探析施工建筑过程中燃气锅炉烟囱和烟道的设计参数取值研究

田秀芳　江崇旭

摘要：目前，施工建筑过程中燃气供热锅炉在北方地区大量推广，为保证建筑锅炉正常运行，建筑锅炉烟囱和烟道的设计是建筑施工过程中至关重要的过程，但其建筑施工设计参数的选取依据不明，容易引起较大设计误差。本文对建筑燃气锅炉烟囱和烟道内烟气温降、烟气量及空气流速的取值进行了研究，给出了参数取值的建议。

关键词：建筑燃气供热锅炉；烟气温降；烟气量；空气流速

中图分类号：TU228 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2017）05-183-03

前言

近年来，施工建筑燃气供热锅炉在北方地区大量推广，为保证锅炉正常运行，施工建筑锅炉烟气需顺利排出，施工建筑锅炉烟囱和烟道的设计至关重要，但其设计参数的选取依据不明，容易引起较大设计误差。

鉴于此，本文对施工建筑燃气锅炉烟囱和烟道设计的个别参数取值进行研究。

1施工建筑锅炉烟囱和烟道设计计算参数取值研究

1.1施工建筑基本知识

1.1.1施工建筑烟囱抽力计算

1.1.2施工建筑中烟道阻力计算

施工建筑中烟道阻力分为烟道摩擦阻力和局部阻力，烟道的摩擦阻力计算公式如下：

其中烟气流速与烟气量、烟道尺寸有关，其计算公式如下：

烟道的局部阻力计算公式如下：

1.1.3施工建筑中烟囱阻力计算

施工建筑中烟囱阻力分为烟囱摩擦阻力和局部阻力，烟囱的摩擦阻力计算公式如下：

施工建筑中烟囱的局部阻力计算公式如下：

1.1.4施工建筑中烟囱自然通风能力计算

施工建筑中烟气系统的总阻力计算公式如下：

采用自然通风且全年运行的锅炉房，应分别以冬、夏室外温度相应最大蒸发量为基础来计算烟囱抽力Sv和烟气系统总阻力∑△h_y，且均满足S_y≥1.20∑△h_y：对于专供建筑采暖的锅炉房，应分别以建筑供暖室外计算温度和采暖期结束时的室外温度和相应的最大蒸发量为基础来计算S_y和∑△h_y，且均满足S_y≥1.20∑/△h_y。

1.2施工建筑中锅炉烟道和烟囱计算参数取值研究

当施工建筑中锅炉烟道和烟囱平面布置完后，室外空气温度、摩擦阻力系数、施工建筑中烟道和烟囱尺寸和长度、局部阻力系数都已确定，施工建筑中烟囱的抽力和系统的阻力主要与管道内烟气的平均温度、烟气量有关。

普通施工建筑中燃气热水锅炉的排烟温度较高，约为150～200℃，施工建筑中烟囱一般敷设在建筑核心简内或沿着建筑外墙敷设，施工建筑中烟囱内外烟气温差较大，需考虑管道温降，根据《实用供热空调设计手册》，每m长烟道和烟囱的温降参考数值：砖砌～0.5℃、钢板制～2℃。目前，施工建筑中烟囱一般采用预制式双层不锈钢烟囱，保温材料为耐高温的复合硅酸铝镁保温壳，管道的温降较小，仍按照规范值进行计算，则温降取值偏大，产生较大误差。

施工建筑中烟气排放特性影响烟气量的计算，施工建筑中烟气温度高，组分构成不固定，排风过程温降引起的烟气密度变化不可忽略，当施工建筑中烟气排放温度低于烟气露点温度产生冷凝水时，烟气量的计算更加复杂。施工建筑中烟气的上述特点与暖通工程师平时经常接触的常温、常压流体在规律本质上存在区别，增加了设计难度。

因此，本文对施工建筑中烟气平均温度（烟气温降）和施工建筑中烟气量计算进行了分析研究。

1.2.1施工建筑中管道内烟气温降计算

通过施工建筑中管道传热量的多少，与管道的材料、绝热情况、烟道尺寸、内外温差、空气流速等诸多因素有关，一般可按下列简化公式计算确定管道温降：

由上述公式计算出温降值，然后进行施工建筑中管道形状修正及绝热修正，管道形状修正系数f按表1计算：施工建筑中绝热修正系数φ按下列公式计算：

施工建筑中圆形管道：

从表中可以看出：当施工建筑中管道采用预制式双层不锈钢烟囱，外包厚度50mm耐高温的复合硅酸铝镁保温壳时，施工建筑中烟囱每m长温降值很小，远小于《实用供热空调设计手册》中推荐的数值。

1.2.2施工建筑中烟气量计算

施工建筑中空气量及烟气量计算公式如下：

当在施工建筑中锅炉烟道处增加烟气换热器，施工建筑烟囱排烟温度降至烟气露点温度（60℃）以下，施工建筑烟气换热器后烟道或烟囱的烟气量需根据质量守恒定律求出，即：

施工建筑中天燃气各组分的体积百分比：CH4为93%，C2H6为0.5%，N2为6.5%，根据CH+O2→4CO2+H2O，计算出施工建筑中烟气各组分的体积百分比：N2为70.98%，O2为2.44%，CO2为8.312%，H2O为16.815%，其它为1.447%，NOx为29.27×10^-4%。根据施工建筑中烟气换热前后施工建筑烟气含湿量差和施工建筑烟气质量流量的乘积可以计算出冷凝水量。表5给出了在建筑锅炉燃气耗量为1Nm³/h下，不同排烟温度下烟气的冷凝水量值。

1.2.3施工建筑中烟道内空气流速确定

《实用建筑供热空调设计手册》表8.3-5指出当施工建筑中烟道和施工建筑中烟囱采用钢板、施工建筑中烟气采用自然通风排出时，施工建筑中烟道内气体流速为8～10m/s，施工建筑中烟囱出口全负荷运行时气体流速为6～10m/s。经计算，当施工建筑中烟道的管道较长、局部阻力较大时，施工建筑中烟气的抽力难以克服推荐流速下烟气系统总阻力。施工建筑中烟道应尽量保证管道平直，减少管道附件，或可考虑需增加施工建筑中烟道面积适当降低施工建筑中烟道中烟气的流速。

2结论

本文对施工建筑中锅炉烟囱和烟道的设计计算参数取值进行了研究，研究结果如下：

（1）当建筑施工管道采用预制式双层不锈钢施工建筑烟囱，外包厚度50mm耐高温的复合硅酸铝镁保温壳时，建筑烟囱每m长温降值很小，远小于《实用供热空调设计手册》中推荐的数值，项目设计时，不建议直接照搬：

（2）列出了1Nm³/h的施工建筑燃气耗量在不同排烟温度下建筑施工煙气中冷凝水量值，方便冷凝后烟气量计算；

（3）根据经验，当施工建筑中烟道的管道较长、局部阻力较大时，计算的施工建筑中烟气抽力往往难以实现手册中推荐的自然通风的施工建烟气流速（8～10m/s）.因此项目设计时施工建筑烟道应力求平直、附件少。