第八讲 烟囱的设计计算(加热炉,2013)

mg
mg ——烟气的质量流量：kg/h。
二 烟囱的高度
烟囱高度所形成的抽力用于： 克服烟气流动过程中的总压力降； 克服空气通过燃烧器的压力降； 保证炉膛内具有一定的负压； 最低高度：假定烟囱和对流室所产生的抽力应等于烟气 在加热炉和烟囱内流动的压力降。
（一）抽力的计算
抽力是由于炉内烟气的密度差而产生的。 烟囱产生的抽力ΔPI
（5）烟气通过烟囱挡板的压力降 设挡板开度为50%，ζ5 = 4.0
ws2 3.52 Δp5 = ζ 5 ρ g = 4.0 × = 45.709(Pa ) 2 2 × 0.536
（6）烟气在烟囱出口的动能损失
ws2 3.52 Δp6 = ρg = = 11.427(Pa ) 2 2 × 0.536
2
Re =
Ds ⋅ G g
μg
=
1.51 × 3.5 = 1.235 × 10 5 0.0428 × 10 −3
0.7543 = 0.0210 0.38 Re
λ = 0.01227 +
烟气在烟囱内的摩擦损失：
H s ws Hs 3.52 Δp 4 = λ ρ g = 0.0210 × × = 0.159 H s (Pa ) Ds 2 1.51 2 × 0.536
⎛ mg ⎞ ⎜ − Aso ⎟ ⎜ 3600G ⎟ go ⎝ ⎠
1.8
1 Asi.8 = Ns
⎛ dp ′ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ dp ′′ ⎟ ⎠ ⎝
0.2
3 烟气由对流室至烟囱的压力降ΔP3
ws Δp 3 = ζ 3 ρg 2gc
2
4 烟气在烟囱内的摩擦损失ΔP4
Δp4 = λ H s ws ρg Ds 2 g c
5 烟囱挡板的压力降ΔP5
ws2 Δp5 = ζ 5 ρg 2gc
6 烟囱出口的动能损失ΔP6
ws2 Δp 6 = ρg 2gc
（三）烟囱的最低高度Hs 由抽力确定烟囱高度 ΔP1 + ΔPII = ΔP1 + ΔP2 + ΔP3 + ΔP4 + ΔP5 + ΔP6 + 2 决定烟囱高度的其它因素 * 不低于附近的蒸馏塔等设备的顶标高，以避免火灾； * 圆筒炉烟囱的最低高度应能利用烟囱上的炉管吊环吊出 辐射炉管，所以还必须满足由下式计算的最低高度： * 受航空方面的限制； * 受环境保护方面的限制，必须根据环境保护法规定的要求 计算烟囱高度。
1 .8
烟气在钉头外部质量流速：
⎛ mg ⎞ ⎜ − Aso ⎟ ⎜ 3600G ⎟ go ⎝ ⎠ ⎛ 22500 ⎞ ⎜ − 2.323 ⎟ ⎜ 3600G ⎟ go ⎝ ⎠
1 Asi.8 = Ns
⎛ dp ′ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ dp ′′ ⎟ ⎠ ⎝
0 .2
1 .8
0.81.8 ⎛ 0.02 ⎞ = ×⎜ ⎟ 12 ⎝ 0.077 ⎠
[例7—7]
根据例7—4、7—5及7—6的条件及计算结果，进行烟囱的设计计算。 解： 1.
烟囱的直径
取烟囱质量流速Gg = 3.5 kg/(m2.s)
Ds =
4
π
×
4 × 22500 = = 1.51(m ) G g × 3600 π × 3.5 × 3600
mg
2. 烟囱和对流室产生的抽力
已知：炉膛高H = 13 m，对流室的高度HC = 3.52 m；辐射室烟气 出口温度T'g = 1051 K，对流室烟气平均温度Tf = 843.1 K，烟囱内烟气 平均温度Tm = 710 – 50 = 660 (K)，大气温度Ta = 20 + 273 = 293 K。
---辐射传热与管式加热炉
第十一节 烟囱的设计计算
烟囱作用： 产生抽力，使烟气在加热炉中不断流动，同 时把烟气送到高空排出，以减少地面污染。
一
烟囱的直径
GS↑直径↓投资费用↓ 阻力↑ 在自然通风时，取：G = (2.5 ~ 3.5) kg/(m2.s)
Ds = 4
π
×
(2.5 ~ 3.5) × 3600
g 1 1 = 354( − ) H s mmH2O ΔPI =（ρa - ρg）Hs gc Ta Tm
29 273.15 354 × = ρg = 22.4 Tm Tm
对流室产生的抽力ΔPⅡ
⎛1 1 ⎞ ΔpII = 354⎜ − ⎟ H c ⎜T T ⎟ f ⎠ ⎝ a
（二） 压力降的计算 烟气流动的压力降
⎛1 1 ⎞ g ΔPI = (ρ a − ρ g )H s = 354⎜ − ⎟ H s ⎜T T ⎟ gc m ⎠ ⎝ a
1 ⎞ ⎛ 1 ΔPI = 354 × ⎜ − ⎟ H s = 0.672 H s （mH2O） ⎝ 293 660 ⎠
⎛1 1 ⎞ ΔPII = 354⎜ − ⎟ H C ⎜T T ⎟ f ⎠ ⎝ a 1 ⎞ ⎛ 1 （mH2O） = 354 × ⎜ − ⎟ × 3.52 = 2.775 ⎝ 293 843.1 ⎠
查表7-8，ζ3 = 0.408
ρg =
345 345 = = 0.536 kg m 2 660 Tm
(
)
烟气由对流室至烟囱的局部阻力压降：
ws 3 .5 2 Δp3 = ζ 3 ρ g = 0.408 × = 4.662(Pa ) 2 2 × 0.536
（4）烟囱的摩擦损失 Tm = 660 K 查得烟气的粘度μg = 0.0428 mPa.s
每排自由流通面积 = 6.854 – 3.251 – 0.48 = 3.123 (m2)
钉头区域外部流通面积： Aso = [b – (dC + 2l) × 8]·LC = [2.142 – (0.127 + 2 × 0.025) × 8] × 3.2 = 2.323 (m2) 钉头区域内部流通面积：Asi = 3.123 – 2.323 = 0.8 (m2) 钉头间隙： 钉头端间隙： d'p = 2 × 0.016 – 0.012 = 0.02 (m) d''p = dC – 2l = 0.127 – 2 × 0.025 = 0.077 (m)
总抽力：ΔP = ΔPI + ΔPII = 0.672Hs + 2.775
3. 总压力降
（1）烟气由辐射室至对流室的压力降
b × LC A2 4 × 2.142 × 3.2 = = = 0.283 2 2 A1 π 4 ⋅ D π × 5.556
查表7-8，ζ1 = 0.396
烟气进对流室时的密度： ρ1 =
a. 烟气沿烟道流动的压力降； b. 烟气流过挡板、转弯或截面变化等局部的压力降； c．烟气流过对流室管排的压力降； d．烟气流过空气预热器的压力降(有预热器时)。
1 烟气由辐射室至对流室的压力降ΔP1 w12 Δp1 = ζ 1 ρ1
2gc
2 烟气通过对流室的压力降ΔP2
烟气通过错排光管管排的压力降
Δp 2 =
Tf 2324
G
2 max
⎛ d p Gmax ⎞ ⎟ Nc ⎜ ⎜ μ ⎟ g ⎝ ⎠
−0.2
−0 . 2
烟气通过错排钉头管管排的压力降
⎛ d ′′Ggo ⎞ p ⎟ G Nc ⎜ Δp 2 = ⎜ μ ⎟ 2324 g ⎠ ⎝ 由下式计算烟气在钉头外部区域的烟气质量流速Ggo Tf
2 go
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2.5 ⎞ 2 = × 2.5 × 16 × ⎜ −3 ⎟ 2324 ⎝ 0.0478 × 10 ⎠
（3）烟气由对流室到烟囱的压力降 烟囱截面积与对流室截面积之比：
− 0 .2
= 6.897(mmH 2 O ) = 67.66(Pa )
A3 π 4 ⋅ Ds2 π 4 × 1.512 = = = 0.261 A2 b ⋅ LC 3.2 × 2.142
0 .2
= 0.042588
G go =
Tf = 843.1 K
22500 = 2.5 kg m 2 s 3600 × (2.323 + 0.173178)
查烟气的粘度μg = 0.0478 mPa.s
[ ( )]
烟气流过对流室的压力降：
⎛ d ′′G go Tf p 2 G go N c ⎜ Δp 2 = ⎜ μ 2324 g ⎝
（7）烟囱的最低高度
9.81 × (0.672 H s + 2.775 − 2 ) = 0.498 + 67.66 + 4.662 + 0.159 H s + 45.709 + 11.427
Hs = 19 m
（2）烟气流过对流室的压力降 对流室截面积 = 3.2 × 2.142 = 6.854 (m2) 每排炉管光管所占截面积 = dCLCnw = 0.127 × 3.2 × 8 = 3.251 (m2) 每排钉头所占截面积 = 2d s l ×
LC 2 × 0.012 × 0.025 nw = × 3.2 × 8 = 0.48 (m2) d′ 2 × 0.016 p
354 = 0.337 kg m 2 1051 mg 22500 w1 = = = 2.706(m s ) 3600bLC ρ1 3600 × 3.2 × 2.142 × 0.337
(
)
w12 2.706 2 Δp1 = ζ 1 ρ1 = 0.396 × × 0.337 = 0.498(Pa ) 2 2