烟囱静压及全压降的计算-2019年文档资料(20210405162235)

1、烟囱静压及全压降的计算【】 Based on Aerodynamical Analysis for Boiler Equipments and AssociatedCalculation Methods in Technical Code for Design of Thermal Power Plant Air & Flue Gas Ducts / Raw Coal & Pulverized Coal Piping(DL/T5121-2000), this article analyzed calculation methods of static pressure and total pr

2、essure drop for chimney and described the differences of calculation methods and physical signification.【Keywords】 Chimney； Static Pressure ； Total Pressure Drop1、引言当前火力发电厂300MV及以上机组，烟囱主要采用“锥形 + 直筒形”套筒烟囱、 “直筒形”套筒烟囱两种形式， 对于采用湿 法脱硫装置且不设置 GGH勺项目，为防止酸液及石灰石浆液带出 烟囱污染环境，开始采用 “大直径直筒 +出口收缩段”套筒烟 囱，本文主要结合火力发电厂

3、烟风煤粉管道设计技术规程 DL/T5121-2000 配套设计计算方法、 锅炉设备空气动力计算 ， 以“锥形 +直筒形”烟囱为例，分析了烟囱勺静压和全压降计算 方法，并指出了两者勺计算方法勺差异及物理意义上勺区别。 对 于其它型式勺烟囱(指内筒型线)，其实是直筒、锥形筒、内筒出口扩算段的不同组合方式，其计算方法与本文所述基本一致。 对于“锥形 +直筒形”套筒烟囱、“直筒形”套筒烟囱，一 般可通过在烟囱内筒出口设置扩散段， 以达到消除或降低烟囱内 筒静压的目的。对于采用湿法脱硫装置且不设置GGH勺项目，采用 “大直径直筒 +出口收缩段”套筒烟囱时， 出口一般不再设置 扩散段。 为简化计算， 本文

4、列举的计算方法暂不考虑内筒出口扩 算段回收烟气静压的作用。火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程 DL/T5121-2000 配套设计计算方法以下简称“烟规配套计算方法”、 锅炉设备 空气动力计算以下简称“空动计算”。2、烟规配套计算方法中关于“锥形 +直筒形”烟囱的计 算烟规配套计算方法中公式（ T1.1-1 ）列出了烟囱内任一 计算截面和烟囱出口截面热烟气的伯努利方程，表达如下：P+hd= PaO+ hdO+ hM+ g p y l（T1.1 -1）Pa=PaO+ g p aA l仃 1.1 -2）上式中：P、hd计算截面上烟气的绝对静压和动压，PaPa0 hd0烟囱出口水平面上的大气压力（等

5、于烟囱出口截面上的烟气绝对静压）和烟囱出口截面上的烟气动压，Pal 计算截面与烟囱出口截面间高度差（区段），m hM-在高度为 I的烟囱区段内烟气流动时摩擦阻力损失，PaP y相应温度下的实际状态的湿烟气密度，kg/m3pa为当地最热月平均温度对应的湿空气密度，在高度变 化不大时，一般取值为常数， kg/m3 p 当地最热月平均温度对应的湿空气密度与实际的湿 烟气密度的差值， Ap = p a- p y , kg/m3Pa计算截面标高处的大气压力（即大气绝对静压），Pa根据公式（T1.1-1）和公式（T1.1-2），可列出烟囱内任一截面 的相对静压（表压），表达如下： P= P-Pa=hdO-

6、hd+ hM-gA p l（T1.1 -3）公式中：P为烟囱内任一截面烟气相对对应截面标高处大 气压力的相对静压（表压），Pa。根据公式 （T1.1-3） 可以列出不同型式的烟囱或其组合烟囱 内任一截面的相对静压值 P （表压，相对对应截面标高处的大 气压力）。1）“锥形 +直筒形”烟囱的上部直型筒静压 PT=gA p IT（RT- 1）上式中： PT “锥形+直筒形”烟囱的上部直型筒静压（表压），Pa IT 计算截面处距离烟囱出口处的高度，m,数据范围0-HT, HT为上部直型筒的高度；当 lT=HT时，公式即为上部直型筒入口截面静压(表压)；RT上部直型筒体静压准则数， RT=X hdO/

7、(g A p DO); DO 为烟囱出口内径 m hdO为烟囱出口处动压 hdO=p y宀02/2 , Pa； 3 0为烟囱出口烟气流速 m/s ；入为摩擦阻力系数。2) “锥形 +直筒形”烟囱的下部锥形筒体静压A PZU=gA p HT(RT-1)+(1+ 入 /8i)(1 -D04/D4)w02 p y/2-g A p A lZ上式中：A PZU- “锥形+直筒形”烟囱的下部锥形筒体静压(表压)，Pa；gA p HT(RT-1)上部直型筒入口静压 (表压),即A IT=HT 时的 A PT, Pa；i 下部锥形筒体的坡度；D下部锥形筒体计算截面处的直径，m D=2i A lZ+D0a iz

8、 计算截面处距离锥形段烟囱出口处的高度，m数据范围0H乙HZ为下部锥形筒体出口截面到主烟道中心线的的高 度，当A IZ=Hz时，公式即为主烟道中心线标高处锥段烟囱底 面的静压(表压)；3) “锥形 +直筒形”烟囱的入口异形件的进口截面处的静 压A PZua=A PZuD+hdD-(1- E a)wa2 p y/2上式中： PZua “锥形+直筒形”组合烟囱的入口异形件进口截面 的静压(表压)， Pa； PZuD主烟道中心线标高处锥段烟囱底面的静压(表压)，Pa；hdD主烟道中心线标高处锥段烟囱底面的动压Pa ,hdD=p y 3 D2/2;式中宀D为主烟道中心线标高处锥段烟囱底面 的烟气流动速

9、度， m/s；E a烟囱入口异形件的局部阻力系数；wa烟囱入口异形件的进口截面 (即为主烟道截面)的流速；4) 计算方法说明烟规配套计算方法中关于“锥形 +直筒形”烟囱的计算 的公式，实际上是利用伯诺利方程，分别写出了“锥形 +直筒形” 烟囱的上部直型筒、下部锥形筒体、烟囱的入口异形件进口截面 的静压(表压，相对对应截面标高处的大气压力)。(1) 对公式进行合并化简后，可表达为如下公式： PT=X IT/DO X p yx 3 02/2-g p IT 上式中的第 1项为直型筒计算段的摩擦阻力损失， 第 2项为 计算段的烟囱自生通风力，直筒段的进出口截面相同因此其动压 损失为 O。(2) 对公式

10、进行合并化简后，可表达为如下公式： PZU=X PT+p y (w02- 3 D2) /2+ 入 /8i X p y (w02- 3 D2)/2-g p 1Z上式中的第 1项为直型筒入口截面的静压(表压)，第2项为下部锥形筒计算段的动压损失， 第 3 项为下部锥形筒计算段的 摩擦阻力损失，第 4项为下部锥形筒计算段的烟囱自生通风力。(3) 对公式进行合并化简后，可表达为如下公式： PZua=A PZuD+p y (wD2-3 a2) /2+ E awa2p y/2上式中的第 1项为烟囱底部(对应主烟道标高处的烟囱内筒 截面)的静压(表压)，第 2 项为烟囱入口异形件的动压损失， 第3项为烟囱入

11、口异形件的局部阻力损失。将公式展开各项后的公式表示如下： PZua=X HT/DOX p y x 3 02/2+ p y (w02-w D2)/2+ 入 /8i x p y (w02- w D2) /2+ p y (wD2-w a2)/2+ E awa2p y/2-g p (HT+HZ 从上式可以看出，烟囱入口异形件进口截面的静压(表压) 为上部直筒段的动压损失和摩擦阻力损失、 下部锥形筒的动压损 失和摩擦阻力损失、烟囱入口异形件的动压损失和局部阻力损 失、烟囱有效的自生通风力的代数和。如果将公式进一步简化，公式表示如下： PZua=X HT/DOX p y X w 02/2+ 入 /8i X

12、 p y (w02- w D2)/2+ E awa2p y/2+ p y (w02- w a2) /2-g p ( HT+HZ 从上式可以看出，烟囱入口异形件进口截面的静压(表压) 为上部直筒段的摩擦阻力损失、 下部锥形筒的摩擦阻力损失、 烟 囱入口异形件的局部阻力损失、 烟囱的动压损失(从烟囱出口截 面至烟囱入口异形件进口截面) 、烟囱有效的自生通风力的代数 和。对于其它型式的烟囱内筒型式，其实是直筒段、锥形段、烟 囱内筒出口扩散段之间的不同的组合而已， 可以参照上述计算方 法进行。3、空动计算中关于“锥形 +直筒形”烟囱的计算空动计算中公式 1-1 列出了任一烟风道各区段内的全压 降，可列

13、出如下伯努利方程：P1g+(P0- p ax gxZ1)+ p yx w12/2+ p yx gxZ1=P2g+(P0- p axgxZ2)+ p yx w22/2+ p yxgxZ2+ hM上式中：P1g P2g-计算的进出口截面的烟气的静压(表压，相对于计算截面标高处的大气压力)， PaP0-海拔高度为Om时的环境大气压力，PaZ1、Z2进出口截面的海拔标高，m由公式可推导出：P1g-P2g=A hM+p y x (w22-w12)/2- (Z2-Z1 )g( p a- p y) Hn = ( P1g+p y x w12/2) - ( P2g+p y x w22/2) = hM-(Z2-Z

14、1 / g (p a- p y / 上式中： Hn 进出口计算截面的全压降，Pa说明：公式所计算的 P1g- P2g 与烟规配套计算方法中 公式（T1.1 -3 ）所计算的 P,物理意义不同，当计算出口截面 为烟囱出口截面时（P2g=0）,两者计算的数据结果相同；公式 即为空动计算中公式 1-1，注意公式所计算的“（Plg+p y x w12/2） - （P2g+p y xw22/2）”采用的是表压（而不是绝压）， 由于不同截面处环境大气的绝度压力是变化的， 两者的表压差和 绝压差数据是不相等的。空动计算 2-44 条讨论了烟囱的阻力计算问题，这里不 再赘述，将其各项公式及条文的说明归纳汇总后

15、，“锥形+直筒形”烟囱全压降可汇总如下： Hn = X HT/DOX p yx 3 02/2+ 入 /8i X p y （w02-w D2）/2+ E awa2p y/2+ E OX p yx w02/2 -g p （HT+HZ 公式中：E 0为烟囱出口的局部阻力系数，根据空动计算2-44 条，E 0=1.0。同时，空动计算中指出固定斜度的烟囱内的摩擦阻力， 可按下面的近似公式确定： P=X /8i X p yXw02/2，当没有关于烟囱结构资料时，初步计算阻力用的斜度值可取为 0.02, 同时 也指出圆柱形烟囱内的摩擦阻力按入HT/D0X p yX 3 02/2计算。本文认为，在初步设计阶段

16、或吸风机招标之前，锅炉专业应 依据土建专业设计的烟囱结构形式 （主要包括烟囱内衬材料、 内 筒支撑方式、内筒锥形筒体斜度。）来进行烟囱的全压降计算。 随着机组容量及烟囱高度的增加，采用近似计算方法时“锥形 + 直筒形”烟囱全压降计算结果与实际数据的偏差比较大， 将对吸 风机的电动机功率产生较大的影响。将公式减去公式， Hn- PZua=p yx a2/2 ,两者差值为 烟囱入口异形件进口截面的动压。4、两种计算方法的分析总结 在此可以列出烟囱各个截面的伯努利方程， 来说明烟囱静压 和烟囱全压降的关系，各个截面的定义参见附图， 截面 1 为烟囱 入口异形件的进口截面，截面 2为烟囱内筒出口截面（

17、此截面相 对静压为 0），截面 3为假想烟气末端截面（此截面相对静压为0,流速为0, pa=p y），下角标1、2、3分别表示对应截面的 物理参数，下角表g表示压力为表压。由于环境大气压力沿海拔高度是变化的， 为简化计算，大气 的密度pa在高度变化不大的范围内取值为常数。1）截面 1和截面 2 之间的伯努利方程P1g+（P0-paxgxZ1）+pyxw12/2+pyxgxZ1=P2g+（P0-pax gxZ2）+ p yxw22/2+ p yxgxZ2+ h1-2 公式中，Z表示对应截面的海拔高度，单位为 m h1-2为 截面 1和截面 2之间的局部阻力损失与沿程摩擦阻力损失之和， 单位为Pa

18、； H1-2表示截面1和截面2之间的全压降，单位为 Pa。根据公式可推导出截面 1 和截面 2之间的静压差（表压差）和全压降公式：P1g-P2g=A h1-2+ p yx( w22-w12) /2- (Z2-Z1) g(p a- p y)A H1-2= (P1g+p y X w12/2) - (P2g+p y X w22/2) = A h1-2-(Z2-Z1) g ( p a- p y)2) 截面 2和截面 3 之间的伯努利方程P2g+(P0- p aXgXZ2)+ pyXw22/2+pyXgXZ2=P3g+(P0-paX gXZ3)+ p yX w32/2+ p yX gXZ3+ A h2-

19、3 根据公式可推导出截面 2 和截面 3之间的静压差(表压差) 和全压降公式：P2g-P3g=Ah2-3+ pyX (w32-w22) /2- (Z3-Z2)g(p a- p y)AH2-3=(P2g+pyXw22/2)-(P3g+pyXw32/2)=Ah2-3-(Z3-Z2) g (p a- p y) 对于截面 2和截面 3， P 2 g = P 3 g =0， w3 =0；对于截面 2 和截 面3之间，由于烟气和周围环境大气发生能量和质量的交换， py 最终逐渐趋近于p a,工程计算中忽略截面 2和截面3之间由于 密度差引起的自生通风力，即( Z3-Z2)g ( p a- p y)=0。根据公式和公式，截面 2和截面 3 之间的伯努利方程可改写 为：A H2-3= A h2-3= p y X w22/2根据空动计算列出的公式中，将 h2-3视为烟囱出口 的局部阻力（E OX p yX w02/2, 其中E 0=1.0 ），因此两者的 数值是相等的。3）截面 1和截面 3 之间的伯努利方程P1g+(P0-paXgXZ1)+ pyXw12/2+pyXgXZ1=P3g+(P0-paXgXZ3)+ p