锅炉设备空气动力计算.doc

沈阳建筑大学教案用纸 第 页第四章：锅炉设备空气动力计算 第 1 节： 通风计算的原理和方法第 2 节： 烟道的阻力计算 授课时数2 教学目的与要求1、掌握通风计算的原理和方法2、掌握风道的阻力损失组成3、掌握自生风力的概念教学难点与重点风道阻力计算原理和方法授课方法讲授（现代化）教学手段计算机投影作 业思考题 锅炉及锅炉房设备 第263页1、4题教学内容及过程备 注第四章 锅炉设备的通风计算通风的作用和方式一 、通风包括 通风是锅炉的“呼吸”器官，是调整锅炉出力的手段，是锅炉正常运行的保证。 二 通风方式： 1自然通风：由密度差形成的自生风力克服锅炉烟风道的阻力。仅用于小型、立式、无尾部受热面的锅炉。 2机械通风：由风机给烟气或空气加压，克服炉内的阻力。 用于 本章以机械通风为主。 P236 序:一、 通风计算的目的：锅炉设备的通风计算-烟风道阻力计算。目的：确定锅炉烟风系统的全压降，为选择送、引风机提供可靠的依据。注：在通风阻力计算中，烟风系统各部分介质流量、t、流通截面等数据均以锅炉额定负荷下的热力计算数据确定。 二、我国工业锅炉烟风道阻力计算的方法用原苏联1977版体系。4-1通风的作用和方式 一、通风：是一个连续将锅炉所需的空气送入，不断补给锅炉以燃烧之用，不断把烟气排走的过程。 二、机械通风方式 1负压通风 在烟囱前设引风机克服烟风道阻力。教学内容及过程备 注特点：炉膛内负压高，烟风道风均为负压，锅炉房卫生好。2.正压通风 在空气预热器入口处设置风机，无引风机。 特点：风机经过的空气是洁净的，而炉子烟风道为正压，无漏风，但若炉墙、烟道不严，造成冒烟，锅炉房的卫生条件不好。3.平衡通风 同时设送、引风机，克服两者的弱点。送风道烟道的阻力分别由送、引风机承担。a送风道是正压，但不是很大，因不用留有像正压通风那么大的资用压头来克服烟道的阻力；b炉膛及烟道是负压，负压值也不是很大，因不必负担克服送风道中的阻力。 优点：有效地送入空气，又使炉膛及全部烟道在合理的负压下运行；锅炉房的安全卫生条件好；漏风量小。 这种通风方式在目前供热锅炉中最常见。三、通风计算的目的： 在炉膛内有许多受热面，在增加换热量的同时也给烟气的流动设置了障碍，所以只凭借烟气与空气之间的容重差而产生的自生风力来克服烟道中的阻力是不够的。这样会造成烟气不能及时排除，不利于燃烧，甚至会窝风，烟气不流动。因此必须给烟气和空气增加流动的能量，克服流动过程中的阻力，以正常送风和排烟。 那么给风、烟气增加多少能量，选择一个什么样的风机才合适，过大，过小都会影响锅炉的运行。 通风计算要求得通风过程的流动阻力，选择合适通风设备。教学内容及过程备 注通风计算的原理和基本方法一、 原理：伯努利方程 在流体力学中学过：当流体在管道中流动时，任意两截面总可以用伯努利方程表示。 不可压缩流体元流能量方程 （1） 整理得： （2） 相对截面处的绝对压力 相对截面处的海拔高度或距离基准面的高度 相对截面处的介质流速 相对截面处的平均介质密度 对烟风道任意处的绝对压力有 (3) 将（3）代入（2），得： 则两截面的总压降 为： 两截面间介质的流动阻力 Pa 教学内容及过程备 注由于介质密度变化而产生的流动压头，又叫自生风力 由于通道截面变化或介质温度变化所致。而截面变化归于局部阻力，而实际上有温度变化导致的是很小的，可以忽略。 介质速度变化 可正、可负、可为零。二 阻力计算（一） 沿程摩擦阻力若介质温度变化不大或没有变化时： 沿程摩擦阻力系数，与通道类型有关; 介质密度;l通道长度;w介质流速，m/s，按介质平均温度计算； Tb、T分别为通道壁面及介质的平均温度;K de通道流通截面当量直径，圆形通道取为直径.非圆形通道时：F通道流通面积，U通道流通截面的湿周长度。介质在矩形通道中冲刷管束时：a，b矩形通道截面边长 ；z管束中的管子根数；d管子外径教学内容及过程备 注（二）横向冲刷管束阻力 基本公式： 阻力系数根据管束结构而定。 横向冲刷光管管束，顺列：=0 Z2 0 单排管子的阻力系数，与s1/d、s2/d、雷诺数Re、比值（s1-d）/（s2-d）有关； Z2 管束的纵向排数 错列： =0 （ Z2） 0 单排管子的阻力系数；与s1/d、s2/d、雷诺数Re、 比值 （s1-d）/（s2-d）有关； Z2 管束的纵向排数(三)局部阻力 气流通过截面或方向变化的通道时产生的阻力，同时也有沿程摩擦阻力。两者应分别计算。 局部阻力系数。 局部阻力可以分为如下几种： 1截面改变-截面变化，在表4-2查得。（1） 截面突然变化，由4-11查得。（2） 扩散管教学内容及过程备 注 -扩散系数 4-12查得； -局部阻力系数，按突扩求得 4-11查得。 扩散角的计算 2转弯阻力通道中所有转弯的阻力系数按下式通式： -粗糙度影响修正；-转弯的原始阻力系数，取决于形状和相对曲率半径；B-弯头角度有关的系数C-弯头截面形状参数C=1对于扩散转弯，气流不均匀，没有稳定段，或直段长度小于出口截面当量直径的3倍，将求得的阻力系数乘以1.8倍。在管束内转弯时的阻力系数当转弯起始和最终截面有变化时，流速取两截面上的流速平均值。以平均截面确定转180时教学内容及过程备 注若截面面积差别不超过25时，取算数平均值 3三通的阻力 三通 影响三通的阻力系数的因素有：其计算方法详见锅炉设备空气动力计算 第四章：锅炉设备空气动力计算第 3 节：风道的阻力计算 第 4 节：烟囱的计算、风机的选择授课时数2 教学目的与要求教学难点与重点烟囱的计算方法授课方法讲授（现代化）教学手段计算机投影作 业思考题 锅炉及锅炉房设备 第263页5题教学内容及过程备 注4-3 烟囱的计算一、自然通风时烟囱的高度烟囱的计算包括如图，烟囱工作示意图：设烟囱高度为 烟囱高度 标准状态下空气和烟气的密度在大气压力下空气密度 烟囱内平均密度 烟囱内烟气平均温度 冷空气温度 在自然通风的锅炉房内，克服烟道的阻力来自于自生风力有烟囱的自生风力 b当地大气压力 烟囱的总阻力 教学内容及过程备 注 烟囱总阻力，不包括烟道总阻力和烟囱自生风力 1.2储备系数则由（4-45）可以推导如下式 (4-46)二 烟囱中烟气温度的计算烟气在烟囱流动过程中烟气温度是变化的。1 烟气在烟道中的温度降（有良好保温时不考虑） 烟道中烟气温降 烟道自然冷却散热损失 = 烟道单位面积散热损失F烟道散热面积 C烟气平均比热 取 C=1.3521.356 2 烟气在烟囱中的温度降 烟气在烟囱中的温度降 烟气在每米高度的温度降 /m /m 教学内容及过程备 注D合用同一烟囱的所有同时运行的锅炉额定蒸发量之和 A修正系数 如下表4-5表4-5 修正系数 A值 修正系数烟囱种类铁烟囱（无衬）铁烟囱（有衬）砖烟囱平均厚0.5砖烟囱平均厚0.5A20.80.40.23 烟囱出口烟气温度 烟囱的出口温度 锅炉排烟温度烟气在烟道中和烟囱中的温度降4 烟囱中烟气平均温度 二 机械通风时烟囱高度的确定 考虑环保要求，要有足够的高度。新建锅炉房只设一个烟囱，并根据锅炉房容量而定，锅炉大气污染物排放标准GB13271-2001.新建锅炉房烟囱周围半径200 m距离有建筑物时，烟囱应高出最高建筑物3以上。当D28（40）时，烟囱高度不低于45.三 烟囱高度确定原则1 自然通风，克服烟、风道阻力，同时考虑排放。 2机械通风，主要是排放要求 工业“三废”排放试行标准 工业设计卫生标准 锅炉大气污染物排放标准 大气环境质量标准教学内容及过程备 注四 烟囱的直径烟囱出口烟速 通过烟囱的总烟量 n利用同一烟囱的同时运行锅炉台数。4.4风机的选型和烟风道布置一 送、引风选型原则 满足锅炉在全负荷情况下 要求，并考虑一定的裕度。 送、引风的裕度系数4-6设备工况裕度系数风量裕量系数压头裕量系数 送风机1.11.2引风机1.11.2 带尖峰负荷时1.031.05二 选型参数 转数 n风机转数 Q设计流量 工作介质的密度 P风机设计压头 教学内容及过程备 注2 设计计算流量 V额定负荷下空气或烟气流量 Z并列运行的风机台数当地大气压力 风机入口处截面处的压力 分别为风机风量和压头的裕量系数3 设计计算全压 风机全压 4 风机的功率5 设计计算流量 V额定负荷下空气或烟气流量 Z并列运行的风机台数当地大气压力 风机入口处截面处的压力 分别为风机风量和压头的裕量系数6 设计计算全压 风机全压教学内容及过程备 注7风机的功率或 风机中的介质压缩系数 应使风机的工况点落在风机最高效率的90以上区域。 风机运行中最大出力工况是：烟风道特性曲线与导向器全开时风机特性曲线的交点。 1 对离心风机：计算工况点应尽可能接近导向器全开的风机特性。 2 对轴流风机：计算工况点相应于最高效率工况再大1015导向器开度以保证低负荷时风机仍能在高效区运行。 三 选择风机和烟风道布置的一般要求 1 单炉配置 2 单炉配置的风量裕量为10，风压裕量为20。 3 集中配置时，风机不少于2台，一用一备。并联后工况与单机相同。 4 选用高效率、低噪声、节能的风机。风道布置设计手册 教学内容及过程备 注烟道的阻力计算：烟道的阻力计算按锅炉的额定负荷进行。其方法：原理伯努力方程。 方法求阻力系数。在前述热力计算的基础上，并要求有如下几点：1.烟道中Q，W取平均值。2.利用先算图求得阻力后，进行修正（烟气密度密度、含灰浓度n、大气压力p）线算图的绘制条件是按准大气压下干空气绘制的。3.要考虑受热面积积灰的影响。与实际运行相关。4.应沿烟道气流动方向依次进行，依次是：炉膛负压，锅炉管束，过热器，省煤器，空气预热，器除尘器，烟道，烟囱。1.炉膛的负压平衡通风炉膛出口处必须保持的真空度，=20Pa.炉膛的负压不可以过高，炉膛负压过高会造成炉膛漏风过多，会增高。（有鼓风机时：24mm,2040Pa；无鼓风机时：48 mm,4080Pa；）2.防渣管当2，且W15m/s时，略去。否则按横向冲刷计算。3.锅炉管束由管外横向冲刷和管束的内部的转弯组成。如图：计算法同前面介绍的。注意：在计算受热面时，在混合冲刷情况下，其确定方法如下图：ex：右图1如下考虑：由横向纵向冲刷组成横向=3排纵向长（两中心线之间长）教学内容及过程备 注ex：右图2当烟道中有隔板时，其纵向冲刷长度，如图中所示。而横向冲刷排数按一半考虑。ex：当烟道中有横向冲刷混合排列时，应分别计算，将阻力相加，高界面处的排管的计入前一类之中，如图：横列：3，纵列：2；4.过滤器：阻力同前 由横向冲刷、纵向冲刷和管束处90（转）弯组成。5.省煤器：按横向冲刷方型鳍片铸铁省煤器，按近似公式（820）计算。6.管式空气预热器烟气在管束内流动，烟气侧阻力包括：管内摩擦和管子进、出口截面突然改变的阻力。（）（825）用关内的饿平均流速和烟温。p194.fig85.查得，进出口阻力系数。按管子的有效截面与空气预热器前后烟道的有效截面比。7.烟道涉及到的W,V按空气预热器之后考虑，如图：可分n段。（1）空气预热器防尘器以A处为准。（2）除尘器外风机引风机之后的烟道。流量Q烟温，按外风机处的计算。（3）若无除尘器空气预热器出口风机按B处计算。教学内容及过程备 注计入漏入烟道的漏风后，引风机处烟量为：（）（注意单位）引风机处的烟温：。尾部受热面后排烟容积。烟道中的漏风系数。砖烟道 每10m 0.05钢烟道 每10m 0.01旋风除尘器 0.05电除尘器 0.1、排烟（尾部受热面后的过量空气系数及温度）冷空气温度。当已知时需要确定烟道尺寸，w可按表8查取。由，w可确定烟道的截面尺寸，一般高：宽1.2：1， 在进行烟道阻力计算时可以简化。对较长的水平烟道，为防止积灰，在额定负荷下w78m/s对机械通风（1）烟道，w25m/s, 不计。（2）w1225 m/s求截面不变和做场的一段，计算出烟道的局部阻力。0.1，在计算不多于2个时，此局部阻力不计0.1，在计算不多于3个时，取每个为0.05八.除尘器教学内容及过程备 注在产品说明说上可查到，对常用 应有大致估计（旋风500800Pa，水膜400600Pa）九。烟囱+（出口），Pa，烟囱维度，0.020.03出口烟速m/s. 不易取上限扩建，2.53.0m/s防止冷空气倒灌。 Pa， 1.1，十，烟道的全压降。计算整个烟道阻力后需要考虑一下修正。1.对阻力的修正：烟气密度修正先算图以空气为介质，是以表态下考虑的。灰量，当6时，6，进行含灰量修正。（1+）+Pa 烟道修正后的总水力阻力。炉膛出口除尘器的总阻力。除尘器以后的阻力。飞灰重量浓度/rg, =表态下烟气密度。烟气平均压力Pa2.自生风的计算（各段烟道的自生风力）教学内容及过程备 注=（-）g（-）当空气为20时=1.2vg/,则有=Hg（1.2）烟道总自生风力：=，取代数和，包括烟囱的自生风。3.烟道的总压降=+ -平衡通风时炉膛出口处的真空度（燃料、炉型、燃烧方式）一般包括：机械通风=2040Pa ；自然通风=4080Pa风道的阻力计算风道的阻力计算包括（冷风道、空气预热器、热风道、燃烧设备(其计算方法与烟道计算方法相同1.冷风道的阻力计算+f（，（+g（h，w形状，结构（，而且主要取决于局部阻力。W风速的确定， w在冷风道中，（-+（ 空气预热器的漏风系数，一般取0.05冷空气温度，从锅炉房内吸取冷空气时301. 的15简化计算当w10m/s 0 w1020m/s 先求1.2段最长的等截面算法长度上的摩擦力之后教学内容及过程备 注同烟道的计算方法冷空气流量（-+（ 冷空气温度 从锅炉房内收入冷空气时，取3