烟道阻力损失及烟囱计算

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1、115.烟道阻力损失及烟囱计算烟道阻力损失及烟囱计算烟囱是工业炉自然排烟的设施，在烟囱根部造成的 负压 抽力是能够吸引并排烟的动力。在上一讲中讲到的喷射器是靠 喷射气体的喷射来造成抽力的，而烟囱是靠烟气在大气中的浮力造成抽力的，其抽力的大小主要与烟气温度和烟囱的高度有关。为了顺利排出烟气，烟囱的抽力必 须是足够克服烟气在烟道内流 动过程中产生的阻力损失，因此在烟囱计算时首先要确定烟气 总的阻力损失的大小。15.1 烟气的阻力损失烟气的阻力损失烟气在烟道内的流动过程中造成的阻力损失有以下几个方面：摩擦阻力损失、局部阻力损失，此外，还有烟气由上向下流动时需要克服的烟气本身的浮力几何压头，流动速度由

2、小变大时所消耗的速度头动压头等。15.1.1 摩擦阻力损失摩擦阻力损失摩擦阻力损失包括烟气与烟道壁及烟气本身的粘性产生的阻力损失，计算公式如下：(mmH2O)tmhdL(mmH2O)1(2h04tgw式中： 摩擦系数，砌砖烟道 =0.05L计算段长度， （m）d水力学直径 )(4uF其中 F通道断面积（）；u通道断面周长（m）；烟气温度 t 时的速度头（即动压头）(mmH 2O)；th标准状态下烟气的平均流速（Nm/s）；0w标准状态下烟气的重度（/NM 3）；体积膨胀系数，等于 ；271t烟气的实际温度（）15.1.2 局部阻力损失局部阻力损失局部阻力损失是由于通道断面有显著变化或改变方向，

3、使气流脱离通道壁形成 涡流而2引起的能量损失，计算公式如下：(H 2O)120tgwKht 式中 K局部阻力系数，可查表。15.1.3 几何压头的变化几何压头的变化烟气经过竖烟道时就会产生几何压头的变化，下降烟道增加烟气的流动阻力，烟气要克服几何压头，此时几何压头的 变化取正值，上升烟道与此相反，几何压头的变化取负值。几何压头的计算公式如下：（H 2O）)(ykjh式中 H烟气上升或下降的垂直距离（m）大气（即空气）的实际重度 (kg/m3)k烟气的实际重度(kg/m 3)y图 15.1 为大气中每米 竖烟道的几何压头，曲线是按热空气算出的，烟气重度与空气重度差别不大时，可由图 15.1 查

4、取几何压头值。图 15.1 每米高度引起几何压头变化的数值15.2 烟道计算烟道计算15.2.1 烟气量烟气量烟气在进入烟道时过剩空气量较燃烧时略大，而且在烟道内流动过程中由于不断地吸入空气而烟气量在不断地变化，尤其在 换热器、烟道 闸板和人孔等 处严密性较差，空气过剩量都有所提高，在烟囱根处空气 过剩量变得最大。因此，在计算烟道时，在正常烟气量的基础上根据烟道严密性的好坏应做适当的调整，以使 计算烟气量符合 实际烟气量。空气吸入量大约可以按炉内烟气量的 1030计算，炉子附近取下限，烟囱附近取上限。15.2.2 烟气温度烟气温度3烟气温度指烟气出炉时的实际温度，而不是炉尾 热电偶的 测定值，

5、 应是用抽气热电偶测出的烟气本身的温度。烟气温度与炉型及炉底强度有关。 连续 加热炉的烟气温度比较稳定，均热炉和其他热处理炉等周期性的间歇式工作的炉子不单烟气量随着加热工艺变化，而且烟气温度也有较大的变化，因此，烟道计算时应采用典型工艺段的烟气出炉温度。烟气在烟道内的流动过程中由于空气的吸入和散热、吸 热现 象的发生，使烟气温度不断发生变化，因此烟道计算中采用每算 阶段的实际温度，一般采用计算算段的平均烟气温度。一般情况下，烟道内烟气温降可参照图 15.2 选用。图 15.2 每米烟道烟气温降1-地下烟道，无冷风吸入口 2-地上烟道， 带绝热层，无冷风吸入口 3-地上烟道，不 带绝热层，无冷风

6、吸入口 4-用于四台井式炉、四台台车式热处理炉的地下烟道，烟道全长约 40米，分布有三个不太严密的检查 口，烟囱底部 带有喷射排烟装置 时的实测烟气温降。15.2.3 烟气流速与烟道断面烟气流速与烟道断面烟道内烟气流速可参考下列数据采用：烟道烟气流速烟道烟气流速 表 15.1 烟气温度（） 400 400500 500700 700800烟气流速（Nm/s） 2.53.5 2.51.7 1.71.4 1.41.2烟道为砌砖烟道时，根据采用的烟气流速 计算烟道断面积 ，然后按砌 砖尺寸选取相近的标准烟道断面，再以此断面为 基础计算出该计算段的烟气流速。15.2.4 烟道计算烟道计算4【例题】混合

7、煤气发热量 Q=2000Kcal/Nm3,煤气消耗量 B=7200Nm3/h。当 =1.1 时，查燃料燃烧图表得烟气量为 2.87Nm3/ Nm3 煤气，烟气重度 =1.28 Kg/ Nm3。排烟系统如图 15.3图 15.3 排烟系统图当 =1.1 时，出炉烟气量 为 V=72002.87=20660 Nm3/h=5.75 Nm3/S.计算分四个计算段进行。第计算段：炉尾下降烟道，烟道 长 2.5m，竖烟道入口烟气温度为 900。采用烟气流速时，烟道断面 ，选用 1044696 断面， ，此smw/5.21 217.053.mf 217.0mf时烟气速度 ；当量直径 ；s/64.27.035

8、1 uFd835.)69.4(21烟道温降 /m 时 ,第 计算段内烟气平均温度 ，1t 4(01t末端温度 ；此计算段烟气速度头85.29 OmHtgwht 21021 94.1)273(.64)73( （1）动压头增量 ：th炉尾烟气温度为 900，流速为 1.2m/s 时， 动压头 hOmHt 2240.7398.69动压头增量 httt 2154.1.（2）几何压头 :ji5)(ykjiHh30 /.0278941.mkgty H 2O.)3.(52jih也可以查图 15.1 计算（3）局部阻力损失 ：ji由炉尾进入三个下降烟道，查 表得局部阻力系数 K=2.3,W OmHhktj 2

9、146.9.32(4)摩擦阻力损失 ：1mhdLt 211 9.04.1835.0第计算段阻力损失为： OmHhI 27.2.64.25第计算段：换热器前的水平烟道，烟道 长 9m。烟道断面为 13921716，其面 积 F2=2.18，当量直径查表得 d2=1.55m温降 /m 时平均温度 末端温度42t 870)94(5.08t；此计算段动压头 。OmHht 22 91.)27301(8.69. 52t（1）动压头增量 :thhttt 212 03.94.（2）局部阻力损失 :2j6K1=1.5, K2=1.1, K=K1+K2=1.5+1.1=2.6K1K2OmHhtj 22 97.46

10、.（3）摩擦阻力损失 :2mhOmHdLhtm 22 1.094.105第计算段阻力损失为： 2.6.97.3.第计算段：换热器部分在上一讲换热器的计算中己表述过换热器部分烟气的阻力损失计算，另外还用图 15.4的方法进行计算。要注意的是，由于换热器安装时烟道封闭不严，吸入部分冷空气，因此，计算此段烟气量时，应考虑增加的 过剩空气量。在本例题计算中设定换热器内烟气阻力损失 h =8H 2O。图 15.4 烟气通过管群的阻力计算图表第计算段：换热器出口至烟囱入口，烟道 长 11m,设有烟道闸板。烟道断面为 13921716，面积 F3=2.18m2,当量直径 d4=1.55m,温降 t=2.5/

11、m；烟气经换热器后温度降为 500，考 虑换热器与闸板处吸风， 由 1.1 增为 1.4，即烟气量增加至 24700Nm3/h(6.85Nm3/s),此时烟气温度可由下式计算： 21cVtt式中 计算段开始烟气量、温度和比热；1ctV吸入空气量、温度和比 热2还可以从煤气燃烧计算图查取烟气温度。 500的烟气由 增至 后其温度1.4.7降为 440，因此，此计算段烟气平均温度 ，末端温度426)15.(04t,烟气流速 ，此 计算段烟气速度 头413t smw/1.38.2504OHht 224 6)7(.69.(1)动压头增量 ：4thmht 246.01.5(2)局部阻力损失 :4jK1=

12、1.1K2=1.45 5.24.121KOmHhtj 2446(3)摩擦阻力损失 ：mdLtm 244 58.0.105.第 IV 计算段阻力损失为： OHhIV 23.48.26.烟道总阻力系数为：I+h +h +h =8.77+5.55+8.00+4.53=26.85H 2O总阻力损失是计算烟囱的主要依据，因此，要采取合理的措施，尽量减小烟道阻力损失。15.3 烟囱计算烟囱计算15.3.1 计算公式计算公式8H= hdBji760)(K- 21烟 囱 每 米 摩 擦 损 失每 米 高 几 何 压 头 烟 囱 内 速 度 头 增 量烟 囱 有 效 抽 力式中 H烟囱高度（m）K抽力系数，计算

13、烟囱高度时必须考虑富余抽力， 对于计算高度低于 40 米的烟囱，按计算阻力增大 2030，估 计高度大于 40 米的烟囱按 计算阻力增大 1520；h烟道总阻力损失（H 2O）h1、h2分别为烟囱顶部和底部烟气速度 头（H 2O）,烟囱出口速度一般取2.54.0Nm/s；h烟囱内烟气平均速度头，按平均速度和平均温度求得（ H 2O）；-烟囱每米高度的几何压头 （H 2O）；ji烟囱每米高度的摩擦损失， ；mh)(2md；0.5 可 取烟 囱 摩 擦 系 数 ，d烟囱平均直径d=0.5（d1+d2）(m)d1、d2 分别为烟囱顶部和底部直径15.3.1.2 计算例题计算例题在烟道计算例题中烟道总

14、阻力损失 h=26.85H 2O,烟囱底部温度 t=413/m,烟囱底部=1.6，此时烟气量为 3.84Nm3/m37200m3=27500N/m3=7.62Nm3/s，烟囱温降 /m， 1t夏季平均温度 =30，当地大气压 烟气重度 .0t ,760mhgB30/8.1Nmkgv假设烟囱高度为 45m 时烟囱 顶部温度 ，烟囱内烟气平均温度6)45(21t；391)(5.21tt采用烟囱出口速度 sNmw/1时烟囱顶部直径 ，mwVd8.1362.713.0 底部直径 ，烟囱平均直径 ，烟囱底d7.285.12 5.)8.(5部烟气速度 ，sV/3.1.67229烟气平均速度 ；sNmw/1

15、7.2)3.(5.0)(.21烟囱顶部烟气速度头 ，烟OHtgh 2101 37.1)68(.69囱底部烟气速度头 ，烟囱内速t 22202 9.0)734(8.3.)(度头增量 ，烟气平均速度头OmHh221.1937.；tgwh 202 75.0)3(8.6)( 抽力系数采用 K=1.15 时,有效抽力 ；OmHhKy 287.305.61.烟囱每米摩擦损失 ；hdm 207.5.2烟囱每米几何压头查图 15.1 得 OmHji 263计算烟囱高度 52m,1.57.02763.08176)(21 取hdHjiy烟囱烟囱 计计 算算 表 15.2项目 代号 公式 数值 单位 备注烟道总阻力 h由烟道计算 26.85 H 2O抽力系数 k 取 K=1.151.30 1.15有效抽力 y 85.261.hy 30.87 H 2O烟气量 V 查