1、生物质直燃锅炉设计计算生物质直燃锅炉设计计算3.1锅炉设计时主要的结构尺寸1）炉膛净空尺寸：25025014002）炉排有效面积 250600，共做 3块，炉排小孔 4mm，开孔率 40%，炉排下两侧装导轨，机械传动3）前拱高 200，长 50；4）后拱高 180，长 3003）炉顶出口：天圆地方结构，出口 60mm4）点火炉门 8080，装在侧强5）看火孔 42mm6）炉前装料斗7）料层厚度 60mm6）炉顶装省煤器，管子 18mm，前后各布置测点一个。8）每隔 300mm一个测点，测点预留孔 14mm，烟囱上布置一个测点9）支架高度 800mm10）炉膛内衬 80mm厚，布置抓钉11）整体
2、用不锈钢外包装12）支架高度 800mm13）整体外形长宽高：76041022003.2试验原料本试验是采用生物质颗粒燃料（玉米秸秆颗粒燃料），是由生物质燃料成型机压制而成的。其尺寸是圆柱形，直径是 8mm，燃料颗粒自然堆积密度为 554.7kg/m3，其颗粒密度为 1200kg/m3。实验前用氧弹式量热仪测定玉米颗粒燃料的收到基净发热量qnet,ar ， qnet,ar=15132kJ/kg。由燃料元素分析仪分别测定其收到基中 C，H，N，S，O 的含量，得到：Car=44.92%，Har=5.77%，Nar=0.98%，Sar=0.21%，Oar=31.26%。用燃料工业分析仪分别测定其收
3、到基水分含量（Mar），收到基挥发分含量（Var），收到基固定炭含量（Far），收到基灰分含量（Aar）。如下：Mar= 9.15%，Var= 75.58%，Far= 7.56%，Aar= 7.71%。3.3直燃锅炉设计的相关参数1）锅炉功率要求：10 kW；2）温度：查阅暖通空调设计指南（P63）可以得到室内空气温度在16-24范围内2，在试验期间实际测得当时温度为 16，室外环境温度 t0=10，排烟温度 tpy低于烟气露点，150左右 20，tpy =165；3）热负荷：查相关锅炉设计手册得炉排单位面积热负荷经验值 7001050kW/m2 3-8，由于低温及燃料易燃尽时取上限，所以取
4、qF= 1050 kW/m2；炉膛单位容积热负荷经验值 235350kW/m3 3-8，因为低温及燃料易燃尽时取取上限，所以取 qV= 350 kW/m3；4）过量空气系数：炉门和进料槽漏风系数= 0.2；炉膛进口空气过量系数 1= 1.5，炉膛出口空气过量系数 2,= 1+= 1.7；5）热损失：固体未完全燃烧损失 q4=3.56%，CO 未完全燃烧损失 q3=2.5%，侧壁散发到室内的热量 q5=0%；6）大气压力 P=1atm总结以上数据绘制成下表 1表 1 直燃锅炉主要设计参数序号 主要设计参数 符号 参数来源 数值 单位燃料参数 1 燃料种类 给定 玉米桔杆 2 燃料颗粒大小 s 燃
5、料测定 8 mm3 燃料颗粒自然堆积密度 s 燃料测定 554.7 kg/m34 灰渣自然堆积密度 ash 燃料测定 1200 kg/m35 收到基碳含量 Car 燃料元素分析仪测定 44.92 %6 收到基氢含量 Har 燃料元素分析仪测定 5.77 %7 收到基氮含量 Nar 燃料元素分析仪测定 0.98 %8 收到基硫含量 Sar 燃料元素分析仪测定 0.21 %9 收到基氧含量 Oar 燃料元素分析仪测定 31.26 %10 收到基水分含量 Mar 燃料工业分析仪测定 9.15 %11 收到基挥发分含量 Var 燃料工业分析仪测定 75.58 %12 收到基固定炭含量 Far 燃料工业
6、分析仪测定 7.56 %13 收到基灰分含量 Aar 燃料工业分析仪测定 7.71 %14 收到基净发热量 qnet,ar 氧弹式量热仪测定 15132 kJ/kg直燃锅炉参数 15 功率 W 10 kW16 温度 thot,2 30-50，不超过 70 1 50 17 室内空气温度 thot,1 在 16-24范围内选取 2 16 18 炉排单位面积热负荷 qF 经验值 7001050kW/m2 3-8 1050 kW/m2低温及燃料易燃尽时取上限 19 炉膛单位容积热负荷 qV 经验值 235350kW/m3 3-8 350 kW/m3低温及燃料易燃尽时取取上限 20 炉门和进料槽漏风系数
7、 参照文献9选取 0.2 21 炉膛出口空气过量系数 2 1+ 1.7 22 炉膛进口空气过量系数 1 参考文献10-13 1.5 23 固体未完全燃烧损失 q4 参考文献14-16 3.56 %24 CO未完全燃烧损失 q3 参照文献14-16选取 2.5 %25 侧壁散发到室内的热量 q5 参考文献 17-19 0 %26 室外环境温度 t0 给定 10 27 排烟温度 tpy 低于烟气露点，150左右 20 165 28 压力 P 给定 1 atm3.4烟气量的计算（1）二氧化物量 vRO2二氧化物是指烟气中的量，其计算如下：vRO2=0.01866(Car+0.375Sar)=0.01
8、866（44.92+0.3750.21）=0.839676675Nm3/kg（2）理论空气量 va,0理论空气量是指每千克固体、液体燃料或每标准立方米气体燃料在化学当量比之下完全燃烧所需的空气量。此试验所需的理论空气量为：va,0=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar=0.0889（44.92+0.3750.21）+0.2655.77-0.033331.26=4.488480875Nm3/kg（3）理论氮气量 vN2理论氮气量包括空气中的氮气量和燃料燃烧所产生的氮气。计算如下：vN2= 0.008Nar+0.79Va,0=0.0080.98+0.794
9、.488480875=3.553739891 Nm3/kg（4）理论水蒸气量理论水蒸气量包括自身水分，空气中水分和 H燃烧生成的水分：=0.111Har+0.0124Mar+0.0161Va,0=0.1115.77+0.01249.15+0.01614.488480875=0.826194542 Nm3/kg（5）理论烟气量 vy,0理论烟气量是指单位燃料与理论空气进行完全燃烧生成的烟气量。包括二氧化物，氮气和水蒸气的量：vy,0=VRO2+VN2+VH2O,0=0.839676675+3.553739891+0.826194542=5.219611108 Nm3/kg（6）实际烟气量 vy实
10、际排放或者测量的烟气量，依状态不同，分为工况和标况两种，工况是依实际条件测定的烟气量，标况是工况换算成标准状态下的烟气量：vy= vy,0+1.0161(-1)Va,01= 1.5，则 vy=5.219611108+1.0161（1.5-1）4.488480875=7.4999838172,= 1+= 1.7，vy=5.219611108+1.0161（1.7-1）4.488480875= 8.4121329汇总数据成下表 2：表 2 烟气量计算序号 项目 符号 单位 计算公式 数值 1 过剩空气系数 1.5 1.72 二氧化物量 vRO2 Nm3/kg 0.01866(Car+0.375Sa
11、r) 0.839676675 0.8396766753 理论空气量 va,0 Nm3/kg 0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar 4.488480875 4.4884808754 理论氮气量 vN2 Nm3/kg 0.008Nar+0.79Va,0 3.553739891 3.5537398915 理论水蒸气量 vH2O,0 Nm3/kg 0.111Har+0.0124Mar+0.0161Va,0 0.826194542 0.8261945426 理论烟气量 vy,0 Nm3/kg VRO2+VN2+VH2O,0 5.219611108 5.21961
12、11087 实际烟气量 vy Nm3/kg vy,0+1.0161(-1)Va,0 7.499983817 8.41213293.5烟气焓温表由于实验需多次用到烟气焓温表，所以查阅工业锅炉实用手册得到下表 3以随时查找相关数据：表 3 烟气焓温表21/ iCO2 iN2 iH2O iy,0 ia,0 iy=iy,0+(-1)ia,0(ct)CO2 vRO2(ct)RO2 (ct)N2 vN2(ct)N2 (ct)H2O vH2O(ct)H2O iRO2+iN2+iH2O (ct)a va,0(ct)a 1.5 1.7100 170 142.7450348 130 461.9861859 151
13、 124.7553759 729.4865965 132 592.479476 1025.726334 1144.22223200 375 314.8787531 260 923.9723717 304 251.1631408 1490.014266 266 1193.93591 2086.982222 2325.7694300 559 469.3792613 392 1393.066037 463 382.528073 2244.973372 403 1808.85779 3149.402268 3511.17383400 772 648.2303931 527 1872.820923 62
14、6 517.1977833 3038.249099 542 2432.75663 4254.627416 4741.17874500 994 834.638615 664 2359.683288 795 656.824661 3851.146564 684 3070.12092 5386.207023 6000.23121600 1225 1028.603927 804 2857.206873 969 800.5825113 4686.393311 830 3725.43913 6549.112874 7294.2007700 1462 1227.607299 948 3368.945417
15、1149 949.2975289 5545.850245 978 4389.7343 7740.717392 8618.66425800 1705 1431.648731 1094 3887.791441 1334 1102.143519 6421.583691 1129 5067.49491 8955.331145 9968.83013900 1952 1639.04887 1242 4413.744945 1526 1260.772871 7313.566686 1282 5754.23248 10190.68293 11341.52941000 2204 1850.647392 1392
16、 4946.805929 1723 1423.533196 8220.986516 1437 6449.94702 11445.96003 12735.94941100 2458 2063.925267 1544 5486.974392 1925 1590.424494 9141.324153 1595 7159.127 12720.88765 14152.7131200 2717 2281.401526 1697 6030.696595 2132 1761.446764 10073.54489 1753 7868.30697 14007.69837 15581.35981300 2977 2
17、499.717461 1853 6585.080018 2344 1936.600007 11021.39749 1914 8590.95239 15316.87368 17035.06421400 3239 2719.71275 2009 7139.463442 2559 2114.231833 11973.40803 2076 9318.0863 16632.45117 18496.06841500 3503 2941.387393 2166 7697.400604 2779 2295.994632 12934.78263 2239 10049.7087 17959.63697 19969
18、.57873.6直燃锅炉热效率和燃料消耗量计算（1）冷空气理论焓 ia,t0,0由于经过排烟和灰斗预热，温度接近 0， 近似为基准温度0，所以其焓是 0.（2）排烟焓由排烟温度为 165可查得排烟焓 ipy=1740 kJ/kg。（3）排烟热损失 q2其值在 816%范围内，合理。（4）灰渣温度、焓和排渣率参照文献23可以选取灰渣温度为 300；参照文献24可以得出灰渣焓 iash=(ct)ash=264 kJ/kg；参照文献25且通过实验获得排渣率为 ash=22%。（5）灰渣散发到室内的热量 q6由于在试验中忽略了灰渣散发到室内的热量，所以可以将其设定为0。（6）直燃锅炉总热损失qq= q
19、2+q3+q4+q5+q6=14.11%（7）直燃锅炉热效率 =100-q=85.89%小容量工业锅炉设计效率 50-62%达到了 85%的要求，设计合理。（8）燃料消耗量 mm=100W/(3600qnet,ar)=100101000/(36001513285.89)=0.0007694 kg/s=0.769 g/s（9）保热系数 bb=1-q5/(+q5)=100%（10）燃料最大日消耗量 mmaxmmax=360024m=3600240.0007694=66.467kg/d（11）料仓容积 VsVs =mmaxnt/s =35（12）灰产生量 mashmash= mmaxntashAar
20、7=66.46730227.71=2.367 kg/week（13）综合热效率 =+(q5+q6)/qnet,ar=85.89%汇总以上数据计算得下表 4：表 4 直燃锅炉热效率和燃料消耗量计算序号 项目 符号 数据来源 数值 单位1 燃料收到基单位发热量 qnet,ar 表 1 15132 kJ/kg2 冷空气温度 t0 表 1 10 3 冷空气理论焓 ia,t0,0 近似为基准温度 0经过排烟和灰斗预热，温度接近 0 0 kJ/kg4 排烟温度 tpy 表 1 165 5 排烟焓 ipy 表 3 1740 kJ/kg6 固体不完全燃烧热损失 q4 表 1 3.56 %7 排烟热损失 q2
21、100(ipy-2ia,t0,0)(1-q4/100)/qnet,ar 8.054 %在 816%范围内1, 2 8 CO不完全燃烧损失 q3 表 1 2.5 %9 侧壁散发到室内的热量 q5 表 1 0 %10 灰渣温度 tash 参照文献3、实验和经验选取 300 11 灰渣焓 iash 参考文献4，iash=(ct)ash 264 kJ/kg12 排渣率 ash 参照文献5和实验选择 22 %13 燃料收到基灰分 Aar 表 1 7.71 %14 灰渣散发到室内的热量 q6 100ash(ct)ashAar/qnet,ar 0 %15 直燃锅炉总热损失 q q2+q3+q4+q5+q6
22、14.11 %16 直燃锅炉热效率 100-q 85.89 %小容量工业锅炉设计效率 50-62%6, 7 17 直燃锅炉功率 W 表 1 10 kW18 燃料消耗量 m 100W/(3600qnet,ar) 0.0007694 kg/s0.769 g/s19 保热系数 b 1-q5/(+q5) 100 %20 燃料最大日消耗量mmax 360024m 66.477 kg/d21 运行时间系数 nt 按经验选取 30 %22 料仓容积 Vs mmaxnt/s ，1 仓/天 35 l23 燃料月消耗量 mmon 30mmaxnt 0.598 t/mon24 灰斗容积 Vash mash/ash
23、1 l25 灰产生量 mash mmaxntashAar7，1 次/周 2.367 kg/week26 综合热效率 +(q5+q6)/qnet,ar 85.89 %3.7燃烧器和炉膛设计计算3.7.1水平炉排和侧壁风孔计算（1）炉排单位面积燃烧率 qm参考文献21，Far=7.56%无烟煤 45%，符合计算设计标准qm=3600(0.45/FarqF)/qnet,ar ,=3600（0.45/7.561050）/15132=1487 kg/(m2h)（2）水平炉排参考文献21，Far=7.56%无烟煤 45%，符合计算设计标准总面积 Ap= mqnet,ar/(0.45/FarqF)=0.00
24、07694215132/(0.45/7.561050)=0.001863 m21)水平炉排类型参照 calimax样机确定，是宽而窄；2)水平炉排形状系数参照 calimax样机选取 3.5；3)水平炉排区有效长度 lp：联立 lp/wP=3.5和 lpwP=Ap求解，可得 lp=82mm，进料槽颗粒能4)沿炉排长度方向较均匀(随机)分布；5)水平炉排区有效宽度 wp减薄火焰厚度和减小炉排中心缺氧区域面积：wp=1000Ap/lP=10000.001863/0.082=24mm(3) 燃烧需实际空气量 vava= (1+2)/2va,0=(1.5+1.7)/24.488480875= 7.18
25、15694 Nm3/kg(4) 空气通过炉排间隙流速 uaua= vama/(a+1)/(n1+1)dpwp= 7.18156940.000769422/(2+1)/ (7+1)524=5.08 m/s(5) 水平炉排通风截面积 AtfAtf= vama/(a+1)/ua=7.18156940.000769422/(2+1)/ 5.08=960mm2(6) 水平炉排通风截面积比 ftfftf=Atf /Ap100=960/0.001863100=51.5%(7) 水平炉排片数目 n1n1=(lp-dp)/(dp+p) =(82-5)/(5+5)=7.7,取整即 7水平炉排片直径p=5mm水平炉
26、排片间距 dp=5mm（8）一、二次风孔面积比 Atf : Ack=7.5(9) 侧壁矩形风孔总面积 AckAck= Atf /(Atf : Ack)=960/7.5=128 mm2(10) 侧壁矩形风孔宽度 wck考虑颗粒 和 calimax样机侧壁风孔(3mm) 设计,得 wck=2.1mm(11) 侧壁矩形风孔高度 hckhck=2wck=4.2，和 calimax样机侧壁风孔面积相等(12) 侧壁矩形风孔数目 n2n2=Ack / (wckhck) =128/(2.14.2)=14.5,取整即为 14（13）侧壁沿炉宽方向矩形风孔个数 n21参照 calimax样机选定为3个（14）前
27、后侧壁矩形风孔个数之比 n22:n23参照 calimax样机布置为 0.6则，前侧壁矩形风孔个数 n22=n22 : n23/(n22 : n23+1)(n2 - 2n21)=3个；后侧壁矩形风孔个数 n23=n2-2n21-n22=5个（15）通过水平炉排的一次风百分数 a,pa,p=100(n1+1)dpwp/(n1+1)dpwp+n2wckhck=100（7+1）524/(7+1)524+142.14.2=88.6%(16) 通过侧壁风孔的二次风百分数 a,cka,ck=100-a,p=100-88.6%=11.4%汇总如下表 5：表 5 水平炉排和侧壁风孔计算序号 项目 符号 数据来
28、源 数值 单位1 燃料消耗量 m 表 4 0.00076942 kg/s2 燃料收到基低位发热量 qnet,ar 表 1 15132 kJ/kg3 炉排单位面积热负荷 qF 表 1 1050 kW/m24 炉排单位面积燃烧率 qm 1487 kg/(m2h)5 水平炉排总面积 Ap 0.001863 m26 水平炉排类型 宽而窄 7 水平炉排形状系数 lp/wP 3.5 8 水平炉排区有效长度 lp 82 mm9 水平炉排区有效宽度 wp 1000Ap/lP 24 mm10 燃烧需实际空气量 va (1+2)/2va,0 7.1815694 Nm3/kg11 空气通过炉排间隙流速 ua 5.0
29、8 m/s12 水平炉排通风截面积 Atf vama/(a+1)/ua 960 mm213 水平炉排通风截面积比 ftf Atf /Ap100 51.5 %14 水平炉排片数目 n1 (lp-dp)/(dp+p) ，取整 7 根15 水平炉排片直径 p 5 mm16 水平炉排片间距 dp 5 mm17 水平炉排材质 参考文献3 HT150-200 18 水平炉排脊背形状 参考文献4 半圆形 19 一、二次风孔面积比 Atf : Ack 7.5 20 侧壁矩形风孔总面积 Ack Atf /(Atf : Ack) 128 mm221 侧壁矩形风孔宽度 wck 2.1 mm22 侧壁矩形风孔高度 h
30、ck 4.2 mm23 侧壁矩形风孔数目 n2 Ack / (wckhck)，取整 14 个24 侧壁沿炉宽方向矩形风孔个数 n21 3 个25 前后侧壁矩形风孔个数之比 n22:n23 0.6 26 前侧壁矩形风孔个数 n22 3 个27 后侧壁矩形风孔个数 n23 n2-2n21-n22 5 个28 通过水平炉排的一次风百分数 a,p 88.6 %29 通过侧壁风孔的二次风百分数 a,ck 100-a,p 11.4 %3.7.2炉膛计算（1）炉膛容积 V炉膛通过参考文献21，设计大炉膛容积，保证燃烬时间，V炉膛= m(qnet,ar-Far0.0130000)/qv=0.00076942(
31、15132-7.560.0130000)/350=28m3炉膛类型参照 calimax样机确定为宽、高而窄（2）炉膛梯形区高度 h梯参照 calimax样机选定，火焰最高温度正常高度为 300mm(3) 炉膛矩形区高度 h矩h矩= V 炉膛/W 炉膛-(l 梯下底+L 炉膛)h 梯/2/L 炉膛= 28/150-(152+400)300/2/400=260mm炉膛梯形区底边长 l梯下底利于落灰和组织宽高薄火焰,l梯下底=lp+2dfp=82+235=152炉膛长度 L炉膛=400mm炉膛宽度 W炉膛=150mm(4) 炉膛侧壁底部与炉排间距 dfp为了便于放取水平炉排，dfp 设定为 35mm
32、(5) 炉顶辐射换热管与垂直方向夹角 按辐射圆管实际布置确定便于在窄小空间里布置更多辐射换热面积，最终确定为 40o。(6) 腔顶斜边长 a暖参照 calimax样机选定为 100mm; 矩形通道斜宽度 W暖,1 参照 calimax样机选定为 25mm; 垂直空气腔宽度 暖参照 calimax样机选定为 70mm; 辐射换热管端面斜宽度 W暖,2，端面布置辐射换热管，参照 calimax样机选定为 75mm;(7) 炉膛前侧壁高度 H前H前= h 梯+h 矩+0.5W 炉膛/tg = 300+260+0.5150/40o=650mm(8) 炉膛中间高度 H中H中=h 梯+h 矩+0.5W 炉
33、膛/tg+a 暖 sin=300+260+0.5150/tg40o +100sin40o=714mm(9)垂直空气腔后侧壁高度 H后H后=H 中-( 暖+W 炉膛-a 暖cos)/tg=714-(70+150-100cos40o)/tg40o=543mm汇总以上数据得下表：表 6 炉膛计算序号 项目 符号 数据来源 数值 单位1 炉膛单位容积热负荷 qV 表 1 350 kW/m32 炉膛容积 V 炉膛 28 m33 炉膛类型 宽、高而窄 4 炉膛梯形区高度 h 梯 300 mm5 炉膛矩形区高度 h 矩 260 mm6 炉膛侧壁底部与炉排间距 dfp 便于放取水平炉排 35 mm7 炉膛梯形
34、区底边长 l 梯下底 152 mm8 炉膛长度 L 炉膛 400 mm9 炉膛宽度 W 炉膛 150 mm10 炉顶辐射换热管与垂直方向夹角 40 11 腔顶斜边长 a 暖 100 mm12 矩形通道斜宽度 W 暖,1 25 mm13 垂直空气腔宽度 暖 70 mm14 辐射换热管端面斜宽度 W 暖,2 75 mm15 炉膛前侧壁高度 H 前 650 mm16 炉膛中间高度 H 中 714 mm17 垂直空气腔后侧壁高度 H 后 543 mm3.7.3颗粒层阻力计算（1）阻力系数 M参考文献得知在 10-20范围内选取故选取 M=10（2）包括炉排在内的阻力m考虑炉排上积灰百分数，m =M(q
35、mash)2/103=10（148722%）/103=1072 Pa（3） 颗粒层最大容许厚度 hm参照文献可知颗粒和灰渣不堵炉膛侧壁二次风孔在2550mm之间，参考 calimax样机选取为 50mm。（4）侧壁矩形风孔高出水平炉排的高度hh 和颗粒层最大容许厚度相等，即为 50mm汇总数据得下表 7：表 7 颗粒层阻力计算序号 项目 符号 数据来源 数值 单位1 系数 M 在 10-20范围内选取2 10 2 包括炉排在内的阻力 m 1072 Pa3 颗粒层最大容许厚度 hm 50 mm4 侧壁矩形风孔高出水平炉排的高度 h 50 mm3.8辐射换热计算3.8.1计算理论燃烧温度（1）燃料
36、系数 e参考文献1，查无烟煤数据可得 e=0.15（2）燃质系数 N参考文献1，查无烟煤数据可得 N=2500（3）理论燃烧温度 tmax,1tmax,1= N/(2+e)=2500/(1.7+0.15)=1351（4）理论燃烧温度 tmax,2tmax,2由表 3烟气焓温表查得 1171（5）理论燃烧温度计算值 tmaxtmax=max(tmax,1, tmax,2)= 1351汇总数据见下表 8：表 8 理论燃烧温度序号 项目 符号 数据来源 数值 单位1 炉膛出口过量空气系数 2 表 1 1.7 2 燃料系数 e 0.15 3 燃质系数 N 2500 4 理论燃烧温度 tmax,1 13
37、51 5 理论燃烧温度 tmax,2 1171 6 理论燃烧温度计算值 tmax 1351 3.8.2计算辐射换热量（1）炉膛出口烟温 tll,cal由参考文献可知 tll,cal灰软化温度 860-900，设定为 700（2）辐射换热量 Qrad,calQrad,cal=(tmax-tll,cal)W/(tmax-tpy)=(1351-700)10/(1351-165)=5.489kW（3）辐射换热面热强度 qrad,cal参照文献，结合 tll线性外延，可得 qrad,cal=30kW/m2（4）有效辐射换热面 Arad,0Arad,0=Qrad,cal/qrad=5.489/30=0.1
38、82967m2(5) 辐射换热面利用率 rad参考文献3，并结合经验选取 rad=76%(6) 辐射换热面积计算值 Arad,calArad,cal=Arad/rad=0.182967/76%=0.240746m2(7) 观察窗下底边边长 awin,down和炉排长度 lp相等，取整得 80 mm；观察窗两边预留宽度awin,down 安装观察窗需要知其为 60mm;观察窗上底边边长 awin,up= awin,down-2awin,down=280mm;观察窗顶边离梯形顶边距离hwin= 40mm;观察窗高度 hwin= hwin-hwin= 260mm;观察窗辐射换热面积 Awin= (a
39、win,down+awin,up)hwin/2= 0.0468mm;过渡烟道宽度Wy 为了便于布置过渡烟道设置为 70mm。（8）炉顶辐射换热面积 AtopAtop= (L炉膛-2Wy)W 炉膛/sin= (400-270)150/sin40o=0.060673m2（9）炉顶换热管外径pipe炉顶换热管布置在炉顶外，参照 calimax样机选取pipe=25mm 。（10）炉顶换热管单管长度 lpipelpipe=W炉膛/sin=150/sin40o=200mm(11) 炉顶换热管根数 npipenpipe=Arad,cal/(fpipeplpipe)= 0.240746/(25p200)=1
40、2根（12）辐射换热管总换热面积 ApipeApipe= npipefpipeplpipe= 1225p200= 0.1884 m2（13）辐射换热管排数 npipe,row辐射换热管排数参照 calimax样机布置成 2排。（14）上排辐射换热管根数 npipe,upnpipe,up=intnpipe/2+0.5=int12/2+0.5=6根下排辐射换热管根数 npipe,down参照 calimax样机布置为 6根。（15）上排边缘辐射换热管中心与烟道间距d1 参照 calimax样机布置，d1=10+0.5pipe=22.5mm;上排辐射换热管管中心间距d2=(W 炉膛-2Wy-2d1)
41、/(npipe,up-1)=43mm,可以防止积灰；下排辐射换热管管中心间距d4 和上排辐射换热管间距相等,为43mm;下排边缘辐射换热管中心与烟道间距d3= (W 炉膛-2Wy-(npipe,down-1)d4)/2=22.5mm;上下排辐射换热管中心与炉顶板间距d5 参照 calimax样机布置为 5+0.5pipe=17.5mm;上下排辐射换热管管中心间距d6= W 暖,2-2d5=20mm。（16）实际辐射换热面积 Arad,actArad,act=pipe+Awin=+0.0468= 0.2352 m2（17）实际辐射换热面积与计算值差值radrad= |Apipe-Arad,cal
42、|/Arad,cal100% |0.1884-0.240746|/0.240746100%（18）实际辐射换热面利用率 rad参考文献3，并结合经验选取 rad=76%（19）实际有效辐射面积 Arad,0Arad,0=Arad,actrad=0.235276%=0.178752m2（20）实际辐射换热面热强度 qradqrad=Qrad/Arad,0=5.455/0.178752=30.707kW/m2(21) 实际炉膛出口烟温 tll参照文献3，结合 tll线性外延得知 tll=704（22）炉膛出口烟温校核tlltll=|tll,cal-tll|/tll,cal100%|700-704|
43、/700100%（23）实际辐射换热面吸热 QradQrad=(tmax-tll)W/(tmax-tpy)=(1351-704)10 /(1351-165)=5.455kW（24）辐射换热与对流换热比 Qrad : Qcon=1.2Qrad : Qcon= 5.455 : 4.545=1.2（25）观察窗辐射换热量 QwinQwin= QradAwin/(Apipe+Awin)= 5.4550.0468/(0.1884+0.0468)=0.242 kW（26）辐射换热管换热量 QpipeQpipe= QradApipe/(Apipe+Awin)= 5.4550.1884/(0.1884+0.0
44、468)= 5.213 kW（27）观察窗辐射换热百分数Qwin/(Qpipe+Qwin)100= 0.242/(5.213+0.242)100=4.44%汇总辐射换热量数据见下表 9：表 9 辐射换热计算序号 项目 符号 数据来源 数值 单位7 直燃锅炉功率 W 表 1 10 kW8 固体不完全燃烧损失 q4 表 1 7.5 %9 直燃锅炉热效率 表 4 85.89 %10 助燃空气显热 Qa 表 4 0 kW11 炉膛出口烟温 tll,cal 700 12 排烟温度 tpy 表 1 165 13 辐射换热量 Qrad,cal 5.489 kW14 辐射换热面热强度 qrad,cal 30
45、kW/m215 有效辐射换热面 Arad,0 0.182967 m216 辐射换热面利用率 rad 76 %17 辐射换热面积计算值 Arad,cal 0.240746 m218 实际辐射换热面积计算值 Arad,cal 0.240746 m219 观察窗下底边边长 awin,down 80 mm20 观察窗两边预留宽度 awin,down 60 mm21 观察窗上底边边长 awin,up 280 mm22 观察窗顶边离梯形顶边距离 hwin 40 mm23 观察窗高度 hwin 260 mm24 观察窗辐射换热面积 Awin 0.0468 m225 过渡烟道宽度 Wy 70 mm26 炉顶辐
46、射换热面积 Atop 0.060673 m227 炉顶换热管外径 pipe 25 mm28 炉顶换热管平面与垂直方向夹角 表 5 40 29 炉顶换热管单管长度 lpipe 200 mm30 炉顶换热管根数 npipe 12 根31 辐射换热管总换热面积 Apipe 0.1884 m232 辐射换热管布置 33 辐射换热管排数 npipe,row 2 排34 上排辐射换热管根数 npipe,up 6 根35 上排边缘辐射换热管中心与烟道间距 d1 22.5 mm36 上排辐射换热管管中心间距 d2 43 mm37 下排辐射换热管根数 npipe,down 6 根38 下排辐射换热管管中心间距
47、d4 43 mm39 下排边缘辐射换热管中心与烟道间距 d3 22.5 mm40 上下排辐射换热管中心与炉顶板间距 d5 17.5 mm41 上下排辐射换热管管中心间距 d6 20 mm42 实际辐射换热面积 Arad,act 0.2352 m243 实际辐射换热面积与计算值差值 rad 0.2 %44 实际辐射换热面利用率 rad 76 %45 实际有效辐射面积 Arad,0 0.178752 m246 实际辐射换热面热强度 qrad 30.707 kW/m247 实际炉膛出口烟温 tll 704 48 炉膛出口烟温校核 tll 0.57 %49 实际辐射换热面吸热 Qrad 5.455 kW50 辐射换热与对流换热比 1.2 51 辐射换热分配 观察窗辐射换热量 Qwin 0.242 kW辐射换热管换热量 Qpipe 5.213 kW观察窗辐射换热百分数 4.44 %3.9对流换热计算3.9.1对流换热量和换热前后烟空气温度及平均温差（1）对流换热热量 QconQcon=(tll-tpy)W/(tmax-tpy)=(704-165)10 /(1351-165)=4.545kW（2）热空气出口温度 thot,med
