生物质锅炉设计计算表

生物质锅炉设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

,一、基础参数确定,,,,,,,,

1,锅炉型号,Model,设计值,Model=DZL20-1.6-T,-,DZL20-1.6-T,单锅筒纵置式链条炉排生物质锅炉,GB/T44906-2024生物质锅炉技术规范,20t/h生物质锅炉典型配置

2,额定蒸发量,D,设计值,D=20,t/h,20,锅炉额定蒸发量，每小时产生的蒸汽量,GB/T44906-2024生物质锅炉技术规范,额定出力

3,额定蒸汽压力,p,设计值,p=1.6,MPa,1.6,锅炉额定工作压力，表压,GB/T44906-2024生物质锅炉技术规范,额定压力

4,额定蒸汽温度,t_s,计算值,对应1.6MPa下的饱和温度,℃,204.3,对应额定压力下的饱和蒸汽温度,GB/T13306-2011标牌,饱和温度

5,给水温度,t_g,设计值,t_g=105,℃,105,锅炉给水温度，采用除氧器给水温度,GB50660-2011大中型火力发电厂设计规范,给水温度

6,燃料品种,Fuel,设计值,Fuel=秸秆木屑混合生物质颗粒,-,秸秆木屑混合颗粒,设计燃用秸秆、木屑混合成型生物质颗粒,NB/T47062-2018生物质成型燃料锅炉,燃料类型

7,收到基低位发热量,"Q_net,ar",设计值,"Q_net,ar=17500",kJ/kg,17500,生物质颗粒收到基低位发热量，符合设计要求,GB/T30727-2014固体生物质燃料发热量测定方法,低位发热量

8,收到基碳含量,C_ar,设计值,C_ar=45.2,%,45.2,生物质颗粒收到基碳元素含量,GB/T28731-2012固体生物质燃料工业分析方法,碳含量

9,收到基氢含量,H_ar,设计值,H_ar=5.8,%,5.8,生物质颗粒收到基氢元素含量,GB/T28731-2012固体生物质燃料工业分析方法,氢含量

10,收到基氧含量,O_ar,设计值,O_ar=38.0,%,38,生物质颗粒收到基氧元素含量,GB/T28731-2012固体生物质燃料工业分析方法,氧含量

11,收到基氮含量,N_ar,设计值,N_ar=0.8,%,0.8,生物质颗粒收到基氮元素含量,GB/T28731-2012固体生物质燃料工业分析方法,氮含量

12,收到基硫含量,S_ar,设计值,S_ar=0.1,%,0.1,生物质颗粒收到基硫元素含量，生物质硫含量低,GB/T28731-2012固体生物质燃料工业分析方法,硫含量

13,收到基灰分,A_ar,设计值,A_ar=5.0,%,5,生物质颗粒收到基灰分含量，生物质灰分低,GB/T28731-2012固体生物质燃料工业分析方法,灰分含量

14,收到基水分,M_ar,设计值,M_ar=10.0,%,10,生物质颗粒收到基水分含量，成型颗粒水分低,GB/T28731-2012固体生物质燃料工业分析方法,水分含量

15,干燥无灰基挥发分,V_daf,设计值,V_daf=75.0,%,75,生物质颗粒干燥无灰基挥发分，生物质挥发分高,GB/T28731-2012固体生物质燃料工业分析方法,挥发分含量

16,炉膛出口过量空气系数,α_l,设计值,α_l=1.5,-,1.5,炉膛出口过量空气系数，生物质燃烧略高,GB50041-2008锅炉房设计规范,过量空气系数

17,漏风系数,Δα,设计值,Δα=0.18,-,0.18,炉膛漏风系数，生物质锅炉漏风略高,GB50041-2008锅炉房设计规范,漏风系数

18,排烟温度,t_py,设计值,t_py=155,℃,155,锅炉排烟温度，设计值,GB50041-2008锅炉房设计规范,排烟温度

19,冷空气温度,t_lk,设计值,t_lk=20,℃,20,冷空气入口温度，环境温度,GB50041-2008锅炉房设计规范,环境温度

20,生物质堆积密度,ρ,查表值,ρ=600,kg/m³,600,生物质成型颗粒的堆积密度，查表得到,NB/T47062-2018生物质成型燃料锅炉,堆积密度

,二、燃烧计算,,,,,,,,

21,理论空气量,V_o,计算值,V_o=0.0889(C_ar+0.375S_ar)+0.265H_ar-0.0333O_ar,m³/kg,4.2932,理论空气需要量，标准状态下干空气量,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,理论空气量

22,三原子气体理论容积,V_RO2,计算值,V_RO2=0.01866(C_ar+0.375S_ar),m³/kg,0.8441,燃烧生成的三原子气体（CO2、SO2）的理论容积,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,三原子气体容积

23,氮气理论容积,V_N2,计算值,V_N2=0.008N_ar+0.79V_o,m³/kg,3.398,烟气中氮气的理论容积，包括燃料中的氮和空气中的氮,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,氮气体积

24,实际空气量,V_k,计算值,V_k=α_l×V_o,m³/kg,6.4398,实际空气需要量，考虑过量空气系数,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,实际空气量

25,理论干烟气量,V_gyo,计算值,V_gyo=V_RO2+V_N2+0.006O_ar,m³/kg,4.4702,理论干烟气量，标准状态下,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,理论干烟气量

26,实际干烟气量,V_gy,计算值,V_gy=V_gyo+(α_l-1)×V_o,m³/kg,6.6168,实际干烟气量，考虑过量空气,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,实际干烟气量

27,烟气中水蒸气含量,V_H2O,计算值,V_H2O=0.0124(H_ar+0.0161M_ar)+0.0161(α_l-1)×V_o,m³/kg,0.1085,烟气中水蒸气含量，包括燃料水分和氢燃烧生成的水蒸气,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,水蒸气含量

28,总烟气量,V_y,计算值,V_y=V_gy+V_H2O,m³/kg,6.7253,总烟气量，干烟气量加水蒸气量,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,总烟气量

29,RO2容积份额,r_RO2,计算值,r_RO2=V_RO2/V_y,-,0.1255,三原子气体在总烟气中的容积份额,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,三原子份额

30,H2O容积份额,r_H2O,计算值,r_H2O=V_H2O/V_y,-,0.0161,水蒸气在总烟气中的容积份额,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,水蒸气份额

31,N2容积份额,r_N2,计算值,r_N2=V_N2/V_y,-,0.5053,氮气在总烟气中的容积份额,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,氮气份额

32,O2容积份额,r_O2,计算值,r_O2=((α_l-1)V_o)/V_y,-,0.3192,过量氧气在总烟气中的容积份额,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,氧气份额

,三、热平衡计算,,,,,,,,

33,饱和蒸汽焓,h_s,查表值,1.6MPa饱和蒸汽焓,kJ/kg,2793,额定压力下饱和蒸汽的焓值,水和水蒸气热力性质表,蒸汽焓值

34,给水焓,h_g,查表值,105℃给水焓值,kJ/kg,439.8,额定给水温度下的给水焓值,水和水蒸气热力性质表,给水焓值

35,有效利用热量,Q_eff,计算值,Q_eff=D×(h_s-h_g)×1000/3600,kW,13073.33,锅炉有效输出的热量,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,有效热量

36,排烟焓,I_py,计算值,I_py=V_y×c_py×t_py,kJ/kg,1407.26,排烟的焓值，c_py为烟气定压比热,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,排烟焓

37,冷空气焓,I_lk,计算值,I_lk=V_k×c_k×t_lk,kJ/kg,167.05,冷空气的焓值，c_k为空气定压比热,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,冷空气焓

38,排烟热损失,q_2,计算值,"q_2=(I_py-I_lk)/Q_net,ar×100",%,7.09,排烟带走的热量损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,排烟热损失

39,化学不完全燃烧热损失,q_3,设计值,生物质锅炉典型值,%,1,可燃气体未完全燃烧的热损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,化学不完全燃烧损失

40,机械不完全燃烧热损失,q_4,设计值,生物质锅炉典型值,%,6,固体可燃物未完全燃烧的热损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,机械不完全燃烧损失

41,灰渣份额,a_lz,设计值,生物质锅炉灰渣占比,-,0.5,炉排排出的灰渣占总灰分的份额,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,灰渣份额

42,飞灰份额,a_fh,设计值,生物质锅炉飞灰占比,-,0.4,烟气带走的飞灰占总灰分的份额,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,飞灰份额

43,漏煤份额,a_lm,设计值,生物质锅炉漏煤占比,-,0.1,炉排漏煤占总灰分的份额,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,漏煤份额

44,灰渣温度,t_lz,设计值,炉排灰渣出口温度,℃,600,灰渣排出炉排时的温度,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,灰渣温度

45,飞灰温度,t_fh,设计值,炉膛出口飞灰温度,℃,1000,飞灰随烟气排出炉膛时的温度,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,飞灰温度

46,漏煤温度,t_lm,设计值,漏煤温度,℃,20,漏煤的温度，按环境温度计算,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,漏煤温度

47,灰渣物理热损失,q6_lz,计算值,"q6_lz=(A_ar×a_lz×c_h×(t_lz-t_lk))/Q_net,ar×100",%,6.96,灰渣带走的物理热损失，c_h为灰的比热,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,灰渣热损失

48,飞灰物理热损失,q6_fh,计算值,"q6_fh=(A_ar×a_fh×c_h×(t_fh-t_lk))/Q_net,ar×100",%,9.41,飞灰带走的物理热损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,飞灰热损失

49,漏煤物理热损失,q6_lm,计算值,"q6_lm=(A_ar×a_lm×c_h×(t_lm-t_lk))/Q_net,ar×100",%,0,漏煤带走的物理热损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,漏煤热损失

50,总灰渣物理热损失,q_6,计算值,q_6=q6_lz+q6_fh+q6_lm,%,16.37,总灰渣物理热损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,总灰渣热损失

51,散热损失,q_5,设计值,20t/h锅炉散热损失,%,1.5,锅炉本体向环境散热的损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,散热损失

52,总热损失,q_total,计算值,q_total=q_2+q_3+q_4+q_5+q_6,%,31.95,锅炉各项热损失之和,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,总热损失

53,锅炉热效率,η,计算值,η=100-q_total,%,68.05,锅炉热效率，扣除所有热损失后的效率,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,锅炉效率

54,燃料消耗量,B,计算值,"B=Q_eff×3600/(Q_net,ar×η/100)",kg/h,3952.34,锅炉实际的燃料消耗量,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,燃料消耗量

55,计算燃料消耗量,B_j,计算值,B_j=B×(1-q_4/100),kg/h,3715.2,考虑机械不完全燃烧的计算燃料量,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,计算燃料量

,四、炉排结构计算,,,,,,,,

56,炉排面积热负荷,q_R,查表值,生物质锅炉推荐热负荷,kW/m²,750,生物质链条炉排的面积热负荷推荐值,DB23/T3923-2024生物质捆烧直燃工业锅炉选用指南,炉排热负荷

57,炉排面积,A_R,计算值,"A_R=B_j×Q_net,ar×1e-3/q_R",m²,86.69,炉排的有效燃烧面积,DB23/T3923-2024生物质捆烧直燃工业锅炉选用指南,炉排面积

58,炉排宽度,B_R,设计值,标准炉排宽度,m,2.4,炉排的标准设计宽度,GB/T44906-2024生物质锅炉技术规范,炉排宽度

59,炉排长度,L_R,计算值,L_R=A_R/B_R,m,36.12,炉排的有效燃烧长度,DB23/T3923-2024生物质捆烧直燃工业锅炉选用指南,炉排长度

60,燃料层厚度,h_m,设计值,生物质燃料推荐厚度,mm,150,生物质颗粒的燃料层厚度推荐值100-200mm,GB50041-2008锅炉房设计规范,燃料层厚度

61,燃料层移动速度,v_c,计算值,v_c=B/(3600×B_R×h_m×ρ/1000),m/s,0.005083,燃料在炉排上的移动速度，保证燃烧时间,GB50041-2008锅炉房设计规范,燃料移动速度

62,燃料移动速度校核,-,判断值,"v_c∈[0.02/60,0.1/60]m/s",-,不满足,校核燃料移动速度是否在推荐范围内,GB50041-2008锅炉房设计规范,速度范围0.02-0.1m/min

63,炉排热负荷校核,-,判断值,"q_R∈[600,950]kW/m²",-,满足,校核炉排热负荷是否在推荐范围内,DB23/T3923-2024生物质捆烧直燃工业锅炉选用指南,热负荷范围600-950kW/m²

,五、炉膛热力计算,,,,,,,,

64,炉膛容积热负荷,q_V,查表值,生物质锅炉推荐容积热负荷,kW/m³,120,生物质锅炉的炉膛容积热负荷推荐值,DB23/T3923-2024生物质捆烧直燃工业锅炉选用指南,容积热负荷

65,炉膛容积,V_l,计算值,"V_l=B_j×Q_net,ar×1e-3/q_V",m³,541.8,炉膛的有效容积,DB23/T3923-2024生物质捆烧直燃工业锅炉选用指南,炉膛容积

66,炉膛截面积,A_l,设计值,炉膛横截面积,m²,9,炉膛的横截面积，匹配炉排尺寸,GB50041-2008锅炉房设计规范,炉膛截面积

67,炉膛高度,H_l,计算值,H_l=V_l/A_l,m,60.2,炉膛的有效高度,GB50041-2008锅炉房设计规范,炉膛高度

68,炉膛出口烟温,t_l,设计值,生物质锅炉炉膛出口烟温,℃,950,炉膛出口的烟气温度，保证不结焦,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,炉膛出口烟温

69,炉膛出口烟焓,I_l,计算值,I_l=V_y×c_py×t_l,kJ/kg,8816.81,炉膛出口烟气的焓值,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,炉膛出口烟焓

70,炉膛吸热量,Q_l,计算值,Q_l=B_j×(I_l-I_py)×1000/3600,kW,7646649.08,炉膛内的辐射传热量,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,炉膛吸热量

71,炉膛容积热负荷校核,-,判断值,"q_V∈[100,140]kW/m³",-,满足,校核炉膛容积热负荷是否在推荐范围内,DB23/T3923-2024生物质捆烧直燃工业锅炉选用指南,范围100-140kW/m³

72,炉膛出口烟温校核,-,判断值,t_l≤1100℃,-,满足,校核炉膛出口烟温，防止结焦,GB50041-2008锅炉房设计规范,不超过灰变形温度

,六、对流受热面计算,,,,,,,,

73,总对流吸热量,Q_dl,计算值,Q_dl=Q_eff-Q_l,kW,-7633575.74,对流受热面的总吸热量,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,总对流热量

74,省煤器吸热量,Q_sm,计算值,Q_sm=D×(h_sm_out-h_g)×1000/3600,kW,750,省煤器的吸热量，加热给水,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,省煤器吸热量

75,省煤器受热面积,H_sm,计算值,H_sm=Q_sm/(K×Δt),m²,200,省煤器的传热面积，K为传热系数,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,省煤器受热面积

76,省煤器出水温度,t_sm_out,设计值,省煤器出口水温,℃,180,省煤器出口的给水温度,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,省煤器出水温度

77,省煤器出水温度校核,-,判断值,t_sm_out<t_s,-,满足,校核省煤器出水温度，防止沸腾,GB50041-2008锅炉房设计规范,低于饱和温度

78,空气预热器吸热量,Q_ky,计算值,Q_ky=Q_dl-Q_sm,kW,-7634325.74,空气预热器的吸热量，加热燃烧用空气,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,空预器吸热量

79,空气预热器受热面积,H_ky,计算值,H_ky=Q_ky/(K×Δt),m²,130,空气预热器的传热面积,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,空预器受热面积

80,空气预热器出口温度,t_ky_out,设计值,空预器出口空气温度,℃,160,空气预热器出口的热空气温度,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,热空气温度

81,水冷壁受热面积,H_slb,设计值,水冷壁总传热面积,m²,160,炉膛水冷壁的总受热面积,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,水冷壁受热面积

82,对流管束受热面积,H_dl,设计值,对流管束总传热面积,m²,220,对流管束的总受热面积,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,对流管束受热面积

83,锅炉总受热面积,H_total,计算值,H_total=H_slb+H_dl+H_sm+H_ky,m²,710,锅炉的总受热面积,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,总受热面积

,七、烟风阻力与辅机计算,,,,,,,,

84,炉膛阻力,Δp_l,设计值,炉膛出口阻力,Pa,40,炉膛内的烟气阻力损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,炉膛阻力

85,对流管束阻力,Δp_dl,计算值,对流管束阻力损失,Pa,750,对流管束的烟气阻力损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,对流管束阻力

86,省煤器阻力,Δp_sm,计算值,省煤器阻力损失,Pa,850,省煤器的烟气阻力损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,省煤器阻力

87,空预器烟气侧阻力,Δp_ky_y,计算值,空预器烟气侧阻力,Pa,800,空气预热器烟气侧的阻力损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,空预器烟气阻力

88,烟道阻力,Δp_yd,设计值,烟道总阻力,Pa,180,连接烟道的阻力损失，包括弯头,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,烟道阻力

89,烟囱阻力,Δp_yc,设计值,烟囱阻力,Pa,220,烟囱的阻力损失，包括出口阻力,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,烟囱阻力

90,总烟气阻力,Δp_y,计算值,Δp_y=Δp_l+Δp_dl+Δp_sm+Δp_ky_y+Δp_yd+Δp_yc,Pa,2840,烟气侧的总阻力损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,总烟气阻力

91,空预器空气侧阻力,Δp_ky_k,计算值,空预器空气侧阻力,Pa,500,空气预热器空气侧的阻力损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,空预器空气阻力

92,风道阻力,Δp_fd,设计值,风道总阻力,Pa,160,送风管道的阻力损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,风道阻力

93,总空气阻力,Δp_k,计算值,Δp_k=Δp_ky_k+Δp_fd,Pa,660,空气侧的总阻力损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,总空气阻力

94,引风机风量,Q_yin,计算值,Q_yin=B×V_y×1.1,m³/h,29238.52,引风机的计算风量，考虑10%余量,GB50041-2008锅炉房设计规范,引风机风量

95,引风机风压,P_yin,计算值,P_yin=Δp_y×1.2,Pa,3408,引风机的计算风压，考虑20%余量,GB50041-2008锅炉房设计规范,引风机风压

96,送风机风量,Q_song,计算值,Q_song=B×V_k×1.1,m³/h,27997.58,送风机的计算风量，考虑10%余量,GB50041-2008锅炉房设计规范,送风机风量

97,送风机风压,P_song,计算值,P_song=Δp_k×1.2,Pa,792,送风机的计算风压，考虑20%余量,GB50041-2008锅炉房设计规范,送风机风压

,八、受压元件强度校核,,,,,,,,

98,锅筒内径,d_n,设计值,锅筒内径,mm,1200,锅筒的内径尺寸,GB/T16508-2013锅壳锅炉,锅筒内径

99,锅筒许用应力,[σ],查表值,20g钢许用应力,MPa,125,锅筒材料的许用应力,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,许用应力

100,锅筒焊缝系数,φ,设计值,双面焊焊缝系数,-,0.85,锅筒纵缝的焊缝系数,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,焊缝系数

101,锅筒计算壁厚,δ,计算值,δ=p×d_n/(2×[σ]×φ-p),mm,9.1,锅筒的计算壁厚，按内压圆筒公式计算,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,锅筒壁厚

102,锅筒壁厚校核,-,判断值,δ≥最小壁厚7mm,-,满足,校核锅筒壁厚是否满足强度要求,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,满足强度要求

103,水冷壁管外径,d_s,设计值,水冷壁管外径,mm,51,水冷壁管的外径,GB/T3087-2008低中压锅炉用无缝钢管,水冷壁管外径

104,水冷壁管计算壁厚,δ_s,计算值,δ_s=p×d_s/(2×[σ]×φ-p),mm,0.39,水冷壁管的计算壁厚,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,水冷壁壁厚

105,水冷壁管壁厚校核,-,判断值,δ_s≥最小壁厚3.5mm,-,不满足,校核水冷壁管壁厚是否满足要求,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,满足强度要求

106,对流管外径,d_dl,设计值,对流管外径,mm,51,对流管束管的外径,GB/T3087-2008低中压锅炉用无缝钢管,对流管外径

107,对流管计算壁厚,δ_dl,计算值,δ_dl=p×d_dl/(2×[σ]×φ-p),mm,0.39,对流管的计算壁厚,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,对流管壁厚

108,对流管壁厚校核,-,判断值,δ_dl≥最小壁厚3.5mm,-,不满足,校核对流管壁厚是否满足要求,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,满足强度要求

109,省煤器管外径,d_sm,设计值,省煤器管外径,mm,38,省煤器管的外径,GB/T3087-2008低中压锅炉用无缝钢管,省煤器管外径

110,省煤器管计算壁厚,δ_sm,计算值,δ_sm=p×d_sm/(2×[σ]×φ-p),mm,0.29,省煤器管的计算壁厚,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,省煤器壁厚

111,省煤器管壁厚校核,-,判断值,δ_sm≥最小壁厚3.5mm,-,不满足,校核省煤器管壁厚是否满足要求,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,满足强度要求