常压冷水机组容量及热效率设计问题探讨

兰州春成窑炉有限公司，河南洛阳741018

摘要针对常压冷水机组在较大面积的供水安装工程中，存在的出力达不到设计参数，出水体温过高，设计制造中热力估算根据不足等问题，对其成因提出了剖析意见，介绍了卧式常压冷水机组的几种型式，对机组容量热效率设计中的重点项目，窑炉，受热面布置提出设计要求，及应用估算公式。

关键词问题及剖析；热力估算；窑炉炉排；热负荷；热效率

中图分类号TK22文献标志码A文章编号1674-6708（2012）70-0067-02

1问题的提出

常压冷水机组在我国机组制造行业占有一定的比重，因其具备制造工艺简略，费用低，安装使用占地面积少，便于操作管理。非常是开式结构，无压运行，不存在饮料超压发生坍塌的危险等众多优势，在桑拿饮水，供水领域得到广泛应用。

在供水安装工程利用中，供热面积从几百m2到几千m2并且达到几万m2。在安装工程实际中较大面积的供水项目通常出现问题比较多，发生投诉及争端的主要问题是机组出力达不到设计参数，出水体温过高满足不了取暖需求，这些问题在卧式机组结构的炉型上尤为突出。

2主要问题剖析

JB/T7985-2002《小型窑炉和常压冷水机组技术条件》中对机组容量的规定为“常压冷水机组的额定热功率不应大于0.05mW，且不应小于2.8mW，额定出水气温不宜小于85℃”这一规定充分考虑了常压机组的结构功耗及设计范畴。机组容量不能超过限定值，常压卧式机组的燃烧机构均为固定炉排手烧炉，因为窑炉大，在实际运行中窑炉的燃烧载荷，根本满足不了大容量热力所需的理论参数。最重要的是炉胆体受热面糖分的传递转换过程无法充分实现。热效率达不到设计值，造成机组出力严重不足。

3卧式常压冷水机组的结构型式

现在在小，小型常压机组结构设计上外观以“炮弹式”居多热水锅炉，还有矩形结构，设计型式具备代表性的有下列几类：

1）卧式单层炉排反烧式（上为风冷炉排，下为固定炉排）。炉胆体为横水管结构；

2）卧式单窑炉正烧式横水管结构；

3）卧式圆形正烧式窑炉，受热面为上，下烟室火管型结构；

4）还有在受热面布置上选用水管，火管结合式结构的。

4机组容量热效率设计估算中存在的问题

在常压冷水机组的设计制造中，对机组的两个重要参数；额定热功率（容量），热效率的校准缺乏估算依照。有的选用类比法来确定机组的容量，例如；一台校准为0.16mW的冷水机组，直径φ1000mm，高度2800mm左右，按半径每提高100mm机组容量相应减小0.08mW（出水量一个吨位），以这种推校准参数。机组容量愈大，半径愈大，较大容量的机组燃烧室布置过大又易引起燃烧死角，手工加煤投送吃力，出尾矿困难，必定导致燃烧载荷不良，窑炉出口水温增加，受热面有效放热减小，造成热力指数大打折扣。

不少制造方对常压机组的热效率校准偏低，标牌或产品样本上标为80%以上，并且有的高达90%几，殊不知承压工业窑炉热效率达80%以上已不容易，合理的参数是通过应当的热力估算数据和验算荣获的，这是保证机组容量，热效率参数是否合理的重要工作。否则，没有根据的校准会给用户的使用选型带给欺骗，在供热安装工程中因机组校准供水量，满足不了实际供暖负荷而发生矛盾，导致经济损失。

5热力估算基本方式方法

大型机组和常压机组的热力估算重点仍是受热面，但是没有工业窑炉估算所需各种参数的繁琐程度，但估算方式和程序还是一样的。

1）确定机组基本参数（即原始数据）热水锅炉，机组容量，燃料种类，给水体温，压力值参数，选取热效率；

2）确定机组各部件的受热面面积和主要结构规格，对立式常压机组主要是窑炉幅射面，炉胆体布置的受热面；

3）依据燃料性质，燃烧方法，机组构造进行空气平衡估算；

4）按照受热面进，出口适量空气系数，进行理论空气量，烟气量估算并编制烟气性质表和焓温表；

5）设定排烟体温，进行热平衡估算，确定各项热损失，估算出机组热效率，燃料消耗量等。卧式机组排烟气温取值不应小于250℃。

6常压冷水机组容量热效率设计估算的重点

1）窑炉的设计布置，从燃烧燃料形成糖分的功率来看，则机组的容量大致与窑炉容积成比列，为了满足传质，容量愈大，窑炉体积也要相应变化。在机组窑炉燃烧过程中，最能集中表征燃烧反应情况的热力特征参数是窑炉体积热负荷（qV），炉排面积热负荷（qR）。

窑炉是机组的燃烧空间和幅射受热的传质面，只是机组中规格较大，工作最重要的部位，窑炉设计布置应满足燃烧，换热和工作安全的要求，基本要求为；合理布置燃烧室，结构紧凑，以便制造检修，确保足够的燃烧空间，从而燃料起火快速，燃烧完全，各壁面热负荷均匀。出口烟温合适，避免炉胆内对流受热面结渣。

2）窑炉体积热负荷qV

qV代表机组窑炉容积内燃烧吸热的热功率大小，按下式估算：

qV==·kw/m3

式中：Q-单位时间内燃料燃烧的吸热量（吸热功率）kJ/kg或kw；

B-单位时间内燃料消耗量kg/s或m3/s（二氧化碳）；

Qnet.Var-代表燃料的收到基盘整低热量，kJ/kg或kJ/m3；

V-供燃料燃烧的窑炉容积m3。

窑炉体积热负荷（qV）是机组窑炉设计和运行中最重要的热力特性参数之一，非常对于常压机组的手烧窑炉结构尤为重要。

3）炉排面积热负荷qR

qR是指单位炉排面积上燃烧吸热的热功率，又称可见炉排放糖分。

qR==·kw/m3

式中：R-供煤燃烧的炉排有效面积m2；

qR是固定炉排燃烧面积（R）最主要热力特征参数，只是惟一的特性参数，设计中依据经验性的统计值qR估算出R。

4）固定炉排手烧炉的热力特征(可供设计参数采用)