热能转换装置-第9章-锅炉的烟、风阻力

第9章锅炉的烟、风阻力计算,HIT,锅炉的通风空气动力计算原理锅炉烟风道的流动阻力锅炉烟气侧阻力计算锅炉空气侧阻力计算风机的选择自然通风时的烟囱计算,第9章锅炉的烟、风阻力计算,1,2,3,4,5,6,7,HIT,9.1.1自然通风9.1.2机械通风,9.1锅炉的通风,HIT,锅炉的通风:锅炉工作时，要连续地送风排烟。连续地送风和排除烟气的过程，就是锅炉的通风。空气动力计算目的：计算阻力，选择通风装置（鼓/引风机、烟囱）检查设计是否合理。对锅炉个部件的设计进行优化。自然通风分类负压通风机械通风微正压通风平衡通风,9.1锅炉的通风,HIT,9.1.1自然通风,定义：依靠烟囱高度及其内外气体的密度差所产生的“自抽力”（自生通风力）来克服风、烟道阻力的一种通风方式。必须同时具备：密度差高度。,自然通风,HIT,适用范围：由于烟囱高度不能过高，因此由烟囱产生的自生通风力是有限的。所以，自然通风方式仅用于小型锅炉，一般为D1t/h的手烧炉。这种锅炉没有尾部受热面，阻力较小。对于结构复杂、容量大的锅炉，由于受面多、烟风阻力也大，自生通风力总阻力，单靠烟囱的自生通风力不能克服烟气道的阻力，这时就要采用机械通风方式。,9.1.1自然通风,HIT,机械通风,定义：即依靠通风机械所产生的压力来克服风、烟道阻力的通风方式。（1）负压通风定义：用烟囱的抽力+引风机的引力克服阻力。特点：炉膛和烟道全部处于负压状态下，工作环境较好，不会漏风喷火，适应范围：一般小型锅炉常用对于大容量锅炉，烟风阻力大，采用负压通风将使炉膛和烟道的负压过大，不适用。,9.1.2机械通风,HIT,（2）微正压通风定义：在锅炉的烟风系统中只装设送风机，利用其压头来克服全部烟风道的流动阻力。特点：炉膛和烟道都处于正压，消除了漏风。电能消耗少。阻力一样风量小于烟量（相差近3倍）。风机寿命增加。风机输送的是低温干净气体。要求炉膛和烟道的密封性良好，否则将喷火、漏烟，严重污染锅炉房环境，甚至危及人身安全。适用范围：正压通风常用于中小型燃油或燃气的锅炉上。,9.1.2机械通风,HIT,（3）平衡通风定义：在锅炉的烟风系统中同时装有鼓风机和引风机，利用鼓风机和引风机的压头来克服整个烟风系统阻力的方法。特点：风道系统处于正压下工作，炉膛和烟道处于负压。与正压通风相比，避免了炉烟外泄和喷火问题。与负压通风相比，其负压可较小，漏风较小，可保持较高的经济性。需装两台风机，设备费用和电耗增加。适用范围：在24t/h以上的工业锅炉和电站锅炉中多用。注意：机械通风时，也必须装设一定高度的烟囱。,9.1.2机械通风,HIT,9.1.2机械通风,HIT,9.2空气动力计算原理,HIT,（1）通道内为正压大气压力表压力,9.2空气动力计算原理,HIT,9.2空气动力计算原理,HIT,9.2空气动力计算原理,（2）通道内为负压,HIT,速度损失由于介质速度变化而引起的压头损失.引起速度变化的原因:流通截面积变化局部阻力损失温度变化速度损失,9.2空气动力计算原理,HIT,如果流动介质处于被加热状态（空气在空气预热器中）即由于温度增加而引起压力损失。,如果流动介质处于被冷却状态（烟气）则由于温度降低而使压头增加（压力损失为负值）。因此，由于温度降低而起到增大通风的作用。,一般情况下，速度损失的数值很小，常可忽略不计。,9.2空气动力计算原理,HIT,自生通风力它是由介质与外界的密度差和高度差所决定的。由于所以自生通风力的正负只与气流流向有关。上升烟道中：，可用自生通风力来克服流动阻力（烟囱）。下降烟道中：即自生通风力为负值，阻滞介质（尾部烟道）。水平烟道中：,9.2空气动力计算原理,HIT,流动阻力损失沿程摩擦阻力三类横向冲刷管束的阻力局部阻力是构成烟风道阻力的主要部分，从总压降的表达式中可看出:0,9.2空气动力计算原理,HIT,9.3锅炉烟风道的流动阻力,9.3.1沿程摩擦阻力9.3.2横向冲刷管束阻力9.3.3局部阻力,HIT,9.3.1沿程摩擦阻力,定义：气流在等截面直通烟风道中的流动阻力，包括纵向冲刷管束的阻力。等温介质公式：非等温介质实际计算中，只有管式空气预热器纵向冲刷管束时，其烟温变化较大，可以考虑修正，其余烟道和风道不必修正。,HIT,对锅炉范围的烟、风流动K通道的绝对粗糙度计算：,焊制的管式/板式空预器及无缝钢管受热面外壁0.2钢板焊制的烟风道0.4钢管0.12生铁管和生铁板0.8锈蚀严重的钢管0.7水泥沙浆砌缝的砖管道2.5混凝土管道2.5玻璃管0.005,9.3.1沿程摩擦阻力,HIT,对于管式和板式空气预热器,锅炉中常用各种部件的摩擦阻力系数可按下述建议进行计算。,9.3.1沿程摩擦阻力,HIT,对于回转式空气预热器:,9.3.1沿程摩擦阻力,HIT,对于回转式空气预热器冷段采用的平板结构:,9.3.1沿程摩擦阻力,HIT,管外纵向冲刷管束的摩擦阻力系数:,9.3.1沿程摩擦阻力,HIT,锅炉烟风道摩擦阻力系数近似值,9.3.1沿程摩擦阻力,HIT,9.3.2横向冲刷管束阻力,公式：光管顺列管束阻力系数光管错列管束阻力系数横向冲刷标准型铸铁省煤器的阻力,HIT,光管顺列管束一排管的阻力系数,9.3.2横向冲刷管束阻力,HIT,光管错列管束一排管的阻力系数,9.3.2横向冲刷管束阻力,HIT,斜向冲刷管束的阻力,流速应按斜向截面计算，如冲刷角75o，则其阻力按横向冲刷的结果增加10%。,9.3.2横向冲刷管束阻力,HIT,9.3.3局部阻力,定义：气流流动时，其方向或截面积发生变化而引起的阻力公式：截面变化时的局部阻力系数包括：转弯时的局部阻力系数,HIT,截面变化时的局部阻力系数,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,转弯时的局部阻力系数,9.3.3局部阻力,HIT,与截面形状有关的系数与转弯角度有关的系数弯头原始阻力系数考虑管壁粗糙度影响的系数,等截面弯头的局部阻力系数,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,与截面形状有关的系数与转弯角度有关的系数弯头原始阻力系数考虑管壁粗糙度影响的系数,变截面弯头的局部阻力系数,9.3.3局部阻力,HIT,9.3.3局部阻力,HIT,计算阻力时的流速按较小截面的流速计算。在截面增大的扩散式弯头后面如果没有稳定段或其长度小于当量直径的三倍时，其阻力增大1.8倍。,9.3.3局部阻力,HIT,阻力系数与转弯角度有关。,管束中转弯时的局部阻力系数,9.3.3局部阻力,HIT,9.4锅炉烟气侧阻力计算,9.4.1锅炉烟气侧阻力计算总原则9.4.2锅炉烟气侧流动阻力计算9.4.3自生通风力计算9.4.4锅炉烟道总压降计算,HIT,（1）在热力计算后按额定负荷进行。（2）受热面阻力计算时进行积灰修正。（3）阻力计算中使用的线算图按标准压力下的干空气绘制。而烟道中是某一压力的含灰烟气。因而必须修正：烟气密度烟气压力烟气含灰量,9.4.1锅炉烟气侧阻力计算总原则,HIT,9.4.1锅炉烟气侧阻力计算总原则,HIT,标准大气压时干空气的动压头,9.4.1锅炉烟气侧阻力计算总原则,HIT,标准大气压时干空气的Re,9.4.1锅炉烟气侧阻力计算总原则,HIT,阻力系数与Re及相对粗糙度的关系,9.4.1锅炉烟气侧阻力计算总原则,HIT,管式和板式空气预热器管子中的压力损失,9.4.1锅炉烟气侧阻力计算总原则,HIT,错列光管管束在横向冲刷时的阻力,9.4.1锅炉烟气侧阻力计算总原则,HIT,烟道阻力计算程序：计算各区段流动阻力计算自生通风力计算烟气通道全压降,9.4.2锅炉烟气侧流动阻力计算,HIT,（1）炉膛出口阻力转弯造成的局部阻力。90o转弯，炉膛出口最小截面上的Wy10m/s180o转弯，炉膛出口最小截面上的Wy10m/s,才考虑阻力按纵向冲刷ddl=2S2阻力系数=0.04（5）对流过热器/省煤器/对流再热器阻力横向冲刷管束的阻力特例：管束内有90o转弯的悬吊式垂直过热器纵向沿程摩擦+横向冲刷管束+900转弯,9.4.2锅炉烟气侧流动阻力计算,HIT,（6）空气预热器卧式管式立式管式横向冲刷管束回转式沿程摩擦阻力,9.4.2锅炉烟气侧流动阻力计算,HIT,（7）除尘器阻力,9.4.2锅炉烟气侧流动阻力计算,HIT,（8）烟道的流动阻力有除尘器时，烟道应分为两段计算。第一段：从锅炉本体出口到除尘器的烟道烟温：烟气量：第二段：除尘器到烟囱入口烟道烟温：烟气量：无除尘器时，烟道无需分段。,9.4.2锅炉烟气侧流动阻力计算,HIT,烟囱进口阻力,9.4.2锅炉烟气侧流动阻力计算,HIT,（9）烟囱阻力沿程摩擦阻力+烟囱出口阻力,9.4.2锅炉烟气侧流动阻力计算,0.021.0,HIT,式中：,9.4.2锅炉烟气侧流动阻力计算,HIT,烟气向上流动时，取“+”，作为动力烟气向下流动时，取“-”，作为阻力。计算中，考虑以下三部分的自生通风力：尾部竖井烟道：烟气下行，“-”锅炉出口到引风机出口：烟气近似水平流动，0引风机出口到烟囱出口：烟气上行，“+”,9.4.3自生通风力计算,HIT,平衡通风自然通风和负压通风时,9.4.4锅炉烟道总压降计算,HIT,计算烟道总压降的步骤确定烟道系统范围：如受热面、连接管、除尘器、烟囱。计算各部分流动阻力。考虑积灰，计算的阻力应乘上K。计算修正后烟道总流动阻力。计算总自生通风力。计算总压降。,9.4.4锅炉烟道总压降计算,HIT,9.5锅炉空气侧阻力计算,9.5.1空气侧阻力计算总原则9.5.2空气侧流动阻力计算9.5.3空气侧自生通风力计算9.5.4空气侧总阻力计算,HIT,在热力计算之后按额定负荷计算。空气温度、Ky器中流速及风道的有效截面积取自热力计算。计算压力取为大气压力。阻力计算完以后进行压力修正。计算顺序从鼓风机冷风入口开始，包括冷风道、空气预热器、热风道和燃烧设备（包括炉排、煤层、燃烧器等）的阻力。,9.5.1空气侧阻力计算总原则,HIT,（1）冷风道阻力沿程摩擦阻力和局部阻力（2）空气预热器空气侧阻力立式管式横向冲刷管束+折转烟箱局部阻力,一级ky器中各段之间连通风罩的局部阻力,两级ky器之间连通风罩的局部阻力,1800转弯，阻力系数=3.5900转弯，阻力系数=0.9,9.5.2锅炉空气侧流动阻力计算,HIT,a/h1时，1800转弯，阻力系数=3.5a/h1时，按两个900转弯，并进行修正阻力系数=1.8修正系数,两级ky器之间连通风罩的局部阻力,9.5.2锅炉空气侧流动阻力计算,HIT,卧式管式沿程摩擦阻力+进出口局部阻力回转式沿程摩擦阻力,9.5.2锅炉空气侧流动阻力计算,HIT,（3）热风道阻力沿程摩擦阻力和局部阻力,在煤粉制备系统中，当用热空气输送煤粉时:由空气预热器到一、二次风分配风道的流量按上式计算，之后再按二次风流量计算二次风风道的阻力，而一次风风道的阻力则在煤粉制备系统中计算。,9.5.2锅炉空气侧流动阻力计算,HIT,（4）燃烧设备的阻力室燃炉喷射二次风的阻力（局部阻力）直流燃烧器：阻力系数=1.5旋流式煤粉燃烧器：阻力系数查有关资料旋流式气体重油燃烧器：阻力系数=3.0,9.5.2锅炉空气侧流动阻力计算,HIT,层燃炉炉排+煤层阻力与燃料和燃烧设备有关，500-1000Pa,9.5.2锅炉空气侧流动阻力计算,HIT,风道中平均压力修正前的风道总阻力修正后风道总阻力,9.5.2锅炉空气侧流动阻力计算,HIT,通常在风道中只计算以下两段的自生通风力：第一段：空气预热器。第二段：全部热风道。,9.5.3锅炉空气侧自生通风力计算,HIT,9.5.4锅炉空气侧总阻力计算,HIT,与锅炉配用的风机有离心式、轴流式两种。,9.6风机的选择,HIT,鼓风机（送风机）：克服空气侧阻力送风机输送的介质为低温干净空气，工作条件较好，在结构上无特殊要求。引风机：克服烟气侧的阻力。对引风机，输送的是含灰气流，烟温又高（可达200，甚至更高），因此其结构和运行有系列限制：,叶片数目不宜过多，厚度较厚。机壳厚度要足够，以耐磨，延长寿命。轴承要水冷。风机不能超过规定的介质温度。,9.6风机的选择,HIT,性能参数：流量（离心式风机）压头功率效率设计规定：鼓风机按101325Pa、20的空气设计。引风机按101325Pa、200的空气设计。风机工作情况和设计工况可能不相等，选择风机时，要将计算的流量和压头折算到制造厂产品目录所对应的工况条件，此外，风量和风压要有一定量的储备。流量储备系数=1.1压头储备系数=1.2,9.6风机的选择,HIT,风量、风压计算计算流量鼓风机计算压头计算流量引风机计算压头,9.6风机的选择,HIT,风机的轴功率电动机功率风机轴功率新型高效风机：板型叶片=0.80.6机翼型叶片=0.880.93一般离心式风机：=0.60.7电动机功率功率储备系数=1.1-1.15；电动机效率：一般取=0.9；机械传动效率：直接连接=0.9连轴器连接=0.95-0.98三角皮带连接=0.9-0.95平皮带连接=0.8,9.6风机的选择,HIT,9.7.1烟囱的抽力9.7.2烟囱高度的计算9.7.3烟囱直径计算,9.7自然通风时的烟囱计算,HIT,9.7.1烟囱的抽力计算,HIT,烟囱产生的抽力一方面要克服烟道的