燃氣鍋爐房煙風管道設計及工程問題處理

趙一川 劉桂林

摘 要：燃氣鍋爐房設計中，煙風管道結(jié)構和布置的合理設計能使空氣在最低的壓力降下進入爐膛，并使鍋爐的燃燒產(chǎn)物快速排出，進而能保證鍋爐的正常燃燒。本文介紹了煙風管的結(jié)構及布置原則，并結(jié)合某項目中燃氣鍋爐存在的出力不夠的問題，進行阻力計算的校核，并提出合理的解決方案，為以后類似設計提供參考。

關鍵詞：煙風道；局部阻力；異形件 ；布置；阻力校核

1.引言

在小型燃氣鍋爐房的設計中，特別是改造項目，設計者常常對煙風道的設計不夠重視，導致煙風道結(jié)構不合理、且受現(xiàn)場條件限制，煙風道管道拐彎過多等，造成煙風道阻力過大，可能影響鍋爐的正常運行。煙風管道的設計應該盡量要求在最低的壓力降下把空氣輸送給燃燒器和在最低的壓力降下排送煙氣。下文將著重介紹常見的煙風道結(jié)構及布置設計的要點。

2.煙風管道結(jié)構及布置設計

煙風道壓降由管道摩擦損失和管件局部阻力損失（動壓損失）兩部分組成， 但摩擦損失比局部阻力損失小得多。要降低管道總壓降關鍵靠減少局部阻力損失。局部阻力損失是由管內(nèi)氣體速度的變化引起的， 無論速度在數(shù)值上的變化（如管道突然擴大或縮?。?還是在方向上的變化（如管道轉(zhuǎn)彎）， 都會引起局部動壓損失。因此， 設計和布置煙風道時， 應該在場地許可的條件下力求簡短、平直， 避免拐彎擴縮。

2.1拐彎結(jié)構及其布置

煙風道的彎頭和拐角， 是增大阻力、使氣流不均、產(chǎn)生旋渦和死角的重要因素， 設計中尤其要加以注意。應盡量使用緩彎頭（進、出口截面積相等， 內(nèi)外側(cè)圓弧的曲率半徑在同一個圓心上的彎頭， 除此之外的其他彎頭均稱為急彎頭）， 或內(nèi)外側(cè)均為弧形的急彎頭。而不應使用帶直角的彎頭， 尤其不要采用內(nèi)側(cè)帶直角的彎頭。要求在轉(zhuǎn)彎過程中同時改變流通截而大小的急彎頭， 稱為擴散形或收縮形彎頭， 其內(nèi)外側(cè)應有相同的彎曲半徑。對轉(zhuǎn)彎之后需要收縮的煙風道， 使用一個收縮形急彎頭來代替， 可簡化結(jié)構， 并降低阻力。但對轉(zhuǎn)彎之后需要擴一散的管道， 不宜使用擴散形急彎頭， 宜在等截面積轉(zhuǎn)彎后再擴散。管道上要力求避免彎頭直接串連， 因直接串連的兩彎頭的總阻力， 比各個彎頭分別的阻力之和要大兩倍左右。如需要連續(xù)多次拐彎， 相鄰彎頭之間應保證中所要求的直管長度。

2.2 變徑管

擴散管：擴散角宜為7°～15°，且不宜大于20°；當擴散角大于20°時，應采用階梯型擴散管或曲線型擴散管；階梯型擴散管后應盡量避免直接布置彎頭；當擴散角大于30°時，應加導向板。

收縮管：最佳收縮角為25°，但不要超過60°。

2.3 分流和合流結(jié)構

在煙風道的分流或合流處， 如用聯(lián)箱分配或集合氣流， 阻力較大。因此， 當分流或合流的支路數(shù)量在4路以下時， 宜采用阻力系數(shù)較小的三通或分流管。

3.現(xiàn)場問題

在某項目中燃氣鍋爐房現(xiàn)場情況反饋，鍋爐出力只能維持在70%左右，且線性很差，在高荷運行期間，若出現(xiàn)天然氣波動，鍋爐因缺氧燃燒沒出嘯叫，嚴重時可能停爐甚予爆炸，存在運行風險和安全風險。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試試驗送風機風壓為6700Pa，鍋爐出力不足，可能是由于鍋爐送風機風壓不足造成。為查明問題所在，現(xiàn)根據(jù)設計圖紙及廠家提供資料對送風機風壓進行核算。

4.風壓校核及分析

4.1 煙風道阻力計算

其中，ω：氣體流速 （m/s）；ρ：氣體密度（kg/m3）；L：管段長度（m）；λ：摩擦阻力系數(shù)；v：流量（m3/h）；F：煙道截面積 （m2）；d：管道當量直徑（m）； ：煙囪高度； ρ1：外界空氣密度（kg/m3）；ρ2：煙囪出口處煙氣密度（kg/m3）。

4.2煙風道阻力計算

通過設計施工圖可知，該送風機風壓加上煙囪抽力應能克服鍋爐本體阻力（包含節(jié)能器和水預器）、燃燒器阻力、煙道（含煙囪）及風道阻力的總和。根據(jù)公式（1） （2） （3）可得以下表：

由于風道直管道較大，空氣流速很低，風道沿程阻力可忽略不計。

根據(jù)相關設計資料，煙囪高度為20m，排煙溫度為135℃，利用公式4可得煙囪抽力S約40Pa。

4.3送風機風壓計算

根據(jù)《鍋爐房設計規(guī)范》（GB50041-2008），送風機風壓的富裕量不宜小于計算風壓的20%，綜上可知，送風機風壓Pg=1.2（ΣΔP-S）。根據(jù)廠家資料可查，鍋爐本體總阻力：ΔP1=1461.17Pa；燃燒器最大風阻：ΔP2=4500Pa。通過計算送風機風壓需要8435Pa。風機出口風壓最大為6700Pa，遠小于計算值，風機風壓無法滿足要求，應更換風機。

5.結(jié)論分析

1、從計算過程來看，煙道設計不太合理，轉(zhuǎn)彎較多，局部阻力過大，容易形成偏流和紊流，影響煙氣順利流通，進而影響鍋爐燃燒。從表2中可知，出水預器處90°拐彎及接煙囪大小頭處阻力過大。因水預器后下方出口管徑過小，流速增大到34m/s，且出口形式不太合理，建議適當增大出口管徑，同時采取增加導流板等方式以減少局部阻力。

2.通過送風機型號修改以及煙道布置修改，現(xiàn)場鍋爐嘯叫聲明顯減小，鍋爐運行情況得到改善。

參考文獻：

[1]鍋爐房實用設計手冊 第2版

[2] DL/T 5121-2000 火力發(fā)電廠煙風煤粉管道設計技術規(guī)程

[3] GB50041-2008， 鍋爐房設計規(guī)范