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        1MW臥式工業(yè)燃?xì)忮仩t的熱力設(shè)計(jì)

        2014-03-01 06:12:58于東林
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        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.

        [3] 楊世銘,陶文銓.傳熱學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2003..

        [4] 趙欽新,章燕謀.燃油和燃?xì)忮仩t的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)[J].工業(yè)鍋爐.1997(1):14-25.

        [5] 李之光,王銑慶.鍋爐受壓元件強(qiáng)度分析與設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工出版社,1990年.

        [6] 趙欽新.燃油燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及圖冊[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2001.

        [7] 徐保平,羅正輝,陶魏.臥式中心火焰內(nèi)燃燃油燃?xì)鉄崴仩t的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)[J].石河子科技,2006(12):9-10.

        [8] 趙明泉.鍋爐結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1991.

        [9] 勞動部.蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[Z].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.

        [10]袁隆基,丁艷.小型燃?xì)庹羝仩t的設(shè)計(jì)研究[J].煤礦機(jī)械,2009(2):23-25.

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