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锅炉设备的通风计算


第六章 锅炉设备的空气动力计 算

§6.1 通风的作用和方式 §6.2 通风阻力计算的原理及基本方法 §6.3 烟道阻力计算 §6.4 风道阻力计算 §6.5 烟囱的计算 §6.6 风机的选择

返 回

§6.1
第六章

通风的作用和方式

一 、锅炉通风作用

1 、锅炉通风过程 在锅炉燃烧过程中,必须连续的将燃烧所需的空气送入炉内 ,同时将炉内的燃烧产物不断引出炉外过程 2 、锅炉空气动力计算的任务 计算锅炉通风过程的流动阻力,选择合适的通风装置,确保 燃烧及时换热过程安全正常的进行 一 、通风方式 1 、自然通风 利用烟囱中热烟气与外界冷空气的密度差所形成的自生引力来 克服锅炉风、烟道的流动阻力。如立式水管锅炉 2 、机械通风 1)负压通风---利用风机的抽力来克服锅炉烟风道的流动阻力

2)利用风机的压头来克服锅炉烟风道的流动阻力

§6.1 通风的作用和方
第六章


缺点:炉膛和全部烟道在正压下工作,炉墙和门孔需密封 优点: 提高了炉膛燃烧热强度,同等锅炉体积较小 3)平衡通风---利用风机分别克服锅炉风、烟道的流动阻力,确 保炉及及烟道处于微负压运行工况,炉膛出口真空度为 20~30Pa。 送风机:从风道吸入口到进入炉膛的全部风道阻力,空预器 、 燃烧设备

引风机:从炉膛出口到烟囱出口的全部烟道阻力,管束、省
煤器、空预器、除尘器、烟囱等 优点: 生 ①炉膛和全部烟道在负压下运行,锅炉房的安全和卫 条件好

§6.2
第六章

通风阻力计算的原理及基
本方法
? ?gZ1 ? P2 ?
2 ? ( w2 ? w12 )

一、计算原理
P1 ?

由流体力学中的伯努利方程知,烟气或空气在烟、风道任意两截 2 面间有: ?w12 ?w2
2 2 ? ?gZ 2 ? ?hsl

由 经过适当变换,可得任意两截面间的总压降为: 沿程摩擦阻力 2 ? ( w2 ? w12 ) 组成 ?H ? ?hsl ? ? ( ? k ? ? ) g (Z 2 ? Z1 ) 2 横向冲刷阻力 ? ?hsl ? ?hsd ? hzs 局部阻力 1. 流动水力阻力 ?hsl :
2

P2 ? P1 ?

? ?g ( Z 2 ? Z1 ) ? hsl ? 0

沿程摩擦阻力
横向冲刷阻力 局部阻力

§6.2 通风阻力计算的原理及基本方
第六章


2. 速度损失 ?h sd:——是由于介质速度变化而引起的阻力损 失 通道截面变化 —— 局部阻力 ?h jb 2 ? ( w2 ? w12 ) 介质温度变化 —— ?hsd ? 2 3.自生通风力 ?h zs :——介质在竖直通道内流动时,由于密度 差所产生的抽力 ?hzs ? ( ? k ? ? ) g (Z 2 ? Z1 ) 气流向上时为正,可以用来克服流动阻力,有助于气流流动 气流向下时为负,要消耗外界压头,阻碍气流流动。

二、阻力计算
1.沿程阻力计算 1)气流在等截面通道内流动,包括纵向冲刷管束的阻力(除空 气预热器烟气侧外),一般为等温流动状态

§6.2 通风阻力计算
第六章

的原理及基本方法
1)气流在等截面通道内流动,包括纵向冲刷管束的阻力(除空 气预热器烟气侧外),一般为等温流动状态 l ?w 2 ?hmc ? ? Pa d dl 2
2)气流在等截面通道内流动,同时进行热交换的非等温状态
l ?w 2 2 ?hmc ? ? ( )2 Pa d dl 2 Tb ?1 T 其中: ——沿程阻力系数 ? K 68 0.25 ? ? 0.11( ? ) ①一般烟风道: d dl Re K ②空预器烟气侧: ? ? 0.335 ( ) 0.17 Re ?0.14 d dl K ——通道的绝对粗糙度(mm)

?w 2 ——动压头(查图) 2

摩擦阻力系数的确定

§6.2
第六章

通风阻力计算的原理及基 本 方法
Pa

3)空气预热器烟气侧
i ?hmc ? ?hmc ? c ? l

式中: ?hmc ——为每米长度的空预器管子的沿程摩擦阻力
i

2.横向冲刷管束阻力
?hhx ? ?

?w 2
2

Pa

1)横向冲刷光滑管顺列管束 ? ? Z 2? i 式中: 有关

?i ——每一排管子的阻力系数,与管束布置特性和Re
Z 2 ——烟气流方向管子排数

2)横向冲刷光滑管错列管束 ? ? ( Z 2 ? 1)? i

第六章

3)斜向冲刷光滑管 阻力系数同样按横向冲刷的公式和线图计算,流速应根据斜向 管子截面计算,当? ? 75 ? 时,无论顺列或错列,都先按纯横向 冲刷的计算,对其结果再乘以系数1.1。 4)方型鳍片铸铁省煤器 3.局部阻力
?h jb ? ?

? ? 0.5Z 2
?w 2

2 动压头由图查取(根据流速和气流温度)

阻力系数由图表查取,具体由以下三种情况: 1)通道截面变化引起的局部阻力 2)转弯的阻力 3)三通的阻力

? ? k ?? zy BC

第六章

? ? k ?? zy BC
式中: ? zy ——转弯的原始阻力;

k?

——考虑管壁粗糙度影响的系数

B ——与弯头角度有关的系数 C ——考虑弯头截面形状的系数

§6.3
第六章

烟道阻力
计算

一、计算原则
1. 烟道阻力计算根据锅炉热力计算的结果(额定负荷D、烟 气流速wy、烟气温度? y )及有关烟道有效截面几何尺寸进行的 2. wy、 y 在计算中一律以平均值进行计算 ?

3.锅炉平衡通风时,烟道为微负压,计算时仍以大气压为
0.1MPa为计算压力 4.凡是线算图计算的烟道阻力,都应进行烟气密度、烟气 压力、气流中灰分浓度的修正 5.锅炉对流烟道中各受热面积灰修正,根据表进行 6.计算顺序按锅炉出口真空度,氧烟道流程对各受热面烟 道分别计算气阻力系数,最后求得烟道全压降

§6.3
第六章

烟道阻力
计算

二、烟道系统阻力计算
1.锅炉管束 1)凝渣管 当 当
Z2 ? 5 Z2 ? 5

,且 w ? 10m / s 时,其阻力忽略不计 ,且 w ? 10m / s 时,按横向冲刷计算器阻力

2)锅炉管束 ① 其阻力为横向冲刷、纵向冲刷及局部阻力之和




横向冲刷管排只按一半管排数计算,纵向冲刷取假想
心间距离

③ 隔板的考虑方法 ④ 部分顺列、部分错列的管排,应分别计算相加

§6.3
第六章

烟道阻力
计算

2.过热器
是由小直径的管子组成的蛇形管束。主要包括横向冲刷、纵向 冲刷和烟气90? 转弯的阻力。 3.省煤器 (前面已有介绍)

4.管式空预器
可看作为纵向冲刷管子,包括管内摩阻力和进出口局部阻力:

?h ? ?hmc ? (? ? ? ? ??)
5.烟道

?w 2
2
Pa

? ?, ? ?? 为局部阻力系数,由图确定
烟道阻力是指空气预热器、除尘器、引风机、烟囱之间连接烟 道的阻力

§6.3
第六章

烟道阻力
计算

烟道阻力是指空气预热器、除尘器、引风机、烟囱之间连接烟道的 阻力 ① 尾部受热面到除尘器:按锅炉热力计算的排烟温度和排烟量计 算 ② 除尘器 到 引风机及以后:按引风机处的烟气温度和烟气量计 算 ? yf ? 273 0 V yf ? B j (V py ? ??Vk ) 273 1)引风机处烟气量:

? yf
2)引风机处烟气温度:

? py ? ??/h m3 t lk ? ? py ? ??


3)确定烟道几何尺寸时,烟气流速按表选取,水平烟道烟气流速不 小于7~8m/s,烟道的高宽比取1.2:1。 6.除尘器——由产品说明书提供 4)烟道摩阻和局部阻力损失计算。

§6.3
第六章

烟道阻力
计算

7.烟囱 1) 沿程摩擦阻力 2 ? ?w2 式中: ?hmc ? 8 0.02~0.03i 2

i—— 烟 囱 的 锥 度 , 通 常 为

2) 出口阻力

?h jb

2 w2——为出口处烟气流速 ?w2 ?? 2

三、自生通风力的计算
?hzs ? ( ? k ? ? ) g ( Z 2 ? Z1 ) Pa 如果周围空气温度为20℃, ? k ? 1.2 kg/m3,则烟道的自生通风 力为: y 273 0 h zs ? ? Hg (1.2 ? ? y ) 273 ? ? y Pa

式中H——所计算烟道初、终截面间的高度差,当烟气 y Hy 向上流动时取正。烟气向下流动时取负 zs ? ? ?hzs

§6.3
第六章

烟道阻力
计算

四、烟道总压降
y y ?H y ? h1" ? ?H sl ? H zs

1.炉膛出口真空度
h1" ? (20 ~ 40)

Pa

自然通风时为40~80Pa;机械通风时为20~40Pa。 2.烟气流动水力总阻力

?H ? [? ?h1 (1 ? ? ) ? ? ?h2 ]
y sl

101325 1.293 by ?

0 ?y

Pa

§6.3
第六章

烟道阻力
计算
101325 1.293 by ?
0 ?y

y ?H sl ? [? ?h1 (1 ? ? ) ? ? ?h2 ]

式中:

? ?h1 ——炉膛出口到除尘器的烟道总阻力, Pa

? ?h2 ——除尘器以后的烟道总阻力, Pa A y a fh ? ——飞灰质量浓度,? ? , kg/kg 0 100V y ? y

(灰分浓度修正


0 y

?

? ?
0 y

1 ? 0.01 A y ? 1.306? pjVk0 Vy

——烟气密度,

(密度修正)

by
——烟气压力,

b y ? (b ?

? ?h ) 2

,Pa, by ? b

(烟气压力修正)

当不大于3000Pa时,

当海拔高度不高于200米时,by=101325Pa

第六章

§6.4 风道阻力计算
一、风道全压降:
k k ?H k ? ?H sl ? H zs ? hl'

?Pa ? ?Pa ? ?Pa ?

h1' ? (20 ~ 40) ? 0.95 H ??g

二、风道流动总阻力:
k ?H sl ? ??h

101325 bk

当 ?h ? 3000 Pa 时, H ? 200 m


??h

b 当 ?h ? 3000 Pa 时, bk ? b ,(海拔高度 k ? b ? 2 。 1. 冷风道阻力: ?h ? ?h yc ? ?h jb

时)

① 冷风流量:

Vlk ? B jVko ? l" ? ?? l ? ?? zf ? ?? ky
i

?

? ② 当 ? lk ? 10m / s 时, ?h yc ? ?h yc ? l;当 lk ? 10m / s 。 ?h jb ③ 计算同烟道阻力计算。

? 273 ? t 273

lk

?h yc 时,

不计

§6.4
第六章

风道阻力计算
273 ? t rk 273

2. 管式空气预热器连通箱的 ?h jb 计算: 3. 热风道阻力:
o " ① 热风流量: Vrk ? B jVk ?? l ? ?? l ?

?m / h?
3

② 层燃炉流动热风道阻力: 炉排及煤的燃烧层的阻力: ?h ? 400 ~ 800 风道及风室的阻力: ③ 室燃炉二次风总阻力: 三、风道自生通风力
k zs

?h ? ?h yc ? ?h jb
?h jb ? ?

?Pa ? ?Pa ? ?Pa ?
? ? ? ?

?? 2
2

? 273 h ? ? Hg ?1.2 ? ? k ? ? ? Hg ?1.2 ? 1.293 ? ? 273 ? t k ?

?Pa ? ?Pa ?

' " 四、空气进入炉膛处的真空度 hl ? hl ? 0.95 Hg

烟囱的计算
一、自然通风烟囱高度的计算
烟囱的自生风 —— 利用烟窗内热烟气与外界空气的密度差, 使烟囱产生的升力 273 273 yz 0 hzs ? H yz g ( ? k ? ? y ) ? H yz g ( ? k0 ? ?y ) 273 ? tk 273 ? ? yz 自然通风时,烟道的全部压降依靠烟囱的自生风克服,此时烟 0 囱高度必须满足: yz ? y 101325 b '
h zs 101325 ? ?h yz 1.293 b ? 1.2?H y
y 式中: H ——锅炉烟道总阻力(不包括烟囱本身的自生风和烟 囱的总阻力) '

Δ hyz——烟囱的总阻力(包括摩擦阻力和出口阻力) 由上两式可得烟囱高度为:
H yz ? 1.2?H ? ?h gz
' y

0 ? y 101325

1.293 b 273 b 0 g (? k ? ? y ) 273 ? ? yz 101325

烟囱的计算
烟囱内烟气平均温度的确定(烟气温度影响烟气密度及自生风) 1.烟气在烟道中的温度降

?? ?
'

Qlq V yf c 3600

2.烟气在烟囱中温度降

?? " ? H yz ??

?? ——烟气在烟囱中每米高度的温度降,采用近似计算方法
获得。

烟囱的计算

烟囱的计算
? 对于机械通风的锅炉房,为简化计算,烟 气在烟道和烟囱中的冷却可不考虑,烟囱 内烟气 ? 平均温度即按引风机前的烟气温度(近似等 于排烟温度)进行计算。

烟囱的计算
?

3.烟囱出口烟气温度

?2 ? ? py ? ?? ' ? ?? "
?

4.烟囱中烟气平均温度
? yz ? ? 2 ? (? py ? ?? ' )
2

烟囱的计算
第六章

二、机械通风烟囱高度的确定
1.烟囱的作用 不是用来产生引力,而是将烟气排放到高空 使排放的烟气通过高空大气扩散,满足环保要求 2.烟囱高度的确定原则 根据锅炉房容量,按规定执行 高出周围最高建筑物3m以上 锅炉房总容量大于40t/h,烟囱不得低于45m 有害物质扩散条件确定,符合规定(锅炉大气污染物 排放标准)

烟囱的计算

烟囱的计算
? 三、烟囱直径的计算
? i——烟囱锥度,0.02~0.03

d2 ?

nB jV y (?2 ? 273) 3600 ? 273 ? 0.785 w2

d1 ? d 2 ? 2iH

风机的选型
选择风机的原则 锅炉的送、引风机宜单炉配置。容量较小的小型锅炉可根 据具体情况,确定是单炉还是集中布置风机。 选择风机时,应使风机工作区在其效率最高的范围内。风 机样本上列出的性能范围是指效率不低于该风机最高效率 90%时对应的性能,可按此数值范围选用。 风机的风量和风压应按锅炉的额定蒸发量进行计算。单独 配置风机时,风量的富裕量应为10%,风压的富裕量应为 20%;集中配置风机时,其风量和风压的富裕量应比单炉 配置时适当加大。 选择风机时,以选择效率高、转速低、功率小、寿命长、 噪声小、价格低、高效率工作区范围宽为宜原则。有条件 时,尽量选用调速风机。

风机选型参数的确定
1、比转数ns
Q 0.5 ns ? 0.092 n 1.2 p 0.75 ( )

?

n ? 风机转速,r / min, 可预先确定 Q ? 风机的设计流量m 3 / h

? ? 工作介质的密度k g / m 3

风机选型参数的确定
2、流量和风压 风机的主要参数是流量和风压。当在锅炉额定负荷下烟、风道中介质的流量和阻力确 定之后,即可计算所需风机的风量和风压,选出合适的风机。

?

送风机的选择计算 送风机总风量 :

送风机风压 : ? 引风机的选择计算 引风机的总烟气量: 引风机的风压:

风机制造厂设计的介质与参数是在标准大气压下,以干空气为 介质的情况中进行的。所以选择风机时应将计算压头折算成生 产厂家设计的介质参数下的压头。

(1)风机设计计算流量Qj
V 1.01325 *10 5 3 Q j ? ?1 m /h Z b0 ? ? 2 H ? V ? 额定空气或烟气量 Z ? 风机台数 b0 ? 当地大气压 H ? ? 风机入口截面处的负压

(2)风机设计计算全压 降Hj:
? H j ? ? 2 ?H ?H ? 风机全压 ? ? 2 ? 修正系数 1.293 273 ? t 1.01325 *10 5 ? ?2 ? ? 0 273 ? t k b0 ? ? 2 H ?

? 0 ? 输送介质标准状态下的密度
t ? 风机入口介质温度 t k ? 风机厂设计入口介质温度,编制特性曲线温度 H ? ? 风机入口静压

? 风机特性曲线是风机在入口截面处绝对压 力为101325Pa,温度为设计温度时按风机 全压绘制的。 ? 而烟风道特性曲线与导向器全开时风机特 性曲线的交点即为风机运行中最大出力工 况点。

§6.6 风机的选择
二、风机所需的电动机功率:
1. 风机功率

Nf ?

QjH j 3600 ? 10 3? ? ? j

?k w?

? ? 0.9 ? ? 式中: —全压降下风机效率:一般风机 ? 0.6 高效风机

? j —风机机械传动效率:
Nd ? ?3 Nf

? j ? 0.9 ~ 0.95 。

2. 电动机功率

?d

?k w?
? d ? 0.9


? 式中: 3 —电动机备用系数,送风机 ? 3 ? 1.15 引风机 ? 3 ? 1.3

?d

—电动机效率,

风机的布置
? 送风机的布置 送风机集中布置时,应力求对每台锅炉送风均匀。风机可 布置在锅炉前面两侧或专设的风机室内。如果在锅炉前面 两侧各设一台风机,在送风管上应设阀门,使两台风机同 时运行时不会相互干扰。 当锅炉房单层布置时,送风机不应设置在妨碍司炉人员操 作的位置上,风道可设在地下;锅炉房楼层布置时,送风 机应设于底层,对于重量较轻的小型风机可以放置在柱子 上,以节省风管,减少管道阻力,但管理和操作不便。 二次风机的转速高,振动和噪声都较大,宜布置在底层。 若布置在操作层楼板上,则应将风机放置在梁上并设减振 装置,以减轻振动。

风机的布置
送风机进风管一般敷设在锅炉房上部温度较高处。这样既能利用顶部热空气的热 量,又能在夏季加强室内通风,利于降温。但在北方地区,冬季如吸走大量 室内热空气,必然要增加采暖设备,这样做也不经济。因此可将进风口做成 三通形式,运行时可根据室内外气温情况,选择吸取室内或室外空气。 风机进风口应设网格,以免吸入大块杂物损坏风机。网格通路面积不得小于 进风口截面面积。 ? 引风机的布置 引风机按烟气流程应布置在除尘器后面,以减轻烟尘对风机叶片和壳体的磨 损。 如果引风机单炉布置,则应尽量使引风机靠近锅炉除尘器烟气出口。如果集 中布置,即多台锅炉配一套引风机,应力求使风机对每台锅炉的抽力均衡。 引风机宜布置在锅炉房后面的附属间,这样操作及管理都比较方便,但基建 投资较高。对于双层布置的锅炉房,引风机也可以设于锅炉房底层,靠近后 墙的地面上。必要时引风机也可以露天布置,但必须考虑防雨、防腐和保温 等措施。

烟风道的设计
? 烟风道的设计原则 (1)气密性好,阻力小。 (2)并联锅炉烟道设计应力求风力平衡。 (3)烟道应设置便于清扫的人孔。 (4)设置必要的测点。(t、p) (5)考虑热膨胀对运行的影响。

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