烟道通风计算原则

17.2.1　烟道通风计算原则

1.一般规定

锅炉的烟道阻力按锅炉额定负荷校核计算，是在锅炉热力计算完成以后，已知烟道各部分受热面的烟气温度、烟气流速、烟道有效截面积和其它结构特性基础上进行的。

为了简化计算步骤，烟道各部件阻力均先按标准状态大气压下干空气的密度ρ₀＝1.293kg/m³计算，最后按规定再对烟气实际密度、气流飞灰浓度和烟气压力等因素进行修正。

受热面的阻力计算时，先不考虑实际工作条件，如燃料特性、吹灰装置等因素对阻力的影响，然后再对计算所得的各部分阻力进行修正。

锅炉采用平衡通风方式时，烟道内的压力接近大气压力，可取大气压力作为计算压力。

烟道的阻力计算顺序沿烟气流程依次进行。从炉膛开始，沿烟气流动方向，依次对各部分受热面和烟道本身的阻力进行计算，并确定除尘器和烟囱的阻力，然后算出各段烟道的自生通风力，从而求得烟道的总压降，并据此选择引风机的型号（压头和流量），以及电动机的功率。

2.烟道总阻力

烟道中的总阻力∑Δh可能包括：受热面Δh_i（含凝渣管束Δh_nz、锅炉管束Δh_gs、过热器Δh_gr、省煤器Δh_sm、空气预热器Δh_ky等）、烟道Δh_yd、除尘器Δh_cc及烟囱Δh_yc等。下面对烟道总阻力计算中应注意的一般问题作简要说明。

（1）受热面阻力Δh_i

受热面中各种管束的阻力一般由烟气纵向冲刷管束，横向冲刷管束，以及在管内、外的转弯阻力等组成，按受热面的结构类型、烟气状态及流动参数，根据上节原理分别计算，计算中应注意如下问题：

①烟气横向冲刷管束时的进出口阻力已计入管束阻力，不再单独计算。

②布置在炉膛出口拉稀的凝渣管束阻力Δh_nz，当管束纵向排数n₂≤5、烟气流速w_y≤10m/s，或n₂≤2，w_y≤15m/s时，其阻力可忽略不计。当烟速或排数超过上述范围时，按横向冲刷进行计算。

③横向冲刷的管束如果布置成部分顺列部分错列的的型式，应分别计算它们的阻力后再叠加起来。交界处的一排管子阻力计入前面一组计算中。

④过热器（含再热器）布置于炉膛出口或烟道中，一般由小直径管子组成蛇形管束，为横向冲刷。炉膛出口屏式过热器的烟道是由密集小直径管子组成的屏分割成的并联烟气通道，由于屏的横向节距s₁较大，片数少，烟气流速很小，其流动阻力与自生通风近乎可以互相抵消，一般可忽略不算。对于布置在水平烟道内的屏式受热面，当烟速大于10m/s时，按纵向冲刷的假定进行计算，其冲刷长度等于烟气流过的平均长度，通道当量直径可取为屏间节距的两倍，即d_dl＝2s₁。考虑到粗糙度的增加，摩擦阻力系数λ约为0.04。

⑤当烟道中管束布置存在的烟气走廊的始末端有隔板封闭时，可不计其影响，否则必须考虑烟气走廊通道截面对烟速的影响。

⑥省煤器中，对于肋片式标准型铸铁省煤器，其管束的阻力系数取ζ＝0.5（已计入受热面污垢积灰修正系数K）。对非标准肋片式省煤器和钢管式省煤器按上节介绍方法计算。

⑦烟气在管内纵向冲刷的立管式空气预热器，其烟气侧阻力由管内摩擦阻力和管子进口和出口局部阻力所组成，管内摩擦阻力系数按式（17.18）计算，进出口局部阻力系数按下式计算：

式中：ζ′、ζ″分别为进、出口局部阻力系数，可参考有关资料^［1－3］。

⑧对于烟气在管外横向冲刷的卧管式空气预热器，按一般横向冲刷管束计算。

⑨回转式空气预热器的阻力按摩擦阻力计算，其进出口阻力不再单独计算。

⑩上述受热面的阻力计算均为洁净管束，未考虑污垢积灰等工作条件对阻力的影响。因此完成各受热面的计算阻力后，还要乘以阻力的修正系数K。工业试验中，在正常积灰条件下得出的各部分受热面的修正系数K值见表17.4。

（2）烟道阻力Δh_yd

锅炉烟道的阻力由沿程摩擦阻力和局部阻力两部分组成。烟道包括从炉膛到空气预热器，从空气预热器到除尘器，以及从除尘器到烟囱的所有连接烟气的通道。从空气预热器到除尘器的烟道阻力按热力计算的排烟温度及流量计算；从除尘器经引风机到烟囱进口的烟道按引风机处的烟气流量和烟温计算。

表17.4　不同受热面计算阻力的修正系数K

当空气预热器后烟道漏风系数Δα≤0.1时，引风机处的烟气温度θ_yf＝θ_py，即取锅炉的排烟温度；当烟道漏风系数Δα＞0.1时，计算式为

式中：α_py为排烟处的空气过剩系数；t_lk为冷空气温度，℃。当装有湿式除尘器时，除尘器后烟气的参数由于水分的蒸发将有所变化，计算式变化为

式中：θ′，θ″分别为除尘器进出口烟温，℃。

引风机处烟气的容积流量为

式中：B_j为计算燃料量，kg/s；Vpy、V0_k分别为标准状态下排烟容积及理论空气量，m³/kg。

Δα的取值一般为：每10m长砖烟道Δα＝0.05；每10m长钢烟道Δα＝0.011；旋风除尘器Δα＝0.05；电气除尘器Δα＝0.1。

锅炉的烟道一般长度较短，流通截面积较大，因而摩擦阻力较小。采用强制通风方式，当烟气流速小于12m/s时，忽略烟道的摩擦阻力；当烟气流速为12～25m/s时，一般可采用简化计算方法，即选择一、二段最长的等截面烟道计算出单位长度的摩擦阻力，然后乘以烟道总长度得到总的摩擦阻力，其摩擦阻力系数查表17.3。

采用强制通风方式时，烟道局部阻力的计算也可简化。对于截面突然变化小于15%，截面平缓扩大小于30%，以及截面平缓缩小（收缩角≤45°）时的局部阻力可忽略不计。当烟气流速小于25m/s时，取90°烟道缓转弯（R/b或R/d≥0.9）和有圆角的急转弯（r/b≥0.3）的ζ＝0.3，焊接弯头（R/d≥1.5）的ζ＝0.4，其它角度转弯按角度正比关系换算。

烟道的经济烟速，在自然通风时为3～5m/s，不宜大于6m/s；在机械通风时，为12～18m/s，但综合考虑烟道和受热面积灰和磨损的影响，一般为7～15m/s。

锅炉采用自然通风时，因烟囱自生通风力有限，各项阻力都须仔细计算。

（3）除尘器阻力Δh_cc及烟囱阻力Δh_yc

除尘器的阻力与其结构型式有关，一些除尘设备的主要参数见表17.5所示，计算时也可从产品说明书中直接查取。

表17.5　各种除尘设备的性能参数

烟囱的阻力由沿程摩擦阻力和出口局部阻力组成。确定烟囱出口处的烟气流速w₂时的烟气温度取用引风机处的烟温，而烟气密度ρ采用烟囱内的平均值，且不考虑烟囱中的散热冷却，则考虑烟囱的锥度i后的烟囱阻力Δh_yc按下式计算

式中：一般近似取出口局部阻力系数ζ_c＝1.0～1.1；摩擦阻力系数λ＝0.03；烟囱的锥度为i＝0.02。

3.烟道的自生通风力

锅炉各段烟道（包括烟囱）的自生通风力按式（17.6）计算。如果取环境空气温度为20℃，空气密度为1.2kg/m³，则自生通风力为

式中：H为计算烟道初、终截面之间的上下标高差，m；θ_y为计算烟道的烟气平均温度，℃；为标准状态下的烟气密度，kg/m³，按下式计算

式中：A_ar为燃料收到基灰分，%；α为计算烟道的过量空气系数；V⁰为标准状态下的理论空气量，m³/kg；V_y为计算烟道中相应α的实际烟气量，m³/kg。

式（17.51）中，当烟气向上流动时取正号，烟气向下流动时取负号。

在强制通风方式中，由于烟道阻力远大于自生通风力，因此计算时可以简化。例如对倒U型布置的锅炉，其后部竖井烟道可按竖井的总高度和平均烟温来计算；空气预热器出口到引风机出口以及引风机出口到烟囱出口两段均可取引风机处的烟温作为计算温度。整个烟道的总自生通风力H_zs为各段h_zs的总和，即

锅炉采用自然通风时，其烟囱的自生通风能力是克服流动阻力的动力。因此，除了按各段烟道的实际烟气平均温度计算自生通风能力外，必须考虑烟囱的散热温降，精确计算烟囱内的烟气温度。对于由式（17.47）确定的烟囱进口温度，每1m高度烟囱上的冷却温度可按下式确定：

式中：D为锅炉额定负荷，t/h；a为系数，其取值为：无内衬钢烟囱，a＝2；有内衬的钢烟囱，a＝0.8；小型砖烟囱，a＝0.4；大型混凝土烟囱，a＝0.2。

4.烟气行程的总压降

烟气行程的总压降是全部烟道的流动阻力ΔHlz、自生通风力Hzs和炉膛上部烟气出口负压Δh″_ls的代数和，即

式中：Δh″_ls是炉膛上部出口应保持的负压，Pa。

在平衡通风方式中，鼓、引风的分界点是炉膛，炉膛应保持微负压，以免负压过大而造成大量冷风漏风或因正压向外喷火。一般炉膛上部出口处宜保持Δh″_ls＝20～30Pa的负压，如烟气出口在炉膛下部，则炉膛出口负压Δh″_lx＝Δh″_ls＋0.95gH，H为炉顶到烟气出口截面中心之间高度。

在上述计算烟道各部分阻力时，介质均是取用标准状态时的洁净干空气（压力p₀＝101.325kPa，密度ρ₀＝1.293kg/m³）进行的。烟道实际阻力还应对上述计算结果进行烟气压力、烟气密度和气流中灰分浓度的修正。

烟气压力和密度修正的是全部烟道的总阻力。压力修正是考虑烟道中烟气的平均绝对压力与标准大气压力之差对阻力的影响，将全部烟道的总阻力乘以修正系数M_p＝101325/b_y，b_y是烟气的平均压力，其值为当地平均大气压b减去烟道总阻力的一半，即

式中的当地平均大气压力b根据当地海拔高度H由图17.10查取。如果∑Δh≤3000Pa，则可取b_y＝b；如果海拔高度H＜200m，则取b＝101325Pa。

烟气密度修正是对全部烟道总阻力乘以修正系数M_ρ＝/1.293，按式（17.52）计算。在强制通风时，自生通风能力不需进行压力和密度修正。

烟气中的飞灰浓度对烟气的密度也有影响，只需对除尘器前含尘量大的阻力进行修正，乘以修正系数（1＋μ），除尘器后的烟道不考虑。对于折算飞灰份额4187α_fhA_ar/Q_ar＞6的煤粉炉及燃用油页岩的火床炉，按飞灰质量浓度μ进行修正，即

图17.10　平均大气压力随海拔高度的变化关系

式中：V_ypj为从炉膛出口到除尘器段的每kg燃料的平均烟气容积，按平均过量空气系数计算。

考虑了上述各种修正后的烟道流动总阻力的计算公式为

式中：∑Δh₁为计入了受热面积灰修正系数K的炉膛出口到除尘器总阻力，Pa；∑Δh₂为除尘器后总阻力，Pa。