航站区锅炉房烟囱设计浅析

航站区锅炉房烟囱设计浅析

魏洋徐东海

魏洋徐东海（中建三局二公司430074）

关键词：航站区酒店锅炉房烟囱设计

引言随着城市规划的发展，越来越多的城市选择在机场航站区规划设置大型商务/快捷酒店，以满足旅客对住宿、休闲娱乐的要求。不间断热水及冷暖空调则是酒店最基本的需求。而锅炉则因其较大的容量，稳定的出力，成为许多大型酒店热源的选择。作为锅炉通风系统的重要组成部分，烟囱设计的好坏直接关系到锅炉使用情况的好坏。

烟囱设置过高将导致抽力太大，导致大量热量通过烟气排出，降低了锅炉的热效率；烟囱设置过低则导致地面污染物浓度过高，不能满足环保要求。然而由于航站区对建筑/障碍物高度的限制，对航站区内锅炉房烟囱的设计提出了更高的要求。

航站区对建筑物/障碍物的限高要求国际民用航空公约附件14对航站区内建筑物/障碍物高度有明确的要求，如图1所示。

由图2可见酒店位于机场进近跑道内水平面内，按公约附件14的要求，限高45m。

酒店锅炉房设计概况酒店锅炉房位于架空一层西南角，面积433m2，共设置2.80MW(240万大卡/时)的直接加热式无压燃气热水锅炉3台，2T/h燃气蒸汽锅炉2台。锅炉采用自然通风，3台热水锅炉合用一根D750的不锈钢烟囱，2台蒸汽锅炉合用一根D600的不锈钢烟囱，烟囱均伸至8层屋面（28m），采用δ=80mm的玻璃棉保温。如图3所示。

根据设计提供的锅炉样本：热水锅炉：燃气用量297m3/h，烟气接管φ620mm，排烟温度170℃（加节能器），245℃（不加节能器）。

蒸汽锅炉：燃气用量145.8m3/h，烟气接管φ368×4.0，排烟温度170℃（加节能器），245℃（不加节能器）。

由式（5-2）可见，每mol天然气燃烧需要11mol空气，产生13.2mol烟气。

由锅炉样本，热水锅炉天然气用量297Nm3/h，蒸汽锅炉天然气用量145.8Nm3/h。故热水锅炉燃烧需要空气量9801m3/h，产生烟气量11761m3/h；蒸汽锅炉燃烧需要空气量3208m3/h，产生烟气量3849m3/h。对于煤气燃烧，空气过剩系数1.05-1.1，此处取1.1。则热水锅炉实际燃烧空气量：10781m3/h，产生烟气量：12839m3/h；蒸汽锅炉实际燃烧空气量：3529m3/h，产生烟气4202m3/h；（2）烟气速度的计算（5-3）式中：——烟气平均速度，m/s；——烟气流量，m3/s；——烟道截面积，m2。

则对于热水锅炉ω=；对于蒸汽锅炉ω=。

查阅设计手册，常用烟道流速推荐值如下：表1常用烟道流速选择表

局部阻力系数，可按图4选择。

则局部阻力系数烟道阻力==576.2烟囱阻力的计算烟囱阻力分为沿程阻力和出口阻力。

沿程阻力：（5-7）式中：——烟囱沿程阻力系数，由表2取0.02；——烟囱高度，本例为30m。

出口阻力：（5-8）式中：——烟囱出口阻力系数，一般取1.1。

（1）热水锅炉烟囱阻力的计算=22.7Pa=29.1Pa烟囱阻力=51.8（2）蒸汽锅炉烟囱阻力的技算=6.9Pa=7.6Pa烟囱阻力=14.5自生风力的计算自生风力可按下式计算：（5-9）式中：——自生风力，Pa；g——重力加速度，m/s2，可按9.81考虑；H——烟囱高度，m。

由式（5-9）带入数值计算可得=103.6Pa。

由以上计算可知，不管对于热水锅炉还是蒸汽锅炉，自生风力+炉膛正压＜Σ（烟道阻力+烟囱阻力），故采用自然通风不能满足要求，需增设引风机！

烟囱高度的计算（5-10）式中：——烟囱高度，m；——锅炉烟道总阻力，Pa，其中不包括烟囱本身的自生风力和烟囱的总阻力；——烟囱总阻力，Pa，包括摩擦阻力和出口阻力；——标况下烟气密度，1.34kg/m3；——大气压力下空气密度，，对于深圳市夏季室外空气温度可按30℃考虑，则1.162kg/m3；——烟囱内烟气平均温度，取175℃；b——大气压力，深圳地区取100840Pa；1.2——储备系数。

由式（5-10）带入数值计算可得：热水锅炉=331.4m，蒸汽锅炉=209.5m，均远大于30m的设计高度，说明烟囱抽力不够，需增设引风机。

引风机的选择平衡通风时炉膛出口出必须保持一定的负压，一般为20Pa左右，故引风机压头Hf≥-20++-（5-11）由式（5-11）带入数值计算可得热水锅炉引风机压头Hf≥794.5Pa，蒸汽锅炉引风机压头Hf≥467.1Pa。

表5引风机风量裕量、压头裕量表序号设备或工况风量裕量系数压头裕量系数1引风机1.11.22带尖峰负荷时1.031.05压头裕量系数取1.2，则热水锅炉引风机压头Hf≥953.4Pa，可选择1000Pa的风机；蒸汽锅炉引风机压头Hf≥571.32Pa，可选择600Pa的风机。

引风机风量可按下式选择（5-12）式中：V——引风机风量，m3/h；——烟气流量，m3/h；——温度修正系数，本例；——大气压力修正系数，对于深圳地区可取1。

则热水锅炉引风机风量V=23176m3/h，蒸汽锅炉引风机风量V=7585m3/h，航站区锅炉房设计建议（1）根据《GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准》，对于燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉，其烟囱高度应满足表6的要求：表6燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉烟囱最低允许高度

锅炉房装机容量大于28MW（40t/h）时，其烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，但不得低于45m；新建锅炉房烟囱周围半径200m距离内由建筑物时，其烟囱应高出最高建筑物3m以上。

（2）对于燃气、燃轻柴油、煤油锅炉烟囱的规定：燃气、燃轻柴油、煤油锅炉烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，但不得低于8m。

可见航站区内不宜选择燃煤、燃油锅炉，应尽可能选择燃气、煤油锅炉，以满足航站区对限高的要求。另外锅炉可选择卧式锅炉，以减轻在限高要求下锅炉高度对建筑层高的影响。

国家其他相关规定（1）当锅炉房因位于机场附近，或因其他原因烟囱高度不能满足要求时，应取得当地环保等有关部门的同意，并需考虑采取提高除尘效率和增加引力等措施。

（2）飞机场和飞行航道附近的烟囱，应装设信号灯，刷标志色。

（3）航空障碍灯：对于以下影响航空器飞行安全的烟囱应设置航空障碍灯和标志1）民用机场净空保护区内修建的烟囱；2）在民用机场净空保护区外，但在民用机场进近管制区域内（即以民用机场基准点（跑道中心点）为中心，以50Km为半径划定的区域，修建高出地表150m的烟囱；3）在建有高架直升机停机坪的城市，修建有可能影响飞行安全的烟囱。

4）烟囱标志：应采用橙色与白色相间或红色与白色相间的水平色标漆。

5）障碍灯的设置应显示出烟囱的最顶点和最大边缘（即视高和视宽）6）高度小于45m的烟囱，可只在烟囱顶部设置一层障碍灯。高度超过45m的烟囱应设置多层障碍灯，各层的间距不应大于45m，并尽可能相等。

7）高度大于150m的烟囱顶层应采用高光强闪光障碍灯，其间距控制在75~105范围内，在高光强闪光障碍灯分层之间设置低、中光强障碍灯。

8）高度低于150m的烟囱，也可采用高光强白色障碍灯，采用高光强白色闪光障碍灯后，可不必再用色标漆标志烟囱。

结论（1）对于微正压燃烧的燃油、燃气锅炉，锅炉机组排烟出口后的烟道、烟囱阻力，一般可由烟囱的自生风力来克服，但由于机场限高等因素导致烟囱高度较矮，可能出现烟囱自生风力不能克服烟道及烟囱阻力的情况，如本例，此时锅炉排烟采用自然通风将不可行，必须设置引风机。

（2）设于航站区的锅炉房应尽量不选用燃煤、燃油锅炉，否则锅炉房装机容量一大，烟囱高度将很难不满足规范要求。

（3）合理优化烟道管径及布置，控制烟气流速，可避免烟气因流速过慢对烟道的腐蚀，提高烟道寿命。如本例中蒸汽锅炉烟气流速较慢（仅为4.13m/s），可考虑加大引风机风量，从而增大烟气流速。

（4）航站区内对烟囱设计还有其他相关规定，如航空障碍灯及色标等，在烟囱设计时也必须要考虑的。

参考文献：[1]包头钢铁设计研究总院GB50051-2002烟囱设计规范[S]北京：中国计划出版社，2003[2]中冶京唐建设有限公司等GB50078-2008烟囱工程施工及验收规范[S]北京：中国计划出版社，2009[3]中国联合工程公司等GB50041-2008锅炉房设计规范[S]北京：中国计划出版社，2008[4]天津市环境保护科学研究院、中国环境科学研究院GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准[S]北京：中国环境出版社，2014[5]中国机械工材料勘察设计协会、中国机械工业建设总公司、中国机械工业第一建设工程公司…GB50273-2009锅炉安装工程施工及验收规范[S]北京：中国计划出版社，2009[6]国际民用航空组织国际民用航空公约附件十四[S]第四版2004[7]陆耀庆使用供热空调设计手册[M].第二版北京：中国建筑工业出版社，2007[8]郝吉明，马广大，王书肖大气污染控制工程[M]第三版北京：高等教育出版社，2010[9]吴味隆锅炉及锅炉房设备[M]第四版北京：中国建筑工业出版社，2006[10]《工业锅炉设计计算方法》编委会工业锅炉设计计算方法[M]北京：中国计划出版社，2005[11]锅炉房实用设计手册编写组锅炉房实用设计手册[M]第二版北京：机械工业出版社，2001[12]中国建筑标准设计研究院06R403锅炉房风烟道及附件[S]北京：中国计划出版社，2006