燃生物质锅炉结构设计与热力计算方法

燃生物质锅炉结构设计与热力计算方法湖南省特种设备检验检测研究院汪斌工程师关键词：生物质锅炉热力计算摘要：根据生物质燃料挥发分高，热值低，着火快的特点，设计一种新的锅炉结构，此结构不同于以往的燃煤链条炉排锅炉，针对此新的锅炉结构，给出热力计算方法。为了方便工程应用，简化繁琐的计算过程。本文在吸收现有热力计算标准的核心思想的基础上，根据最基本的传热学理论，将大量的经验公式，图、表、结构系数等化简合并。对于合并后的系数取值，结合半经验公式计算和实际运行效果给出一个参考值。锅炉的设计目标：排烟处过量空气系数，排烟温度，热效率q，蒸发量D。以上设计目标在锅炉热力计算时预先给定，作为已知条件使用。计算的目的：根据以上给定的设计目标，确定锅炉结构各部分的尺寸，比如炉膛尺寸小了，锅炉蒸发量达不到，尺寸大了过量空气系数增加，效率下降。设计计算过程：先假定一个锅炉结构，如图所示为经过修改后的燃生物质锅炉结构，它分为三部分：1.炉膛；2对流管束；3尾部对流受热面。取消了燃煤锅炉的链条炉排和前后炉拱，用一个不设水冷壁的耐火浇筑燃烧室引燃新加入的燃料。炉膛传热计算：炉膛传热计算的内容：根据假定的炉膛尺寸，确定炉膛的出口烟温，和辐射传热量。若出口烟温和传热量不合理，则须修改炉膛尺寸。炉膛容积的大小可以先参考炉膛容积热负荷假定。炉膛传热计算的理论模型：将火焰看作紧贴水冷壁的一个表面。则炉膛传热计算可以简化为两个灰体表面之间的辐射传热计算：传热方程KJ/Kg（1）算前，需要先做好焓温表、烟气量计算、绝热火焰温度计算等前置的计算准备。4.对流管束传热计算：理论公式采用传热系数乘以温差的形式KJ/Kg（3）式中为温压，为烟气平均温度和管内介质平均温度的温差。公式（3）的关键在于确定传热系数K。根据实际的受热面结构形式，如顺列水管、错列水管、烟管等，选择相应的传热系数计算公式。常数3.6仍为单位由KG/h化为秒所乘的系数。K为传热系数（热阻的倒数），，分母中两部分分别为，烟气至管外壁的热阻，管内壁至介质的热阻，忽略了管壁中的传导热阻。对于普通工业锅炉，管内介质为汽水混合物，很大，可以忽略分母中第二项。包含辐射和对流两部分，当烟温小于600℃时，可以忽略辐射部分。为考虑积灰和冲刷不均匀的系数，取0.6。根据前述锅炉结构图，为双锅筒的顺列对流管束，选择顺列水管的传热系数公式：对流部分W/（K）式中烟气流速、普朗特数Pr、烟气导热系数、粘度均是烟气温度的函数，为结构系数。查表计算依然繁琐。辐射部分W/（K）经过计算给出参考值，。那么式（3）中只有两个未知数吸热量和平均烟温。对流管束中热平衡方程：（4）、分别为受热面入口和出口处烟气的焓，是对流管束入口烟温和出口烟温的函数，通过查焓温表得到、。对流管束入口烟温就是炉膛出口烟温，已经通过前述炉膛传热计算解出。为该处受热面漏风带入的冷空气焓，通过烟气量计算得到。式（4）中也有两个未知数吸热量和出口烟温。联立（3）（4），，可以解出该级受热面吸热量和出口烟温。根据吸热量和出口烟温的计算结果，结合设计目标，增加或减少该级受热面的面积A。通过实际运行情况修正，的值。尾部受热面计算：与对流受热面计算类似，联立（3）（4），，，为上级受热面出口烟气的焓。当上级受热面出口烟温低于600℃时，可以忽略传热系数K中的辐射部分，对流部分的传热系数按尾部受热面的布置方式选择经验公式，如仍为顺排管束，则与上述公式相同，但烟气流速，普朗特数Pr，导热系数，粘度等已随烟气温度而改变。由计算，参考值。根据设计目标选择合适的尾部受热面面积，使锅炉最终排烟温度达到标准要求。在实际运行中修正的值。若管内介质温度不同，如省煤器水温低于锅炉内介质温度，则可以增加一次对流受热面计算。根据上述各级受热面的吸