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锅炉房通风系统设计计算
［摘要］结合上海环球金融中心锅炉房通风设计，对燃气燃油锅炉的燃料燃烧需要空气量、烟气量、事故换气、排除余热通风量及自然排风进行了设计计算及校核。
［关键词］锅炉；通风；空气量；烟气量；余热
［中图分类号］ ［文献标识号］ ［文章编号］
Design and Calculation for Ventilation System of Boiler House
Liu Xin Hai1,Chu Qing Xiang2,Song Ming Gang3
(1. The First Construcion Engineering Co.，Ltd Of China Construction Third Eng.Bureau，Wuhan，Hubei 430030，China；
2. The First Construcion Engineering Co.，Ltd Of China Construction Third Eng.Bureau，Wuhan，Hubei 430030，China)
Abstract：The design calculation and check to fule gas-fired boiler on the fuel combustion of the air needs , flue gas volume, accident ventilation, remove heat ventilation and natural ventilation with design for boiler house ventilation of Shanghai World Financial Center.
Key words：Boiler; ventilation; air; flue gas volume; heat

上海环球金融中心锅炉房分为锅炉房1和锅炉房2，其中锅炉房1的面积为373m2,布置有2台10t/h的燃气锅炉；锅炉房2面积为554373m2, 布置有4台10t/h的燃气锅炉。
锅炉房的设计除了确保锅炉及其管线的容量、大小和布置满足相关规范和设计参数要求外，其通风设计也是锅炉房设计的一个重要环节。因为锅炉房的通风是今后锅炉正常运行的关键条件之一，同时也是确保锅炉房乃至整个大楼的运行安全。本文以上海环球金融中心锅炉房为例，对锅炉房通风设计作一些分析、计算。
1 燃油燃气锅炉房通风系统设计原则
1）燃油燃气锅炉运行时，需要有充足的空气才能保证燃料的充分燃烧。而各种燃料所需的空气量是不同的，所以要通过计算确定锅炉燃烧所需的通风量。同时锅炉燃烧时，产生的烟气也要有组织的排放到室外，通过计算锅炉燃烧所产生的烟气，合理设计烟囱的大小、走向和高度。
2）涉及到锅炉房内各房间夏季要保持多少温度较合适的问题，而温度的高低决定了采用何种通风方式及通风量的大小。虽然现在的燃油燃气锅炉自动化程度较高，操作人员大多时间在设有空调的控制室内，但其他房间的温度也不宜太高，所以通风量的大小首先应从消除余热来考虑。
3）保证排除各房间内空气中易燃易爆油气而规定设置的最小通风量。
2 燃烧需用通风量计算
2.1 燃料燃烧所用空气量
2.1.1 天燃气燃烧所需要的空气量
Va油=αV0
V0=（0.268Qydw/1000）
α：过量空气系数，取1.2
V0：1kg燃料完全燃烧所需要的理论空气量
Qydw：燃烧的低位发热量，本工程天然气8500Kcal/Nm3，即35581 KJ/Nm3
V0气= 0.268×35581/1000=9.54 m3空气/Nm3天燃气
Va气=αV0=1.2×9.54=11.45 m3空气/Nm3天燃气
2.1.2 柴油燃烧所需要的空气量
Va油=αV0
V0=（0.85Qydw/4186）+2
α：过量空气系数，取1.2

V0：1kg燃料完全燃烧所需要的理论空气量
V0：1kg燃料完全燃烧所需要的理论空气量
Qydw：燃烧的低位发热量，0号柴油低位发
热量Qydw为11200 Kcal/kg，即46892KJ/kg

V0油= 0.85×46892/4186+2=11.52m3空气/kg柴油
Va油=αV0=1.2×11.52=13.82m3空气/kg柴油
2.2 每台锅炉燃烧所需要的空气量：
2.2.1 燃料为天然气时
V空气= Va气Q0气
Va气为单位燃料燃烧所需要的空气量，取11.45 m3空气/N m3天燃气，Q0气为每台锅炉的额定耗气量，取750 m3/h
V空气=11.45×750=8588 m3/h
2.2.2 燃料为0#柴油时
V空油= Va油Q0油
Va油为单位燃料燃烧所需要的空气量，取13.82 m3空气/kg柴油，Q0油为每台锅炉的额定耗油量，取569kg/h
V空油=13.82×569=7864 m3/h，每台锅炉的最大送风量应为8588 m3/h，选用供锅炉燃烧的送风机为7500 m3/h，其余风量由供锅炉通风的风机补充，能满足要求。
3 产生烟气量计算
3.1 单位燃料产生烟气量
3.1.1 每千克柴油燃烧产生的烟气量
1kg柴油燃料燃烧产生的烟气量为
Vy油=VRO2+V0N2+V0H2O+1.0161（α-1）V0
式中物理量：
VRO2=0.01866（Cy+0.375Sy）
V0N2=0.79V0+0.008Ny
V0H2O=0.111Hy+0.0124Wy+0.0161V0
对0号柴油：Cy=85.6，Sy=0.25，Ny=0.04， Hy=13.5，Wy=0
VRO2=0.01866×（85.6+0.375×0.25）=1.6 m3 /kg
V0N2=0.79×10.75+0.008×0.04 =8.49 m3 /kg
V0H2O=0.111×13.5+0.0124×0+0.0161×10.75=1.67 m3 /kg
则Vy油=1.6+8.49+1.67+1.0161×（1.2-1）×10.75=13.945 m3 /kg
3.1.2 每立方天燃气燃烧产生的烟气量
按发热量近似计算：
理论烟气量V0y=（0.239 Qydw/1000）+α
Qydw：燃烧的低位发热量，本工程天然气37263 KJ/N m3，对于天然气α取2
理论烟气量. V0y=（0.239×37263/1000）+2=10.91
实际烟气量计算Vy气 = V0y +（α-1）V0
对于天然气α取2，V0按计算得9.54
则Vy气 = V0y +（α-1）V0=10.91+（2-1）×9.54=20.45 m3烟气/N m3天燃气
3.2 每台锅炉产生的烟气量：
1）燃料为天然气时：
V烟气= Vy气Q0气，Va气为单位燃料燃烧所产生的烟气量，取20.05 m3烟气/N m3天燃气，Q0气为每台锅炉的额定耗气量，取716 m3/h
V烧气=20.45×716=14642 m3/h

2）燃料为0#柴油时：
V烟油= Vy油Q0油，Va油为单位燃料燃烧所产生的烟气量，取13.945 m3/kg，Q0气为每台锅炉的额定耗油量，取569 m3/h
V烧油=13.945×569=7934.7 m3/h
根据图纸布置，每三台锅炉共用一个烟囱，故每个烟囱的最大排烟量为14642×3=43926 m3/h
4 事故换气次数计算
事故换气按12次/小时
4.1 计算
1）锅炉房2面积为554m2，层净高为6.35m；风机房2送排风机风量为44300m3/h
锅炉房2换气次数为n=V/[S×H]=44300/（538×6.35）=12.9次
2）锅炉房1面积为373m2层净高为6.35m。风机房1送排风机风量为30300m3/h
锅炉房1换气次数为n=V/[S×H]=30300/（373×6.35）=12.8次
4.2 结论
锅炉房1、2均满足事故换气12次/小时
5 排除余热所需的通风量
余热：Q余=2%×Qydw×Q0，散热损失为2%，Qydw为低位发热量，Q0为锅炉燃烧时燃料的额定消耗量
所需通风量：V=Q/[ρc（40-t）]，t为室外通风计算温度，上海为32℃，ρ为空气密度，c为空气比热
5.1 排除单台锅炉余热所需送排风
1）燃料为天燃气时：
排除余热送风量为：V余气=2%×Qydw×Q0气/[4.186×ρc（40-t）]

式中：Qydw为燃烧的低位发热量，天然气取37263KJ/Nm3
Q0气为每台锅炉的额定耗气量，取716m3/h
V余气=2%×35581×750/[4.186×1.29×0.24×（40-32）]=51477m3/h
2）燃料为柴油时：
排除余热送风量为：V余油=2%×Qydw油×Q0油/[4.186×ρc（40-t）]
式中：Qydw为燃烧的低位发热量，柴油取46892KJ/kg.
Q0气为每台锅炉的额定耗油量，取569 kg/h
V余油=2%×46892×569/[4.186×1.29×0.24×（40-32）]=51469m3/h
5.2 排除4台锅炉运行时余热的送排风量
V=4×51477=205908m3/h
5.3 原风机风量复核
1）现有风机总送风量计算
锅炉房2里的1台44300m3/h风机、锅炉房1里的1台30300m3/h风机和4台9450m3/h风机合用送风，合计送风量为：
V’=1×44300+1×30300+4×9440=112360m3/h＜205908m3/h（需要送风量）
2）结论：现有送风量不能满足排除余热送风要求。若按现有风机共同向锅炉房2送风，选用其中的4台锅炉同时运行，锅炉房的温度将为47℃
5.4 改善措施
为使锅炉房2的4台锅炉在夏季同时运行时，室内温度不至于过高，将锅炉房1旁边的水泵房里的排风V2=32400m3/h引至锅炉房1里，用来排除部分余热。水泵房温度按28℃考虑。
排除的余热应为Q余=n×2%×Qydw×Q0气=4×2%×35581×750=2134860
能够排除的余热为
Q余’=V1[ρc（T-t1）]+ V2[ρc（T-t2）]
=112360×[4.186×1.29×0.24×（T-32）]+ 32400×[4.186×1.29×0.24×（T-28）]
式中V1为原锅炉房的送风总风量，V2为水泵房的送风风量，T为锅炉房的温度。
应排除余热Q余=可排除余热Q余’，根据方程式解得锅炉房温度T=42℃，满足排除余热要求。
锅炉房2的排风机风量为44300m3/h小于夏季运行时锅炉房2的送风风量，送排风量不能平衡，考虑在泄爆口处将密封墙体改为排风百叶，自然排除多余的风量。
结论：锅炉房的送排风机风量不变，将水泵房的排风引至锅炉房2，基本能满足锅炉房2夏季排除余热的要求。
6 自然排风校核
6.1 自然排除的风量
V自排=V1+V2-44300-4×V空油=112360+32400-44300-4×7864=69004m3/h
6.2 排风口面积计算
F= V自排ρ/3600/ [2gρphp(ρwf-ρp)ζp]0.5
ρp为排风温度下的空气密度，取42℃时为1.07kg/m3，ρwf-为夏季通风室外计算温度下的空气密度, 取32℃时为1.12kg/m3，hp为排风口至中和界高差,取12m，ζp为排风口的局部阻力系数，取1.58，g为重力加速度。
F= 69004×1.07/3600/ [2×9.8×1.07×12×(1.12-1.07)×1.58]0.5=4.5997 m2
取排风口百叶窗面积为2.8×3=8.4m2
锅炉房1排风口百叶窗面积为3×1.2=3.6m2
6.3 自然排风风道抽力计算
抽立S=9.8H（ρwf－ρp）/CP
ρp取42℃时为1.07kg/m3，ρwf取32℃时为1.12kg/m3，CP大气压力修正系数，取1
S=9.8H（ρwf －ρp）/CP=5.88Pa
6.4 风道阻力计算
进风百叶局部阻力：ΔP1=ξυ2ρ/2=1.58×（69004/3600/18）2×1.07/2=0.95 Pa
出风百叶局部阻力：ΔP2=ξυ2ρ/2=1.58×（69004/3600/18）2×1.07/2=0.95 Pa
转弯局部阻力：ΔP3=2×ξυ2ρ/2=2×0.21×（69004/3600/18）2×1.07/2=0.26Pa
扩散局部阻力；ΔP4=ξυ2ρ/2=1×（69004/3600/18）2×1.07/2=0.6Pa
沿程局部阻力：P沿=ΔPL=0.1×14=1.4 Pa
风道阻力为P 0= P沿+ΔP1+ΔP2+ΔP3+ΔP4=1.4+0.95+0.95+0.26+0.6=4.16 Pa
考虑安全系数P=1.2 P 0=1.2×4.16 =4.99 Pa＜风道抽力S=5.88Pa
故自然排风能满足排风要求。
7 结语
以上是锅炉房通风系统设计时需考虑的几个方面，遵循设计原则在不同的工程设计中可根据实际情况进行计算和调整。
参考文献:
［1］ 燃油燃气锅炉房设计手册编写组．燃油燃气锅炉房设计手册［M］．北京：机械工业出版社，1986．
Fuel gas-fired boiler house design manual prepared by the group．Design manual of fuel gas-fired boiler house［M］．Beijing：China Machine Press，1986．（in China）
［2］ 中国机械工业联合会．GB50041-2008锅炉房设计规范［S］．北京：中国计划出版社，2008．
China Machinery Industry Federation．
GB50041-2008 Code for design of boiler house［S］．Beijing：China Planning Press，2008．（in China）