【正文】 鍋爐，它是在自然循環(huán)鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在下降管系統(tǒng)內(nèi)加裝循環(huán)泵，以加強(qiáng)蒸發(fā)受熱面的水循環(huán)。這種鍋爐中的圓筒形鍋殼遂改名為鍋筒，或稱為汽包。 1830 年左右，在掌握了優(yōu)質(zhì)鋼管的生產(chǎn)和脹管技術(shù)之后出現(xiàn)了火管鍋爐。 18 世紀(jì)后半葉改用高 于大氣壓力的蒸汽。鍋爐 “ 鍋 ” 與 “ 爐 ” 兩部分同時進(jìn)行，水進(jìn)入鍋爐以后，在汽水系統(tǒng)中鍋爐受熱面將吸收的熱量傳遞給水，使水加熱成一定溫度和壓力的熱水或生成蒸汽， 然后 引出應(yīng)用。鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。煙風(fēng)阻力計(jì)算包括煙氣側(cè)阻力的計(jì)算，引風(fēng)機(jī)的選擇，空氣側(cè)阻力的計(jì)算及鼓風(fēng)機(jī)的選擇。 京 江 學(xué) 院 JINGJIANG COLLEGE OF J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 29MW 熱水鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算 The calculation of smoke wind resistance in 29 MW hot water boiler 學(xué)生學(xué)號： 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： J 動力熱能 1002 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 副 教 授 2020 年 6 月 I 29MW 熱水鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算 專業(yè)班級： J 動力熱能 1002 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師： 職稱：副教授 摘要 熱水鍋爐在人們的日常生活中是不可缺少的熱力設(shè)備， 將 煤，石油等燃料的化學(xué)能燃燒釋放的熱量傳給 水，加熱后的熱水直接供給工業(yè)生產(chǎn)和民用生活使用。煙風(fēng)系統(tǒng)各部分介質(zhì)流量、溫度以及流通截面等相關(guān)數(shù)據(jù)均根據(jù)鍋爐 結(jié)構(gòu)尺寸及 額定負(fù)荷下熱力計(jì)算數(shù)據(jù)確定。鍋爐包括鍋和爐兩大部分，鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器，爐是指燃燒燃料的場所。 鍋爐的主要工作原理是利用燃料燃燒后釋放的熱能或工業(yè)生 產(chǎn)中的余熱傳遞給容器內(nèi)的水，使水達(dá)到所需要的溫度或一定壓力蒸汽的熱力設(shè)備。 （ 1） 使用的蒸汽壓力方面的發(fā)展： 18 世紀(jì)上半葉，英國煤礦使用的包括瓦特的初期蒸汽機(jī)的蒸汽機(jī)所用的蒸汽壓力等于大氣壓力。隨著鍋爐越做越大，為了增加受熱面積，在鍋殼中加裝單個或多個火筒，稱為火筒鍋爐。鍋爐受熱面是鍋殼外的水管，取代了鍋殼本身和鍋殼內(nèi)的火筒、火管。 （ 3） 鍋爐的循環(huán)方式發(fā)展：以前的火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐都屬于自然循環(huán) 2 鍋爐，水汽在上升、下降管路中因受熱情況不同，造成密度差而產(chǎn)生自然流動。隨著自動控制和水處理技術(shù)的進(jìn)步，它們漸趨成熟。此外，爐膛和燃燒設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)還要求盡量減少鍋爐排煙中的污染物，早年的固定爐排鍋爐多燃用優(yōu)質(zhì)煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。后來人們認(rèn)識到爐膛容積和結(jié)構(gòu)在燃燒中的作用，將爐膛造高， 并采用爐拱和二次風(fēng)，從而提高了燃燒效率。煤由磨煤機(jī)磨成煤粉后用燃燒器噴入爐膛燃燒，發(fā)電機(jī)組的容量遂不再受燃燒設(shè)備的限制。后來又出現(xiàn)了前墻布置的旋流式燃燒器，火焰在爐膛中形成Ｌ形火炬。水在水冷壁管內(nèi)吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經(jīng)上升管到達(dá)鍋筒中，由汽水分離裝置使水、汽分離。燃燒器噴出的煤粉與空氣混合物在爐膛中與其余的熱空氣混合燃燒，放出大量熱量。大多數(shù)的工礦企業(yè)是用蒸汽或高溫?zé)崴畬ζ洚a(chǎn)品進(jìn)行加熱，烘焙，消毒，保溫或作為冬季采暖，夏季空調(diào)制冷的熱源等。用于工業(yè)生產(chǎn)和生活的鍋爐數(shù)量大、分布廣，并且絕大多數(shù)都以產(chǎn)生攜帶一定量 熱能的蒸汽和熱水為目的，以水作為介質(zhì)的形式出現(xiàn)。 鍋爐分類 鍋爐可按照不同的方法進(jìn)行分類。 三、 按循環(huán)方式分類 1. 自然循環(huán)鍋筒鍋爐 ； 2. 多次強(qiáng)制循環(huán)鍋筒鍋爐 ； 3. 低倍率循環(huán)鍋爐 ； 4. 直流鍋爐 ；5. 復(fù)合循環(huán)鍋爐 。 七、 按排渣方式分類 1. 固態(tài)排渣鍋爐 ； 2. 液態(tài)排渣鍋爐 。 C 級鍋爐，除 D 級鍋爐外的下列鍋爐： : 額定工作壓力 ≤ 且額定蒸發(fā)量 ≤； : 額定出水溫度＜ 120℃ 且額定熱功率 ≤； : 額定熱功率 ≤。我國自行設(shè)計(jì)、制造的第一代熱水鍋爐是 20 世紀(jì) 70 年代初由上海工業(yè)鍋爐研究所研發(fā) 的“ 快裝鍋爐 ” 。近年來出現(xiàn)的鍋殼式螺旋煙管水火管鍋爐，利用高新科學(xué)技術(shù)改造老產(chǎn)品，解決原有的快裝鍋爐存在的不足和缺陷，使之成為具有體積小、耗鋼量低、熱效率高的創(chuàng)新產(chǎn)品，這是對我國熱水鍋爐發(fā)展史上具有歷史性意義的突出貢獻(xiàn)。燃燒過程是放熱過程，而傳熱過程是吸熱過程。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在爐膛中同時進(jìn)行燃燒與傳熱兩個過程 。 熱水鍋爐在社會生活中的應(yīng)用現(xiàn)狀 ： 熱水鍋爐在人們的日常生活中不可缺少的熱力設(shè)備。然而，在我國東北，華北，西北地區(qū)，冬天寒冷，利用蒸汽鍋爐采暖，熱量損失巨大，與蒸汽鍋爐采暖相比，熱水系統(tǒng)的熱量損失要小的多。鍋爐本體前面為爐膛輻射受熱面，由密排的雙方形盤管構(gòu)成；后部為對流沖刷受熱面，由蛇形管束組成。 三、導(dǎo)熱油鍋爐全自動電腦智能控制系統(tǒng)主要功能： 1. 導(dǎo)熱油溫控制：根據(jù)溫度傳感器信號控制鍋爐機(jī)組的自動啟停并對導(dǎo)熱油溫高進(jìn)行雙重安全保護(hù)； 2. 系統(tǒng)壓力控制：對系統(tǒng)壓力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，超壓欠壓差壓安全聯(lián)鎖保護(hù)； 7 3. 鍋爐液位控制：根據(jù)浮球液位計(jì)信號控制注油泵的啟停，保證鍋爐液位在設(shè)定范圍內(nèi)； 4. 輔機(jī)控制：延時啟動各動力元件，輔機(jī)啟動后對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，循環(huán)泵雙泵設(shè)置，一備一用； 5. 安全控制：鍋爐超溫超壓欠壓差壓保護(hù)，鍋爐液位超限保 護(hù)，循環(huán)泵、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、除渣機(jī)、爐排機(jī)、上煤機(jī)、注油泵故障聯(lián)鎖； 6. 定時開關(guān)機(jī)：每天 4 時段定時開關(guān)機(jī) ； 7．配備手動開關(guān)：以備應(yīng)急使用，無須擔(dān)心因控制柜偶爾故障而帶來的不便之苦 ； ：實(shí)現(xiàn)功能齊全，性價比高，為用戶降低運(yùn)行成本 ； ：與電腦控制系統(tǒng)互為備用，當(dāng)電腦系統(tǒng)發(fā)生故障時可應(yīng)急使用 ； 遙控上煤器：異地上煤，操作工人只需站在煤斗下按下遙控器的上煤鍵即可自動上煤。 鍋爐運(yùn)行采用血液循環(huán)原理，結(jié)合專用微電腦控制器 CPU，通過溫度傳感器，構(gòu)成循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 （ 2）控制器帶內(nèi)藏式日歷時鐘，系統(tǒng)可按用戶要求，在一天內(nèi) 4 個時間段任意設(shè)定開、關(guān)機(jī)時間，節(jié)省電損耗，降低鍋爐使用費(fèi)用。（不銹鋼電加熱管型） （ 4）所配置的 電器均為 “ 中國馳名商標(biāo) ” 產(chǎn)品、 “ 中國名牌 ” 產(chǎn)品，具有 “ CE” 和 “ 3C”強(qiáng)制認(rèn)證標(biāo)志。 （ 8）鍋爐可連 接大型蓄熱水箱，利用夜間低谷電把水加熱至 95℃ ，進(jìn)行蓄熱儲存，白天利用換熱器換熱后進(jìn)行供暖，對電網(wǎng)起到了削峰添谷的作用，運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)。在爐膽橫水管和豎水管口對應(yīng)的鍋筒上開有手孔，以便檢修及內(nèi)部清洗 。爐體結(jié)構(gòu)及煙氣流程布局合理、傳熱良好、結(jié)構(gòu)簡單、維修保養(yǎng)方便，并且占地面積小，基建投資較少，運(yùn)行費(fèi)用低。鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算的目的在于確定鍋爐煙、風(fēng)系統(tǒng)的全壓降，用以選擇使用的 送、引風(fēng)機(jī)。與美國、德國等國家鍋爐廠商使用的鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算方法在原理上是相同的。 煙風(fēng)阻力計(jì)算設(shè)計(jì)優(yōu)化和改進(jìn) 鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算是在熱力計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過對煙氣和空 氣通道的空氣動力學(xué)計(jì)算，求解通道的流動總阻力，從而為選擇合適的引、送風(fēng)機(jī)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鍋爐煙氣阻力分為摩擦阻力和局部阻力兩種。造成邊界層的分離，從而產(chǎn)生擾動和大量的漩渦，是流體壓頭損失。但由于其相對獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性，基于方圓結(jié)構(gòu)的流場及阻力特性，國外有借助實(shí)驗(yàn)手段對其進(jìn)行研究的情況。 引風(fēng)機(jī)選型： 煙氣容量 的計(jì)算； 引風(fēng)機(jī)應(yīng)有煙氣量 的計(jì)算； 引風(fēng)機(jī)應(yīng)有壓頭 的計(jì)算； 根據(jù)引風(fēng)機(jī)應(yīng)有煙氣量和應(yīng)有壓頭選擇 引風(fēng)機(jī)型號 ； 引風(fēng)機(jī)參數(shù) 。 12 第 2 章 煙氣側(cè)阻力計(jì)算 鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算的目的在于確定鍋爐煙、風(fēng)系統(tǒng)的全壓降，用以選擇使用的送、引風(fēng)機(jī)?？諝饬鞒蹋何L(fēng)管路 → 調(diào)風(fēng)門 → 鼓風(fēng)機(jī) → 送風(fēng)管路 (包括三通、直角、轉(zhuǎn)彎等） →分倉風(fēng)室 (承載風(fēng)箱 )→ 等壓風(fēng)倉 → 爐排 → 煤層。 （ 3）鼓、引風(fēng)機(jī)選擇時盡量使計(jì)算所需的應(yīng)有風(fēng)量 Qr，應(yīng)有煙頭 Hr 分別接近所選風(fēng)機(jī)的風(fēng)量 Q，全頭 H，使風(fēng)機(jī)能在高效點(diǎn)附近工作。 縱向、橫向相對截距 由表 21 可得八字煙道橫向節(jié)距 S1=，縱向節(jié)距 S2=，截面積 F=，管子直徑 d=，當(dāng)量直徑 Ddl=。 且 3σ110，故單排管子阻力系數(shù) ξ10=(σ11)=。 按表 22 之 1 直角與壁平齊的通道出口局部阻力系數(shù) ξ2=。 表 22 截面變化及轉(zhuǎn)變局部阻力系數(shù) 序號 名稱 簡圖 局部阻力系數(shù) 1 直邊與壁相平的通道入口 ξ= 2 直邊伸出壁外的通道入口 當(dāng) δ/a≈0(δ 為壁厚 )， a/d≥, ξ≈ 當(dāng) δ/d≥, ξ≈ 當(dāng) ＜ a/d＜ , ξ≈ 3 帶圓邊的通道入口 當(dāng) r/d= 邊與壁平 ξ= 邊伸出壁外 ξ= 當(dāng) r/d=，均為 ξ= 當(dāng) r/d=，均為 ξ= 15 4 帶直邊擴(kuò)口的通道入口 （ a）與壁相平 （ b）伸出壁外 ξ l/d=~ ≧ α=30176。 α=50176。連續(xù)加熱爐的煙氣溫度比較穩(wěn)定，均熱爐和其他熱處理爐等周期性的間歇式工作的爐子不單煙氣量隨著加熱工藝變化， 16 而且煙氣溫度也有較大的變化，因此，煙道計(jì)算時應(yīng)采用典型工藝段的煙氣出爐溫度。煙氣動壓頭 Pd=ρowy2/2273/(273+θ) =273/(273+) =24Pa （ 23） 式中 ρo ——（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）煙氣密度， kg/m3； wy ——煙氣流速， m/s； θ ——煙 氣溫度 ， ℃ 。功能：用于計(jì)算流體受局部阻力作用時的能量損失。轉(zhuǎn)彎局部阻力系數(shù) ξ=，對 45176。 此處對 180176。計(jì)算燃料消耗量 Bj=。 局部阻力系數(shù)與流體方向和速度變化有關(guān)的系數(shù) ， 具體指：流體流經(jīng)設(shè)備及管道附件所產(chǎn)生的局部阻力與相應(yīng)動壓的比值，其值為無量綱數(shù)。煙氣溫度 θ=℃ 。 入口、出口阻力系數(shù) 按 [1]表 12 之 1，螺紋煙管入口阻力系數(shù) ξ1 = 按 [1]表 12 之 6，螺紋煙管出口阻力系數(shù) ξ2 = 螺紋煙管阻力 螺紋煙管總阻力系數(shù) ξ= ? L/d+ξ1+ξ2 =++ = （ 27） 式中 ? ——螺紋煙管流阻系數(shù) ； ξ1 ——螺紋煙管入口阻力系數(shù) ； ξ2 ——螺紋煙管出口阻力系數(shù)。 按 [1]圖 111Fsmb 得后煙箱截面變化阻力系數(shù) ξ2=。 后煙箱煙氣速度 wy=Vy’’/F2=。 根據(jù)樣本、除塵器阻力取 ΔH7=1050Pa。煙氣速度 wy=VyBj/F（ 273+θ） /273 =(273+180)/273 =（ 29） 式中 Vy ——（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）煙氣容積， m3/s； Bj ——計(jì)算燃料消耗量 ， kg/s； θ ——煙氣 溫度 ， ℃ 。由沿程阻力系數(shù) ? ，長度 L，直徑 d，動壓頭 Pd得沿程阻力 h1=? L/dP d =（ 452） /2 =29Pa （ 210） 式中 ? ——沿程阻力系數(shù) ； L ——煙道進(jìn)出口截面高度差 ， m； d ——直徑， m； Pd ——動壓頭， Pa。 按 [1]之 出口阻力系數(shù) ξ2 =1。自生通風(fēng)壓頭的符號是這樣規(guī)定的：當(dāng)煙氣（或熱空氣）向上流動時取正號，向下流動時取負(fù)號。 23 第 3 章 引風(fēng)機(jī) 引風(fēng)量應(yīng)略大于 排風(fēng)量 ，而 排風(fēng)量 又取決于煙氣量，因此應(yīng)根據(jù) 排風(fēng)量 來選擇風(fēng)機(jī)，選擇 引風(fēng)機(jī) 時應(yīng)考慮其使用溫度，高溫 引風(fēng)機(jī) 可以用于低溫，但低溫風(fēng)機(jī)用于高溫時應(yīng)慎重，流量分為標(biāo)態(tài)下的 流量和運(yùn)行 工況點(diǎn) 的流量，一般高溫時氣體的密度會小于低溫時的密度 ， 風(fēng)機(jī) 軸功率 會減少，但風(fēng)量不會變化 。由表 25 排煙溫度 θpy=156℃ ，按 ? py=，得煙氣總?cè)莘e