第17章 空氣動力計算 =西安交通大學(xué)-鍋爐原理

1、第第17章章 空氣動力計算空氣動力計算 17-1 鍋爐的通風(fēng)方式鍋爐的通風(fēng)方式通風(fēng)過程：鍋爐燃燒過程中，必須通風(fēng)過程：鍋爐燃燒過程中，必須連續(xù)不斷地把燃燒所需要的空氣送連續(xù)不斷地把燃燒所需要的空氣送入爐膛，同時把燃燒產(chǎn)物排除出去，入爐膛，同時把燃燒產(chǎn)物排除出去，這樣連續(xù)送風(fēng)和排除燃燒產(chǎn)物的過這樣連續(xù)送風(fēng)和排除燃燒產(chǎn)物的過程叫空氣動力計算。程叫空氣動力計算。 鍋爐中可采用的通風(fēng)方式有：鍋爐中可采用的通風(fēng)方式有： 1自然通風(fēng)：自然通風(fēng)： 僅依靠煙囪高度所產(chǎn)生的自生通風(fēng)能來克服僅依靠煙囪高度所產(chǎn)生的自生通風(fēng)能來克服通風(fēng)過程的所有流動阻力。通風(fēng)過程的所有流動阻力。優(yōu)點：不需送、引風(fēng)機(jī)，不消耗電力，無噪

2、優(yōu)點：不需送、引風(fēng)機(jī)，不消耗電力，無噪聲污染。聲污染。缺點：缺點：煙囪高度有限，自生通風(fēng)能力有限，煙囪高度有限，自生通風(fēng)能力有限，僅使用小容量、固定爐排煙氣流程簡單的僅使用小容量、固定爐排煙氣流程簡單的小型鍋爐，受季節(jié)、晝夜之影響。小型鍋爐，受季節(jié)、晝夜之影響。 2負(fù)壓通風(fēng)：負(fù)壓通風(fēng)：除煙囪外，僅在煙囪前的煙道內(nèi)裝除煙囪外，僅在煙囪前的煙道內(nèi)裝置引風(fēng)機(jī)來克服通風(fēng)的流動阻力。置引風(fēng)機(jī)來克服通風(fēng)的流動阻力。優(yōu)點：僅一個風(fēng)機(jī)。優(yōu)點：僅一個風(fēng)機(jī)。缺點：由于整個煙道都處于負(fù)壓，缺點：由于整個煙道都處于負(fù)壓，僅適用小型鍋爐，用于大容量鍋爐僅適用小型鍋爐，用于大容量鍋爐時，由于阻力大，漏風(fēng)嚴(yán)重，影響時，由于

3、阻力大，漏風(fēng)嚴(yán)重，影響效率。效率。 3正壓通風(fēng)：正壓通風(fēng)：除煙囪外，僅裝置送風(fēng)機(jī)來克服整個系統(tǒng)除煙囪外，僅裝置送風(fēng)機(jī)來克服整個系統(tǒng)的流動阻力。的流動阻力。優(yōu)點：僅一個風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)簡單，整個煙風(fēng)優(yōu)點：僅一個風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)簡單，整個煙風(fēng)道正壓工作。無漏風(fēng)，提高效率。道正壓工作。無漏風(fēng)，提高效率。缺點：必須嚴(yán)格密封，不能在正壓較大時缺點：必須嚴(yán)格密封，不能在正壓較大時工作，否則工作，否則 火焰和煙氣將會噴出，危及人火焰和煙氣將會噴出，危及人身安全，損壞設(shè)備，影響鍋爐房衛(wèi)生，目身安全，損壞設(shè)備，影響鍋爐房衛(wèi)生，目前，多用于小型燃油爐。前，多用于小型燃油爐。 4平衡通風(fēng)：平衡通風(fēng)：同時裝置送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，利用

4、送風(fēng)機(jī)同時裝置送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，利用送風(fēng)機(jī)克服鍋爐風(fēng)道和燃燒設(shè)備的阻力，利用克服鍋爐風(fēng)道和燃燒設(shè)備的阻力，利用引風(fēng)機(jī)煙氣行程的各種阻力。引風(fēng)機(jī)煙氣行程的各種阻力。優(yōu)點：整個煙道均勻可在較小負(fù)壓下工優(yōu)點：整個煙道均勻可在較小負(fù)壓下工作，爐膛出口保持作，爐膛出口保持2030Pa的負(fù)壓，漏風(fēng)的負(fù)壓，漏風(fēng)系數(shù)小，鍋爐效率高，能保證鍋爐房的系數(shù)小，鍋爐效率高，能保證鍋爐房的安全及環(huán)境衛(wèi)生、是大型鍋爐最常用的安全及環(huán)境衛(wèi)生、是大型鍋爐最常用的通風(fēng)方式。通風(fēng)方式。 2、3、4統(tǒng)稱為機(jī)械通風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)統(tǒng)稱為機(jī)械通風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)空氣動力計算的任務(wù)：空氣動力計算的任務(wù)：計算通風(fēng)過程的全壓降、從而先擇計算通風(fēng)過程的全壓

5、降、從而先擇合理的通風(fēng)裝置，以保證燃燒過程合理的通風(fēng)裝置，以保證燃燒過程的良好進(jìn)行，并滿足鍋爐設(shè)計的技的良好進(jìn)行，并滿足鍋爐設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 17-2 空氣動力計算原理空氣動力計算原理22212121lz02wwPPg zzh當(dāng)空氣或煙氣在風(fēng)道當(dāng)空氣或煙氣在風(fēng)道或煙道中流動時，任或煙道中流動時，任意兩截面的總壓頭可意兩截面的總壓頭可用動量方程來表示：用動量方程來表示： 為介質(zhì)平均密度為介質(zhì)平均密度。 在任一截面處，介質(zhì)的絕對壓力在任一截面處，介質(zhì)的絕對壓力P等于表壓等于表壓力力h和大氣壓力和大氣壓力b之和。之和。 0kPhbhbgz 12121212k21PPhhbbhhg z

6、z若煙道為負(fù)壓，則絕對壓力等于大氣若煙道為負(fù)壓，則絕對壓力等于大氣壓力減去其真空度壓力減去其真空度S 0kPbsbgzS1221k21PPSSg zz21lzsdzsHSShhh 2221sd2wwh由于通道截面變化由于通道截面變化介質(zhì)溫度變化介質(zhì)溫度變化 通常把截面變化引起的損失歸之于局部阻力損失，通常把截面變化引起的損失歸之于局部阻力損失，而在速度損失中僅考慮溫度變化引起的損失而在速度損失中僅考慮溫度變化引起的損失 2221sd2121pj2122wwhwwwwwww而 2121pjpj273www 221sdpjpj273hw自生通風(fēng)能力自生通風(fēng)能力 zsk21hg zz它由介質(zhì)與外界空

7、氣的密度差和通它由介質(zhì)與外界空氣的密度差和通道的高度差所產(chǎn)生。道的高度差所產(chǎn)生。 mclzhxjbhhhh沿程摩擦阻力損失流動阻力損失橫向沖刷管束的阻力局部阻力損失 一、沿程摩擦阻力一、沿程摩擦阻力對等溫氣流流動的摩擦阻力以及縱向?qū)Φ葴貧饬髁鲃拥哪Σ磷枇σ约翱v向沖刷管束的摩擦阻力沖刷管束的摩擦阻力2mcdl2Lwhd對于非等溫氣流，亦即存在熱交換對于非等溫氣流，亦即存在熱交換時的，由于和在沿通道的速度方向時的，由于和在沿通道的速度方向變化，對計算公式應(yīng)進(jìn)行修正。變化，對計算公式應(yīng)進(jìn)行修正。22mcdlb221LwhdTTT、Tb介質(zhì)及管壁的平均熱力學(xué)溫度。介質(zhì)及管壁的平均熱力學(xué)溫度。鍋爐中，溫

8、度變化不大，可不予修正。按等溫處理。鍋爐中，溫度變化不大，可不予修正。按等溫處理。 17-3 煙道計算煙道計算 mclzhxjbzslhhhhhS沿程摩阻流動阻力橫向沖刷管束阻力局部阻力計算內(nèi)容 各段煙道的自生通風(fēng)能力爐膛出口負(fù)壓 1 煙道阻力計算要點：煙道阻力計算要點：計算順序是從爐膛開始，沿?zé)煔饬鲃臃较?，依次對計算順序是從爐膛開始，沿?zé)煔饬鲃臃较?，依次對各部件阻力進(jìn)行計算。各部件阻力進(jìn)行計算。煙道內(nèi)的壓力接近當(dāng)?shù)卮髿鈮?，可按大氣壓力煙道?nèi)的壓力接近當(dāng)?shù)卮髿鈮?，可按大氣壓力作為計算壓力。作為計算壓力。計算結(jié)果需考慮到實際工作條件（如積灰）進(jìn)計算結(jié)果需考慮到實際工作條件（如積灰）進(jìn)行修正。行修

9、正。KY到除塵器段的煙道阻力按排煙的流量和溫度計到除塵器段的煙道阻力按排煙的流量和溫度計算。除塵器到引風(fēng)機(jī)以及引風(fēng)機(jī)后的煙道按引風(fēng)機(jī)處算。除塵器到引風(fēng)機(jī)以及引風(fēng)機(jī)后的煙道按引風(fēng)機(jī)處的流量和溫度計算。若無除塵器，的流量和溫度計算。若無除塵器，KY到引風(fēng)機(jī)的煙到引風(fēng)機(jī)的煙道也按引風(fēng)機(jī)處的煙氣流量進(jìn)行計算。道也按引風(fēng)機(jī)處的煙氣流量進(jìn)行計算。引風(fēng)機(jī)處的煙氣流量引風(fēng)機(jī)處的煙氣流量 yfyfjpy273273VB VV 除除 塵塵 器器 阻阻 力力 按按 鍋鍋 爐爐 額額 定定 負(fù)負(fù) 荷荷 計計 算算 ， 其其 阻阻 力力h，煙煙 速速 及及 除除 塵塵 效效 率率均均 在在 產(chǎn)產(chǎn) 品品 說說 明明 書書

10、 上上 標(biāo)標(biāo) 明明 。 煙囪入口阻力即是前面煙道出口的阻力煙囪入口阻力即是前面煙道出口的阻力煙囪阻力由摩阻和出口阻力組成。煙囪阻力由摩阻和出口阻力組成。摩擦阻力需考慮煙囪錐度影響摩擦阻力需考慮煙囪錐度影響 282ccycihc出口阻力系數(shù) 煙囪中煙氣密度，取引風(fēng)機(jī)煙溫下的密度，不考慮煙囪的冷卻。 2 2自生通風(fēng)能力計算要點：自生通風(fēng)能力計算要點： gHhykzsH H計算煙道初終截面之間的高度差（不考慮正負(fù)）計算煙道初終截面之間的高度差（不考慮正負(fù)）當(dāng)煙氣向上流動時取正號，向下流動時，取負(fù)號。當(dāng)煙氣向上流動時取正號，向下流動時，取負(fù)號。 0y標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)大大氣氣壓壓及及 0時時的的煙煙氣氣密密度度

11、 yyyVVA306. 101. 010各各 段段 煙煙 道道 的的 自自 生生 通通 風(fēng)風(fēng) 力力 相相 加加即即 得得 總總 的的 自自 生生 通通 風(fēng)風(fēng) 力力 。 zszshH 3 3煙道總壓降計算要點煙道總壓降計算要點計算計算煙道的各部分阻力時，均是以標(biāo)準(zhǔn)大計算計算煙道的各部分阻力時，均是以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓及氣壓及00時的干空氣進(jìn)行計算的，時的干空氣進(jìn)行計算的，應(yīng)對煙氣應(yīng)對煙氣密度氣流中灰分濃度和煙氣壓力進(jìn)行修正。密度氣流中灰分濃度和煙氣壓力進(jìn)行修正。 密度修正：將全部煙道的總阻力乘以密度修正：將全部煙道的總阻力乘以293. 10y 灰灰分分濃濃度度修修正正： 火床爐燃用油頁炭對煤粉爐僅在含塵

12、大時進(jìn)行14afhyzsA 飛灰的質(zhì)量濃度飛灰的質(zhì)量濃度（kg/kg） ypjyfhyzsVQA100 ypjV從爐膛出口到除塵器段每公從爐膛出口到除塵器段每公斤燃料的平均煙氣容積按平均過量斤燃料的平均煙氣容積按平均過量空氣系數(shù)計算?？諝庀禂?shù)計算。 除塵器前：煙道總阻力乘以除塵器前：煙道總阻力乘以 1+ 除塵器后：不予考慮修正除塵器后：不予考慮修正 煙氣壓力修正煙氣壓力修正其修正是考慮到煙氣的平均壓力與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓其修正是考慮到煙氣的平均壓力與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓之差對阻力的影響。之差對阻力的影響。 方方 法法 是是 對對 總總 阻阻 力力 乘乘 以以yb101325 yb為煙氣的平均壓力， 其值為當(dāng)?shù)仄?/p>

13、均為煙氣的平均壓力， 其值為當(dāng)?shù)仄骄髿鈮簻p去煙道總阻力的一半。大氣壓減去煙道總阻力的一半。 22lyhbbyb為當(dāng)?shù)仄骄髿鈮海瑸楫?dāng)?shù)仄骄髿鈮?，與海拔高度有關(guān)。與海拔高度有關(guān)。 所以，煙道流動總阻力：所以，煙道流動總阻力： yylzbhhH1325. 1293. 110211h爐膛出口到除塵器總阻力爐膛出口到除塵器總阻力 2h除塵器后總阻力除塵器后總阻力 煙道總壓降煙道總壓降 llzzsHSHH一般爐膛負(fù)壓是鍋爐爐膛頂部應(yīng)保持的負(fù)壓，一般爐膛負(fù)壓是鍋爐爐膛頂部應(yīng)保持的負(fù)壓，如煙氣出口在爐膛下部，則爐膛出口負(fù)壓為如煙氣出口在爐膛下部，則爐膛出口負(fù)壓為17-4 17-4 風(fēng)道計算風(fēng)道計算 燃燒

14、設(shè)備熱風(fēng)道空預(yù)器冷風(fēng)道風(fēng)道風(fēng)道計算與煙道一樣也按鍋爐額定負(fù)荷計算并在熱風(fēng)道計算與煙道一樣也按鍋爐額定負(fù)荷計算并在熱力計算之后進(jìn)行。力計算之后進(jìn)行。1 1冷風(fēng)道冷風(fēng)道冷空氣流量：冷空氣流量： lklkjllzfky273273tVBV2 2空預(yù)器：空預(yù)器： 關(guān)手冊教材與煙道計算相同參考有管式回轉(zhuǎn)式3 3熱風(fēng)道：熱風(fēng)道：熱空氣流量熱空氣流量 rkrkjllzf273273tVBV 4. 4. 各種燃燒設(shè)備的阻力：各種燃燒設(shè)備的阻力： 22wh燃燒設(shè)備的阻力系數(shù)，取決于燃燒設(shè)備的型式。燃燒設(shè)備的阻力系數(shù)，取決于燃燒設(shè)備的型式。 5 5總阻力：總阻力： lzHh 6 6修正：若海拔大于修正：若海拔大于

15、200200m m需修正，即需修正，即 lzk101325Hhb 7 7風(fēng)道的自生通風(fēng)能力風(fēng)道的自生通風(fēng)能力zskrkhHg zsk3531.2273hHgt 17-5 17-5 風(fēng)機(jī)選擇風(fēng)機(jī)選擇 條件差、溫度高、腐蝕性成份、介質(zhì)中含灰粒子、輸送煙氣引風(fēng)機(jī)工作條件好、溫度較低、介質(zhì)干凈輸送空氣、送風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)主要參數(shù)為：流量、壓頭和輸入功率等。主要參數(shù)為：流量、壓頭和輸入功率等。選擇風(fēng)機(jī)時按鍋爐的額定工況進(jìn)行，即在額定負(fù)荷下煙選擇風(fēng)機(jī)時按鍋爐的額定工況進(jìn)行，即在額定負(fù)荷下煙風(fēng)道的阻力和流量確定后進(jìn)行。風(fēng)道的阻力和流量確定后進(jìn)行。由于一般的調(diào)節(jié)方法只能使風(fēng)機(jī)的流量減少，而不會增由于一般的調(diào)節(jié)方法只能

16、使風(fēng)機(jī)的流量減少，而不會增加?？紤]到運行性況與計算條件之間的偏差以及風(fēng)機(jī)制造加?？紤]到運行性況與計算條件之間的偏差以及風(fēng)機(jī)制造的偏差，所以在確定計算工況時應(yīng)有一定的儲備。的偏差，所以在確定計算工況時應(yīng)有一定的儲備。制造廠設(shè)計風(fēng)機(jī)時是以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的空氣作為介質(zhì)，制造廠設(shè)計風(fēng)機(jī)時是以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的空氣作為介質(zhì)，并預(yù)先選擇某一設(shè)計溫度，送風(fēng)機(jī)為并預(yù)先選擇某一設(shè)計溫度，送風(fēng)機(jī)為200200，所以選擇時，所以選擇時應(yīng)將計算值折算到制造廠的設(shè)計值。應(yīng)將計算值折算到制造廠的設(shè)計值。四、選擇四、選擇 由流量、壓頭，利用風(fēng)機(jī)的特性曲線，選擇由流量、壓頭，利用風(fēng)機(jī)的特性曲線，選擇最經(jīng)濟(jì)的風(fēng)機(jī)型號，最經(jīng)濟(jì)的風(fēng)機(jī)型

17、號， 一般一般 120Dt/h 的鍋爐，采用一送一引的鍋爐，采用一送一引 120Dt/h 的鍋爐時，采用兩送兩引，每臺的鍋爐時，采用兩送兩引，每臺的容量為（的容量為（5070%） 正確選擇風(fēng)機(jī)是保障鍋爐高效安全運行的關(guān)正確選擇風(fēng)機(jī)是保障鍋爐高效安全運行的關(guān)鍵問題之一。鍵問題之一。 17-6 17-6 煙囪設(shè)計煙囪設(shè)計 確定直徑確定高度選擇材料設(shè)計目的)3()2() 1 ( 1 1 強(qiáng)制通風(fēng)時煙囪的設(shè)計原則：強(qiáng)制通風(fēng)時煙囪的設(shè)計原則：此時，煙囪的作用是將煙氣排到高空中。它此時，煙囪的作用是將煙氣排到高空中。它的高度應(yīng)根據(jù)排出煙氣及其中扔害物質(zhì)（如的高度應(yīng)根據(jù)排出煙氣及其中扔害物質(zhì)（如SOxSOx

18、，NONOx x，飛灰）等的擴(kuò)散條件來選擇，使附飛灰）等的擴(kuò)散條件來選擇，使附近的處于允許的污染程度以下。近的處于允許的污染程度以下。 研究表明：（參見環(huán)境保護(hù)教材等）研究表明：（參見環(huán)境保護(hù)教材等）煙氣及其中害物質(zhì)的擴(kuò)散能力主要取決于煙囪的真實煙氣及其中害物質(zhì)的擴(kuò)散能力主要取決于煙囪的真實高度，出口速度及氣象條件等，所以，此時需確定高度，出口速度及氣象條件等，所以，此時需確定（材料已選的前提下）：（材料已選的前提下）：煙囪高度煙囪高度煙囪內(nèi)徑煙囪內(nèi)徑步驟：步驟：根據(jù)根據(jù)SOSOx，NONOx，飛灰的排放量，送取高度。飛灰的排放量，送取高度。 2 2 自然通風(fēng)時煙囪的設(shè)計原則自然通風(fēng)時煙囪的設(shè)計原則除上述原則外，由于鍋爐的全部阻力都依靠除上述原則外，由于鍋爐的全部阻力都依靠煙囪的自生通風(fēng)能力來克服，煙囪的自生通風(fēng)能力來克服，所以，煙囪的高度還必須滿足通風(fēng)的要求。所以，煙囪的高度還必須滿足通風(fēng)的要求。即即 0yzsyzlz1013251.21013251.293bhhhb0zskyyz273273hHgkk2731.293273t（煙囪外的空氣密度）（煙囪外的空氣密度） 不等式左端相當(dāng)于風(fēng)機(jī)能夠提供的壓頭。不等式左端相當(dāng)于風(fēng)機(jī)能夠提供的壓頭。1.21.2相當(dāng)于儲系數(shù)，所需最小高度為：相當(dāng)于儲系數(shù)，所需最小高度為： 0ylzyz0kyyz1013251.21.29