锅炉房通风、烟囱设计解析

锅炉房烟风系统设计
1.1、设计原则
1）烟道和风道的布置应力求简短平直、附件少、气密性好。

避免出现“袋形”、“死角”及局部流速过低的管段。

2）多台锅炉共用烟囱、烟道和风道时，总烟、风道内各截面处的流速宜接近，单台锅炉配置两侧风道或两个烟道时，宜使每侧风道或每个烟道的阻力均衡。

1）烟道和热风道应考虑膨胀和热补偿措施，烟道和砖烟囱连接处应设置伸缩缝。

2）金属烟道和热风道应进行保温，钢烟囱在人员能接触到的部分也应进行隔热。

钢制烟风道中的介质温度大于50度或由于防冻需要应给予保温。

5）多台锅炉共用总烟道或总风道时，支烟道、支风道上，应装设能全开全闭、气密性好的闸板阀或调风阀。

6）在烟道和风道的适当位置应按《锅炉烟尘测试方法》（GB5468）的要求，设置永久采样孔，并安装用于测量采样的固定装置。

7）钢制冷风道可采用2-3mm厚钢板，钢制烟道和热风道可采用3-5mm厚的钢板，矩形或圆形烟风道应具有足够的强度和刚度，必要时设置加强筋。

8）布置在室外的烟道和风道，应设置防雨和防暴晒的设施。

锅炉使用含硫量高的燃料时，除有烟气脱硫措施外，烟道和烟囱内壁应采取防腐措施。

9) 对于单台锅炉出力大于等于10t/h或7MW的锅炉房，鼓风机和和燃烧机宜分开设置，鼓风机宜集中布置在隔音机房内。

10）对于微正压燃烧的燃油、燃气锅炉，锅炉机组排烟出口后的烟道、烟囱阻力，一般可由烟囱的抽力来克服，当烟囱抽力不足时，应采用下列措施：
（1）由锅炉厂家提高燃烧机组和炉膛的燃烧正压；
（2）在排烟系统设置引射排烟装置；
（2）在排烟系统设置调频引风机；
对于设置在高层建筑物内的锅炉房，应注意核算排烟系统的阻力平衡，当烟囱抽力达大时，应考虑减小烟道、烟囱断面尺寸，提高流速，增加阻力，适应平衡，可在烟道系统设置抽风控制器，调工阻力平衡。

11) 烟风道穿过墙壁、楼板或屋面时，所设预留孔的内壁与管道表面（包括加固及保温层）
之间的间隙，一般为30-50mm，当管道的径向热位移较大时，应另加考虑。

管道穿过层面或屋顶时应有防雨或挡水措施。

12) 新建锅炉房的烟囱设计应符合下列要求：
（1）燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱高度的规定：
a、每个新建锅炉房只允许设一根烟囱，烟囱高度按GB13271-2001规定执行；
b、锅炉房装机总容量大于28MW时，其烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，但不得低于45米，新建锅炉房烟囱周围200米以内有建筑物时，其烟囱高度应高出最高建筑物3米以上；
（2）燃气、燃油（轻柴油、煤油）锅炉烟囱高度应按批准的环境影响报告表要求确定，但不得低于8米。

13）烟囱出口内径应保证在锅炉房最高负荷时，烟气流速不致过高，以免阻力过大；在锅炉房最低负荷时，烟囱出口流速不低于2.5-3m/s，以防止空气倒灌。

14）对于在不同季节或不同时段热负荷变化大，烟囱设置可采取下列方案：
（1）每台锅炉分别设置独立烟囱；
（2）将每台锅炉独立的排烟管组成外形一体的组合烟囱；
（3）在圆形或矩形烟囱内设置隔板，分成各自独立的流道，分别连通各台锅炉的排烟管，构成分流烟囱；
（3）在烟囱出口设备能防护高空气流影响的烟囱帽罩，帽罩结构宜不影响排烟的抬升高度。

15）钢烟囱的设计应符合下列要求：
（1）钢烟囱应有足够的强度和刚度，烟囱壁厚要考虑一定的腐蚀裕度，当烟囱高度为20-40米，直径为0.2-1米时，无内衬的筒体壁厚取4-10mm，有内衬的壁厚取8-18mm；
（2）当烟囱高度和直径比超过20时，必须设置可靠的牵引拉绳，拉绳沿圆周等分布置3-4根；
（3）烟囱与基础连接部分一般作成锥形，支承板厚度一般为20-40mm；
（4）带内衬的钢烟囱，内衬可分段支承，每段长4-6米，内衬和筒体之间保持20-50mm 的间隙，并应在顶部装防护环板将内衬盖住。

16）在容易积聚烟气的烟道处应设置泄爆口，泄爆口面积按每立方米排烟系统容积不小于250cm2确定，烟道防爆门直径不应小于200mm。

泄爆口材料可用0.3mm厚铝合金板或5mm
厚石棉板。

1.2、计算参数表
表22：1t/h或0.70MW锅炉风量与烟量计算表
炉型
过剩空气系数送风量（20℃）
m3/h
在下列排烟温度下的烟气量Qy(m3/h) 炉膛出口αL排烟αpy150℃200℃250℃300℃
层燃锅炉 1.3-1.4 1.6 1270 2210 2460 2800 3000 燃油气锅炉 1.05-1.10 1.3 1000 1800 2000 2230 2500
表23：烟风道常用流速
烟道或风道类
别
冷风道烟道或热风道
自然通风
流速(m/s)
机械通风吸
入段流速
（m/s）
机械通风压
出段流速
（m/s）
机械通风流
速（m/s）
自然通风流
速（m/s）
砖砌或混凝土
管道3-5
6-8 8-10 6-8 3-5 金属管道8-12 10-15 10-15 8-10
表24：烟囱出口烟气流速表
运行情况全负荷时（m/s）最小负荷时（m/s）
机械通风12-20 2．5-3
微正压燃烧10-15 2．5-3
表25：烟囱每米高度产生的抽力(Pa/m)
烟囱内的烟气平均温度（℃）
在相对湿度70%，大气压力为0.1Mpa下的空气比重
1.420 1.375 1.327 1.300 1.276 1.252 1.228 1.206 1.182 1.160 1.137
空气温度（℃）
-30 -20 -10 -5 0 +5 +10 +15 +20 +25 +30
140 5.65 5.15 4.70 4.42 4.15 3.91 3.68 3.45 3.20 3.00 2.77 160 5.97 5.50 5.02 4.75 4.51 4.27 4.03 3.81 3.57 3.35 3.12 180 6.31 5.85 5.37 5.10 4.86 4.62 4.38 4.16 3.92 3.70 3.47 200 6.65 6.20 5.72 5.45 5.21 4.97 4.73 4.51 4.27 4.05 3.82 220 6.98 6.50 6.02 5.75 5.51 5.27 5.03 4.81 4.57 4.35 4.12 240 7.28 6.78 6.30 6.03 5.79 5.55 5.31 5.09 4.85 4.63 4.40 260 7.55 7.05 6.57 6.30 6.06 5.82 5.58 5.36 5.12 4.90 4.67 280 7.80 7.28 6.80 6.53 6.29 6.05 5.81 5.59 5.35 5.13 4.90 300 8.00 7.51 7.03 6.76 6.52 6.28 6.05 5.82 5.58 5.36 5.13 320 8.20 7.72 7.24 6.97 6.73 6.49 6.25 6.03 5.79 5.57 5.34
表26：常用件局部阻力系数表
名称断面图例
局部阻力系数
二中节二端节
三中节二端节
五中节二端节
八中节二端节
0.240.240.280.290.25
0.23
0.21
0.21
非90弯头的阻力系数修正值
90圆形弯头(及非弯头)
圆形或正方形弯头
其中 或 为正方形边长
矩形弯头
矩形弯头
板弯头带导风、单叶式；、双叶式
；
乙形管
烟囱入口
、图1 .40；
、图2
；
1.3、烟道、风道、烟囱截面尺寸设计计算
1）矩形通流截面长度为L（m），宽度为W（m），其通流截面积：
F=L×W=Q/3600v
这里：Q为空气或烟气流量（m3/h），可参照表22进行计算，也可按照每104kcal/h热量输出，排烟量约为18m3进行估算；
v为空气或烟气流速（m/s），可查表23确定。

2）圆形截面直径D计算如下：
Q
D =
v
这里：Q为空气或烟气流量（m3/h），可参照表22进行计算，也可按照每104kcal/h热量输出，排烟量约为18m3进行估算；
v为空气或烟气流速（m/s），可查表23确定；
PI为圆周率，取3.14。

烟囱出口内径可参考相关资料进行计算，实际设计时大多设计成非变径烟囱。

1.4、烟道与风道阻力计算
烟道和风道的阻力一般包括沿程阻力和局部阻力两部分，其计算方法如下：
1）沿程阻力（摩擦阻力）
这里：a为摩擦阻力系数，查表24，砖烟囱和金属烟囱一般取0.04；
表27：摩擦阻力系数表
管道形式a值管道形式a值
纵向冲刷锅炉管道0.03 砖砌或混凝土管道0.04 金属管道0.02 烟囱0.03或0.04
L为烟囱或管道长度（m）；
d为管段直径（m），对于非圆形管道采用当量直径du=4F/U，F为管道截面积，U为截面周长；
v为烟气流速，查表23；
p为气体标态下的密度，空气取1.293kg/Nm3，烟气取1.34kg/ Nm3；
t为空气或烟气温度。

2）局部阻力
这里：e为局部阻力系数，可查表26；
v为烟气流速，查表23
p为气体标态下的密度，空气取1.293kg/Nm3，烟气取1.34kg/ Nm3；
t为空气或烟气温度。

注：这里所说的烟道、风道仅仅指水平布置的烟道、风道，而烟囱仅仅指垂直布置的烟囱。

1.5、烟囱阻力计算
烟囱的阻力一般含烟囱的摩擦阻力和烟囱的出口阻力，其计算方法如下：
1）烟囱的摩擦阻力Pm
这里：a为摩擦阻力系数，查表24，砖烟囱和金属烟囱一般取0.04；
H为烟囱高度（m），估算时对于90度弯头可按6米等效长度计算；
v为烟气平均流速，查表23；
p为气体在烟囱内的密度，估算时空气取1.293kg/Nm3，烟气取1.34kg/ Nm3，准确计算查表25；
g为重力加速度，g=9.8；
da为烟囱平均直径（m），da=(d入+d出)/2。

2）烟囱出口阻力Pc
这里：A为出口阻力系数，A=1.00；
Vc为烟气出口流速，查表24；
Pc为气体在烟囱出口的密度，查表25；
3）烟囱总阻力P yc
P yc=Pm+Pc
1.6、排烟系统阻力平衡设计
对于微正压燃烧的燃油、燃气锅炉，锅炉机组排烟出口后的烟道、烟囱阻力，一般可由烟囱的抽力来克服，锅炉炉膛排烟阻力由燃烧器鼓风机压头克服，选用燃烧器时，鼓风机的压力至少能克服锅炉炉膛背压，水平烟道、垂直烟囱、局部弯头的阻力损失应小于垂直烟囱产生抽力，可以通过上述计算方法进行计算，以保证排烟系统阻力平衡。

1.7、锅炉房通风系统设计
1）大气式锅炉通风量设计与计算
大气式燃气锅炉以自身独特的低燥音、无吹扫、安全运行、运行费用低、维修简单等众多的优点迅速占领中国市场。

然而，由于国家缺乏相应的设计标准及规范及大气模块锅炉排烟及通风设计的复杂性，使设计着面临许多问题。

至使许多锅炉房存在或多或少的问题。

本人根据北美地区的标准及个人多年从事大气式模块锅炉设计及经验，对大气式模块锅炉排烟及通风做具体的介绍。

当锅炉燃用天然气气体时，为了保证完全燃烧我们必须提供充足的空气。

因此必须有足量的过剩空气。

因此普通锅炉房的实际送风量等于锅炉的理论空气量加上过量空气。

然而由
于大气式锅炉具有通风罩，通风罩的作用当室外风力及气候发生变化时，自动平衡烟道的抽力，保证燃烧的稳定。

当设计锅炉房时如不考虑通风罩的空气进入量时，锅炉房内缺乏空气导致燃烧不完全。

具体数值见下表：
表28：燃烧所需的空气量
锅炉型式燃气种
类
锅炉输入燃
气量
（Nm3）
锅炉理论
空气量
（Nm3）
锅炉实际
空气量
（Nm3）
通风罩吸
入空气量
（Nm3）
锅炉房实
际送风量
（Nm3）
大气式锅
炉
天然气 1 10 12.5 2.5 15 锅炉房通风方式一般可分为自然通风、机械通风、混合通风三种方式，此处仅仅论讨工程中最常用的自然通风方式，其它两种通风方式的计算请参考相关资料。

自然通风是最好的使用方式，因为无电力、安全等优点，应优先采用。

设计通风口面积：(1) 直接从室外进风的通风窗：在与室外相连的外墙上下各设一通风孔，距天花板与地面的距离均要求不超过305mm。

每个通风孔的最小空气净流通面积与室内锅炉输入功率的比值为0.055m2/100KW。

原则上要求必须设上下通风孔，而实际工程中很多设计院没有设计下通风口；
(2) 通过垂直进风的通风窗（进风窗直接对外）：在与室外相连的外墙上下各设一通风孔，距天花板与地面的距离均要求不超过305mm。

每个通风孔的最下空气净流通面积与室内锅炉输入功率的比值为0.055m2/100KW。

原则上要求必须设上下通风孔，而实际工程中很多设计院没有设计下通风口；
（3）不是直接对外开孔的通风截面积：在与室外相连的外墙上下各设一通风孔，距天花板与地面的距离均要求不超过305mm。

每个通风孔的最下空气净流通面积与室内锅炉输入功率的比值为0.22m2/100KW。

原则上要求必须设上下通风孔，而实际工程中很多设计院没有设计下通风口；
2）鼓风式锅炉通风量设计与计算
鼓风式锅炉燃烧所需要的空气量应根据空气过量系数来确定，一般取 1.05-1.10，即理论空气量为燃气耗量的10.5-11倍。

计算锅炉房整个通风量时还应考虑锅炉正常通风换气要求，一般情况下锅炉间通风换气次数设计为3次/小时，对于鼓风式锅炉房自然通风面积一般取1.0-1.14m2/Mw，也可按照自然通风情况下进风口的流速进行计算。

3）排烟量的温度修正
为计算方便，计算时一般取标准状态下的情况进行计算，但锅炉排烟温度不可能是标态下的0℃，所以应进行温度修正，由克拉伯龙方程可知，在烟气压力进似相等的情况下，气体体积之比等于绝对温度之比，据此可对排烟量进行温度修正。

如700kw的大气式锅炉标态下耗气量为70Nm3/h，其理论标态排烟量为Qn=70 Nm3/h×15=1050 Nm3/h，大气式锅炉排烟温度较低，约为160℃，可知实际排烟量为Q=Qn×(T1/273)= 1050 Nm3/h×[（273+160）/273]=1665m3/h。