1、烟囱静压及全压降的计算摘要:本文结合锅炉设备空气动力计算 、 火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL/T5121-2000） 配套设计计算方法，分析了烟囱静压和全压降计算方法，并指出了两者的计算方法的差异及物理意义的区别。 关键词:烟囱；静压；全压降 中图分类号：C32 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 【Abstract】Based on Aerodynamical Analysis for Boiler Equipments and AssociatedCalculation Methods in Technical Code for Design of Ther
2、mal Power Plant Air & Flue Gas Ducts / Raw Coal & Pulverized Coal Piping(DL/T5121-2000), this article analyzed calculation methods of static pressure and total pressure drop for chimney and described the differences of calculation methods and physical signification. 【Keywords】Chimney；Static Pressure
3、；Total Pressure Drop 1、引言 当前火力发电厂 300MW 及以上机组，烟囱主要采用“锥形+直筒形”套筒烟囱、 “直筒形”套筒烟囱两种形式，对于采用湿法脱硫装置且不设置 GGH 的项目，为防止酸液及石灰石浆液带出烟囱污染环境，开始采用 “大直径直筒+出口收缩段”套筒烟囱，本文主要结合火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程 DL/T5121-2000配套设计计算方法、 锅炉设备空气动力计算 ，以“锥形+直筒形”烟囱为例，分析了烟囱的静压和全压降计算方法，并指出了两者的计算方法的差异及物理意义上的区别。对于其它型式的烟囱（指内筒型线） ，其实是直筒、锥形筒、内筒出口扩算段的不同组合
4、方式，其计算方法与本文所述基本一致。 对于“锥形+直筒形”套筒烟囱、 “直筒形”套筒烟囱，一般可通过在烟囱内筒出口设置扩散段，以达到消除或降低烟囱内筒静压的目的。对于采用湿法脱硫装置且不设置 GGH 的项目，采用 “大直径直筒+出口收缩段”套筒烟囱时，出口一般不再设置扩散段。为简化计算，本文列举的计算方法暂不考虑内筒出口扩算段回收烟气静压的作用。 火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程 DL/T5121-2000配套设计计算方法以下简称“烟规配套计算方法” 、 锅炉设备空气动力计算以下简称“空动计算” 。 2、 烟规配套计算方法中关于“锥形+直筒形”烟囱的计算 烟规配套计算方法中公式（T1.1-1
5、）列出了烟囱内任一计算截面和烟囱出口截面热烟气的伯努利方程，表达如下： P+hd= Pa0+ hd0+hM+ gyl(T1.1-1) Pa=Pa0+ gal(T1.1-2) 上式中： P、hd计算截面上烟气的绝对静压和动压，Pa Pa0、hd0烟囱出口水平面上的大气压力（等于烟囱出口截面上的烟气绝对静压）和烟囱出口截面上的烟气动压，Pa l计算截面与烟囱出口截面间高度差（区段） ，m hM在高度为 l 的烟囱区段内烟气流动时摩擦阻力损失，Pa y相应温度下的实际状态的湿烟气密度，kg/m3 a为当地最热月平均温度对应的湿空气密度，在高度变化不大时，一般取值为常数，kg/m3 当地最热月平均温度
6、对应的湿空气密度与实际的湿烟气密度的差值，=a-y ，kg/m3 Pa计算截面标高处的大气压力（即大气绝对静压） ，Pa 根据公式(T1.1-1)和公式(T1.1-2)，可列出烟囱内任一截面的相对静压（表压） ，表达如下： P= P-Pa=hd0-hd+hM-gl(T1.1-3) 公式中：P 为烟囱内任一截面烟气相对对应截面标高处大气压力的相对静压（表压） ，Pa。 根据公式(T1.1-3)可以列出不同型式的烟囱或其组合烟囱内任一截面的相对静压值 P（表压，相对对应截面标高处的大气压力） 。 1)“锥形+直筒形”烟囱的上部直型筒静压 PT=glT(RT-1) 上式中： PT“锥形+直筒形”烟囱
7、的上部直型筒静压（表压） ，Pa lT计算截面处距离烟囱出口处的高度，m，数据范围 0HT，HT为上部直型筒的高度；当 lT=HT 时，公式即为上部直型筒入口截面静压（表压） ； RT上部直型筒体静压准则数，RT=hd0/(gD0)； D0 为烟囱出口内径 m，hd0 为烟囱出口处动压 hd0=y02/2，Pa；0 为烟囱出口烟气流速 m/s； 为摩擦阻力系数。 2) “锥形+直筒形”烟囱的下部锥形筒体静压 PZU=gHT(RT-1)+(1+/8i)(1-D04/D4)w02y/2-glZ 上式中： PZU“锥形+直筒形”烟囱的下部锥形筒体静压（表压） ，Pa； gHT(RT-1) 上部直型筒
8、入口静压（表压） ，即 lT=HT 时的PT，Pa； i下部锥形筒体的坡度； D下部锥形筒体计算截面处的直径，m；D=2ilZ+D0 lZ计算截面处距离锥形段烟囱出口处的高度，m，数据范围0HZ，HZ 为下部锥形筒体出口截面到主烟道中心线的的高度，当lZ=Hz 时，公式即为主烟道中心线标高处锥段烟囱底面的静压（表压）； 3) “锥形+直筒形”烟囱的入口异形件的进口截面处的静压 PZua=PZuD+hdD-(1-a)wa2y/2 上式中： PZua“锥形+直筒形”组合烟囱的入口异形件进口截面的静压（表压） ， Pa； PZuD主烟道中心线标高处锥段烟囱底面的静压（表压） ，Pa； hdD主烟道中
9、心线标高处锥段烟囱底面的动压 Pa，hdD=yD2/2；式中 D 为主烟道中心线标高处锥段烟囱底面的烟气流动速度，m/s； a烟囱入口异形件的局部阻力系数； wa烟囱入口异形件的进口截面（即为主烟道截面）的流速； 4) 计算方法说明 烟规配套计算方法中关于“锥形+直筒形”烟囱的计算的公式，实际上是利用伯诺利方程，分别写出了“锥形+直筒形”烟囱的上部直型筒、下部锥形筒体、烟囱的入口异形件进口截面的静压（表压，相对对应截面标高处的大气压力） 。 (1) 对公式进行合并化简后，可表达为如下公式： PT=lT/D0y02/2-glT 上式中的第 1 项为直型筒计算段的摩擦阻力损失，第 2 项为计算段的
10、烟囱自生通风力，直筒段的进出口截面相同因此其动压损失为 0。 (2) 对公式进行合并化简后，可表达为如下公式： PZU=PT+y（w02-D2）/2+/8iy（w02-D2）/2-glZ 上式中的第 1 项为直型筒入口截面的静压（表压） ，第 2 项为下部锥形筒计算段的动压损失，第 3 项为下部锥形筒计算段的摩擦阻力损失，第 4 项为下部锥形筒计算段的烟囱自生通风力。 (3) 对公式进行合并化简后，可表达为如下公式： PZua=PZuD+y（wD2-a2）/2+awa2y/2 上式中的第 1 项为烟囱底部（对应主烟道标高处的烟囱内筒截面）的静压（表压） ，第 2 项为烟囱入口异形件的动压损失，
11、第 3 项为烟囱入口异形件的局部阻力损失。 将公式展开各项后的公式表示如下： PZua=HT/D0y02/2+y（w02-D2）/2+/8iy（w02-D2）/2+y（wD2-a2）/2+awa2y/2-g（HT+HZ） 从上式可以看出，烟囱入口异形件进口截面的静压（表压）为上部直筒段的动压损失和摩擦阻力损失、下部锥形筒的动压损失和摩擦阻力损失、烟囱入口异形件的动压损失和局部阻力损失、烟囱有效的自生通风力的代数和。 如果将公式进一步简化，公式表示如下： PZua=HT/D0y02/2+/8iy（w02-D2）/2+awa2y/2+y（w02-a2）/2-g（HT+HZ） 从上式可以看出，烟囱入
12、口异形件进口截面的静压（表压）为上部直筒段的摩擦阻力损失、下部锥形筒的摩擦阻力损失、烟囱入口异形件的局部阻力损失、烟囱的动压损失（从烟囱出口截面至烟囱入口异形件进口截面） 、烟囱有效的自生通风力的代数和。 对于其它型式的烟囱内筒型式，其实是直筒段、锥形段、烟囱内筒出口扩散段之间的不同的组合而已，可以参照上述计算方法进行。 3、 空动计算中关于“锥形+直筒形”烟囱的计算 空动计算中公式 1-1 列出了任一烟风道各区段内的全压降，可列出如下伯努利方程： P1g+(P0-agZ1)+yw12/2+ygZ1=P2g+(P0-agZ2)+yw22/2+ygZ2+hM 上式中： P1g、P2g计算的进出口
13、截面的烟气的静压（表压，相对于计算截面标高处的大气压力） ，Pa P0海拔高度为 0m 时的环境大气压力，Pa Z1、Z2进出口截面的海拔标高，m 由公式可推导出： P1g-P2g=hM+y（w22-w12）/2-（Z2-Z1）g（a-y） H=（P1g+y w12/2）-（P2g+y w22/2）=hM-（Z2-Z1）g（a-y） 上式中：H进出口计算截面的全压降，Pa 说明：公式所计算的 P1g- P2g 与烟规配套计算方法中公式（T1.1-3）所计算的 P，物理意义不同，当计算出口截面为烟囱出口截面时（P2g=0） ，两者计算的数据结果相同；公式即为空动计算中公式 1-1，注意公式所计算
14、的“（P1g+y w12/2）-（P2g+y w22/2） ”采用的是表压（而不是绝压） ，由于不同截面处环境大气的绝度压力是变化的，两者的表压差和绝压差数据是不相等的。 空动计算2-44 条讨论了烟囱的阻力计算问题，这里不再赘述，将其各项公式及条文的说明归纳汇总后， “锥形+直筒形”烟囱全压降可汇总如下： H=HT/D0y02/2+/8iy（w02-D2）/2+awa2y/2+0yw02/2-g（HT+HZ） 公式中：0 为烟囱出口的局部阻力系数，根据空动计算2-44条，0=1.0。 同时， 空动计算中指出固定斜度的烟囱内的摩擦阻力，可按下面的近似公式确定：P=/8iyw02/2，当没有关于
15、烟囱结构资料时，初步计算阻力用的斜度值可取为 0.02,同时也指出圆柱形烟囱内的摩擦阻力按 HT/D0y02/2 计算。本文认为，在初步设计阶段或吸风机招标之前，锅炉专业应依据土建专业设计的烟囱结构形式（主要包括烟囱内衬材料、内筒支撑方式、内筒锥形筒体斜度。 ）来进行烟囱的全压降计算。随着机组容量及烟囱高度的增加，采用近似计算方法时“锥形+直筒形”烟囱全压降计算结果与实际数据的偏差比较大，将对吸风机的电动机功率产生较大的影响。 将公式减去公式，H-PZua=ya2/2，两者差值为烟囱入口异形件进口截面的动压。 4、两种计算方法的分析总结 在此可以列出烟囱各个截面的伯努利方程，来说明烟囱静压和烟
16、囱全压降的关系，各个截面的定义参见附图，截面 1 为烟囱入口异形件的进口截面，截面 2 为烟囱内筒出口截面（此截面相对静压为 0） ，截面 3为假想烟气末端截面（此截面相对静压为 0，流速为 0，a=y） ，下角标 1、2、3 分别表示对应截面的物理参数，下角表 g 表示压力为表压。 由于环境大气压力沿海拔高度是变化的，为简化计算，大气的密度a 在高度变化不大的范围内取值为常数。 1) 截面 1 和截面 2 之间的伯努利方程 P1g+(P0-agZ1)+yw12/2+ygZ1=P2g+(P0-agZ2)+yw22/2+ygZ2+h1-2 公式中，Z 表示对应截面的海拔高度，单位为 m；h1-2
17、 为截面 1 和截面 2 之间的局部阻力损失与沿程摩擦阻力损失之和，单位为 Pa；H1-2 表示截面 1 和截面 2 之间的全压降，单位为 Pa。 根据公式可推导出截面 1 和截面 2 之间的静压差（表压差）和全压降公式： P1g-P2g=h1-2+y（w22-w12）/2-（Z2-Z1）g（a-y） H1-2=（P1g+yw12/2）-（P2g+yw22/2）=h1-2-（Z2-Z1）g（a-y） 2) 截面 2 和截面 3 之间的伯努利方程 P2g+(P0-agZ2)+yw22/2+ygZ2=P3g+(P0-agZ3)+yw32/2+ygZ3+h2-3 根据公式可推导出截面 2 和截面 3
18、 之间的静压差（表压差）和全压降公式： P2g-P3g=h2-3+y（w32-w22）/2-（Z3-Z2）g（a-y） H2-3=（P2g+yw22/2）-（P3g+yw32/2）=h2-3-（Z3-Z2）g（a-y） 对于截面 2 和截面 3，P2g=P3g=0，w3=0；对于截面 2 和截面 3 之间，由于烟气和周围环境大气发生能量和质量的交换，y 最终逐渐趋近于a，工程计算中忽略截面 2 和截面 3 之间由于密度差引起的自生通风力，即（Z3-Z2）g（a-y）=0。 根据公式和公式，截面 2 和截面 3 之间的伯努利方程可改写为： H2-3=h2-3=yw22/2 根据空动计算列出的公式
19、中，将 h2-3 视为烟囱出口的局部阻力（0yw02/2， 其中 0=1.0） ，因此两者的数值是相等的。 3) 截面 1 和截面 3 之间的伯努利方程 P1g+(P0-agZ1)+yw12/2+ygZ1=P3g+(P0-agZ3)+yw32/2+ygZ3+h1-3 上式中：h1-3为截面 1 和截面 3 之间的摩擦阻力损失和局部阻力损失，h1-3=h1-2+h2-3，Pa。 将公式移项变换或将公式+、+，即可得出截面 1 和截面 3 之间的静压差（表压差）和全压降公式： P1g-P3g=h1-2+y（w22-w12）/2-（Z2-Z1）g（a-y）+h2-3+y（w32-w22）/2-（Z3-Z2）g（a-y） H1-3=h1-2-（Z2-Z1）g（a-y）+ h2-3-（Z3-Z2）g（a-y） 根据 P2g=P3g=0，w3=0，公式，并忽略截面 2 和截面 3 之间的自生通风力后，上述公式和公式即可化简为：
