 1.5，則vy=5.219611108+1.0161×（1.5-1）×4.488480875                 =7.4999838172,= 1+= 1.7，vy=5.219611108+1.0161×（1.7-1）&

12、#215;4.488480875                      = 8.4121329匯總數(shù)據(jù)成下表2：表2 煙氣量計算序號 項目 符號 單位 計算公式 數(shù)值 1 過?？諝庀禂?shù)   1.5 1.72 二氧化物量 vRO2 Nm3/kg 0.01866(Car+0.375Sar) 0.839676675 0.8396766753 理論空氣量 va,0 Nm3/kg 0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar 4.4884

13、80875 4.4884808754 理論氮氣量 vN2 Nm3/kg 0.008Nar+0.79Va,0 3.553739891 3.5537398915 理論水蒸氣量 vH2O,0 Nm3/kg 0.111Har+0.0124Mar+0.0161Va,0 0.826194542 0.8261945426 理論煙氣量 vy,0 Nm3/kg VRO2+VN2+VH2O,0 5.219611108 5.2196111087 實際煙氣量 vy Nm3/kg vy,0+1.0161(-1)Va,0 7.499983817 8.4121329 3.5煙氣焓溫表由于實驗需多次用到煙氣焓溫表，

14、所以查閱工業(yè)鍋爐實用手冊得到下表3以隨時查找相關(guān)數(shù)據(jù)： 表3  煙氣焓溫表21/ iCO2 iN2 iH2O iy,0 ia,0 iy=iy,0+(-1)ia,0(ct)CO2 vRO2(ct)RO2 (ct)N2 vN2(ct)N2 (ct)H2O vH2O(ct)H2O iRO2+iN2+iH2O (ct)a va,0(ct)a 1.5 1.7100 170 142.7450348 130 461.9861859 151 124.7553759 729.4865965 132 592.479476 1025.726334 1144.22223200 375 314.87

15、87531 260 923.9723717 304 251.1631408 1490.014266 266 1193.93591 2086.982222 2325.7694300 559 469.3792613 392 1393.066037 463 382.528073 2244.973372 403 1808.85779 3149.402268 3511.17383400 772 648.2303931 527 1872.820923 626 517.1977833 3038.249099 542 2432.75663 4254.627416 4741.17874500 994 834.6

16、38615 664 2359.683288 795 656.824661 3851.146564 684 3070.12092 5386.207023 6000.23121600 1225 1028.603927 804 2857.206873 969 800.5825113 4686.393311 830 3725.43913 6549.112874 7294.2007700 1462 1227.607299 948 3368.945417 1149 949.2975289 5545.850245 978 4389.7343 7740.717392 8618.66425800 1705 14

17、31.648731 1094 3887.791441 1334 1102.143519 6421.583691 1129 5067.49491 8955.331145 9968.83013900 1952 1639.04887 1242 4413.744945 1526 1260.772871 7313.566686 1282 5754.23248 10190.68293 11341.52941000 2204 1850.647392 1392 4946.805929 1723 1423.533196 8220.986516 1437 6449.94702 11445.96003 12735.

18、94941100 2458 2063.925267 1544 5486.974392 1925 1590.424494 9141.324153 1595 7159.127 12720.88765 14152.7131200 2717 2281.401526 1697 6030.696595 2132 1761.446764 10073.54489 1753 7868.30697 14007.69837 15581.35981300 2977 2499.717461 1853 6585.080018 2344 1936.600007 11021.39749 1914 8590.95239 153

19、16.87368 17035.06421400 3239 2719.71275 2009 7139.463442 2559 2114.231833 11973.40803 2076 9318.0863 16632.45117 18496.06841500 3503 2941.387393 2166 7697.400604 2779 2295.994632 12934.78263 2239 10049.7087 17959.63697 19969.57873.6直燃鍋爐熱效率和燃料消耗量計算（1）冷空氣理論焓 ia,t0,0由于經(jīng)過排煙和灰斗預(yù)熱，溫度接近0， 近似為基準(zhǔn)溫度0，所以其焓是0.（

20、2）排煙焓由排煙溫度為165可查得排煙焓  ipy=1740 kJ/kg。（3）排煙熱損失 q2其值在816%范圍內(nèi)，合理。（4）灰渣溫度、焓和排渣率參照文獻(xiàn)23可以選取灰渣溫度為300；參照文獻(xiàn)24可以得出灰渣焓 iash=(ct)ash=264 kJ/kg；參照文獻(xiàn)25且通過實驗獲得排渣率為ash=22%。（5）灰渣散發(fā)到室內(nèi)的熱量 q6由于在試驗中忽略了灰渣散發(fā)到室內(nèi)的熱量，所以可以將其設(shè)定為0。（6）直燃鍋爐總熱損失qq= q2+q3+q4+q5+q6=14.11%（7）直燃鍋爐熱效率=100-q=85.89%>小容量工業(yè)鍋爐設(shè)計效率50-62%達(dá)到了85%的要求，設(shè)計

21、合理。（8）燃料消耗量 mm=100W/(3600qnet,ar)                =100×10×1000/(3600×15132×85.89)=0.0007694 kg/s=0.769 g/s（9）保熱系數(shù)bb=1-q5/(+q5)=100%（10）燃料最大日消耗量 mmaxmmax=3600×24m            =3600×24×0.0007694 

22、;   =66.467kg/d（11）料倉容積 VsVs =mmax×nt/rs =35（12）灰產(chǎn)生量 mashmash= mmax×nt×ash×Aar×7   =66.467×30×22×7.71=2.367 kg/week（13）綜合熱效率=+(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1 151

23、32 kJ/kg2 冷空氣溫度 t0 表1 10 3 冷空氣理論焓 ia,t0,0 近似為基準(zhǔn)溫度0經(jīng)過排煙和灰斗預(yù)熱，溫度接近0 0 kJ/kg4 排煙溫度 tpy 表1 165 5 排煙焓 ipy 表3 1740 kJ/kg6 固體不完全燃燒熱損失 q4 表1 3.56 %7 排煙熱損失 q2 100(ipy-2ia,t0,0)(1-q4/100)/qnet,ar 8.054 %   在816%范圍內(nèi)1, 2  8 CO不完全燃燒損失 q3 表1 2.5 %9 側(cè)壁散發(fā)到室內(nèi)的熱量 q5 表1 0 %10 灰渣溫度 tash 參照文獻(xiàn)3、實驗和經(jīng)驗選取 300

24、 11 灰渣焓 iash 參考文獻(xiàn)4，iash=(ct)ash 264 kJ/kg12 排渣率 ash 參照文獻(xiàn)5和實驗選擇 22 %13 燃料收到基灰分 Aar 表1 7.71 %14 灰渣散發(fā)到室內(nèi)的熱量 q6 100ash(ct)ashAar/qnet,ar 0 %15 直燃鍋爐總熱損失 q q2+q3+q4+q5+q6 14.11 %16 直燃鍋爐熱效率 100-q 85.89 %   >小容量工業(yè)鍋爐設(shè)計效率50-62%6, 7  17 直燃鍋爐功率 W 表1 10 kW18 燃料消耗量 m 100W/(3600qnet,ar) 0.0007694

25、 kg/s    0.769 g/s19 保熱系數(shù) b 1-q5/(+q5) 100 %20 燃料最大日消耗量mmax 3600×24m 66.477 kg/d21 運行時間系數(shù) nt 按經(jīng)驗選取 30 %22 料倉容積 Vs mmax×nt/rs，1倉/天 35 l23 燃料月消耗量 mmon 30mmax×nt 0.598 t/mon24 灰斗容積 Vash mash/rash 1 l25 灰產(chǎn)生量 mash mmax×nt×ash×Aar×7，1次/周 2.367 kg/week26 綜合

26、熱效率 +(q5+q6)/qnet,ar 85.89 %3.7燃燒器和爐膛設(shè)計計算3.7.1水平爐排和側(cè)壁風(fēng)孔計算（1）爐排單位面積燃燒率qm參考文獻(xiàn)21，F(xiàn)ar=7.56%<無煙煤45%，符合計算設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)qm=3600×(0.45/Far×qF)/qnet,ar ,         =3600×（0.45/7.56×1050）/15132=1487 kg/(m2h)（2）水平爐排參考文獻(xiàn)21，F(xiàn)ar=7.56%<無煙煤45%，符合計算設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)總面積Ap= m×qnet,ar/(0.

27、45/Far×qF)              =0.00076942×15132/(0.45/7.56×1050)=0.001863 m21)水平爐排類型參照calimax樣機確定，是寬而窄；2)水平爐排形狀系數(shù)參照calimax樣機選取3.5；3)水平爐排區(qū)有效長度lp：聯(lián)立lp/wP=3.5和lp×wP=Ap求解，可得lp=82mm，進料槽顆粒能4)沿爐排長度方向較均勻(隨機)分布；5)水平爐排區(qū)有效寬度wp減薄火焰厚度和減小爐排中心缺氧區(qū)域面積：wp=1000×Ap/

28、lP         =1000×0.001863/0.082=24mm(3) 燃燒需實際空氣量vava= (1+2)/2×va,0=(1.5+1.7)/2×4.488480875= 7.1815694 Nm3/kg(4) 空氣通過爐排間隙流速uaua= va×m×a/(a+1)/(n1+1)×dp×wp= 7.1815694×0.00076942×2/(2+1)/ (7+1)×5×24=5.08 m/s(5) 水平爐排通風(fēng)截面積Atf

29、Atf= va×m×a/(a+1)/ua=7.1815694×0.00076942×2/(2+1)/ 5.08=960mm2(6) 水平爐排通風(fēng)截面積比ftfftf=Atf /Ap×100=960/0.001863×100=51.5%(7) 水平爐排片數(shù)目n1n1=(lp-dp)/(dp+fp) =(82-5)/(5+5)=7.7,取整即7水平爐排片直徑fp=5mm水平爐排片間距dp=5mm（8）一、二次風(fēng)孔面積比Atf : Ack=7.5(9) 側(cè)壁矩形風(fēng)孔總面積AckAck= Atf /(Atf : Ack)=960/7

30、.5=128 mm2(10) 側(cè)壁矩形風(fēng)孔寬度wck考慮顆粒f和calimax樣機側(cè)壁風(fēng)孔(f3mm)設(shè)計,得wck=2.1mm(11) 側(cè)壁矩形風(fēng)孔高度hckhck=2wck=4.2，和calimax樣機側(cè)壁風(fēng)孔面積相等(12) 側(cè)壁矩形風(fēng)孔數(shù)目n2n2=Ack / (wck×hck) =128/(2.1×4.2)=14.5,取整即為14（13）側(cè)壁沿爐寬方向矩形風(fēng)孔個數(shù)n21參照calimax樣機選定為3個（14）前后側(cè)壁矩形風(fēng)孔個數(shù)之比n22:n23參照calimax樣機布置為0.6則，前側(cè)壁矩形風(fēng)孔個數(shù)n22=n22 : n23/(n22 : n23+1)

31、×(n2 - 2×n21)=3個；后側(cè)壁矩形風(fēng)孔個數(shù)n23=n2-2×n21-n22=5個（15）通過水平爐排的一次風(fēng)百分?jǐn)?shù)a,pa,p=100×(n1+1)×dp×wp/(n1+1)×dp×wp+n2×wck×hck=100×（7+1）×5×24/(7+1)×5×24+14×2.1×4.2=88.6%(16) 通過側(cè)壁風(fēng)孔的二次風(fēng)百分?jǐn)?shù)a,cka,ck=100-a,p=100-88.6%=11.4%匯總?cè)缦卤?：表5

32、60;水平爐排和側(cè)壁風(fēng)孔計算序號 項目 符號 數(shù)據(jù)來源 數(shù)值 單位1 燃料消耗量 m 表4 0.00076942 kg/s2 燃料收到基低位發(fā)熱量 qnet,ar 表1 15132 kJ/kg3 爐排單位面積熱負(fù)荷 qF 表1 1050 kW/m24 爐排單位面積燃燒率 qm  1487 kg/(m2h)5 水平爐排總面積 Ap  0.001863 m26 水平爐排類型   寬而窄 7 水平爐排形狀系數(shù) lp/wP  3.5 8 水平爐排區(qū)有效長度 lp  82 mm9 水平爐排區(qū)有效寬度 wp 1000×Ap/l

33、P 24 mm10 燃燒需實際空氣量 va (1+2)/2×va,0 7.1815694 Nm3/kg11 空氣通過爐排間隙流速 ua  5.08 m/s12 水平爐排通風(fēng)截面積 Atf va×m×a/(a+1)/ua 960 mm213 水平爐排通風(fēng)截面積比 ftf Atf /Ap×100 51.5 %     14 水平爐排片數(shù)目 n1 (lp-dp)/(dp+fp)，取整 7 根15 水平爐排片直徑 fp  5 mm16 水平爐排片間距 dp  5 mm17 水平爐排材質(zhì)  參考

34、文獻(xiàn)3 HT150-200 18 水平爐排脊背形狀  參考文獻(xiàn)4 半圓形 19 一、二次風(fēng)孔面積比 Atf : Ack  7.5 20 側(cè)壁矩形風(fēng)孔總面積 Ack Atf /(Atf : Ack) 128 mm221 側(cè)壁矩形風(fēng)孔寬度 wck  2.1 mm22 側(cè)壁矩形風(fēng)孔高度 hck  4.2 mm23 側(cè)壁矩形風(fēng)孔數(shù)目 n2 Ack / (wck×hck)，取整 14 個24 側(cè)壁沿爐寬方向矩形風(fēng)孔個數(shù) n21  3 個25 前后側(cè)壁矩形風(fēng)孔個數(shù)之比 n22:n23  0.6 2

35、6 前側(cè)壁矩形風(fēng)孔個數(shù) n22  3 個27 后側(cè)壁矩形風(fēng)孔個數(shù) n23 n2-2×n21-n22 5 個28 通過水平爐排的一次風(fēng)百分?jǐn)?shù) a,p  88.6 %29 通過側(cè)壁風(fēng)孔的二次風(fēng)百分?jǐn)?shù) a,ck 100-a,p 11.4 %3.7.2爐膛計算（1）爐膛容積V爐膛通過參考文獻(xiàn)21，設(shè)計大爐膛容積，保證燃燼時間，V爐膛= m×(qnet,ar-Far×0.01×30000)/qv=0.00076942×(15132-7.56×0.01×30000)/350=28m3爐膛類型參照calimax樣機確定

36、為寬、高而窄（2）爐膛梯形區(qū)高度h梯參照calimax樣機選定，火焰最高溫度正常高度為300mm(3) 爐膛矩形區(qū)高度h矩h矩= V爐膛/W爐膛-(l梯下底+L爐膛)×h梯/2/L爐膛= 28/150-(152+400)×300/2/400=260mm爐膛梯形區(qū)底邊長l梯下底利于落灰和組織寬高薄火焰,l梯下底=lp+2×dfp=82+2×35=152爐膛長度L爐膛=400mm爐膛寬度W爐膛=150mm(4) 爐膛側(cè)壁底部與爐排間距dfp為了便于放取水平爐排，dfp設(shè)定為35mm(5) 爐頂輻射換熱管與垂直方向夾角按輻射圓管實際布置確定便于在窄小空間里布置

37、更多輻射換熱面積，最終確定為40o。(6) 腔頂斜邊長a暖參照calimax樣機選定為100mm; 矩形通道斜寬度W暖,1參照calimax樣機選定為25mm; 垂直空氣腔寬度暖參照calimax樣機選定為70mm; 輻射換熱管端面斜寬度W暖,2，端面布置輻射換熱管，參照calimax樣機選定為75mm;(7) 爐膛前側(cè)壁高度H前H前= h梯+h矩+0.5W爐膛/tg = 300+260+0.5×150/40o=650mm(8) 爐膛中間高度H中H中=h梯+h矩+0.5W爐膛/tg+a暖sin=300+260+0.5×150/tg40o +100sin40o=71

38、4mm(9)垂直空氣腔后側(cè)壁高度H后H后=H中-(暖+W爐膛-a暖×cos)/tg=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(fù)荷 qV 表1 350 kW/m32 爐膛容積 V爐膛  28 m3     3 爐膛類型   寬、高而窄 4 爐膛梯形區(qū)高度 h梯  300 mm5 爐膛矩形區(qū)高度 h矩  260 mm6 爐膛側(cè)壁底部與爐排間距 dfp 便于放取水平爐排

39、35 mm7 爐膛梯形區(qū)底邊長 l梯下底  152 mm8 爐膛長度 L爐膛  400 mm     9 爐膛寬度 W爐膛  150 mm     10 爐頂輻射換熱管與垂直方向夾角  40 °     11 腔頂斜邊長 a暖  100 mm12 矩形通道斜寬度 W暖,1  25 mm13 垂直空氣腔寬度 暖  70 mm14 輻射換熱管端面斜寬度 W暖,2  75 mm15 爐膛前側(cè)壁高度 H前  650

40、 mm16 爐膛中間高度 H中  714 mm17 垂直空氣腔后側(cè)壁高度 H后  543 mm 3.7.3顆粒層阻力計算（1）阻力系數(shù)M參考文獻(xiàn)得知在10-20范圍內(nèi)選取故選取M=10（2）包括爐排在內(nèi)的阻力Dm考慮爐排上積灰百分?jǐn)?shù)，Dm =M(qmash)2/103=10×（1487×22%）/103=1072 Pa（3） 顆粒層最大容許厚度hm參照文獻(xiàn)可知顆粒和灰渣不堵爐膛側(cè)壁二次風(fēng)孔在2550mm之間，參考calimax樣機選取為50mm。（4）側(cè)壁矩形風(fēng)孔高出水平爐排的高度DhDh和顆粒層最大容許厚度相等，即為50mm匯總數(shù)據(jù)得下表7：

41、表7  顆粒層阻力計算序號 項目 符號 數(shù)據(jù)來源 數(shù)值 單位1 系數(shù) M 在10-20范圍內(nèi)選取2 10 2 包括爐排在內(nèi)的阻力 Dm  1072 Pa3 顆粒層最大容許厚度 hm  50 mm     4 側(cè)壁矩形風(fēng)孔高出水平爐排的高度 Dh 50 mm3.8輻射換熱計算3.8.1計算理論燃燒溫度（1）燃料系數(shù)e參考文獻(xiàn)1，查無煙煤數(shù)據(jù)可得e=0.15（2）燃質(zhì)系數(shù)N參考文獻(xiàn)1，查無煙煤數(shù)據(jù)可得N=2500（3）理論燃燒溫度tmax,1tmax,1= N/(2+e)=2500/(1.7+0.15)=1351（4）理論燃燒溫

42、度tmax,2tmax,2由表3煙氣焓溫表查得1171（5）理論燃燒溫度計算值tmaxtmax=max(tmax,1, tmax,2)= 1351匯總數(shù)據(jù)見下表8：表8 理論燃燒溫度序號 項目 符號 數(shù)據(jù)來源 數(shù)值 單位1 爐膛出口過量空氣系數(shù) 2 表1 1.7 2 燃料系數(shù) e  0.15 3 燃質(zhì)系數(shù) N  2500 4 理論燃燒溫度 tmax,1  1351 5 理論燃燒溫度 tmax,2  1171 6 理論燃燒溫度計算值 tmax  1351 3.8.2計算輻射換熱量（1）爐膛出口煙溫tll,cal由參考

43、文獻(xiàn)可知tll,cal<灰軟化溫度860-900，設(shè)定為700（2）輻射換熱量Qrad,calQrad,cal=(tmax-tll,cal)W/(tmax-tpy)=(1351-700)×10/(1351-165)=5.489kW（3）輻射換熱面熱強度qrad,cal參照文獻(xiàn)，結(jié)合tll線性外延，可得qrad,cal=30kW/m2（4）有效輻射換熱面Arad,0Arad,0=Qrad,cal/qrad=5.489/30=0.182967m2(5) 輻射換熱面利用率rad參考文獻(xiàn)3，并結(jié)合經(jīng)驗選取rad=76%(6) 輻射換熱面積計算值A(chǔ)rad,calArad,cal=Arad

44、/rad=0.182967/76%=0.240746m2(7) 觀察窗下底邊邊長awin,down和爐排長度lp相等，取整得80 mm；觀察窗兩邊預(yù)留寬度awin,down安裝觀察窗需要知其為60mm;觀察窗上底邊邊長awin,up= awin,down-2×awin,down=280mm;觀察窗頂邊離梯形頂邊距離hwin= 40mm;觀察窗高度hwin= hwin-hwin= 260mm;觀察窗輻射換熱面積Awin= (awin,down+awin,up)×hwin/2= 0.0468mm;過渡煙道寬度Wy為了便于布置過渡煙道設(shè)置為70mm。（8）爐頂輻射換熱面積Atop

45、Atop= (L爐膛-2×Wy)×W爐膛/sin= (400-2×70)×150/sin40o=0.060673m2（9）爐頂換熱管外徑fpipe爐頂換熱管布置在爐頂外，參照calimax樣機選取fpipe=25mm。（10）爐頂換熱管單管長度lpipelpipe=W爐膛/sin=150/sin40o=200mm(11) 爐頂換熱管根數(shù)npipenpipe=Arad,cal/(fpipe×p×lpipe)= 0.240746/(25×p×200)=12根（12）輻射換熱管總換熱面積ApipeApipe= npipe

46、×fpipe×p×lpipe= 12×25×p×200= 0.1884 m2（13）輻射換熱管排數(shù)npipe,row輻射換熱管排數(shù)參照calimax樣機布置成2排。（14）上排輻射換熱管根數(shù)npipe,upnpipe,up=intnpipe/2+0.5=int12/2+0.5=6根下排輻射換熱管根數(shù)npipe,down參照calimax樣機布置為6根。（15）上排邊緣輻射換熱管中心與煙道間距d1參照calimax樣機布置，d1=10+0.5fpipe=22.5mm;    上排輻射換熱管管中心間距d2=(W爐膛-2

47、×Wy-2×d1)/(npipe,up-1)=43mm,可以防止積灰；    下排輻射換熱管管中心間距d4和上排輻射換熱管間距相等,為43mm;    下排邊緣輻射換熱管中心與煙道間距d3= (W爐膛-2×Wy-(npipe,down-1)×d4)/2=22.5mm;    上下排輻射換熱管中心與爐頂板間距d5參照calimax樣機布置為5+0.5fpipe=17.5mm;    上下排輻射換熱管管中心間距d6= W暖,2-2×d5=20mm。（16）實際輻射換熱面

48、積Arad,actArad,act= Apipe+Awin= 0.1884+0.0468= 0.2352 m2（17）實際輻射換熱面積與計算值差值DAradDArad= |Apipe-Arad,cal|/Arad,cal×100%= |0.1884-0.240746|/0.240746×100%=0.2%（18）實際輻射換熱面利用率rad參考文獻(xiàn)3，并結(jié)合經(jīng)驗選取rad=76%（19）實際有效輻射面積Arad,0Arad,0=Arad,act×rad=0.2352×76%=0.178752m2（20）實際輻射換熱面熱強度qradqrad=Qrad/Ara

49、d,0=5.455/0.178752=30.707kW/m2(21) 實際爐膛出口煙溫tll參照文獻(xiàn)3，結(jié)合tll線性外延得知tll=704（22）爐膛出口煙溫校核DtllDtll=|tll,cal-tll|/tll,cal×100%=|700-704|/700×100%=0.57%（23）實際輻射換熱面吸熱QradQrad=(tmax-tll)W/(tmax-tpy)=(1351-704)×10 /(1351-165)=5.455kW（24）輻射換熱與對流換熱比Qrad : Qcon=1.2Qrad : Qcon= 5.455 : 4.545=1.2（25）觀察

50、窗輻射換熱量QwinQwin= Qrad×Awin/(Apipe+Awin)= 5.455×0.0468/(0.1884+0.0468)=0.242 kW（26）輻射換熱管換熱量QpipeQpipe= Qrad×Apipe/(Apipe+Awin)= 5.455×0.1884/(0.1884+0.0468)= 5.213 kW（27）觀察窗輻射換熱百分?jǐn)?shù)Qwin/(Qpipe+Qwin)×100= 0.242/(5.213+0.242)×100=4.44%匯總輻射換熱量數(shù)據(jù)見下表9：表9  輻射換熱計算序號 項目 符號 數(shù)據(jù)

51、來源 數(shù)值 單位7 直燃鍋爐功率 W 表1 10 kW8 固體不完全燃燒損失 q4 表1 7.5 %9 直燃鍋爐熱效率 表4 85.89 %10 助燃空氣顯熱 Qa 表4 0 kW11 爐膛出口煙溫 tll,cal  700 12 排煙溫度 tpy 表1 165 13 輻射換熱量 Qrad,cal  5.489 kW14 輻射換熱面熱強度 qrad,cal  30 kW/m215 有效輻射換熱面 Arad,0  0.182967 m216 輻射換熱面利用率 rad  76 %17 輻射換熱面積計算值 Arad,cal  0.24074

52、6 m218 實際輻射換熱面積計算值 Arad,cal  0.240746 m219 觀察窗下底邊邊長 awin,down  80 mm20 觀察窗兩邊預(yù)留寬度 awin,down  60 mm21 觀察窗上底邊邊長 awin,up  280 mm22 觀察窗頂邊離梯形頂邊距離 hwin  40 mm23 觀察窗高度 hwin  260 mm24 觀察窗輻射換熱面積 Awin  0.0468 m225 過渡煙道寬度 Wy  70 mm26 爐頂輻射換熱面積 Atop  0.060673 m227 爐頂換熱

53、管外徑 fpipe  25 mm28 爐頂換熱管平面與垂直方向夾角 表5 40 °29 爐頂換熱管單管長度 lpipe  200 mm30 爐頂換熱管根數(shù) npipe  12 根31 輻射換熱管總換熱面積 Apipe  0.1884 m232 輻射換熱管布置    33     輻射換熱管排數(shù) npipe,row  2 排34     上排輻射換熱管根數(shù) npipe,up  6 根35     上排邊緣輻射換熱管中心與煙道間距 d1  

54、22.5 mm36     上排輻射換熱管管中心間距 d2  43 mm     37     下排輻射換熱管根數(shù) npipe,down  6 根38     下排輻射換熱管管中心間距 d4  43 mm     39     下排邊緣輻射換熱管中心與煙道間距 d3  22.5 mm40     上下排輻射換熱管中心與爐頂板間距 d5  17.5 mm41     上

55、下排輻射換熱管管中心間距 d6  20 mm     42 實際輻射換熱面積 Arad,act  0.2352 m243 實際輻射換熱面積與計算值差值 DArad  0.2 %44 實際輻射換熱面利用率 rad  76 %45 實際有效輻射面積 Arad,0  0.178752 m246 實際輻射換熱面熱強度 qrad  30.707 kW/m247 實際爐膛出口煙溫 tll  704 48 爐膛出口煙溫校核 Dtll  0.57 %49 實際輻射換熱面吸熱 Qrad  5.

56、455 kW50 輻射換熱與對流換熱比   1.2 51 輻射換熱分配         觀察窗輻射換熱量 Qwin  0.242 kW          輻射換熱管換熱量 Qpipe  5.213 kW     觀察窗輻射換熱百分?jǐn)?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

57、/(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DtmaxDtmax=tll-thot,1=704-16=688（4）最小溫差DtminDtmin=tpy-thot,med=165-31.45=133.55（5）平均溫差Dtm根據(jù)參照文獻(xiàn)可知溫差修正系數(shù)y=Dtmax/Dtmin=0.477；Dtm=y×Dtmax=0.477×688=328.18數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下表10：表10  對

58、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6 704 2 排煙溫度 tpy 表1 165 3 理論燃燒溫度 tmax 表6 1351 4 直燃鍋爐功率 W 表1 10 kW5 助燃空氣顯熱 Qa 表4 0 kW6 對流換熱熱量 Qcon  4.545 kW   W-Qrad 4.545 kW7 室內(nèi)空氣溫度 thot,1 表1 16 8 熱空氣出口溫度 thot,med  31.45 計算平均溫差 9 最大溫差 Dtmax tll-thot,1 688

59、10 最小溫差 Dtmin tpy-thot,med 133.55 11 溫差修正系數(shù) y 按Dtmax/Dtmin  0.477 12 平均溫差 Dtm y×Dtmax 328.18 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+Dtm=23.73+328.18=351.91（3）煙氣流量VyVy=m×vy×(1+ty,aver/27

60、3)=0.0007694×7.499983817×(1+351.91/273)=0.014816m3/s（4）煙氣流速wy,calwy,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dy=Ay,cal/ny/by=0.002272/2/100=11mm。（6）煙氣實際流速wywy= Vy/(ny×by×dy)，屬經(jīng)濟流速2= 0.014816

61、/(2×100×11)=6.73（7）煙氣實際流通截面積AyAy= by×dy×ny= 100×11×2×10-6=0.0022m2（8）空氣流量VaVa=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d參照calimax樣機選取為30mm；垂直腔空氣流通截面積Aa=d暖×L爐膛+d×2×(W爐膛+d暖)-Ay                                  =70×400+30×2×(150+70)×10-6-0.0022=0.039m2（10）風(fēng)速wawa=Va/Aa，屬經(jīng)濟流速2, 3=0.251205/0.039=6.44m