張志華 楊聚嶺 紀(jì)國(guó)梁
(煙臺(tái)荏原空調(diào)設(shè)備有限公司,山東 煙臺(tái) 265500)
小型燃?xì)忮仩t煙囪通風(fēng)力計(jì)算分析及工程應(yīng)用
張志華 楊聚嶺 紀(jì)國(guó)梁
(煙臺(tái)荏原空調(diào)設(shè)備有限公司,山東 煙臺(tái) 265500)
首先對(duì)小型燃?xì)忮仩t的排煙系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行了闡述,隨后針對(duì)小型燃?xì)忮仩t進(jìn)行了煙囪通風(fēng)力計(jì)算方法的分析與說(shuō)明,最后通過(guò)實(shí)例計(jì)算為工程應(yīng)用提供了參考和借鑒。
小型燃?xì)忮仩t;自生通風(fēng)力;通風(fēng)阻力;煙氣平均溫度;煙氣密度
小型燃?xì)忮仩t,即直接提供蒸汽或熱水的燃?xì)忮仩t,或提供夏季制冷和冬季采暖的帶燃燒裝置的燃?xì)庑椭醒肟照{(diào)機(jī)組,因不像工業(yè)鍋爐那么擁有龐雜的煙氣處理系統(tǒng),如何尋找一種簡(jiǎn)便的計(jì)算方法來(lái)確定和校核煙囪高度以及煙道設(shè)計(jì),是本文探討的主要內(nèi)容。通過(guò)總結(jié)日本“空氣調(diào)和衛(wèi)生工學(xué)會(huì)”發(fā)布的《SHASE-S 111-2004 煙囪計(jì)算基準(zhǔn)》以及中國(guó)“《工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算方法》編委會(huì)”發(fā)布的《工業(yè)鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算方法》等文獻(xiàn),認(rèn)為《SHASE-S 111-2004煙囪計(jì)算基準(zhǔn)》比較適合于小型燃?xì)忮仩t的煙囪通風(fēng)力計(jì)算及其設(shè)計(jì)。
本文參考《SHASE-S 111-2004 煙囪計(jì)算基準(zhǔn)》對(duì)小型燃?xì)忮仩t的排煙系統(tǒng)編制了通風(fēng)力計(jì)算方法并進(jìn)行分析和舉例說(shuō)明。
小型燃?xì)忮仩t通過(guò)燃料燃燒產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱水或溶液制取蒸汽或熱水,燃料燃燒后會(huì)產(chǎn)生煙氣,通過(guò)煙道和煙囪排放到大氣中。燃料一般都是清潔能源,比如天然氣、液化石油氣或其他可燃?xì)怏w等,整個(gè)鍋爐系統(tǒng)只有送風(fēng)機(jī)沒有引風(fēng)機(jī),且鍋爐的排煙出口壓力一般接近大氣壓,因此屬于自然通風(fēng)方式。
自然通風(fēng)是指利用煙囪和煙道內(nèi)的熱煙氣與外界冷空氣間密度差所形成的自生通風(fēng)力Z來(lái)克服鍋爐通風(fēng)阻力ΔP。
1.1 煙囪自生通風(fēng)力
因?yàn)闊煹栏叨炔畈惶?,即煙道雖然有一定的自生通風(fēng)力,但通常在通風(fēng)力計(jì)算上煙道自生通風(fēng)力可以省略不計(jì)。
式中 Z1——煙囪自生通風(fēng)力(Pa);
Z2——煙道產(chǎn)生的自生通風(fēng)力(Pa);
H1——煙道與煙囪結(jié)合處至煙囪頂部高度(m);
H2——鍋爐排煙出口至煙道中心高度(m);
ρa(bǔ)——大氣密度(kg/m3);
ρg——煙囪內(nèi)煙氣密度(kg/m3);
ta——大氣溫度(℃);
tg——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度(℃);
tg1——煙囪入口部溫度(℃);
tg2——煙囪排出口溫度(℃);
g——標(biāo)準(zhǔn)重力加速度(g=9.8 m/s2)。
對(duì)于海拔較高地區(qū),需要對(duì)大氣密度和排煙密度進(jìn)行修正。
式中 P——海拔高度下大氣壓(Pa);
P0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101 325 Pa);
ρ——修正后密度(kg/m3)。
另外,煙道各區(qū)段內(nèi)的溫度下降可以根據(jù)表1來(lái)判斷。
表1 煙道內(nèi)溫度下降與入口溫度和煙速的關(guān)系
煙囪內(nèi)的溫度下降可以根據(jù)以下方法求得:
式中 Ki——煙囪壁體熱通過(guò)率[W/(m2×K)],如表2所示;
Ai——煙囪高度方向每米內(nèi)表面積(m2/m);
B——鍋爐燃?xì)庀牧浚∟m3/h);
Vg——單位燃?xì)庀牧康臐衽艧熈縖Nm3/(Nm3燃?xì)猓,如表3所示。
注:Nm3表示標(biāo)態(tài)下氣體體積(1 atm,0℃)。
表2 煙囪壁體熱通過(guò)率(內(nèi)面基準(zhǔn)) 單位:W/(m2×K)
表3 單位燃?xì)庀牧康臐衽艧熈?單位:Nm3/(Nm3燃?xì)猓?/p>
1.2 鍋爐通風(fēng)阻力
鍋爐通風(fēng)阻力ΔP包括煙囪的通風(fēng)阻力ΔP1、煙囪出口通風(fēng)阻力ΔP2、煙道的通風(fēng)阻力ΔP3、鍋爐爐內(nèi)壓ΔP4,即:
1.2.1 煙囪通風(fēng)阻力ΔP1
包括煙囪沿程摩擦阻力ΔPf1(Pa)、煙囪局部阻力ΔPb (Pa)。
式中 λ——煙囪內(nèi)摩擦系數(shù);
ζb——局部阻力系數(shù);
νg——煙囪內(nèi)排煙平均速度(m/s);
d——煙囪內(nèi)徑或當(dāng)量直徑(m)。
式中 Ac——煙囪斷面積(m2);
P——內(nèi)圓周長(zhǎng)(m)。
1.2.2 煙囪排出部通風(fēng)阻力ΔP2
包括煙囪排出口動(dòng)壓頭ΔPν(Pa)以及煙囪頂部防護(hù)傘阻力ΔPr(Pa)。
式中 ζr——煙囪頂部防護(hù)傘阻力系數(shù);
ν0——煙囪排出口煙氣速度(m/s)(排出口部尺寸無(wú)明顯變化時(shí)ν0=νg)。
1.2.3 煙道的通風(fēng)阻力ΔP3
包括煙道內(nèi)沿程摩擦阻力ΔPf2(Pa)、流路轉(zhuǎn)向局部阻力ΔPt(Pa)、斷面變化局部阻力ΔPs(Pa)、合流局部阻力ΔPc(Pa)、調(diào)節(jié)擋板全開時(shí)阻力ΔPd(Pa)。
注意計(jì)算包括直流部和合流部?jī)刹糠肿枇Α?/p>
式中 λ——煙道內(nèi)摩擦系數(shù);
ν——煙道內(nèi)煙氣平均速度(m/s);
L——煙道長(zhǎng)度(m);
d——煙囪內(nèi)徑或當(dāng)量直徑(m);
ζt——不同流向局部阻力系數(shù);
ζs——不同斷面局部阻力系數(shù);
ζc——不同合流部局部阻力系數(shù);
ζd——調(diào)節(jié)擋板全開時(shí)局部阻力系數(shù)。
說(shuō)明:λ、ζb、ζr、ζt、ζs、ζc、ζd應(yīng)根據(jù)《SHASE-S 111-2004煙囪計(jì)算基準(zhǔn)》來(lái)進(jìn)行選取。
1.2.4 鍋爐內(nèi)阻力ΔP4
因小型燃?xì)忮仩t排煙出口壓設(shè)計(jì)一般略高于大氣壓,所以僅考慮與鍋爐連接的煙道和煙囪的通風(fēng)阻力即可,此處鍋爐內(nèi)阻力ΔP4=0 Pa。
1.3 煙囪通風(fēng)力計(jì)算結(jié)果校核
煙囪高度H1≥8 m(周圍200 m以內(nèi)有建筑物時(shí),煙囪應(yīng)高出最高建筑物3 m以上);煙囪出口煙氣速度2 m/ s≤ν0≤5 m/s;煙道內(nèi)煙氣平均速度2 m/s≤ν≤5 m/s;通風(fēng)力與通風(fēng)阻力的差值0≤Z-ΔP≤49 Pa(即5 mmH2O)。
說(shuō)明:當(dāng)Z-ΔP>49 Pa時(shí),煙道內(nèi)需要設(shè)置通風(fēng)調(diào)節(jié)閥。
如表4所示,通過(guò)對(duì)單臺(tái)燃?xì)忮仩t(圖1),兩臺(tái)燃?xì)忮仩t(圖2)的計(jì)算實(shí)例來(lái)提供工程應(yīng)用參考。
海拔高度忽略不計(jì),煙囪煙道為金屬圓形,自然通風(fēng)式。
圖1 煙道煙囪工程略圖(單臺(tái)燃?xì)忮仩t)
圖2 煙道煙囪工程略圖(二臺(tái)燃?xì)忮仩t)
表4 鍋爐煙囪通風(fēng)力計(jì)算結(jié)果
續(xù)表
續(xù)表
從編制的計(jì)算案例可以看出:兩臺(tái)燃?xì)忮仩t共用一個(gè)煙囪的通風(fēng)力計(jì)算相對(duì)單臺(tái)要復(fù)雜些,同時(shí)兩臺(tái)要求的煙囪截面尺寸和高度都會(huì)增大。另外,冬季和夏季都需要對(duì)煙道煙囪分別進(jìn)行通風(fēng)力計(jì)算校核,以判斷是否需要在煙道內(nèi)設(shè)置通風(fēng)調(diào)節(jié)閥。本文的計(jì)算案例全部選用相同規(guī)格的燃?xì)忮仩t,實(shí)際工程應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)遇到不同規(guī)格的燃?xì)忮仩t多臺(tái)組合或帶燃燒裝置的中央空調(diào)機(jī)組與燃?xì)忮仩t多臺(tái)組合,因此對(duì)于其煙囪、煙道的設(shè)計(jì)與校核可參考和借鑒本文介紹的計(jì)算方法。
[1] SHASE-S 111-2004 煙囪計(jì)算基準(zhǔn)[S].
[2]《工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算方法》編委會(huì).工業(yè)鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算方法[M].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.
[3] 林宗虎,徐通模.實(shí)用鍋爐手冊(cè)[M].2版.化學(xué)工業(yè)出版,2009.
[4] 周懿,鐘崴,童水光.通用鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].電站系統(tǒng)工程,2008(6).
[5] 高田秋一.吸收式制冷機(jī)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1987.
[6] GB13271—2014 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].
2015-03-19
張志華(1978—),男,湖北人,助理工程師,主要從事冷凍空調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用研究。