【導讀】隨著經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)保意識漸加強，燃油、燃氣鍋爐近年展很快。在中國,能源的供應以煤為主。能源的弊端日益顯現(xiàn),必須尋找其他能源替代煤炭作為主要能源。個缺乏原油的國家,從整個世界范圍來看石油的可利用前景也不是十分樂觀,所以不應將燃料政策定位在以燃油為主上。中國市場將會有很大發(fā)展。本次設計的主要任務為小型燃氣鍋爐的初步設計。燃氣鍋爐的結構簡圖，達到能夠制造應用的程度。增長到萬t,年均增長率為%。年均增長率為%。力開發(fā),天然氣工業(yè)21世紀會在中國得到高速的發(fā)展。中國天然氣預計儲量占全球天然氣預計儲量的10%. 由于差額較大,故中國市場的液化氣價格受國際市場液化氣價格影響較大,價格的波動基本與國際市場價格波動一致。為此中國提出了“加快開發(fā)利用國內(nèi)資源和加快利用國際資。燃氣的爆炸極限是由其組分決定的。

　　

【正文】 運行不允許有 較厚水垢層，因此可采用干凈管壁對工質(zhì)的放熱系數(shù)來代替 因此，式可簡化為： hhhhK2111 1???? ??? （ 429） 由于煙氣對灰污層的放熱熱阻以及灰污層的熱阻都很難單獨確定，因此計算中往往根據(jù)下述不同情況，用灰污系數(shù)，有效系數(shù)或利用系數(shù)來考慮灰污對傳熱的影響。 （ 2）煙氣速度 在布置有被煙氣橫向或斜向沖刷的光滑管束和肋片管束的煙道中，應采用最小斷面原則來確定煙氣流通斷面積。即流通斷面應是通過垂直于氣流方向的排 管中心線的平面，其面積等于煙道整個橫向斷面積與管或肋片管所占面積之差。 介質(zhì)縱向沖刷光滑管束時流通斷面積為： rr NdF ??? （ 430） 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計論文 第 32 頁 F —— 煙氣流通斷面， m2； rd —— 螺紋管內(nèi)徑， m； rN —— 螺紋管 根數(shù)。 計算煙氣速度： 2 7 32 7 33 6 0 0 ?? pdyj FVBW ? （ 431） W —— 煙速， M/S； jB —— 計算燃料消耗量， m3/h； yV —— 煙氣量 p? —— 煙氣溫度，℃； dF —— 流通面積， m2。 （ 3）放熱系數(shù) 煙氣與受熱面的放熱系數(shù)，一般包括煙氣的對流放熱系數(shù)和管內(nèi)煙氣容積的輻射放熱系數(shù)。 根據(jù)相似理論通過大量的實驗研究，可以得到各種不同沖刷換熱條件下準則之間的關系式，從而可以求的相應的對流放熱系數(shù) 對流放熱系數(shù)為： rrrd dddt ??? 4 ?????????????????? （ 432） 式中： t —— 螺紋管節(jié)距， m； ? —— 螺紋管槽深， m； rd —— 螺紋管 內(nèi)徑， m； Re —— 雷諾數(shù) ； ? —— 煙氣的導熱系數(shù)， kW/(m℃ )。（查煙氣特性表） 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計論文 第 33 頁 ① 根據(jù)螺紋管優(yōu)化的結構參數(shù)推薦為： 單頭螺紋槽 ? = rd t = rd ② 雷諾數(shù) ??d?Re ? —— 平均煙氣流速， m/s； ? —— 煙氣運動粘性， m2/s（查煙氣特性表）； rd —— 螺紋管 內(nèi)徑， m； 輻射換熱系數(shù) 爐膛中產(chǎn)生的高溫煙氣流經(jīng)對流受熱面與各受熱面外表面既有對流換熱又有輻射換熱。除低溫級空氣預熱器外，鍋爐對流受熱面煙氣側放熱系數(shù)均由對流放熱系數(shù)和輻射放熱系數(shù)所組成。煙氣與管束間的輻射換熱過程很復雜，為簡化計算，本節(jié)推薦的計算式是在下述條件下導出的： 計算煙氣黑度時，對于氣體燃料只考慮三原子氣體。 輻射換熱系數(shù)為： yhbyhbyyfTTTTT301 ?????????? ??? （ 433） 式中： 0? —— 0? = 1011 KJ/（ NM3 K4）； y? —— 煙氣黑度； yT —— 煙氣平均溫度， K； hbT —— 壁面溫度與煙氣溫度之比， K。 對于對流管束，可取比管內(nèi)工質(zhì)的飽和溫度高出 60。 煙氣黑度按爐內(nèi)傳熱的火焰黑度的方法計算，在計算減弱時用煙氣平均溫度，對管內(nèi)煙氣縱向沖刷的煙管： 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計論文 第 34 頁 dS ? d —— 煙管內(nèi)徑， m。 灰污 系數(shù)、熱有效系數(shù) 對流受熱面污染系數(shù)、熱有效系數(shù)都是考慮管壁上灰垢層增大了煙氣側熱阻，對傳熱系數(shù)影響的經(jīng)驗系數(shù)。 系數(shù) 物理意義為： 011 KK??? （ 434） 式中 ： K 、 0K —— 管壁上有灰垢和無灰垢時的傳熱系數(shù) 燃用氣體燃料時 ? =0 物理意義為： 0KK?? （ 435） 對于氣體燃料，υ ’ ≤ 400℃， ? =； υ ’ 400℃， ? =； 逆流與順流 冷熱流體彼此反向平行流動的受熱面連接方案稱為逆流：彼此同向平行流動的成為順流。這兩種方案的溫壓均可按對數(shù)溫壓計算： xdxdtt ttt??????? ln （ 436） 式中 ： t? —— 對數(shù)溫壓， ℃ 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計論文 第 35 頁 dt? ， xt? —— 受熱兩端溫差中較大的和較小的溫度差值。 對流換熱溫壓 參與換熱的兩種介 質(zhì)在整個受熱面中的平均溫差稱之為溫壓。溫壓的大小于兩種介質(zhì)相互間的流動方向有關。若介質(zhì)之一在整個受熱面范圍內(nèi)溫度不變，則溫壓大小與它們之間相互流動的方向無關。 對流受熱面的結構設計 對流受熱面的結構設計是指凝渣管束、鍋爐管束，對流過熱器和再熱器、省煤器和空氣預熱器，其受熱面換熱以對流為主，結構設計上具有一定的共同點。 這里僅就鍋爐管束的結構特點進行簡單的說明， 鍋爐管束是由聯(lián)結在上下兩鍋筒或上鍋筒與下集箱之間的多排并列管構成的受熱面。 他是中小型過路的主要對流受熱面。管束所用的管子一般為51 3mm? ? ，管束內(nèi)管子的排序可是 順列，也可以是錯列，前者結構簡單，便于檢修，后者在咽氣作橫向沖刷時，傳熱效果好。 布置鍋爐管束時，應盡量保證煙氣對管束的均勻沖刷，并應考慮排放煙道積灰的可能性。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計論文 第 36 頁 表 43 對流受熱面計算 序號 名稱 符號 單位 計算公式 計算結果 1 螺紋管節(jié)距 t ㎜ 設計選定 51 2 螺紋管槽深 ε ㎜ 設計選定 2 3 螺紋管的內(nèi)徑 dr ㎜ 設計選定 42 4 螺紋管的根數(shù) Nr 設計選定 50 5 光管 的內(nèi)徑 dg ㎜ 設計選定 42 6 光管的根數(shù) Ng 設計選定 0 7 拉撐管的內(nèi)徑 dl ㎜ 設計選定 42 8 拉撐管的根數(shù) Nl 設計選定 0 9 螺紋管煙氣流通面積 Fr ㎡ dr2 Nr 10 光管煙氣流通面積 Fg ㎡ dg2 Ng 0 11 拉撐管煙氣流通面積 Fl ㎡ dl2 Nl 0 12 縱向沖刷管長度 L m 設計選定 13 螺紋管傳熱面積 Hr ㎡ L Nr 14 光管傳熱面積 Hg ㎡ L Ng 0 15 拉撐管傳熱面積 Hl ㎡ L Nl 0 16 煙氣總流通面積 Fd ㎡ Fr+Fg+Fl 17 總傳熱面積 Hd ㎡ Hr+Hg+Hl 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計論文 第 37 頁 序號 名稱 符號 單位 計算公式 計算結果 1 入口煙溫 t1 ℃ 設計給定 1068 2 入口煙焓 I1 kJ/kg 查焓溫表 19469 3 出口煙溫 t2 ℃ 熱平衡計算 4 出口煙焓 I2 kJ/kg 查 焓溫表 5154 5 管束出口過量空氣系數(shù) α d1 —— 選取 6 管束漏風系數(shù) △α —— 選取 0 7 冷空氣溫度 tlk ℃ 選取 30 8 冷空氣焓 I0lk kJ/kg 查焓溫表 9 保熱系數(shù) ψ —— 熱平衡計算 10 管束平衡熱量 Qrp1 kJ/kg ψ (I1I2) 11 平均煙氣溫度 υ p ℃ (t1+t2)/2 12 大端溫壓 △ td ℃ t1t 903 13 小端溫壓 △ tx ℃ t2t 14 對數(shù)溫壓 △ t ℃ 15 平均煙氣流速 W m/s 16 煙氣普朗特數(shù) Pr —— 查煙氣忒正表 17 煙氣運動粘性系數(shù) υ m2/s 查煙氣特性表 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計論文 第 38 頁 18 煙氣導熱系數(shù) kw/(m.℃ ) 查煙氣特性表 19 光管或拉撐管雷諾數(shù) Reg —— wdg/υ 20 螺紋管雷諾數(shù) Rer —— wdr/υ 21 比值 R1 —— t/dr 22 比 值 R2 —— ε /dr 23 光管對流換熱系數(shù) α g kw/(m.℃ ) λ /dg 0 24 螺紋管對流換熱系數(shù) α r kw/(m.℃ ) 25 煙氣的總對流換熱系數(shù) α l kw/(m.℃ ) 26 工質(zhì)溫度與管壁溫差 dt ℃ 60 60 27 管壁溫度 tb ℃ tbh+60 28 煙氣壓力 P Mpa 29 水蒸氣體積份額 rH2O —— rH2O 30 三原子氣體 體積份額 rq —— rH2O+rRO2 31 煙氣容積 Vy m/kg V0y+(α d1)V0 32 三原子氣體輻射減弱系數(shù) kq 1/() 33 飛灰輻射減弱系數(shù) kh 1/() 0 34 氣體介質(zhì)吸收力 kps 1/() (kq+kh)ps(s=) 35 煙氣黑度 α y —— 1ekps 36 溫度比 τ —— (tb+273)/(υ p+273) 37 煙氣輻射放熱系數(shù) α f kw/(m2℃ ) 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計論文 第 39 頁 38 熱有效系數(shù) ψ —— 估取 39 總傳熱系數(shù) K kw/(m2℃ ) ψ (ad+af) 40 主受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù) Qcr kJ/kg KHd△ t/Bj 41 主受熱傳熱誤差 △ ％ |QcrQrp1|/Qrp1 100 序號 名稱 符號 單位 計算公式 計算結果 1 螺紋管節(jié)距 t ㎜ 設計選定 51 2 螺紋管槽深 ε ㎜ 設計選定 2 3 螺紋管的內(nèi)徑 dr ㎜ 設計選定 42 4 螺紋管的根數(shù) Nr 設計選定 60 5 光管的內(nèi)徑 dg ㎜ 設計選定 42 6 光管的根數(shù) Ng 設計選定 0 7 拉撐管的內(nèi)徑 dl ㎜ 設計選定 42 8 拉撐管的根數(shù) Nl 設計選定 0 9 螺紋管煙氣流通面積 Fr ㎡ dr2 Nr 10 光管煙氣流通面積 Fg ㎡ dg2 Ng 0 11 拉撐管煙氣流通面積 Fl ㎡ dl2 Nl 0 12 縱向沖刷管長度 L m 設計選定 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計論文 第 40 頁 13 螺紋管傳熱面積 Hr ㎡ L Nr 14 光管傳熱面積 Hg ㎡ L Ng 0 15 拉撐管傳熱面積 Hl ㎡ L Nl 0 16 煙氣總流通面積 Fd ㎡ Fr+Fg+Fl 17 總傳熱面積 Hd ㎡ Hr+Hg+Hl 序號 名稱 符號 單位 計算公式 計算結果 1 入口煙溫 t1 ℃ 設計給定 2 入口煙焓 I1 kJ/kg 查焓溫表 5154 3 出口煙溫 t2 ℃ 熱平衡計算 200 4 出口煙焓 I2 kJ/kg 查焓溫表 5 管束出口過量空氣系數(shù) α d2 —— 選取 6 管束漏風系數(shù) △α —— 選取 0 7 冷空氣溫度 tlk ℃ 選取 30 8 冷空氣焓 I0lk kJ/kg 查焓溫表 9 保熱系數(shù) ψ —— 熱平衡計算 10 管束平衡熱量 Qrp1 kJ/kg ψ