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1、第二节窑炉系统中不可压缩气体的流动 一 气体从窑炉内的流入和流出二 分散垂直气流法则三 引导气体流动的设备 烟囱 一 气体从窑炉内的吸入和流出 当正压操作时 P1 Pa 气体从窑炉内流出 当负压操作时 P1 Pa 气体从窑炉内吸入 1 气体通过的小孔流出和吸入计算目的 求解气体排放量和吸入量 如图一炉墙 在炉墙上开有一小孔 当气体从较大空间突然通过小孔向外逸出时 由于惯性作用 气体会发生收缩 在小孔处形成一最小截面 这种现象称为 缩流 若炉墙厚时 缩流截面可能发生在炉墙内若炉墙薄时 缩流截面可能发生在炉墙外令小孔截面积为F 最小截面面积为F2 A 流出情况 即正压操作时 即 取炉内截面为1 1
2、 最小截面为2 2 列1 1与2 2两截面之间的二气流的柏努利方程 分析 取小孔中心线所在的水平面为基准面 则 动压头 静压头 几何压头 阻力损失 将各项代入 则伯努利方程变为 所以 则 所以 则 注意三个系数 见书上表1 3 13页 即 A 吸入情况 即负压操作时 计算方法相同 吸入量为 其中 a为炉外冷空气的密度 炉门与小孔区别为炉门内的压强随高度而变化 在炉门中心线上取一微元体dz则微元体面积为 dF Bdz 2 气体通过炉门的吸入和流出A 气体通过炉门的流出 炉内正压 如图 设炉门高为H 宽为B 设炉门中心线距离零压面的高度为z 炉门下边缘距零压面高度为z1 炉门上边缘距零压面高度为z
3、2 取 z为常数 则 运用前面的公式 可得 代入上式 得 取zm z1 z2 2 即炉门中心线距零压面的距离 而H z2 z1 故z2 zm H 2 z1 zm H 2 据牛顿二项式 令H 2zm 1 则 最后得到 B 气体通过炉门的吸入 炉内负压 结论 正压操作时 气体从炉内往外流 负压操作时 气体从外往炉内流 同理 二 分散垂直气流法则 窑炉内分散垂直通道要求温度分布均匀 那么 怎么才能够使温度分布均匀呢 分散垂直气流法则回答了这个问题 分散垂直气流概念 指一股气流在垂直的通道内被分成多股平行的小气流 分散垂直气流法则适用范围 适用于几何压头起主要作用的通道内 如倒焰窑 若通道内的阻力很大
4、 如立窑 此法则不再适用 分散垂直气流法则 在分散垂直气流通道内 热气体应自上而下流动 才能够使气流温度分布均匀 冷气体应自下而上流动 才能够使气流温度分布均匀 法则分析 如图 对于通道a 静压头 取1 1为基准面 几何压头 阻力损失 将各项代入 则柏努利方程变为 动压头 1 假设一股热气流被分成两股气流 在a b垂直通道内自上而下流动 取有效断面1 1与2 2 两截面之间的二气流的柏努利方程 同理对于通道b 要使温度分布均匀 必须满足a b通道内静压差相等 即 该方程为气流自上而下流动时的温度分布均匀条件 对于通道a 取1 1为基准面 几何压头 2 假设一股冷气流被分成两股气流 在a b垂直
5、通道内自下而上流动 取有效断面1 1与2 2 列二气流的柏努利方程 静压头 阻力损失 动压头 将各项代入 则柏努利方程变为 同理 要使温度分布均匀 必须满足a b通道内静压差相等 即 该方程为冷气流自下而上流动时的温度分布均匀条件 结论 保证a b通道温度分布均匀条件 法则的应用 假定由于某种原因使ta tb 则 ahge2b 1 若使热气体自上而下流动 则几何压头相当于阻力 所以a通道阻力大 使得VaVb 因而a通道内的热气体越来越多 ta就越来越高 从而导致a b温度分布更加不均匀 因此 热气流只有自上而下流动 才能保证a b通道温度分布均匀条件 冷气流只有自下而上流动 才能保证a b通道
6、温度分布均匀条件 自行分析 三 引导气体流动的设备 烟囱 1 烟囱底部负压与窑炉内系统阻力的关系 列1 1与2 2之间的柏努力方程 静压头 取1 1为基准面 则 将各项代入 则柏努利方程变为 所以 为了克服烟气流动时的阻力 烟囱底部必须产生一定的负压 2 烟囱产生抽力的原因2 2与3 3之间列的柏努力方程 3 3为零压面 分析 取3 3为基准面 则 将各项代入 则柏努利方程变为 由于 hk3 hk2 0 hl 2 3 0 所以为了使 hs1 0 必须使hge2达到一定值 即烟囱要有一定的高度 才能使烟囱产生抽力 其中 hge2为位能增量 hk3 hk2 为动能增量 从该式中可以看出 最大的抽力
7、为 分析 3 烟囱的热工计算 1 根据有关资料及条件 确定 排烟量Q 由系统阻力与动 位能增量得底部抽力hs1 并考虑安全系数 取k 1 3 1 5 烟气温度等 如烟囱底部温度T12 确定烟囱的顶部出口直径dT 自然通风 通常取wT 2 4Nm s人工排烟 通常取wT 8 15Nm s 4 烟囱高度的确定 由公式 3 确定烟囱底部直径dB 这里估算烟囱高度H 为 K为储备系数 k 1 2 1 3 得 4 几点说明 1 为保证烟囱在任何季节都有足够的抽力 计算时应取夏季最高温度时的空气密度 2 如当地空气湿度较大 计算时必须用湿空气的密度 3 如地处高原或山区 需要考虑当地大气压的影响 4 几座窑合用一烟囱 各烟道应并联 并防止相互干扰 计算时hs应按阻力最大的窑来计算 hs k hL max 烟气量应取几座窑的总烟气量 5 考虑环保等方面的要求
