锅炉设备空气动力计算

' H y ——烟囱总阻力,不包括烟道总阻力和烟囱自生风力 Pa
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备 注
1.2——储备系数 则由(4-45)可以推导如下式 1.2H + h yz
' y ' ρ y 101325
H yz =
1.293 b m 273 b ° g (ρ k ρ y ) 273 + θ yz 101325
(4-46)
锅炉设备动力计算(标准方法)体系.
4-1 通风的作用和方式 一,通风:是一个连续将锅炉所需的空气送入,不断补给锅炉以燃烧之用, 不断把烟气排走的过程. 二,机械通风方式 1 负压通风 在烟囱前设引风机克服烟风道阻力.
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教学内容及过程
Q 烟风道均处于负压状态 ∴ 为负压通风
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备 注
在自然通风的锅炉房内,克服烟道的阻力来自于自生风力
ρ y 101325 b ' ∴有 h h yz ≥ 1.2 H y (8 45) 101325 1.293 b
° yz zs yz hzs ——烟囱的自生风力 Pa
b——当地大气压力
Pa
hyz ——烟囱的总阻力 Pa
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教学内容及过程
H yz ——烟囱高度 m
ρ
° k
ρ ° = 1.293 kg k Nm 3 ρ ——标准状态下空气和烟气的密度 kg ° ρ y = 1.34 Nm 3
° y
ρ k ——在大气压力下空气密度 kg ρ y ——烟囱内平均密度
kg
Nm3
Nm3
θ yz ——烟囱内烟气平均温度 ℃
tlk ——冷空气温度 ℃
U——通道流通截面的湿周长度.
介质在矩形通道中冲刷管束时:
4(ab z
d ) 4 de = 2( a + b ) + z d π
π
a,b——矩形通道截面边长 m ;
2
z——管束中的管子根数; d——管子外径
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教学内容及过程
(二)横向冲刷管束阻力 基本公式: 阻力系数根据管束结构而定. 横向冲刷光管管束,顺列:ζ=ζ0 Z2 ζ0 ——单排管子的阻力系数,与 s1/d, s2/d,雷诺数 Re,比值(s1-d) /(s2-d)有关; Z2 ——管束的纵向排数 错列: ζ=ζ0 ( Z2+1) ζ0 ——单排管子的阻力系数;与 s1/d,s2/d,雷诺数 Re, 比值 (s1-d)/(s2-d)有关; Z2 ——管束的纵向排数 (三)局部阻力 气流通过截面或方向变化的通道时产生的阻力,同时也有沿程摩擦阻力.
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第四章:锅炉设备空气动力计算 第 1 节: 通风计算的原理和方法 第 2 节: 烟道的阻力计算 1,掌握通风计算的原理和方法 教学目的与 2,掌握风道的阻力损失组成 要求 3,掌握自生风力的概念 授课时数
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2
教学难点与 风道阻力计算原理和方法 重点
(现代化) 授课方法 讲授 教学手段 计算机投影
ρ ——相对截面处的平均介质密度 kg
m3
对烟风道任意处的绝对压力有 p = hz + bo ρ k gz
∴ p 2 p1 = hz 2 h z1 ρ k g ( z 2 z1 )
(3)
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将(3)代入(2) ,得:
h z 2 h z1 +
ρ
2
2 (ω 2 ω12 ) ( ρ k ρ ) g ( z 2 z1 )hsl = 0
F——烟道散热面积 m 2 C——烟气平均比热 取 C=1.352~1.356
kg m 3 °C
2 烟气在烟囱中的温度降
θ '' = H yz θ
θ '' ——烟气在烟囱中的温度降
θ ——烟气在每米高度的温度降 ℃/m θ =
A D
℃/m
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教学内容及过程
D——合用同一烟囱的所有同时运行的锅炉额定蒸发量之和 A——修正系数 如下表 4-5 表 4-5 修正系数 A 值 修正系数 烟囱种类 铁烟囱(无 铁 烟 囱 ( 有 砖 烟 囱 平 均 厚 砖烟囱平均厚 衬) A 2 3 烟囱出口烟气温度 ℃ 衬) 0.8 <0.5 0.4 >0.5 0.2
l w2 ρ p f = λ de 2
λ——沿程摩擦阻力系数,与通道类型 ρ——介质密度;
l——通道长度; w—— 介质流速, m/s,按介质平均温
有关;
度计算;
Tb,T——分别为通道壁面及介质的平均温度; K de—— 通道流通截面当量直径,圆形
通道取为直径. 非圆形通道时:
de = 4F U F——通道流通面积, m 2
教学内容及过程
1 若截面面积差别不超过 25%时,取算数平均值 F = ( F1 + F2 + F3 ) 3 3 三通的阻力
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备 注
对称三通 三通 不对称三通 合流三通 分流三通
影响三通的阻力系数的因素有:
ξ = f (形状,气流方向,与管角度,截面比,流量比等)
其计算方法详见《锅炉设备空气动力计算》
二 烟囱中烟气温度的计算 烟气在烟囱流动过程中烟气温度是变化的. 1 烟气在烟道中的温度降(有良好保温时不考虑) θ ' = Qlq V yf c 3600
θ ' ——烟道中烟气温降 ℃
Qlq ——烟道自然冷却散热损失 w
Qlq = q lq F
不保温 1.163 kw 2 m qlq ——烟道单位面积散热损失 1.512 kw 2 m
2 ρω 2
2
2 2
+ ρgz 2 + hsl
(1) (2 )
整理得: ( p 2 p1 ) +
ρ
(ω 2
ω12 + ρg ( z 2 z1 ) + hsl = 0
Pa
)
p 2 p1 ——相对截面处的绝对压力
z 2 z1 ——相对截面处的海拔高度或距离基准面的高度 m
2 ω 2 ω12 ——相对截面处的介质流速 m s
教学内容及过程
4-3 烟囱的计算 一,自然通风时烟囱的高度
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备 注
1烟囱的高度 烟囱的计算包括 2烟囱烟气温度 3烟囱的直径
如图,烟囱工作示意图: 设烟囱高度为 H yz
yz hzs = H yz g ( ρ k ρ y )
yz hzs = H yz g ( ρ k°
273 273 ° ρy ) Pa 273 + t lk 273 + θ yz
2 两者应分别计算. p = ζ w ρ ζ 2
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备 注
pζ = ζ
w2 ρ 2
ζ—— 局部阻力系数. 局部阻力可以分为如下几种: 1 截面改变----截面变化,ζ 在表 4-2 查得.
突然变大 (1) 截面突然变化 ,ζ 由 4-11 查得. 突然变小
1圆锥扩散 (2) 扩散管 2棱锥扩散 3平面扩散
作 业 思考题
《锅炉及锅炉房设备》 第 263 页 1,4 题
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教学内容及过程
第四章 锅炉设备的通风计算 Ⅰ通风的作用和方式
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备 注
送风 (给风) 一 ,通风包括 排烟 (引风)
通风是锅炉的"呼吸"器官,是调整锅炉出力的手段,是锅炉正常运行的 保证. 二 通风方式: 1 自然通风:由密度差形成的自生风力克服锅炉烟风道的阻力. 仅用于小型,立式,无尾部受热面的锅炉. 2 机械通风:由风机给烟气或空气加压,克服炉内的阻力.
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教学内容及过程
ξ ks = ks ξ jk
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备 注
ks ---扩散系数 4-12 查得; ξ jk ---局部阻力系数,按突扩求得 4-11 查得.
1当两侧扩散角不同时 扩散角的计算 按较大一侧计算 2天圆地方;天方地圆 2 转弯阻力 通道中所有转弯的阻力系数按下式通式: ξ = k ξ zy BC
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第四章:锅炉设备空气动力计算 第 3 节:风道的阻力计算 第 4 节:烟囱的计算,风机的选择 授课时数
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教学目的与 要求
教学难点与 烟囱的计算方法 重点
(现代化) 授课方法 讲授 教学手段 计算机投影
作 业 思考题
《锅炉及锅炉房设备》 第 263 页 5 题
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备 注
θ 2 = θ py θ ' θ ''
℃
θ 2 ——烟囱的出口温度
θ py ——锅炉排烟温度
θ ' θ '' ——烟气在烟道中和烟囱中的温度降
4 烟囱中烟气平均温度
θ yz =
θ 2 + (θ py θ ' )
2
℃
二 机械通风时烟囱高度的确定 考虑环保要求,要有足够的高度.新建锅炉房只设一个烟囱,并根据锅炉 房容量而定, 《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2001. 新建锅炉房烟囱周围半径 200 m 距离有建筑物时, 烟囱应高出最高建筑物 3 m 以上.当 D>28 MW (40 t )时,烟囱高度不低于 45 m . h 三 烟囱高度确定原则 1 自然通风,克服烟,风道阻力,同时考虑排放. 2 机械通风,主要是排放要求 《工业"三废"排放试行标准》 《工业设计卫生标准》 《锅炉大气污染物排放标准》 《大气环境质量标准》
转弯角度 180° ξ = 2 ξ = 转弯角度 90° ξ = 1 转弯角度 45° ξ = 0.5
当转弯起始和最终截面有变化时,流速取两截面上的流速平均值. 以平均截面 F =
2 1 1 + F1 F2
确定 ω pj
转 180°时 F =
1 1 1 1 + + F1 F2 F3
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特点:炉膛内负压高,烟风道风均为负压,锅炉房卫生好.
∴ 一般用于烟风道阻力不大的小型容量锅炉,且需要高温风机. (排烟温度160 ~ 200°) 2.正压通风 在空气预热器入口处设置风机,无引风机. 特点:风机经过的空气是洁净的,而炉子烟风道为正压,无漏风,但若炉 墙,烟道不严,造成冒烟,锅炉房的卫生条件不好. 3.平衡通风 同时设送,引风机,克服两者的弱点.送风道烟道的阻力分别由送,引风 机承担. a 送风道是正压, 但不是很大, 因不用留有像正压通风那么大的资用压头 来克服烟道的阻力; b 炉膛及烟道是负压, 负压值也不是很大, 因不必负担克服送风道中的阻 力. 优点:有效地送入空气,又使炉膛及全部烟道在合理的负压下运行;锅 炉房的安全卫生条件好;漏风量小. 这种通风方式在目前供热锅炉中最常见. 三,通风计算的目的: 在炉膛内有许多受热面,在增加换热量的同时也给烟气的流动设置了障 碍,所以只凭借烟气与空气之间的容重差而产生的自生风力来克服烟道中 的阻力是不够的.这样会造成烟气不能及时排除,不利于燃烧,甚至会窝 风,烟气不流动.因此必须给烟气和空气增加流动的能量,克服流动过程 中的阻力,以正常送风和排烟. 那么给风,烟气增加多少能量,选择一个什么样的风机才合适,过大,过 小都会影响锅炉的运行.
k ---粗糙度影响修正;
ξ zy ---转弯的原始阻力系数, 取决于形状和相对
曲率半径; B---弯头角度 α 有关的系数
圆形 C---弯头截面形状参数 C=1 正方形
对于扩散转弯,气流不均匀,没有稳定段,或直段长度小于出口截面当量 直径的 3 倍,将求得的阻力系数乘以 1.8 倍. 在管束内转弯时的阻力系数
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备 注
通道截面变化 → 归于局部阻力(略去) 介质速度变化 速度ω变化 介质温度变化 → 比容ν变化 →
hzs = ( ρ k ρ ) g ( z 2 z1 )
气流上升为正z 0 hzs 可正,可负,可为零. 气流下降为负z 0 水平烟风道z = 0
二 阻力计算 (一)沿程摩擦阻力 若介质温度变化不大或没有变化时:
没尾部受热面的小型锅炉 用于 容积较大的锅炉
本章以机械通风为主. P236 序: 一, 通风计算的目的:
锅炉设备的通风计算----烟风道阻力计算. 目的:确定锅炉烟风系统的全压降,为选择送,引风机提供可靠 的依据. 注:在通风阻力计算中,烟风系统各部分介质流量,t,流通截面 等数据均以锅炉额定负荷下的热力计算数据确定. 二,我国工业锅炉烟风道阻力计算的方法用原苏联 1977 版
∴ 通风计算要求得通风过程的流动阻力,选择合适通风设备.
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教学内容及过程
Ⅱ通风计算的原理和基本方法 一, 原理:伯努利方程 在流体力学中学过:当流体在管道中流动时,任意两截面总可以用伯努 利方程表示. 不可压缩流体元流能量方程 p1 +
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备 注
ρω12
2
+ ρgz1 = p 2 +
则两截面的总压降 H 为:
H = h z1 hz 2 = hsl + hsd h zs
hmc 摩擦 hsl ——两截面间介质的流动阻力 Pa hhx 横向冲刷 h 局部 jb
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教学内容及过程
h zs ——由于介质密度变化而产生的流动压头,又叫自生风力 Pa hsd ——由于通道截面变化或介质温度变化所致.而截面变化归于局部阻 力,而实际上有温度变化导致的 hsd 是很小的,可以忽略.