于東林，王 銳，高 路*，王 皓

(1.吉林化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，吉林吉林132022;2吉林石化公司電石廠，吉林吉林132022;3.中國石油吉林石化公司乙二醇廠，吉林吉林132022)

工業(yè)鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中主要是燃?xì)忮仩t和燃油鍋爐，其中燃?xì)忮仩t相比燃油鍋爐來說，燃料經(jīng)濟(jì)，操作、運(yùn)行以及維護(hù)方便.本文以具體設(shè)計(jì)參數(shù)要求，對工業(yè)燃?xì)夤に囋O(shè)計(jì)、主要是熱力設(shè)計(jì)進(jìn)行了論證.

1 燃料與燃燒設(shè)計(jì)

1.1 要求鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

鍋爐設(shè)計(jì)熱效率85%～90%

設(shè)計(jì)蒸汽溫度270℃

設(shè)計(jì)出/回水溫度175℃

設(shè)計(jì)出口煙溫度200～250℃

煙氣理論燃燒溫度1 860℃

過量空氣系數(shù)取1.1

設(shè)計(jì)額定熱功率1MW

1.2 燃料燃燒特性

由文獻(xiàn)［1］可知，選定使用天然氣燃料，所用天然氣特性如表1所示.

表1 燃料燃燒特性表

2 燃料燃燒計(jì)算

2.1 按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1 m3CH4發(fā)熱量計(jì)算

2.2 空氣系數(shù)

在理想狀態(tài)下燃料完全燃燒時(shí)所必需的最少空氣量稱為理論空氣消耗量，在實(shí)際條件下燃料完全燃燒或不完全燃燒所需空氣量稱為實(shí)際空氣消耗量.實(shí)際空氣消耗量與理論空氣消耗量之比稱為空氣系數(shù)α.

各種燃料通過燃燒裝置進(jìn)行完全燃燒時(shí)必須通入大于理論空氣消耗量的過剩空氣量，此時(shí)α＞1;根據(jù)熱工要求進(jìn)行燃料的不完全燃燒時(shí)，則通入的空氣量小于理論空氣消耗量，α＜1.

空氣系數(shù)一般采用下列數(shù)據(jù)［1-2］:

固體燃料 α=1.25～1.4

煤粉 α =1.15～1.25

液體燃料 α=1.1～1.2

氣體燃料 α=1.05～1.1

2.3 燃燒所需空氣量計(jì)算

燃料通過燃燒裝置完全燃燒時(shí)必須通入大于理論空氣消耗量的過?？諝饬喀粒?，取空氣系數(shù) α =1.1［3-5］.

氣體燃料單位實(shí)際空氣消耗量La(m3/m3)

2.4 燃料生成氣量及密度

表2 燃料燃燒計(jì)算匯總表

3 鍋爐熱平衡計(jì)算

蒸汽鍋爐的吸熱過程分為兩個(gè)部分，第一部分，進(jìn)水管進(jìn)水(20℃)將水加熱到沸騰狀態(tài)，再由沸騰狀態(tài)加熱到過熱蒸汽［4-8］.10 MPa個(gè)大氣壓下水的沸點(diǎn)為 179 ℃，過熱蒸汽 270 ℃［1，3，10］.由［1］確定本設(shè)計(jì)中使用天然氣量為140 m3/h.熱平衡計(jì)算如下:

熱平衡計(jì)算結(jié)果如表3所示.

表3 熱平衡計(jì)算

4 爐膽的傳熱過程和計(jì)算

爐膛傳熱過程是爐內(nèi)燃燒過程的煙氣流動過程同時(shí)進(jìn)行的.

爐膛換熱計(jì)算的任務(wù)是確定輻射受熱面(火管)的吸熱量和爐膛出口煙氣溫度［7-8］.爐膛傳熱過程主要是高溫火焰和水冷壁之間的輻射換熱［7-8］.爐膽熱力計(jì)算如表4所示.

表4 爐膽熱力計(jì)算

5 對流受熱面的傳熱計(jì)算

鍋爐的對流受熱面是指鍋爐管束，過熱器，省煤器，空氣預(yù)熱器等［1，8］.此處計(jì)算是指鍋爐管束計(jì)算.在煙管管束中，高溫?zé)煔庵饕詫α鞣绞竭M(jìn)行放熱，所以稱之為對流受熱面.

考慮鍋爐的承壓強(qiáng)度、材料的屈服強(qiáng)度及耐高溫要求所選火管的材料為15CrMo螺紋管［5，9］.

利用水的比熱容 Cp=4.2×103J/kg.℃，水的總的傳熱速率為 q=mcpΔT，水在(20+270)℃/2=145℃時(shí)比熱容為4.283×103J/(kg.K)=4283W.s/(kg·K)，可求傳熱速率為:

q=0.55 ×4283×(270-20)=5.89 ×105W

對數(shù)平均溫度差:

5.1 第一管束的傳熱設(shè)計(jì)與計(jì)算

第一管束傳熱設(shè)計(jì)及計(jì)算如表5所示.

表5 第一管束傳熱設(shè)計(jì)及計(jì)算

5.2 第二管束的傳熱設(shè)計(jì)與計(jì)算

第二管束傳熱設(shè)計(jì)及計(jì)算如表6所示.

表6 第二管束傳熱設(shè)計(jì)及計(jì)算

5.3 爐膽、管束外形尺寸設(shè)計(jì)與選擇

爐膽、第一、二管束外形尺寸設(shè)計(jì)與選擇結(jié)果如表7所示.

表7 爐膽、管束外形尺寸設(shè)計(jì)與選擇

5.4 爐膽、管束溫度匯總

爐膽管束溫度設(shè)計(jì)結(jié)果如表8所示.

表8 爐膽、管束溫度設(shè)計(jì)

［1］ 工業(yè)鍋爐技術(shù)手冊［M］.上海:上海工業(yè)鍋爐研究所，1981.

［2］ 陳學(xué)俊，陳聽寬.鍋爐原理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

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