煙道阻力損失及煙囪計算1

1、15.煙道阻力損失及煙囪計算煙囪是工業(yè)爐自然排煙的設(shè)施，在煙囪根部造成的負(fù)壓抽力是能夠吸引并排煙的動力。在上一講中講到的噴射器是靠噴射氣體的噴射來造成抽力的，而煙囪是靠煙氣在大氣中的浮力造成抽力的，其抽力的大小主要與煙氣溫度和煙囪的高度有關(guān)。為了順利排出煙氣，煙囪的抽力必須是足夠克服煙氣在煙道內(nèi)流動過程中產(chǎn)生的阻力損失，因此在煙囪計算時首先要確定煙氣總的阻力損失的大小。15.1 煙氣的阻力損失煙氣在煙道內(nèi)的流動過程中造成的阻力損失有以下幾個方面：摩擦阻力損失、局部阻力損失，此外，還有煙氣由上向下流動時需要克服的煙氣本身的浮力幾何壓頭，流動速度由小變大時所消耗的速度頭動壓頭等。 摩擦阻力損失摩擦

2、阻力損失包括煙氣與煙道壁及煙氣本身的粘性產(chǎn)生的阻力損失，計算公式如下：(mmH2O) (mmH2O)式中：摩擦系數(shù)，砌磚煙道=0.05L計算段長度，（m）d水力學(xué)直徑其中 F通道斷面積（）；u通道斷面周長（m）； 煙氣溫度t時的速度頭（即動壓頭）(mmH2O)； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣的平均流速（Nm/s）； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣的重度（/NM3）；體積膨脹系數(shù)，等于；t煙氣的實際溫度（）15.1.2 局部阻力損失局部阻力損失是由于通道斷面有顯著變化或改變方向，使氣流脫離通道壁形成渦流而引起的能量損失，計算公式如下：(H2O)式中 K局部阻力系數(shù)，可查表。1 幾何壓頭的變化煙氣經(jīng)過豎煙道時就會產(chǎn)生幾何壓頭的

3、變化，下降煙道增加煙氣的流動阻力，煙氣要克服幾何壓頭，此時幾何壓頭的變化取正值，上升煙道與此相反，幾何壓頭的變化取負(fù)值。幾何壓頭的計算公式如下：（H2O）式中 H煙氣上升或下降的垂直距離（m） 大氣（即空氣）的實際重度 (kg/m3)煙氣的實際重度(kg/m3)圖15.1 為大氣中每米豎煙道的幾何壓頭，曲線是按熱空氣算出的，煙氣重度與空氣重度差別不大時，可由圖15.1查取幾何壓頭值。圖15.1 每米高度引起幾何壓頭變化的數(shù)值15.2 煙道計算 煙氣量煙氣在進(jìn)入煙道時過?？諝饬枯^燃燒時略大，而且在煙道內(nèi)流動過程中由于不斷地吸入空氣而煙氣量在不斷地變化，尤其在換熱器、煙道閘板和人孔等處嚴(yán)密性較差，

4、空氣過剩量都有所提高，在煙囪根處空氣過剩量變得最大。因此，在計算煙道時，在正常煙氣量的基礎(chǔ)上根據(jù)煙道嚴(yán)密性的好壞應(yīng)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以使計算煙氣量符合實際煙氣量。空氣吸入量大約可以按爐內(nèi)煙氣量的1030計算，爐子附近取下限，煙囪附近取上限。 煙氣溫度煙氣溫度指煙氣出爐時的實際溫度，而不是爐尾熱電偶的測定值，應(yīng)是用抽氣熱電偶測出的煙氣本身的溫度。煙氣溫度與爐型及爐底強(qiáng)度有關(guān)。連續(xù)加熱爐的煙氣溫度比較穩(wěn)定，均熱爐和其他熱處理爐等周期性的間歇式工作的爐子不單煙氣量隨著加熱工藝變化，而且煙氣溫度也有較大的變化，因此，煙道計算時應(yīng)采用典型工藝段的煙氣出爐溫度。煙氣在煙道內(nèi)的流動過程中由于空氣的吸入和散熱、吸

5、熱現(xiàn)象的發(fā)生，使煙氣溫度不斷發(fā)生變化，因此煙道計算中采用每算階段的實際溫度，一般采用計算算段的平均煙氣溫度。一般情況下，煙道內(nèi)煙氣溫降可參照圖15.2 選用。圖15.2 每米煙道煙氣溫降1-地下煙道，無冷風(fēng)吸入口 2-地上煙道，帶絕熱層，無冷風(fēng)吸入口 3-地上煙道，不帶絕熱層，無冷風(fēng)吸入口 4-用于四臺井式爐、四臺臺車式熱處理爐的地下煙道，煙道全長約40米，分布有三個不太嚴(yán)密的檢查口，煙囪底部帶有噴射排煙裝置時的實測煙氣溫降。 煙氣流速與煙道斷面煙道內(nèi)煙氣流速可參考下列數(shù)據(jù)采用：煙道煙氣流速 表15.1 煙氣溫度（）400400500500700700800煙氣流速（Nm/s）2.53.52.

6、51.71.71.41.41.2煙道為砌磚煙道時，根據(jù)采用的煙氣流速計算煙道斷面積，然后按砌磚尺寸選取相近的標(biāo)準(zhǔn)煙道斷面，再以此斷面為基礎(chǔ)計算出該計算段的煙氣流速。 煙道計算【例題】混合煤氣發(fā)熱量Q=2000Kcal/Nm3,煤氣消耗量B=7200Nm3/h。當(dāng)=1.1時，查燃料燃燒圖表得煙氣量為2.87Nm3/ Nm3煤氣，煙氣重度=1.28 Kg/ Nm3。排煙系統(tǒng)如圖15.3圖15.3 排煙系統(tǒng)圖當(dāng)=1.1時，出爐煙氣量為V=7200×2.87=20660 Nm3/h=5.75 Nm3/S.計算分四個計算段進(jìn)行。第計算段：爐尾下降煙道，煙道長2.5m，豎煙道入口煙氣溫度為900

7、。采用煙氣流速時，煙道斷面，選用1044×696斷面，此時煙氣速度；當(dāng)量直徑；煙道溫降/m時 ,第計算段內(nèi)煙氣平均溫度，末端溫度；此計算段煙氣速度頭（1）動壓頭增量：爐尾煙氣溫度為900，流速為1.2m/s時，動壓頭h動壓頭增量（2）幾何壓頭H2O也可以查圖15.1計算（3）局部阻力損失：由爐尾進(jìn)入三個下降煙道，查表得局部阻力系數(shù)K=2.3,W(4)摩擦阻力損失：第計算段阻力損失為：第計算段：換熱器前的水平煙道，煙道長9m。煙道斷面為1392×1716，其面積F2=2.18，當(dāng)量直徑查表得d2=1.55m溫降/m時平均溫度末端溫度；此計算段動壓頭。（1）動壓頭增量 （2）局

8、部阻力損失K1K2K1=1.5, K2=1.1, K=K1+K2=1.5+1.1=2.6 （3）摩擦阻力損失第計算段阻力損失為：第計算段：換熱器部分在上一講換熱器的計算中己表述過換熱器部分煙氣的阻力損失計算，另外還用圖15.4的方法進(jìn)行計算。要注意的是，由于換熱器安裝時煙道封閉不嚴(yán)，吸入部分冷空氣，因此，計算此段煙氣量時，應(yīng)考慮增加的過剩空氣量。在本例題計算中設(shè)定換熱器內(nèi)煙氣阻力損失h=8H2O。圖15.4 煙氣通過管群的阻力計算圖表第計算段：換熱器出口至煙囪入口，煙道長11m,設(shè)有煙道閘板。煙道斷面為1392×1716，面積F3=2.18m2,當(dāng)量直徑d4=1.55m,溫降t=2.

9、5/m；煙氣經(jīng)換熱器后溫度降為500，考慮換熱器與閘板處吸風(fēng)，由1.1增為1.4，即煙氣量增加至24700Nm3/h(6.85Nm3/s),此時煙氣溫度可由下式計算：式中計算段開始煙氣量、溫度和比熱；吸入空氣量、溫度和比熱還可以從煤氣燃燒計算圖查取煙氣溫度。500的煙氣由增至后其溫度降為440，因此，此計算段煙氣平均溫度，末端溫度,煙氣流速，此計算段煙氣速度頭(1)動壓頭增量：(2)局部阻力損失K1=1.1K2=1.45(3)摩擦阻力損失：第IV計算段阻力損失為：煙道總阻力系數(shù)為：I+h+h+h=8.77+5.55+8.00+4.53=26.85H2O總阻力損失是計算煙囪的主要依據(jù)，因此，要采

10、取合理的措施，盡量減小煙道阻力損失。15.3 煙囪計算計算公式H=式中H煙囪高度（m） K抽力系數(shù)，計算煙囪高度時必須考慮富余抽力，對于計算高度低于40米的煙囪，按計算阻力增大2030，估計高度大于40米的煙囪按計算阻力增大1520；h煙道總阻力損失（H2O）h1、h2分別為煙囪頂部和底部煙氣速度頭（H2O）,煙囪出口速度一般取2.54.0Nm/s；h煙囪內(nèi)煙氣平均速度頭，按平均速度和平均溫度求得（H2O）；-煙囪每米高度的幾何壓頭（H2O）；煙囪每米高度的摩擦損失，；d煙囪平均直徑d=0.5（d1+d2）(m)d1、d2分別為煙囪頂部和底部直徑.2 計算例題在煙道計算例題中煙道總阻力損失h=

11、26.85H2O,煙囪底部溫度t=413/m,煙囪底部=1.6，此時煙氣量為3.84Nm3/m3×7200m3=27500N/m3=7.62Nm3/s，煙囪溫降/m，夏季平均溫度=30，當(dāng)?shù)卮髿鈮簾煔庵囟?假設(shè)煙囪高度為45m時煙囪頂部溫度，煙囪內(nèi)煙氣平均溫度；采用煙囪出口速度時煙囪頂部直徑，底部直徑，煙囪平均直徑，煙囪底部煙氣速度，煙氣平均速度 ；煙囪頂部煙氣速度頭，煙囪底部煙氣速度頭，煙囪內(nèi)速度頭增量，煙氣平均速度頭；抽力系數(shù)采用K=1.15時,有效抽力；煙囪每米摩擦損失；煙囪每米幾何壓頭查圖15.1得 計算煙囪高度煙囪計算 表15.2項目代號公式數(shù)值單位備注煙道總阻力由煙道計算

12、26.85H2O抽力系數(shù)k取K=1.151.301.15有效抽力30.87H2O煙氣量V查燃燒計算圖3.84×72007.62Nm3/s煙囪底部煙氣溫度t2由煙道計算413頂部煙氣溫度t1368/m,預(yù)設(shè)H=45m煙氣平均溫度t391煙囪出口速度w1采用2.54.03Nm/s煙囪頂部直徑d11.8m煙囪底部直徑d22.7m煙囪平均直徑d2.25m底部煙氣速度W21.33Nm/s煙氣平均速度w2.17Nm/s頂部煙氣速度頭h11.37H2O底部煙氣速度頭h20.29H2O平均煙氣速度頭h0.75H2O大氣溫度t0夏天最高月平均溫度30大氣壓力當(dāng)?shù)貧鈮?60mmHg每米摩擦損失0.017

13、H2O每米幾何壓頭查圖15.10.63H2O煙囪計算高度H52.12m采用煙囪高度52m.1 煙囪高度計算圖表用圖表查取煙囪高度免取了煙囪計算的煩瑣，較為簡便，圖15.5就是其中一例。確定煙囪的有效抽力后，根據(jù)煙囪底部的溫度就可查取煙囪高度。利用圖15.5查取煙囪高度時計算數(shù)據(jù)應(yīng)符合計算圖的條件，若與計算圖的條件不相符，則對查取的高度進(jìn)行修正，計算圖的計算條件如下：1.煙囪出口速度；2.大氣溫度；3.大氣壓B=750mmHg ；4.煙氣重度 。當(dāng)煙囪出口速度或大氣壓與計算圖的條件不相符合時查表15.2及表15.3進(jìn)行補(bǔ)正。速度修正系數(shù)表15.333.544.550.850.900.900.9511.051.101.101.15氣壓修