锅炉设备与原理chapter12工业锅炉的烟风阻力计算

第12章工业锅炉烟风阻力计算12.1锅炉通风的方式12.2风、烟管道的设计12.3锅炉通风阻力计算12.4锅炉烟道阻力计算12.5锅炉风道阻力计算12.6风机的选择计算§12.1锅炉通风的方式通风的作用：将燃料燃烧所需要的空气连续不断地送入炉膛，并将燃烧生成的烟气排出炉外，以保证燃料在炉内正常燃烧。通风方式：自然通风和机械通风自然通风：利用烟囱中热烟气和外界冷空气的密度差形成的抽力作为推动力，来克服锅炉通风系统中空气和烟气的流动阻力。适用于无尾部受热面的小型锅炉，如立式烟火管锅炉等。机械通风：借助于风机所产生的压头去克服烟、风道的流动阻力。适用于设置尾部受热面和除尘装置的小型锅炉，或较大容量的锅炉。机械通风方式：负压通风、正压通风和平衡通风。一、平衡通风在锅炉烟、风系统中装设送风机和引风机。送风机用来克服风道、空气预热器（风侧）和燃烧设备的阻力；引风机和烟囱用来克服从炉膛出口到烟囱出口的全部烟道的阻力。如下图12-1所示。特点：锅炉漏风少，安全及卫生条件较好。在供热锅炉中，大都采用平衡通风方式。送风排烟送风机引风机引风机炉膛二、负压通风在锅炉烟、风系统中只装设引风机。引风机和烟囱用来克服烟风道阻力、燃料层和炉排阻力。特点：整个锅炉在负压下运行，漏风量增加，会使锅炉效率降低。适用于小容量、烟风系统阻力不太大的锅炉。三、正压通风在锅炉烟、风系统中只装设送风机。送风机需克服全部烟风道的阻力。特点：炉膛处于微正压下运行，提高了炉膛燃烧热强度，消除了炉膛、烟道漏风，减少了排烟热损失，提高了锅炉热效率；但要求炉墙、炉门及烟道严密，以防烟气外泄，污染环境，影响工作人员的安全。适用：燃油锅炉和燃气锅炉。风管道、烟管道是通风系统的重要组成部分。风、烟管道设计包括：管道的结构、布置及管道断面尺寸的确定。一、风、烟管道的结构⑴风、烟管道的划分送风管道—从空气吸入口到送风机入口，再从送风机出口到炉膛的管道。排烟管道—从锅炉或省煤器烟气出口到引风机入口，再从引风机出口到烟囱入口管道。送风管道和排烟管道统称为风烟管道。§12.2风、烟管道的设计⑵风、烟管道的截面形状有圆形、矩形，烟道还有圆拱顶形。⑶风、烟管道材料有钢板和砖等。⑷砖砌烟道拱顶型式①大圆弧拱顶(如下图所示）②半圆弧拱顶(如下图所示）大圆弧拱顶烟道图半圆弧拱顶烟道图二、风、烟管道的布置要点⑴总烟道的布置总烟道应布置在室外（如下图）。烟道转弯处内壁不能做成直角，以免增加烟气阻力。⑵风机出口处渐扩管道的形状（如下图）风机出口处渐扩管道的形状应符合图(a)的要求。图(b)的渐扩管形状会使阻力明显增加。总烟道⑶风机出口处风烟道的转弯方向（如下图）风机出口处风烟道的转弯方向应与风机叶轮旋转方向一致，否则气流会形成旋涡而使阻力明显变大。⑷相邻弯头的距离（如下图）管道布置时，为了减少管道阻力，其相邻弯头距离应满足一定要求。三、风、烟道管道截面尺寸⑴风、烟管道的截面面积⑵断面形状计算出几何尺寸对圆形管道，其直径为：对矩形管道，其面积为：F＝H·B＝高×宽⑶核算实际流速通风计算：亦称空气动力计算。通风计算的目的：计算锅炉风道和烟道的全压降，从而确定送风机和引风机的风压。通风阻力分类：沿程摩擦阻力、横向冲刷管束的阻力和局部阻力。§12.3锅炉通风阻力计算1.沿程摩擦阻力气流沿管道流动或烟气纵向冲刷管束时产生的摩擦阻力称为沿程摩擦阻力。⑴当有热交换时，按下式计算：⑵对于等温气流或温度变化不大时2.局部阻力当气流通过截面或方向变化的通道时产生的阻力称为局部阻力。3.横向冲刷管束阻力当气流横向冲刷管束时，无论有否热交换可参考《锅炉设备空气动力计算(标准方法)》及有关资料。自生通风力（自生力）hzs定义：介质密度变化而引起的流动压头。计算公式：上升烟道中，自生力是正值，有助于气流流动；下降烟道中，自生力是负值，阻碍气流流动；水平烟道为零。21()()zskhgZZ计算工况：在锅炉额定负荷下进行计算。主要原始数据⑴各段烟道的烟气流速、烟气温度、烟道的有效截面积和其它结构特性（由热力计算书查取）。⑵在计算各段烟道阻力时，其流速、温度等均取平均值。平衡通风时，烟道内的压力可以大气压力作为计算压力。§12.4锅炉烟道阻力计算烟道阻力计算程序从炉膛开始，沿烟气流动方向，依次计算。⑴各部分烟道的阻力：炉膛负压、锅炉本体管束、蒸汽过热器、省煤器、空气预热器、除尘器、烟道及烟囱的阻力。⑵按规定对烟气密度、气流中灰分浓度和烟气压力、受热面积灰因素进行修正。⑶各部分烟道的自生风⑷烟道的全压降锅炉本体一、锅炉本体烟道总阻力主要包括：炉膛出口处负压，锅炉本体管束阻力，过热器阻力，省煤器阻力，空气预热器阻力。在锅炉设计及锅炉改造时，按相应方法进行计算，然后按受热面型式乘以积灰修正系数K；在锅炉房设计时，由锅炉厂家《烟、风阻力计算书》查取。二、除尘器阻力根据除尘器厂家提供的资料或手册确定。三、烟道阻力⑴烟气量及烟气温度确定从锅炉尾部受热面→除尘器的烟道阻力按锅炉热力计算的排烟温度和排烟量计算；从除尘器→引风机及引风机后的烟道则按引风机处的烟气温度和烟气量计算。引风机处的烟气量为：引风机处的烟气温度为：尾部受热面处排烟体积尾部受热面处漏风系数前=除尘器=后四、烟囱阻力由沿程摩擦阻力和出口速度损失组成，即⑴烟囱沿程摩擦阻力(i=0.02~0.03)⑵烟囱的出口速度损失yzmcchhhh282pjcmcwhi22pjcchcwh五、烟道总阻力的换算和修正1．由于计算公式计算阻力时是假定以干空气作为介质的，因此应该把计算所得的阻力换算成烟气的阻力。即是将全部烟道的总阻力乘以。其中为在标准大气压及0℃时的烟气密度。2．当烟气中的含灰量较大，即6时，在除尘器前需考虑灰分浓度的影响，在除尘器后，则不予考虑。3．烟气压力的修正(不包括自生风)，可对全部烟道总阻力乘以，其中by为烟气的平均压力，Pa。烟道流动总阻力：炉膛出口到除尘器除尘器后的阻力飞灰重量密度六、自生力计算锅炉各段烟道的自生通风力(包括烟囱)如周围空气温度为20℃，＝1.2kg/m3，则烟道的自生通风力各段烟道总的自生风力为（包括烟囱自生风）七、烟道的总压降烟道的总压降式中—平衡通风时炉膛出口处必须保持的真空度；一般采用＝20Pa计算工况：在锅炉额定负荷下进行计算。主要原始数据：空气温度、空气预热器中空气的有效截面和空气流速等都由热力计算书取用。§12.5锅炉风道的阻力计算一、风道总阻力包括冷风道、空气预热器、热风道、炉排阻力、料层阻力。对于室燃炉燃烧设备阻力代替。燃烧器阻力1.冷风道阻力风道的阻力主要取决于局部阻力，当冷空气流速小于10m/s时，摩擦阻力可不计算；冷空气流速为10~20m/s时，可先计算一、二段最长的等截面上的单位长度摩擦阻力，然后乘以风道总长度即得风道的总摩擦阻力。局部阻力的计算方法与烟道相同。冷空气流量计算：不通过冷风道2.空气预热器阻力在管式空气预热器中，空气侧的阻力由横向冲刷管束的阻力和连接风道的局部阻力组成。⑴横向冲刷管束的阻力按前述方法计算；⑵连接风道的局部阻力当a＜0.5h（如下图）时，按一个180度转弯计算，取。此时计算流速按连接风道进、出口和中间截面的平均值来确定，即当a＞0.5h时，按两个90度转弯计算，取，计算流速则用下式截面求得，即管式空气预热器的阻力计算，以上结果尚需乘以修正系数K，查表12-7。3.热风道阻力热风道的计算方法与冷风道相同，热空气的流量为：4．燃烧设备的空气阻力Δhr⑴对于室燃炉：燃烧器二次风的阻力(包括出口速度损失)，可按出口流速计算：式中ζ--燃烧器局部阻力系数。⑵对于层燃炉：链条炉排为800~1000Pa，往复炉排为600Pa。22whr风道的总阻力如当地海拔200m，则需进行大气压力的修正，即式中bk——风道中空气的平均压力。ParrfkylfhhhhhkkzlbhH101325二、风道的自升通风力锅炉风道的自生风通风力H——计算段进口与出口截面的高度差。风道的总自生风空气预热器全部热风道三、锅炉风道的全压降锅炉风道的全压降为：式中——空气进口处炉膛真空度，其值可用以下近似公式求得：——炉膛出口处真空，一般20Pa；H——空气进口中心与炉膛出口中心之间的距离'1kkklzzsHHHS'1S'''110.95SSHg''1S烟囱计算的目的：设计烟囱时，通过计算确定烟囱的高度和直径等结构尺寸；给定烟囱高度时，通过计算可以校核烟囱的自生通风力。无论是自然通风，还是机械通风，烟囱的高度都应根据排出烟气中所含的有害物质SO2、N02、飞灰等的扩散条件来确定，使附近的环境处于允许的污染程度之下。因此，烟囱高度的确定，应符合现行国家标准《工业“三废”排放试行标准》，《工业企业设计卫生标准》、《锅炉大气污染物排放标准》和《大气环境质量标准》的规定。§12.6锅炉烟囱的计算一、自然通风时烟囱高度的计算1.烟囱自生风采用自然通风的小型锅炉，锅炉灰坑的一端与大气相连，而锅炉烟道出口与烟囱相连，如下图所示。由于外界冷空气和烟囱内热烟气的密度差使烟囱产生引力，即烟囱的自生风按下式计算：2.自然通风时，烟道的全部阻力靠烟囱自生风克服，因此烟囱高度必须满足下式要求：烟囱自生风-烟囱总阻力≥1.2锅炉烟道总阻力式中——烟囱的自生风，Pa；——烟囱的总阻力，Pa；——锅炉烟道总阻力，Pa；1.2——储备系数。yczshyHych3．烟囱高度二、机械通风时烟囱高度的确定机械通风时，烟风道阻力由送、引风机克服。因此，烟囱的作用主要不是用来产生引力，而是使排出的烟气符合环境保护的要求。每个新建锅炉房只能设一个烟囱。烟囱高度应根据锅炉房总容量，按表8-6规定执行。新建锅炉烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，烟囱应高出最高建筑物3m以上。锅炉房总容量大于28MW(40t／h)时，其烟囱高度应按环境影响评价要求确定，但不得低于45m。三、烟囱直径的计算烟囱直径(出口内径)：烟囱底部(进口)直径：式中i——烟囱锥度，通常取0.02~0.03。烟囱出口烟温Vy—烟囱出口的烟气量，m3/h；n—利用同一烟囱的同时运行的锅炉台数；w2—烟囱出口烟气流速，m/s，按下表选用。通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风自然通风10~206~104~52.5~3烟囱出口烟气流速（m/s）一、风机的选择送风机和引风机的计算流量V——额定负荷时的空气或烟气流量，m3/h；β1——流量储备系数，取1.1。§12.7风机的选择计算送风机的计算压头ΔH——锅炉风道全压降，Pa；β2——压头储备系数，取1.2。引风机的计算压头Sy——烟囱引力，Pa；由于风机产品是以标准大气压(101325Pa)下的空气为介质，并选定温度(对送风机为20℃；对引风机为200℃)作为设计参数，因此需将风机压头折算到风机厂设计条件下的压头为:送风机折算系数：引风机折算系数:二、电动机的功率风机所需功率Qj—风机计算风量，m3/h；Hj--风机计算风压，Pa；ηf—风机在全压下的效率，一般风机约为0.6，高效风机约为0.9；ηc—传动效率，当风机与电动机直联时，ηc＝1.0；当风机与电动机用联轴器联接时，ηc＝0.95~0.98；当风机与电动机三角皮带传动时，ηc＝0.9~0.95；当风机与电动机用平皮带传动时，ηc＝0.85。A、D、F为直接传动；B、C、E为间接传动，即皮带传动电动机功率ηd--电动机效率，一般取0.9；β3--电动机备用系数，按下表取用。电动机功率（kW）备用系数β3皮带传动同一转动轴或联轴器连至0.5至1.0至2.0至5.0大于5.02.01.51.31.21.11.151.151.151.101.10习题：1，2，3