第三节 锅炉烟风系统

一、风机选择原则

（1）锅炉鼓、引风机宜单炉配置，采用单炉配置时，系统简单，漏风量少，不同的机炉之间气流不会互相干扰，便于实现自动控制，运行比较安全可靠。对于燃油燃气锅炉房还有利于安全防爆。只有蒸发量较小的、人工控制的锅炉在必要时才考虑锅炉房内几台锅炉集中配置鼓、引风机。

（2）单炉配置鼓、引风机时，风量的富裕量宜为10%，风压的富裕量宜为20%。集中配置风机时，鼓、引风机均不应少于2台，其中各有一台备用，并应使风机符合并联运行的要求，其风量、风压的富裕量应比单炉配置时适当加大。

（3）选择风机时应尽量使风机常年在较高效率范围内运行。同时，必须按当地大气压和实际运行温度，对厂家配套的或从风机样本中选用的风机风量、风压及功率进行校核计算，根据计算结果来选择风机。

（4）从节能和有利于运行调节考虑，在技术经济合理前提下，大于或等于35t/h的锅炉宜采用电动机调速装置代替风机入口节流装置（常用的如调节门、转动档板或导向器）调节风、烟气量。

二、风机选择计算

（一）鼓风机的风量计算见式（4-1）

式中 Qg——鼓风机的风量（m3/h）；

1.1——风量储备系数；

tik——进入风机的空气温度（℃）；

b——当地大气压（kPa）；101.325——标准大气压（kPa）；

Vg——锅炉在额定工况下的实际空气量（标准状态）（m3/h）；

Vg=αjBjVo

式中 αj——炉膛过剩空气系数；

Bj——计算燃料量（kg/h）；

Vo——理论空气量（标准状态）（m3/kg）。

（二）鼓风机的风压

鼓风机的风压计算见式（4-2）

式中 pg——鼓风机风压（Pa）；

1.2——风压储备系数；

ΣΔp——未进行当地大气压修正的风道总阻力（Pa）；

tg——鼓风机铭牌上标出的介质温度（℃），通常为20℃；

ρL——进入风机的空气密度（kg/m3），按式（4-13）计算；

1.293——标准状态下的空气密度（kg/m3）；

tik、b——同风量计算式。

（三）引风机的风量

引风机的风量计算见式（4-3）

式中 Qy——引风机的风量（m3/h）；

Vy——锅炉在额定工况下的实际烟气量（标准状态）（m3/h）；

tpy——进入风机的烟气温度（℃）；

其余数字、符号同鼓风机风量计算式。

Vy=Bjvy

式中 Bj——计算燃料量（kg/h）；

vy——实际烟气比体积（标准状态）（m3/kg）。

（四）引风机的风压

引风机的风压计算见式（4-4）

式中 py——引风机的风压（Pa）；

ΣΔpy——未进行当地大气压修正的烟道总阻力（Pa）；

S——烟囱抽力（Pa）；

ty——引风机铭牌上标出的介质温度（℃），通常多为200℃或250℃；

1.34——标准状态下烟气密度（kg/m3）；

其余数字、符号参见鼓风机风压计算式及上式。

（五）二次风机的选择

二次风机的风量及风压可按锅炉制造厂提供的数据取用。对一般层燃炉，二次空气量占燃烧需要空气量的8%～15%，当燃料挥发分较大时取较高值。二次风的风压根据炉膛内所需要的射程确定，其风压一般在2500～4000Pa之间，风压与射程的关系可按表4-2选取。

（六）风机及电动机功率的计算

1.风机所需的轴功率见式（4-5）

式中 N——风机所需的轴功率（kW）；

Q——风机风量（m3/h）；

p——风机风压（Pa）；

ηf——风机在全压时的效率，在风机样本中可查到，一般在0.7～0.8；

ηc——机械传动效率，与电动机带动的方式有关，见表4-3。

2.电动机的功率见式（4-6）

式中 Nd——电动机的功率（kW）；

N——风机所需的轴功率（kW）；

ηd——电动机效率，一般取0.9；

K——电动机储备系数，按表4-4选取。

（七）风机性能在不同使用条件下的修正

（1）各种鼓、引风机的主要技术参数（转速、全压、流量、功率）、安装及外形尺寸，所配电动机的型号和功率等可在厂家的风机样本及《锅炉房实用设计手册》第三章5节查到。样本所列风机性能均系厂家标定的性能，为了选择适合使用条件的风机，必须把使用条件换算到风机性能表标定的条件，然后根据换算结果选择风机。

（2）风机使用条件与风机样本或使用说明书中的性能表中标定的条件不符时，应按式（4-7）、式（4-8）进行换算

1）当介质密度ρ，转速n改变时

2）当大气压力b及其温度t改变时

式中 p2、Q2、N2——风机性能表中标定的全压、流量、轴功率；

b1——使用条件下的大气压（Pa）；

b2——性能表中标定的大气压（Pa）；

t1——使用条件下的气体温度（℃）；

t2——性能表中标定的气体温度（℃）；

p1、Q1、N1——风机使用条件下的全压、流量、轴功率；

ρ1——使用条件下的介质密度（kg/m3）；

ρ2——性能表中标定的介质密度（kg/m3）；

n1——使用条件下风机的转速（r/min）；

n2——性能表中标定的风机转速（r/min）。

三、风烟管道设计及计算

（一）风烟管道设计要点

（1）风烟管道布置应力求短捷、平直、附件少、气密性好、阻力小。

（2）风烟管道材料应有足够的耐热性、耐磨性和耐压性，一般用钢板材制作，冷、热风道板厚一般为3～4mm，烟道板厚一般为4～5mm，燃油燃气锅炉烟道钢板厚一般为4～6mm。关于烟风系统管道的材料及规格也可按《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T 5121）第5.1节中有关规定选取。

（3）大尺寸的风烟管道应配置足够的加强肋或加强杆，增强刚度与强度。

（4）几台锅炉共用一个烟囱或烟道时，宜使每台锅炉的抽力均衡，总烟道内各截面处的流速不宜有显著差别，避免气流的冲撞。

（5）风烟道应尽量布置在地面上，并在烟道适当位置设置清扫口。

（6）引风机、热风道、烟道均应保温，热风、烟道热膨胀应采取补偿措施。

（7）风烟道设置必要的测点，满足测试仪表装设的要求。

（8）锅炉烟风道系统的设计，应符合《锅炉房设计规范》（GB 50041）和《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T 5121）的要求。

（二）风烟管道设计计算

1.风烟道流速和断面尺寸的确定

（1）风烟道流速一般应按介质的特性、设置的条件、合理的运行费和基建投资费等因素考虑。烟道的流速还应考虑防止堵灰、过量积灰和磨损的要求。机械通风时常用的风烟道流速：金属管道10～15m/s；砖或混凝土风道4～8m/s，烟道6～8m/s，这些常用流速均为推荐值。

（2）风烟道截面积计算见式（4-9）

式中 F——风烟道截面积（m2）；

V——空气量或烟气量（m3/h），参见《锅炉房实用设计手册》第二章1.2节；

w——空气或烟气流速（m/s）。

风、烟道截面应力求采用圆形，因在气流阻力和流量相同的情况下，采用圆形截面耗材量少，加工方便，气流速度较均匀，不易形成滞流区，采用矩形风烟道，则以接近正方形较节省材料。

2.风烟道的阻力计算

（1）风烟道摩擦阻力计算见式（4-10）

式中 Δpm——风烟道摩擦阻力（Pa）；

λ——摩擦阻力系数，对金属管道取λ=0.02，对砖砌或混凝土管道取λ=0.04；

L——管段长度（m）；

d——管段内径（m），对于非圆形管道用当量直径dp代替d，见式（4-11），对于边长为a、b的矩形管道当量直径dp按式（4-12）计算；

w——气体流速（m/s）；

ρ——气体密度（kg/m3），按式（4-13）计算。

dp=4F/u （4-11）

式中 dp——当量直径（m）；

F——管道截面积（m2）；

u——管道截面周长（m）。

dp=2ab/（a+b） （4-12）

式中 ρ0——标准状态下（0℃、101.325kPa）的气体密度（kg/m3），空气为1.293kg/m3，烟气为1.34kg/m3；

t——气体的温度（℃）。

（2）风烟道局部阻力Δpf系指流道截面变化或通道改变方向处所造成的阻力，见式（4-14）

式中 Δpf——风烟道局部阻力（Pa）；

ζ——局部阻力系数，可从《锅炉房实用设计手册》中表3-5查取。

（3）锅炉烟气系统总阻力。烟气系统的总阻力是指从炉膛出口至烟囱出口的全部阻力ΣΔp，它由锅炉机组本体的烟道阻力Δpbt（其值由锅炉制造厂提供）、锅炉出口至烟囱入口的烟道阻力Δpyd（其值包括沿程摩擦阻力Δpm与局部阻力Δpf之和，其中若有除尘器时还应包括除尘器阻力Δpcc），以及烟囱阻力Δpyz三部分组成，见式（4-15）

ΣΔpy=Δpbt+Δpyd+Δpyz （4-15）

式中 ΣΔpy——烟气系统总阻力（Pa）。

当所在地区海拔超过300m时，应根据当地大气压进行阻力值的修正，见式（4-16）

式中 Σ′Δpy——修正后烟气系统总阻力（Pa）；

ΣΔpy——未修正的烟气系统总阻力（Pa）；

b——当地大气压（kPa）；

101.325——标准大气压（kPa）。

（4）锅炉风道系统总阻力ΣΔp。风道系统总阻力是指从鼓风机风道入口至锅炉的整个系统（含空气预热器、炉排或燃烧器等）阻力之和，见式（4-17）

ΣΔp=Δpfd+Δpbt （4-17）

式中 ΣΔp——风道系统总阻力（Pa）；

Δpfd——风道阻力（Pa），计算与烟道相同；

Δpbt——锅炉本体系统阻力（Pa），由锅炉制造厂阻力计算书中查取。

当所在地区海拔超过300m时，也应参照式（4-16）进行阻力值修正。

四、烟囱的计算

（一）烟囱高度的确定

（1）锅炉烟囱高度应满足国家《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）和《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271—2014），若当地有锅炉排放地方标准时还应予以满足。

当锅炉房附近有飞机场时，烟囱高度及其位置应取得当地航空部门同意。如烟囱高度受限制不能满足环保要求时，还应与当地环保部门协商，采取有效弥补措施，如改用燃烧清洁燃料的锅炉，加大引风机压头，提高烟囱出口流速，加强烟气的高空扩散，采用高效烟气净化设备等。

（2）燃油燃气锅炉房烟囱高度除须保证必要的抽力和满足环境保护规定外，还应注意烟囱设置位置，使排烟通畅，不影响锅炉的正常燃烧。若集中烟囱沿建筑物外墙布置时，其顶部应高出建筑物3m以上，设置防雷避雨措施。

（3）设置在高层建筑群内的锅炉房烟囱除满足“排放标准”要求外，还应避免高层建筑风压带对烟囱排烟的不良影响，烟囱高度应超过风压带0.6m以上。对于过长、过高的排烟系统，设计时必须进行排烟系统阻力与抽力的计算，以便采取克服阻力过大或抽力过大影响锅炉正常运行的措施。

（4）当按烟囱抽力校核烟囱高度时，对于常年运行的锅炉房，应分别以冬季、夏季采暖通风计算温度和相应的锅炉最大蒸发量计算，取其中较高值。对于采暖期运行的锅炉房，应分别以采暖期室外计算温度和采暖末期的室外温度及其相应锅炉的最大蒸发量计算，取其中较高值。

烟囱抽力的计算见式（4-18）

式中 S——烟囱抽力（Pa），对于自然引风锅炉的烟囱抽力应使其等于或大于1.2倍的烟气系统总阻力，每米烟囱高度的抽力，可查《锅炉房实用设计手册》表3-8；

H——烟囱高度（m），其取值应符合烟囱设计模数系列，即30m、45m、60m、80m、100m、120m、150m、180m、210m、240m；

ρok、ρoy——标准状态下空气和烟气的密度（kg/m3）；

tk——室外空气温度（℃）；

tpj——烟囱内烟气平均温度（℃），见式（4-19）；

b——当地大气压（Pa）。

式中 t′——烟囱进口处烟温（℃）；

Δt——烟气在烟囱内每米高度的温度降（℃/m），对于工业锅炉房可按经验公式计算，见式（4-20）

式中 D——共用一个烟囱时，所有运行锅炉的最大蒸发量之和（t/h）；

A——考虑不同种类烟囱的修正系数，见表4-5。

（二）烟囱出口直径

（1）确定烟囱出口直径（内径），先要恰当地选定烟囱出口的烟气流速，使烟囱在锅炉全负荷运行时不致因阻力太大，在最低负荷运行时不致因外界风力影响造成空气倒灌，烟气排不出去。此外，选用烟囱流速时还应根据锅炉房扩建或锅炉房增容改造的可能性取适当的数值，我国大部分地区的工业锅炉房，烟囱出口流速，对于机力引风，全负荷时在12～20m/s，自然引风则在10～15m/s，最低负荷时在2.5～3m/s，一般不宜取上述数值的上限，以便留有适当发展余地，对于微正压燃烧锅炉，在克服烟气系统阻力所能允许的条件下，应提高烟囱内烟气流速，缩小烟囱直径，降低烟囱造价。圆形烟囱出口内径一般不宜小于0.8m，当直径较小时可做成方形，以便于施工，金属烟囱不受其限制。

大中型锅炉的烟囱设计，应按照相应的规定执行。

（2）烟囱出口内径计算见式（4-21）

式中 d1——烟囱出口内径（m）；

Bj——每台锅炉计算燃料消耗量，对不同炉型的锅炉应分别计算（kg/h）或（m3/h）；见第二章式（2-23）、式（2-24）。

n——利用同一烟囱的锅炉台数；

Vy——烟囱出口计入漏风系数的烟气量（标准状态）（m3/kg）或（m3/m3），参见第一章第三节；

tc——烟囱出口处烟气温度（℃）；

w0——烟囱出口处烟气流速（m/s），可按《锅炉房实用设计手册》第三章表3-11选用。

（3）烟囱出口内径d1，也可用锅炉房蒸汽总量（或额定热功率）估算，见式（4-22）

式中 d1——烟囱出口内径（m）；

nd——由一个烟囱负担的蒸汽总量（t/h或MW）；

Vy——产生1t/h（或0.7MW）蒸汽的估算烟气量（m3/h），可由《锅炉房实用设计手册》第三章表3-3查得。

（三）烟囱阻力

烟囱阻力包括摩擦阻力Δpmyc和出口局部阻力Δpcyc，两者之和即为烟囱总阻力。

（1）摩擦阻力计算见式（4-23）

式中 Δpmyc——摩擦阻力（Pa）；

λ——烟囱摩擦阻力系数，砖、混凝土、金属烟囱均取λ=0.04；

dpj——烟囱平均直径（m），见式（4-24）；

H——烟囱高度（m）；

wpj——烟囱内烟气平均流速（m/s）；

ρpj——烟囱内烟气平均密度（kg/m3）。

式中 d1、d2——烟囱出口、入口内径（m）。

（2）烟囱出口局部阻力计算见式（4-25）

式中 Δpcyc——烟囱出口局部阻力（Pa）；

ζ——烟囱出口阻力系数，取ζ=1；

wc——烟囱出口烟气流速（m/s）；

ρc——烟囱出口处烟气密度（kg/m3）。