燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力計(jì)算

1、燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力計(jì)算 一、燃?xì)夤I(yè)爐氣體流動(dòng)的特點(diǎn)(一)燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力學(xué)及空氣動(dòng)力計(jì)算為了使燃?xì)夤I(yè)爐能正常地工作，需要不斷供給燃燒所用的燃?xì)夂涂諝?，同時(shí)又要不斷地把燃燒產(chǎn)生的煙氣排出爐外。所謂燃?xì)夤I(yè)爐的通風(fēng)過(guò)程，正是指保證工業(yè)爐正常運(yùn)行的連續(xù)供風(fēng)和排煙的過(guò)程。燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力學(xué)就是用流體力學(xué)的基本原理來(lái)研究爐中氣體流動(dòng)和平衡的規(guī)律，以解決工業(yè)爐通風(fēng)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。其目的為正確組織工業(yè)爐內(nèi)的氣體流動(dòng)，保證爐料加熱的質(zhì)量，最終使工業(yè)爐生產(chǎn)達(dá)到良好的技術(shù)指標(biāo)。同時(shí)，按照流體力學(xué)的基本原理。進(jìn)行燃?xì)夤I(yè)爐的空氣動(dòng)力計(jì)算，求得送風(fēng)、排煙系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)段的阻力、浮力，確定通風(fēng)系統(tǒng)的壓力分布，并求

2、得總壓降，為煙囪設(shè)計(jì)或送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的選擇，為工業(yè)爐生產(chǎn)操作、控制及安全運(yùn)行等提供可靠依據(jù)。(二)燃?xì)夤I(yè)爐氣體流動(dòng)的特點(diǎn)及實(shí)用流體方程圖3915為工業(yè)爐自然通風(fēng)時(shí)爐膛及煙道系統(tǒng)壓力分布圖。橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)上圖示意的通風(fēng)系統(tǒng)各處；縱坐標(biāo)為各處的相對(duì)壓力(pa)。圖3-9-15燃?xì)夤I(yè)爐通風(fēng)系統(tǒng)圖中，1為空氣、燃?xì)膺M(jìn)口；2為燃燒室或火道，燃?xì)夂涂諝庠诖嘶旌?、燃燒?為燃?xì)夤I(yè)爐爐膛，23由于浮力作用，系統(tǒng)壓力增加至正壓，滿足了爐膛為正壓的要求；456為煙道，煙氣流動(dòng)過(guò)程中，45克服阻力，消耗能量，系統(tǒng)壓力降低，56由于浮力作用，系統(tǒng)壓力又有所增加；67為熱交換器，煙氣流經(jīng)時(shí)，阻力消耗大，系統(tǒng)壓力下降；

3、789也是煙道，78煙氣流經(jīng)煙道閘門，克服局部阻力，消耗較大能量；89煙氣消耗能量，克服煙道阻力；910為煙囪，由于高大煙囪的浮力遠(yuǎn)大于阻力，使系統(tǒng)壓力增大，到煙囪出口接近零壓。在燃?xì)夤I(yè)爐內(nèi)，被加熱物料一般都放在爐底，因此控制爐內(nèi)壓力的首要任務(wù)是保證爐底相對(duì)壓力為零或微小正壓(通常1020pa)。這時(shí)爐門縫隙稍有火苗冒出，而沒(méi)有冷空氣吸入，以保持爐內(nèi)氣氛，并使?fàn)t內(nèi)不會(huì)有太多的過(guò)?？諝?，不至降低爐溫和惡化傳熱過(guò)程。燃?xì)夤I(yè)爐整個(gè)送風(fēng)、排煙系統(tǒng)的壓力都接近于大氣壓，各處相對(duì)壓力的數(shù)值都很小，而且變化甚微，如圖3915僅為-loopa0pa變化。即使在壓力變化最大的空氣、燃?xì)忸A(yù)熱器或余熱鍋爐中，變

4、化也常常只有幾千帕，因此，可忽略壓力變化對(duì)氣體可壓縮性的影響。同時(shí)，在各種情況下，整個(gè)送風(fēng)、排煙系統(tǒng)的氣流速度都不大，約每秒數(shù)米，氣體馬赫數(shù)(氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲僦戎?遠(yuǎn)小于0.3，完全可以忽略流速變化對(duì)氣體可壓縮性的影響。顯然，在燃?xì)夤I(yè)爐通風(fēng)過(guò)程中，影響氣體可壓縮性的壓力、流速，溫度三因素中，只有溫度變化最劇烈，是不可忽略的。所以，必須分區(qū)段來(lái)確定氣體的溫度及密度，在溫度變化范圍較小的區(qū)段，可取算術(shù)平均密度；在溫度變化劇烈的區(qū)段，則應(yīng)取算術(shù)平均溫度下的調(diào)和平均密度。這樣處理之后，在燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力計(jì)算中，就可以把通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的氣體都當(dāng)成是不可壓縮的流體了。根據(jù)以上討論，燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力計(jì)

5、算的實(shí)用流體方程，就是實(shí)際流體的伯努利方程式，如式(223)所描述。二、氣體的阻力計(jì)算燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力計(jì)算中，氣體流動(dòng)阻力包括摩擦阻力利局部阻力。其計(jì)算基本公式見(jiàn)式(227)、式(229)，在進(jìn)行局部阻力計(jì)算時(shí)，其局部阻力系數(shù)k由通道或管路的結(jié)構(gòu)而定。當(dāng)氣流橫向沖刷管束時(shí)，無(wú)論有無(wú)熱交換，其流動(dòng)阻力均屬局部阻力，局部阻力系數(shù)k與管束的結(jié)構(gòu)形式、管子排數(shù)及re數(shù)有關(guān)?？梢詤^(qū)別順列管束、錯(cuò)列管束按計(jì)算公式或線算圖來(lái)確定。空氣、燃?xì)饣驘煔饬鹘?jīng)管束時(shí)，由于截面收縮和擴(kuò)大所引起的阻力損失已計(jì)入k中，不再另外計(jì)算。計(jì)算時(shí)，氣流速度按煙道有效截面確定。煙氣流動(dòng)阻力計(jì)算簡(jiǎn)介如下。計(jì)算煙氣流動(dòng)阻力的原始數(shù)據(jù)為

6、煙氣量、各區(qū)段煙氣的平均流速和溫度、煙道的有效截面積及其它結(jié)構(gòu)特性。這些數(shù)據(jù)在燃?xì)馊紵?jì)算和熱力計(jì)算中已經(jīng)提及。由于阻力計(jì)算時(shí)所使用的各種線算圖都是對(duì)于空氣繪制的。因此，為了方便起見(jiàn)，可以利用線算圖求得相應(yīng)于空氣密度的煙道各部分阻力；然后再根據(jù)煙氣的密度進(jìn)行阻力換算。計(jì)算煙氣流動(dòng)阻力的順序是從爐膛開(kāi)始，沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向，依次汁算空氣(燃?xì)?預(yù)熱器、余熱鍋爐、煙道等各部分的阻力。各部分阻力之和即為煙道的全壓降。1爐膛爐膛的摩擦阻力損失按式(2-27)計(jì)算，式中0、t為爐膛內(nèi)煙氣平均流速和溫度。實(shí)際上由于工件在爐底排列并不整齊，故爐膛內(nèi)壓力損失比汁算結(jié)果要大?？梢源致缘厝橛?jì)算值的兩倍。2空氣(燃?xì)?/p>

7、)預(yù)熱器其結(jié)構(gòu)形式有管式、片狀和輻射式。(1)管式空氣預(yù)熱器這種換熱器的基本構(gòu)件是鋼管。通常管內(nèi)走空氣，管外走煙氣。一般機(jī)械排風(fēng)時(shí)，可采用煙氣在管內(nèi)流動(dòng)，此時(shí)煙氣阻力由管內(nèi)的摩擦阻力和管子進(jìn)出口的局部阻力所組成。這兩項(xiàng)阻力均按平均煙氣流速和溫度計(jì)算。管式空氣預(yù)熱器的摩擦阻力和局部阻力也可按公式和線算圖確定。當(dāng)空氣在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，一般流速為48m/s；煙氣則以12ms的速度從管間流過(guò)?？諝夂蜔煔饬魉僦葢?yīng)不小于1530，以防管子燒壞。預(yù)熱器內(nèi)的空氣阻力為3003000pa；煙氣阻力為20300pa。(2)片狀換熱器片狀換熱器內(nèi)表面空氣流動(dòng)阻力和外表面煙氣流動(dòng)阻力一般用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。多行程換熱器空

8、氣管道轉(zhuǎn)彎處的管內(nèi)壓力損失一般采用片狀管空氣流動(dòng)阻力的5060。換熱器內(nèi)空氣流速采用408oms。如果換熱器前壓力較高，則為了減小換熱器尺寸，降低金屬表面最高溫度，也可以適當(dāng)提；高空氣流速。換熱器管外煙氣流速采用205.0ms。(3)輻射換熱器輻射換熱器的煙道截面一般比較大，直徑為0.53.om。煙氣流速采用103oms。預(yù)熱空氣的流速一般采用2030ms。輻射換熱器中煙氣阻力損失可忽略不計(jì)。3余熱鍋爐以水管式余熱鍋爐(如圖3916)為例，說(shuō)明余熱鍋爐空氣動(dòng)力計(jì)算的一般方法。(1)蒸汽過(guò)熱器蒸汽過(guò)熱器是由小直徑管子組成的蛇形管束，過(guò)熱器總阻力由氣體橫向沖刷部分的阻力(這部分阻力按管束進(jìn)口截面的

9、速度和管束的總排數(shù)米確定)、縱向沖刷部分的阻力(計(jì)算長(zhǎng)皮是進(jìn)口煙窗的中心線至管于下部彎頭底面間的距離)和管束中煙氣90轉(zhuǎn)彎的阻力三部分組成。(2)對(duì)流管束對(duì)流管束的阻力一般由橫向沖刷管束阻力、縱向沖刷管束阻力以及管束內(nèi)部轉(zhuǎn)彎阻力三部分組成。(3)省煤器對(duì)光管省煤器，當(dāng)煙氣橫向或縱向沖刷時(shí)的阻力可按前述公式和線算圖進(jìn)行計(jì)算。必須注意的是，余熱鍋爐各受熱面的阻力算出后，還需乘上修正系數(shù)k。k值可從有關(guān)手冊(cè)上查取。4煙道煙道內(nèi)的煙氣量，除包括燃料燃燒生成的煙氣外，還需增加換熱器、余熱鍋爐、煙道、閥門等處的漏風(fēng)量?？紤]漏風(fēng)量后的煙氣總量，可按下式計(jì)算：其中，為漏風(fēng)系數(shù)，下面列出部分?jǐn)?shù)據(jù)：漏風(fēng)系數(shù)金屬管

10、狀換熱器金屬輻射換熱器磚煙道鋼板煙道0.150.15每10m取0.05第10m取0.01在煙道計(jì)算時(shí)，往往取經(jīng)濟(jì)流速。若煙氣流速過(guò)大，雖可節(jié)約管材，但動(dòng)力消耗過(guò)大；反之，若煙氣流速過(guò)小，可節(jié)約動(dòng)力，卻浪費(fèi)了管材。矩形煙道的高、寬比可取052。工業(yè)爐常用煙道系列可參考有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。圖3-9-16 水管式余熱鍋爐示意圖1-過(guò)熱器；2-對(duì)流管束；3-省煤器；4-汽鍋空氣及燃?xì)饬鲃?dòng)阻力的計(jì)算原理及方法與煙氣流動(dòng)阻力計(jì)算完全相同。按工業(yè)爐額定熱負(fù)荷，由燃?xì)馊紵?jì)算確定所需燃?xì)饬坷諝饬?。阻力?jì)算所用原始數(shù)據(jù)，溫度、流速等，都可由熱力計(jì)算得到?？諝?、燃?xì)怙L(fēng)道的阻力包括，冷空(燃)氣風(fēng)道、空(燃)氣預(yù)熱器、

11、熱空(燃)氣風(fēng)道和燃燒設(shè)備等區(qū)段的阻力。在計(jì)算時(shí)，按通道中截面積、流量、溫度等的變化，分區(qū)段求取，總阻力損失等于各區(qū)段阻力之和；當(dāng)通風(fēng)分為幾路并聯(lián)時(shí)，按阻力損失最大的一條線路計(jì)算，這時(shí)其它線路上須加閘門進(jìn)行調(diào)節(jié)。三、燃?xì)夤I(yè)爐通風(fēng)排煙裝置燃?xì)夤I(yè)爐通風(fēng)排煙裝置分為自然通風(fēng)裝置和機(jī)械通風(fēng)裝置。前者指煙囪，后者指鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)或引射器等裝置。在燃?xì)夤I(yè)爐中，廣泛利用煙囪產(chǎn)生自然抽力。雖然基建投資較大，施工周期較長(zhǎng)，但它工作可靠，不需消耗動(dòng)力，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，很少需要檢修。當(dāng)煙道阻力損失很大或煙氣溫度很低時(shí)，往往需要用機(jī)械排煙，這時(shí)也有一個(gè)較矮的煙囪，它的作用只是保證煙氣排放符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于煙囪的工作

12、原理及計(jì)算在第一篇第二章有關(guān)部分已討論過(guò)。對(duì)于燃?xì)夤I(yè)爐，煙囪的高度除了考慮有足夠的抽力之外，還要考慮對(duì)周圍環(huán)境的污染問(wèn)題。一般應(yīng)比附近最高建筑物高出5m以上，所以多數(shù)爐子的煙囪高度都有富裕。由于計(jì)算中是以假定爐底的相對(duì)壓力為零作前提的，煙囪的抽力有富裕，就會(huì)在爐膛內(nèi)造成負(fù)壓，這將會(huì)吸入大量冷空氣，是我們所不希望的。為了調(diào)節(jié)爐內(nèi)的靜壓，通常設(shè)置煙道閘門來(lái)抵銷剩余的吸力。在現(xiàn)代化爐子上，煙道閘門由自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行控制。當(dāng)幾個(gè)爐子合用一個(gè)煙囪時(shí)，煙囪底部的吸力按阻力最大的系統(tǒng)來(lái)計(jì)算，但計(jì)算煙囪自身的阻力時(shí)，煙氣量應(yīng)按幾個(gè)爐子的總量來(lái)考慮。這種情況下，任何一座爐子的煙氣量發(fā)生波動(dòng)，將引起總吸力的變化

13、，也會(huì)影響其它爐子的正常工作。所以，煙氣量變動(dòng)大的爐子最好有各自獨(dú)立的煙囪。下面簡(jiǎn)介機(jī)械通風(fēng)裝置1燃燒用鼓風(fēng)機(jī)燃?xì)夤I(yè)爐廣泛使用鼓風(fēng)式燃燒器，鼓風(fēng)機(jī)對(duì)燃?xì)獾娜紵鹬鴺O其重要的作用，應(yīng)用最廣泛的有旋轉(zhuǎn)式(羅茨式鼓風(fēng)機(jī))和離心式(葉輪鼓風(fēng)機(jī)等)兩類。(1)旋轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)這類風(fēng)機(jī)吸入一定容積的空氣，經(jīng)壓縮后排出。其主要特點(diǎn)是風(fēng)量穩(wěn)定，只要轉(zhuǎn)速不變，排山風(fēng)量總是固定的。需注意的是在管路中應(yīng)設(shè)置安全閥等附件。(2)離心式鼓風(fēng)機(jī)這類風(fēng)機(jī)利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力，將氣體加壓后排出。其特點(diǎn)為：振動(dòng)噪音低、體積小、送風(fēng)穩(wěn)定尤其適合于風(fēng)量變化的場(chǎng)合。離心式鼓風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)包括風(fēng)壓、風(fēng)量、功率和效率。根據(jù)風(fēng)壓不同可分為低壓離心風(fēng)機(jī)(全風(fēng)壓980pa)、中壓離心風(fēng)機(jī)(全風(fēng)壓9803000pa)、高壓離心風(fēng)機(jī)(全風(fēng)壓3000pa以上)。2熱風(fēng)干燥爐用鼓風(fēng)機(jī)用于熱風(fēng)干燥裝置及熱風(fēng)采暖設(shè)備的鼓風(fēng)機(jī)，與供應(yīng)助燃空氣的鼓風(fēng)機(jī)不同。它無(wú)須太高風(fēng)壓，通常250300pa，而要求相當(dāng)大的風(fēng)量。為此，普