燃气锅炉房烟风管道设计及工程问题处理

赵一川 刘桂林

摘 要：燃气锅炉房设计中，烟风管道结构和布置的合理设计能使空气在最低的压力降下进入炉膛，并使锅炉的燃烧产物快速排出，进而能保证锅炉的正常燃烧。本文介绍了烟风管的结构及布置原则，并结合某项目中燃气锅炉存在的出力不够的问题，进行阻力计算的校核，并提出合理的解决方案，为以后类似设计提供参考。

关键词：烟风道；局部阻力；异形件 ；布置；阻力校核

1.引言

在小型燃气锅炉房的设计中，特别是改造项目，设计者常常对烟风道的设计不够重视，导致烟风道结构不合理、且受现场条件限制，烟风道管道拐弯过多等，造成烟风道阻力过大，可能影响锅炉的正常运行。烟风管道的设计应该尽量要求在最低的压力降下把空气输送给燃烧器和在最低的压力降下排送烟气。下文将着重介绍常见的烟风道结构及布置设计的要点。

2.烟风管道结构及布置设计

烟风道压降由管道摩擦损失和管件局部阻力损失（动压损失）两部分组成， 但摩擦损失比局部阻力损失小得多。要降低管道总压降关键靠减少局部阻力损失。局部阻力损失是由管内气体速度的变化引起的， 无论速度在数值上的变化（如管道突然扩大或缩小）， 还是在方向上的变化（如管道转弯）， 都会引起局部动压损失。因此， 设计和布置烟风道时， 应该在场地许可的条件下力求简短、平直， 避免拐弯扩缩。

2.1拐弯结构及其布置

烟风道的弯头和拐角， 是增大阻力、使气流不均、产生旋涡和死角的重要因素， 设计中尤其要加以注意。应尽量使用缓弯头（进、出口截面积相等， 内外侧圆弧的曲率半径在同一个圆心上的弯头， 除此之外的其他弯头均称为急弯头）， 或内外侧均为弧形的急弯头。而不应使用带直角的弯头， 尤其不要采用内侧带直角的弯头。要求在转弯过程中同时改变流通截而大小的急弯头， 称为扩散形或收缩形弯头， 其内外侧应有相同的弯曲半径。对转弯之后需要收缩的烟风道， 使用一个收缩形急弯头来代替， 可简化结构， 并降低阻力。但对转弯之后需要扩一散的管道， 不宜使用扩散形急弯头， 宜在等截面积转弯后再扩散。管道上要力求避免弯头直接串连， 因直接串连的两弯头的总阻力， 比各个弯头分别的阻力之和要大两倍左右。如需要连续多次拐弯， 相邻弯头之间应保证中所要求的直管长度。

2.2 变径管

扩散管：扩散角宜为7°～15°，且不宜大于20°；当扩散角大于20°时，应采用阶梯型扩散管或曲线型扩散管；阶梯型扩散管后应尽量避免直接布置弯头；当扩散角大于30°时，应加导向板。

收缩管：最佳收缩角为25°，但不要超过60°。

2.3 分流和合流结构

在烟风道的分流或合流处， 如用联箱分配或集合气流， 阻力较大。因此， 当分流或合流的支路数量在4路以下时， 宜采用阻力系数较小的三通或分流管。

3.现场问题

在某项目中燃气锅炉房现场情况反馈，锅炉出力只能維持在70%左右，且线性很差，在高荷运行期间，若出现天然气波动，锅炉因缺氧燃烧没出啸叫，严重时可能停炉甚予爆炸，存在运行风险和安全风险。根据现场调试试验送风机风压为6700Pa，锅炉出力不足，可能是由于锅炉送风机风压不足造成。为查明问题所在，现根据设计图纸及厂家提供资料对送风机风压进行核算。

4.风压校核及分析

4.1 烟风道阻力计算

其中，ω：气体流速 （m/s）；ρ：气体密度（kg/m3）；L：管段长度（m）；λ：摩擦阻力系数；v：流量（m3/h）；F：烟道截面积 （m2）；d：管道当量直径（m）； ：烟囱高度； ρ1：外界空气密度（kg/m3）；ρ2：烟囱出口处烟气密度（kg/m3）。

4.2烟风道阻力计算

通过设计施工图可知，该送风机风压加上烟囱抽力应能克服锅炉本体阻力（包含节能器和水预器）、燃烧器阻力、烟道（含烟囱）及风道阻力的总和。根据公式（1） （2） （3）可得以下表：

由于风道直管道较大，空气流速很低，风道沿程阻力可忽略不计。

根据相关设计资料，烟囱高度为20m，排烟温度为135℃，利用公式4可得烟囱抽力S约40Pa。

4.3送风机风压计算

根据《锅炉房设计规范》（GB50041-2008），送风机风压的富裕量不宜小于计算风压的20%，综上可知，送风机风压Pg=1.2（ΣΔP-S）。根据厂家资料可查，锅炉本体总阻力：ΔP1=1461.17Pa；燃烧器最大风阻：ΔP2=4500Pa。通过计算送风机风压需要8435Pa。风机出口风压最大为6700Pa，远小于计算值，风机风压无法满足要求，应更换风机。

5.结论分析

1、从计算过程来看，烟道设计不太合理，转弯较多，局部阻力过大，容易形成偏流和紊流，影响烟气顺利流通，进而影响锅炉燃烧。从表2中可知，出水预器处90°拐弯及接烟囱大小头处阻力过大。因水预器后下方出口管径过小，流速增大到34m/s，且出口形式不太合理，建議适当增大出口管径，同时采取增加导流板等方式以减少局部阻力。

2.通过送风机型号修改以及烟道布置修改，现场锅炉啸叫声明显减小，锅炉运行情况得到改善。

参考文献：

[1]锅炉房实用设计手册 第2版

[2] DL/T 5121-2000 火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程

[3] GB50041-2008， 锅炉房设计规范