广东工业大学锅炉原理课件-10

1、 第十章 空气动力计算 10-1 概述 在锅炉的燃烧过程中，必须连续不断地把燃烧的空气送入炉膛，同时把燃烧产物排除去，这样连续送风和排除燃烧产物的过程叫锅炉的通风过程。空气动力计算的任务是计算通风过程的全压降，从而选择合理的通风装置，保证燃烧过程的良好进行，并满足锅炉设计的技术经济指标。在锅炉中采用的通风方式有下列几种： 1、自然通风：依靠烟囱高度所产生的自生通风来克服通风过程的流动阻力。由于烟囱高度的限制，自然通风仅适用用于流动阻力很小的小容量锅炉。 2、负压通风：除利用烟囱外，还在烟囱前的烟道内装置引风机来克服通风的流动阻力。适用于小容量的锅炉，在大型锅炉中，烟风阻力很大，采用这种方式将使

2、锅炉的炉膛和烟道中的负压很大，使漏风量增加，影响锅炉效率。 3、平衡通风：在锅炉烟风道系统中同时装置送风机和引风机，利用送风机克服锅炉风道系统包括燃烧设备的阻力，利用引风机克服烟道系统的阻力，并使锅炉炉膛出口处保持20-30Pa的负压。这种通风方式的优点是：锅炉全部烟道都在负压下工作，锅炉房的安全及卫生条件较好；与负压通风相比，其烟道的负压较小，漏风量较少。目前在锅炉中，应用得最为普遍。 4、正压通风：在锅炉中只装置送风机，利用其压头来克服全部烟风道的流动阻力。锅炉烟道在正压下工作，要求密封很严。这种通风方式省去了引风机，使系统简化。由于通过送风机的是低温干净的空气，电能消耗较少，风机寿命增加

3、；同时由于是正压运行，消除了锅炉漏风，可提高锅炉效率。主要应用于燃油、燃气锅炉。 装有送风机和引风机的通风方式也称强制通风。在锅炉中，由于对流受热面数量很多，烟风阻力很大，例如在一般的煤粉炉中，空气侧的阻力约为2500-4000Pa，烟气侧的阻力约为2000-3000 Pa。 因此，在设计锅炉时，必须计算其烟风阻力，以校核锅炉布置是否合理、烟风阻力是否过大。在设计电厂时，还要对整个锅炉房的烟风道、煤粉制备系统、除尘系统等进行空气动力计算，并据以来选择风机和决定烟囱的尺寸。 10-2 空气动力计算原理 一、通风计算的原理 1、理想流体的伯努利方程 2、实际流体的伯努利方程 （10-1）（10-2

4、） 介质在通道内流动时，任意两截面的总压降是由流动阻力、速度损失、自生通风力三部分组成。速度损失是由于介质速度变化而引起的压头损失。介质速度变化是由于通道截面变化或介质温度变化所致，通常把截面变化引起的损失归之于局部阻力损失，而在速度损失中仅考虑温度变化引起的损失。实际上，由于速度损失的数值很小，所以在空气动力计算中常可忽略不计。流动阻力损失可分为三类：沿程摩擦阻力；横向冲刷管束的阻力；局部阻力。二、沿程摩擦阻力的计算 气体经过等横截面直管段,纵管段冲刷管簇以及板式空气预热器时均属沿程摩擦流阻。当气流经过这些管段时，由于有传热存在，气温发生变化（如流经锅炉的纵流受热面时），流阻按式（18-1a

5、）计算： 如气流温度无变化或变化不大时，按（18-1b）计算：式（18-1a）和式（18-1b）中：-沿程摩擦阻力系数，根据管道的情况从表18-1中选取；-管道长度，m； -气流速度，m/s，以气流平均速度计算； -气体密度，kg/m3，按气流平均温度计算；T Tb-气流及管壁的平均绝对温度，K；dd1当量直径，m.（18-1b）（18-1a）当管道非圆形时，当气流在管簇外纵向冲刷时， 式中：a,b-通道边长，m. z-管子的总根数； d-管子的外径，m. 现代锅炉一般只有空气预热器属于纵流受热面，在其中烟气的温度变化不太大，而且气流机构属于过渡区，其阻力系数一般不够精确，管壁温度计算也不够准

6、确，因此用式（18-1a）计算已足够准确，所的结果与实际值相差不大。 (18-2a)(18-2b)三、横向冲刷管束阻力的计算 气流横向冲刷光管（即不带鳍片）管簇所产生压头与管簇的排列型式有关，计算公式仍用式（18-3）： 式中：-动压，Pa,按管簇横截面面积、烟气（或空气） 平均温度计算流速 和密度 ； - 管簇的阻力系数，与管簇的结构形式有关，按下文决定。（1）顺列管簇的阻力系数 =0Z2 (Pa) （10-6）式中： Z2-沿气流方向上的管子排数； 0-每一排管子的阻力系数，它与比值1= 以及雷诺数Re值有关； （18-3）s1、s2-管簇的横向和纵向管距，m；d-管外径，m。每一排管簇的

7、阻力系数0按下式确定： 当s1s2(0.061)时， 当s1s2(18） 时， -0.5Re-0.2 当s1s2(815 ）时 已知当量直径和气流温度，可直接由图18-15查出Re,然后根据下式计算出雷诺数: Re=Re10n 式中:dzs-折算直径,mm；t-气流温度,； 气流速度，m/s； n自选的指数，其取值使计算所得的dzs处 在图18-15中dzs=110mm范围内。 【例题18-1】 当=18m/s,d=120mm,t=600,求Re。 【解】dzs=120/102=1.2mm Re=12.2 Re=1812.2102=22.0103为了计算简便，已将式（18-9）和式（18-10

8、）做成线算图（见图18-16）。已知气流温度、管径和管距，可直接查得阻力系数及有关的修正值。 (2)错列管簇的阻力系数 =0（Z2+1） 对于所有错列管束，除了3s1/d10，而 1.7的以外， 0值按式（a）确定：0CsRe-0.27 (18-12a) 此处CS错列管簇的形状系数，决定与s1/d和，CS值按下列公式计算：当0.11.7时,对于11.44的管束: CS=3.2+0.66(1.7-)1.5 18-13a对于1.44的管束: CS=3.2+0.66(1.7-)1.5+ 0.8+0.2(1.7-)1.5 18-13b 当1.7 6.5(“密度”管束,其对角线截面几乎等于或小于横截面)

9、时,对于1.4413.0的管束: CS=0.44(+1)2 18-13c对于11.44的管束: CS=0.44+(1.44-1)(+1)2 当1.7而3.0110时, 0=1.831-1 .46 18-12b 为了简化计算,已将式(18-12a)和式(18-13)绘制成线算图(18-17)，已知气流温度、管径、管距等，可直接按线算图计算管簇流阻。应注意线算图h0中已将CS=3.2考虑进去，图中的CS不能用式(18-13a)和式(18-13b)来代替。 当气流斜向流经管簇并当750时，管簇阻力先按非斜线计算，然后按流阻加大10%即可。 四、局部阻力的计算 气流流经管簇的行程中有转弯时，计算流阻时

10、应计入气流转弯时的局部阻力，每一转弯的局部阻力仍用计算：式中： -局部阻力系数，由气流转弯的角度来决定：转弯角度为450，=0.5；900，=1.0;转弯角度为1800，=2.0。 对转弯角度小于或等于900转弯前、后流速的平均值计算动压，对1800的转弯，流速按转弯开始，中间及转弯后的三个速度的平均值计算动压。常见局部阻力系数的确定方法见书524532页五、管式空气预热器的阻力计算 烟气经管式空气预热器的阻力由三部分组成：即入口的局部阻力、管内流动的沿程摩擦阻力和出口的局部阻力，计算式如下： -气流动压，以气流在管内的平均流速计算，Pa; hyc- 沿程阻力，Pa; rk、ck- 进出口的局

11、部阻力系数，可由图18-11查得，图中横坐标是小截面与大截面的比值，可按式（18-15）计算： 式中：s1、s2-管簇横向、纵向管距，m；dn-管子内径，m 六、回转式空气预热器的阻力计算 回转式空气预热器的阻力与其蓄热板的结构形式以及腐蚀，积灰程度有关。目前在我国可能遇到的蓄热板的形式有三种：波形板与平面定位板、平面板与平面定位板、波形板与波形定位板（见图18-19）。在我国自己制造的锅炉上以最后一种类型为多。 烟气或空气流经回转空气预热器时，其流阻按式（18-16）计算： 式中：-摩擦阻力系数：波形板-平面定位板： 当Re1.4103, =0.6Re-0.25 18-17a Re1.410

12、3, =33Re-0.8 18-17b 平面板-平面定位板： 当 Re1.4103 =0.35Re-0.25 18-17c Re1.4103 = 90/Re 18-17d 波形板-波形定位板： Re2.8103 =0.78Re-0.25 18-17e Re2.8103 =5.7Re-0.5 18-17f ddl-当量直径，m,根据蓄热板的结构决定，对国产蓄热板 ddl=0.00932m;-气流速度，m/s,以气流通过的扇形面积的活截面计算（去掉隔板及蓄热板所占截面）；l-蓄热板垂直高度，m。 为了计算简便，把式（1817a)、(18-17c)、(18-17e)绘制成图中的线算图，从图上可以直接

13、求出蓄热板的流阻。式（1817b)、(18-17d)、(18-17f)是不能用图来求出的，只能用上述公式先求出，然后用式算出h值来。 图中虚线是相当于Re=1.4*103的线，它可以说明本图的适用范围。如果温度线与速度线的交点位于所相应的当量直径线下，则h值须用式(18-14)来计算。 应用图来计算时，采用式： h=h0CdCbl (Pa) 18-18 式中： h0- 回转式空气预热器的原始阻力Pa，查图18-20而得； Cd-蓄热板结构的修正系数，查图18-20而得 Cb-蓄热板板型的修正系数，查表18-4 L-蓄热板垂直高度，m。 七、横流冲刷鳍片管省煤器的流阻 气流横向冲刷鳍片管省煤器的

14、流阻和一般横流冲刷管蔟的流阻一样，仍用式（18-3）计算： 铸铁鳍片式省煤器的管簇阻力系数与鳍片高度hqp及管外径d的比值hqp /d 、鳍片截距sqp与管外径d的比值 sqp /d、管簇中管子的纵向截距s1及管子纵向排数z1有关，见图18-21。 对顺列圆形鳍片管，当sqp /d =0.210.3时，管簇阻力系数按式（18-19a）计算：对顺列方形鳍片管，当 sqp /d =0.33时，管簇阻力系数用式（18-19b）计算：在式（18-19a）和式（18-19b）中，雷诺数以鳍片的截距sqp为定型尺寸，即式中：-气流在管簇最狭截面上的流速，m/s； -气流的运动黏度，m2/s。 式（18-1

15、9a）和式（18-19b）在以下范围有试验证实：Re=(35)103,z2=46, hqp /d =0.20.5, sqp /d =24。 10-3 烟 道 计 算一、烟道阻力计算 1、按锅炉额定负荷计算，并在锅炉热力计算以后进行。各部分受热面的烟气流速、烟气温度、烟道有效截面积和其它结构特性可由热力计算中取得。在平衡通风方式中，烟道内的压力接近大气压力，因此可按大气压力作为计算压力。 2、为了简化计算，其阻力首先按标准大气压力时的干空气（=1.293Kg/m3）进行计算，最后再对烟气密度、气流中灰分浓度和烟气压力等因素进行修正。 3、计算烟道阻力的顺序是从炉膛开始，沿烟气流动方向，依次对各部

16、分阻力进行计算，然后再算出各段烟道的自生通风能力，由此求得烟道的总压降，并据此选择引风机的压头。 4、在实际积灰条件下，计算结果要进行修正，修正系数K见表18-5。 5、布置在炉膛出口的屏式过热器，计算时不考虑其阻力；对于凝渣管，当n5，W10m/s或n2，W15m/s时，计算时不考虑其阻力，当排数或烟速超过上述数值时，按横向冲刷进行计算。 6、省煤器、过热器、再热器按照横向冲刷进行计算；锅炉管束的阻力一般由横向冲刷阻力、纵向冲刷阻力以及转弯阻力所构成。 7、管式空气预热器的阻力由管中摩擦阻力和进出口局部阻力组成。 8、从空气预热器到除尘器段的烟道阻力按锅炉排烟温度和流量计算，其值取自热力计算

17、；从除尘器到引风机以及引风机后的烟道按引风机处的流量和温度计算。 引风机处烟气的容积流量为： 式中 a- 空气预热器后烟道中的漏风系数； V0-理论空气量，单位为m3/kg； Vpy-排烟流量，单位为m3/kg：引风机处的烟气温度为： 锅炉烟道的一般是截面较大而长度较短，其摩擦阻力的计算，当烟气流速小于25m/s时，可选择一段最长的烟道进行计算，然后乘上烟道总长度相对于计算长度的比值；局部阻力根据具体形式选取阻力系数。 二、自生通风 力的计算 锅炉各段烟气的自生通风力，包括强制引风的烟囱在内，可由式（18-21）得出。 三、烟气侧总阻力的计算 （公式1829） 四、引风机压头的计算（公式183

18、1） 10-4 风 道 计 算 风道的计算与烟道一样，也按锅炉额定负荷计算。所需的原始数据如空气温度、有效截面及空气预热器中的空气流速等由热力计算取得。锅炉风道的阻力包括冷风道、空气预热器、热风道和燃烧器的阻力。 风道的阻力与烟道一样，主要取决于局部阻力。当冷空气流速小于10m/s时，摩擦阻力可不考虑。当冷空气流速为10-20m/s时，可选择一段最长的风道进行计算，然后乘上风道总长度相对于计算长度的比值；局部阻力根据具体形式选取阻力系数。 管式空气预热器中，空气一般从外部横向冲刷错列管束，其阻力按前述公式进行计算。各段预热器之间的连接风道按局部阻力计算。 当转弯180度时，阻力系数=3.5，转弯90度时，阻力系数=0.9。在两级预热器之间的连接风道，如果转弯进出口截面间的距离a大于行程高度h，则180度转弯按两个90度转弯计算，并按图18-14进行修正。如距离a小于行程高度h，阻力系数=3.5。连接风道中转弯的计算速度，对90度转弯，按转弯出口和进口截面的平均值计算；对180度转弯，按转弯出口、进口和中间截面的平均值计算。热风道的计算与冷风道相同 。 送风机的容量按式（1835）计算。 送风机的压头： 10- 5