第六章工业锅炉的通风阻力计算

1、工业锅炉的通风是指锅炉正常燃烧时，向锅炉炉膛连续不断地输送燃料燃烧所需的空气，并及时地排走燃烧产物烟气的过程。通常把向炉内输送空气称为送风，把排出烟气称为引风。实现通风所采用的管道和设备构成锅炉房的通风系统。工业锅炉通风阻力计算的目的就是计算通风系统的流动阻力，选择合适的通风装置，保证锅炉安全经济的运行。第一节锅炉通风方式根据空气或烟气的流动动力不同，锅炉的通风方式可分为自然通风和机械通风两种。自然通风是利用烟囱内的热烟气和外界冷空气的密度差形成的抽力，来克服通风系统中空气和烟气的流动阻力。由于烟气和空气的密度差有限，一般仅适用于烟气阻力不大，无尾部受热面的小型锅炉，如容量在1t/h烧炉等。机

2、械通风是借助风机所提供的压力来克服空气和烟气的流动阻力。目前采用的通风方式有三种：负压通风、正压通风和平衡通风。(一）负压通风在锅炉烟、风系统中只装设引风机，利用引风机和烟囱一起克服烟、风道阻力，包括燃料层和炉排的阻力，因此沿着烟风系统流程气流均处于负压状态如果烟、风道阻力过大，采用此种方式会使炉膛负压过大，炉膛漏风量增加，炉膛温度降低，热损失增加，锅炉效率降低。这种通风方式只适用于烟、风阻力不大的小型锅炉。(二）正压通风在锅炉烟、风系统中只装设送风机（也称鼓风机），利用风机的压力和烟囱的抽力克服全部烟、风系统阻力。这种通风方式锅炉的炉膛及烟道均处于正压状态下工作，提髙了燃烧强度和锅炉效率，但

3、要求炉墙和烟道封闭严密，防止烟气外泄，污染环境；同时，送风机输送的是干净的低温空气，风机使用寿命较长。目前在某些燃油、燃气锅炉上有所应用。(三）平衡通风在锅炉烟、风系统中同时装设送风机和引风机，利用送风机的压力克服从风第六章工业锅炉的通风阻力计算170道入口到进入炉膛（包括燃烧设备和燃料层）的全部风道阻力；利用引风机和烟囱的抽力克服从炉膛出口到烟囱出口（包括使炉膛形成负压）的全部烟道阻力。这种通风方式既能有效地调节送、引风量，满足燃烧的需要，又使锅炉炉膛及烟道处于合理的负压下运行，锅炉房的安全及卫生条件较好。目前在工业锅炉房中应用得最为普遍。图6-1为锅炉釆用平衡通风时烟、风道的正负压分布图。

4、第二节锅炉烟道阻力计算计算烟道阻力的顺序从炉膛开始，沿烟气流动方向，依次计算各部分阻力，由此求得烟道的全压降，作为引风机选择的参数依据。按烟气流程的顺序，锅炉烟气系统总阻力：Py 包括炉膛负压P1丶锅炉本体阻力Pg丶省煤器阻力PS 空气预热器烟气侧阻力 PK-一y 除尘器阻力PC 烟道阻力Py烟囱阻力Pyc即+ Py=P1+Pg+PS+PK-一y+PC+Pyd+Pyc (6-1)式中 Py锅炉烟气系统总阻力（pa)。下面分述每一个阻力的计算。炉膛负压P1即炉膛出口的真空度，它由燃料的种类、炉子型式及所 采用的燃烧方式而定。机械通风时，一般取P1 = 2040pa&自然通风时，取 Pi

5、= 4080Pa。炉膛保持一定的负压可防止烟气和火焰从炉门及缝隙处向外喷漏，但负压不能过高，以免冷空气向炉内渗透过多，降低炉温和影响锅炉效率。锅炉本体阻力Pg.锅炉本体阻力是指烟气离开炉膛后冲刷受热面管束 所产生的阻力，其数值通常由锅炉制造厂家的计算书中査得。对于铸铁锅炉及小 型锅壳锅炉，没有空气动力计算书，其本体阻力可参考表6-1进行估算。省煤器阻力PS指烟气横向或纵向冲刷管束时产生的阻力，通常由锅 炉制造厂提供。空气预热器烟气侧阻力PK-一y管式空气预热器中空气在管束外面横向流动，烟气在管内流动。因此，空气预热器的烟气侧阻力是由管内的摩擦阻力和管子进出口的局部阻力组成。通常由制造厂家提供。

6、表6-1锅炉本体烟气阻力炉 型锅炉本体烟气阻力/3炉 型锅炉本体烟气阻力/Pa铸铁锅炉4050水火管组合锅炉3060卧式水管锅炉6080立式水管锅炉2040卧式烟管锅炉70100除尘器阻力Pc与除尘器型式和结构有关，可根据制造厂提供的资料 确定；对于常用的旋风除尘器，阻力约为600800Pa。烟道阻力Py烟道的阻力计算，从锅炉尾部受热面到除尘器的烟道阻 力按锅炉热力计算的排烟温度和排烟量计算；从除尘器到引风机及引风机后的烟 道则按引风机处的烟气量和烟气温度计算。引风机处的烟气量按下式计算 Vy=Bj (Vpy+V0k)（273+ty）/273 （6-2）式中 Vy引风机处的烟气量（m3/h）B

7、j计算燃料消耗量（kg/h)Vpy尾部受热面后的排烟体积（m3/kg）Aa尾部受热面后的漏风系数，对砖烟道每10m长=0.05；对钢烟道每10m长=0.01；对旋风除尘器=0.05;对电除尘器=0.05；对电除尘器=0.1；V0k理论空气量（m3/kg); ty尾部受热面后的排烟（oC)。烟道阻力包括烟道的摩擦阻力Pmyd和局部阻力Pjyd。烟道的摩擦阻力可按下式计算Pmyd=（l2pj）0y273/dd2（273+tpj） （63a）式中Pmyd烟道的摩擦阻力（Pa）；摩擦阻力系数，对于金属管道取0.02，对于砖砌或混凝土管道 取0.04；l管道长度（m）；pj烟气的平均流速（m/s）P0y

8、标准状态下的烟气密度，1.34kg/m3;tpj烟气的平均温度（oC）;172dd管道当量直径（m）圆形管道，dd为其直径；边长分别为，b的矩形管道，可按式（6-3b）换算；管道截面周长为的非圆形管道，可按式（6-3c）换算。dd=2ab/a+b (63b)dd=4F/ (63c)为了简化计算，将动压力(2)/2制成线算图，计算时可参考相关手册。烟道的局部阻力可按下式计算。Pjyd=（2）/2 式中Pjyd烟道的局部阻力（Pa）局部阻力系数，查相关手册；烟气流速(m/s)。(7)烟囱阻力Pjyd烟囱阻力包括摩擦阻力和烟囱出口阻力。烟囱的摩擦阻力按下式计算Pmyc=（2pjpj）/（2dpj ）

9、 （65）式中Pmyc烟囱的摩擦阻力（Pa);烟囱的摩擦阻力系数，砖烟囱或金属烟囱均取=0.04; dpJ烟囱的平均直径，取烟囱进出口直径的算术平均值（m）；H烟囱高度（m）;pj烟囱中烟气的平均流速（m/s);pj烟囱中烟气的平均密度（kg/m3）烟囱出口阻力可按下式计算Pcyc=（c2c）/2 （66）式中Pcyc烟囱出口阻力（Pa);烟囱出口阻力系数；c烟囱出口处的烟气流速（m/s); pc烟囱出口处的烟气密度（kg/m3）。烟囱阻力按下式确定pyc = pycm +pcyc(6-7)173第三节锅炉风道阻力计算锅炉送风系统总阻力Pf包括燃烧设备阻力Pr、空气预热器空气侧阻力Pk-k和风

10、道阻力Pfd即Pf=Pr+Pk-k+Pfd (68)（1）燃烧设备阻力Pr取决于炉子型式和燃料层厚度等因素，对于层燃炉，燃烧设备阻力包括炉排与燃料层阻力，宜取制造厂的测定数据为计算依据， 如无此数据，可参考下列炉排下要求的风压值来代替：往复推动炉排炉600Pa；链条炉排8001000Pa;拋煤机链条炉排600Pa。对沸腾炉，燃烧设备阻力Pr指布风板（风帽在内）阻力和料层阻力；对煤粉炉，燃烧设备阻力Pr指按二次风计算的燃烧器阻力；对燃油燃气锅炉，燃烧设备阻力Pr指调风器的阻力。（2）空气预热器空气侧阻力Pk-k是指管外空气冲刷管束所产生的阻力， 通常由制造厂家提供。（3）风道阻力Pfd风道阻力计

11、算与烟道阻力计算一样，是按锅炉的额定负荷进行的。风道阻力计算时，空气流量按下式计算Vk=BjV0k（1-1+ky）（273+tlk）/273(6-9)风道阻力也包括摩擦阻力和局部阻力，可分别采用式（6-3a)和式（6-4)进行计算，计算时只需用所有的空气参数来替代烟气的参数即可。第四节烟囱的计算一、烟囱的种类和构造烟囱按其材料不同可以分为砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢板烟囱三种。砖烟囱具有取材方便、造价低和使用年限较长等优点，在中小型锅炉房中得到广泛的应用。砖烟囱的高度一般不宜超过60m,适用于地震烈度为七度及以下地区。砖烟囱的缺点是如设计不当或施工质量低劣时易产生裂缝，影响通风和安式中Vk空气流

12、量（m3/h）； 1炉膛出口处的过量空气系数； 1炉膛的漏风系数； ky空气预热器中空气漏入烟道的漏风系数，ky=0.05 tlk冷空气温度（）174全运行。钢筋混凝土烟国具有对地震的适应性强，使用年限长等优点，但需耗用较多的钢材，造价也较高。钢筋混凝土烟囱一般适用于烟囱高度超过60m的锅炉房或地震烈度在七度以上的地区。钢板烟囱的优点是自重轻，占地少，安装快，有较好的抗震性能。但耗钢材较多，而且易受烟气腐蚀和氧化锈蚀，如燃用含硫分高的燃料时，腐蚀会更严重。因此，必须经常维护保养，否则会缩短使用年限。钢板烟圖一般用于燃油、燃气锅炉和容量较小的燃煤锅炉。钢板烟囱的高度不宜超过30m。烟囱的种类应根

13、据其高度要求及使用场合的具体情况来选定。砖烟囱和钢筋混凝土烟囱的设计和施工属于土建专业的范围，以下仅就烟囱的构造作一简要介绍。钢筋混凝土烟囱和砖烟囱的筒身，一般设计成锥度为2%2.5%的圆锥形，以求筒身的稳定。为了防止高温烟气损坏烟囱内壁，筒身内壁应敷以耐火材料的内衬，筒身与内衬之间通常留出50mm的空气隔热层。筒身支撑在烟囱基础上，烟囱底部应设清灰人孔，以便清灰和检修。在烟囱底部应留比水平烟道底部低0.51.0m的积灰坑。为防止烟函遭受雷击，烟囱外部应设避雷设施。烟園外部还应设爬梯，供检修烟囱、避雷设施等用。钢板烟囱由多节钢板圆筒组成，筒身厚度一般为315mm。为了防止筒身钢板受烟气腐蚀，可

14、在烟函内壁敷设耐热砖衬或耐酸水泥。小型锅炉的钢板烟囱可以支撑在锅炉的烟箱上，也可支撑在屋面梁上或地面烟囱基础上。为了维持烟囱的稳定性，要用钢丝绳来固定。钢丝绳可用三根间隔120°对称布置，也可用四根间隔90°对称布置。二、烟囱高度的确定对于采用机械通风的锅炉，烟道阻力主要由风机来克服，烟囱的作用主要是将烟尘排至高空扩散，减轻飞灰和烟气对环境的污染，使附近的环境处于允许污染程度之下。因此，烟囱高度要根据环境卫生的要求确定，应符合锅炉大气污染物排放标准（GB132712001)的规定，其高度应根据锅炉房总容量按表6-2选取。表6-2烟囱最低允许离度锅炉房总容量t/h<11

15、<22<44<1010<2020<40MW<0.70_7<1.41.4<2.82.8<77<1414<28烟囱最低允许高度m202530354045当锅炉房总容量大于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45没。烟囱高度应高出半径200m范围内最高建筑物3m以上，以减轻对环境的影响。锅炉房在机场附近时，烟囱高度尚应征得有关部门的同意。对于釆用自然通风的锅炉房，是利用烟囱产生的抽力来克服风、烟系统的阻力。因此，烟囱的高度餘了满足环境卫生的要求，还必须通过计算使烟囱产生的抽力足以克服烟、风系统的

16、全部阻力。烟囱抽力是由于外界冷空气和烟囱内热烟气的密度差形成的压力差而产生的，艮口S = gH (plk-y)S=gh(plk2730273=tlk)-p0 y273273=tpj (6-10)式中 S烟囱产生的抽力Pa)，自然通风时应使3大于或等于风烟道总阻 力的1.2倍；H烟囱高度（m） 1k外界空气的密度kg/m3); y烟囱内烟气平均密度kg/m3); 1k0、y0标准状态下空气和烟气的密度（kg/m3); tlk外界空气温度（;tpj烟囱内烟气平均温度（）。 tpj = t-12tH (6-11)其中，t烟囱进口处烟气温度（）t烟气在烟囱每米高度的温度降（）按下式计算 t=AD (6

17、-12)其中D在最大负荷下，由一个烟囱负担的各锅炉蒸发量之和(t/h)A考虑烟囱种类不同的修正系数，见表6-3。表6-3烟囱温降修正系数烟囱种类无衬铁烟囱有衬铁烟囱砖烟囱壁厚（小于0.5m）砖烟囱壁厚（小于0.5m）修正系数A20.80.40.2烟囱或烟道的温降也可按经验数据估算，砖烟道及烟函或混凝土烟_每米长温降约为0.5，钢板烟道及烟囱每米长温降约2 。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175176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。计算烟囱的抽力时，对于全年运行的锅炉房，应分别以冬季室外温度和冬季锅炉房热负荷以及夏季室外

18、温度和相应的热负荷时系统的阻力来确定烟囱髙度，取二者中较高值；对于专供采暖的锅炉房，也应分别以采暖室外计算温度和相应的热负荷计算的阻力确定的烟囱高度，与釆暖期将结束时的室外温度和相应的热负荷计算的系统阻力确定的烟囱高度相比较，取其中较高的值。三、烟囱出口直径的确定烟囱出口内径可按下式计算 d2= Bnvy(tc+273)式中心d2烟園出口内径（m）;Bj每台锅炉的计算燃料消耗量（kg/h，对不同炉型的锅炉应分台计 算；n利用同一烟囱的锅炉台数；Vy烟囱出口处计人漏风系数的烟气量（m/s); tc烟囱出口处烟气温度（wc烟囱出口处烟气流速（m/s)，可按表6-6选用。 选用流速时，应根据锅炉房扩

19、建的可能性选用适当数值，一般不宜上限，以 便留有一定的发展余地；烟囱出口流速在最小负荷时也不宜小于2.53 m/s，以 免冷风倒灌。烟囱出口内径也可参照表6-4选取。表6-4烟囱出口内径推荐表锅炉总容量t/h外）<812162030406080烟囱出口直径/m0.80.81.01.01.21.41.72.0设计时应根据冬、夏季负荷分别计算，如冬、夏季负荷相差悬殊，则应首先满足冬季负荷要求。烟囱进口处直径d1(m) d1=d+2Ih (6-14)式中i烟囱锥度，一般为0.020.025。圆形烟囱的出口直径一般不小于0.8m以便于施工时釆用内脚手架砌筑。当出口内径较小时，可采用方形或矩形，施

20、工可采用外脚手架砌筑，钢板烟囱不受此限。第五节风机的选择和烟风道布置一、风机的选择当锅炉额定负荷下的烟、风道的流量和阻力确定后，即可计算所需风机的风量和风压，进行风机的选择。(一） 送风机的选择计算 送风机的风量按下式计算 VS=1.1Vk101.325b (615)式中 Vs送风机的风量（m3/h）1.1为安全起见的风量储备系数；Vk额定负荷时的空气量（m3/h)，按式（6-9)计算； b当地大气压（kPa）。送风机的风压按下式计算HS=1.2Pf273+tlk273+ts×101.325b×1.293k0式中HS送风机的风压（Pa);1.2为安全起见的风压储备系数；Pf

21、风道总阻力（);tlk冷空气温度（); ts送风机铭牌上给出的气体温度（)。(二） 引风机的选择计算 引风机的风量按下式计算 Vyf=1.1Vy101.325b (6-17)式中 Vyf引风机的风量（m3/h);Vy额定负荷时的烟气量（m3/h)，按式（6-2)计算。 由于引风机产品样本上列出的风压，是以标准大气压下200的空气为介质 计算的，因此，实际设计条件下的风机压力要折算到风机厂家设计条件下的风压。引风机的风压按下式计算 Pyf=1.2Pysy1.293k0×273+tpy273+ty×101.325b (6-18 )式中Pyf引风机的风压(Pa);177178Py

22、烟道总阻力（Pa);Sy烟囱产生的抽力（Pa); tpy排烟温度（）;ty引风机铭牌上给出的温度（）。(三）风机所需电动机的功率计算风机所需功率按下式计算N=Vp3600×103×fc (6-19)式中 N风机所需功率（kW);V风机风量（m3/h）;P风机风压（Pa);f风机在全压下的效率，一般风机为0.60.7，高效风机可达0.9; c传动效率，当风机与电动机直联时，c= 1.0;当风机与电动机用 连轴器连接时c=0.950.98;用三角带传动时，c = 0.9 0.95;用平带传动时，c = 0.85。 电动机功率Nd（kW）按下式计算Nd=KNd (6-20)式中

23、d电动机效率，一般为0.9;K电动机贮备系数，按表6-5选用。表6-5贮备系数：电动机功率评 贮备系数尺皮带传动同一转动轴或联轴器联接0.52.01.150.51.0(含）1.51.151.02.0(含）1.31.152.05.0(含）1.21.10>5.0 .1.11.10(四）风机的选择原则选择风机时，应使风机常年运行中处于较高的效率范围；还必须考虑当地气压和介质温度对风机特性的修正，介质温度不能超过风机的允许工作温度；尽量选择效率高、转速低、寿命长、噪声小、价格低、高效率工作区范围宽的风机,有条件时，以选择调速风机为宜。风机的调节装置应设置在风机进口处，当两台风机并列运行时，每台风机出179口管上也应设关闭用的闸门，以便检修一台风机时，不影响锅炉的运行。调节装置一般常用的有闸板、转动挡板和导向器三种。闸板和转动挡板构造简单，但阻力较大，导向器阻力较小