负压排气原理及其应用.pdf

6 节能 2 0 0 1 年第7 期 文章编号 1 0 0 4 7 9 4 8 2 0 0 1 0 7 0 0 0 6 0 4 文献标识码 A中图分类号 T K 2 6 3 5 负压排乏原理及其应用 沈阳航空工业学院动力系 沈阳1 1 0 0 3 4 申振华 摘要 介绍了负压排气原理及其在国民经济中的应用 只要有排气 或通风 的 场合 例如通风除尘 燃气轮机 烟囱等 采用这一技术均可带来巨大的经济效益 关键词 负压 烟囱 通风 排油烟机 l 引言 节约能源是我国发展经济的一项长远战略 方针 有资料表明 我国能源效率仅为3 6 左 右 相当于发达国家8 0 年代的效率水平 主要 工业产品能耗比发达国家高3 0 1 0 0 面 对我国即将加人W T O 我们必须千方百计降低 能耗和产品的生产成本 才能在世界范围的竞 争中立于不败之地 但是不尽如人意的是 许 多企业领导的眼睛只盯着 高 精 尖 却对眼 前只需稍做努力即见显效的事情不感兴趣 例 如他们对风机中精确的三元流计算 充其量可 以提高效率3 4 钟爱有加 却对可以轻 易提高效率1 0 3 0 的 常规 系统设计不 屑一顾 真可谓捡起芝麻 却未必捡得到 丢 了西瓜 本文对负压排气原理进行了多方面的应用 研究 认为只要有排气的地方 均可运用此原 理 要么在动力不变的情况下增大排气量 要 么在排气量不变的情况下 显著节约动力消 耗 由于该原理的应用具有明显的 分散效 应 即各使用单位因应用有限 似乎经济效益 不甚显著 但若在更大或全国范围内采用 则 将获得巨大的经济效益 2 负压排气原理 为简便起见 假定流体为无粘性的低速不 可压缩流动 见图l 由流体力学中的柏努利 方程可知 P P l 扣V 2 只 p 曙 二二 1 只 p 哼 常数 1 式中P L 来流总压 P 卜分别为任一流动截面上的静压和 流速 只一大气压力 图1 负压排气原理图 在直排气管 图l a 情况下 出口截面 e 一e 处压力P l 只 排气速度为V 如果在其 后端接上一段扩张角为口的扩张段 则扩张排 气管 图1 一b 情况下 出口截面e e 处压力 B 只 排气速度为K 由方程 1 K V 因 为气流在扩张段中的流动为减速扩压 所以有 P I K V 即由于加接了适当的 扩张段 使原出口e 7 一e 处的压力P 1 7 比大气压 力只低 因此称作负压排气 应用这一原 理 使得同样尺寸的排气管道排气流量大大增 加 或者排气 反压 降低 从而节省动力消 耗 下面结合实例谈谈这一原理的具体应用 3 通风除尘 3 1 实验装置 实验是在离心通风机实验装置上进行的 如图2 所示 在离开风机和出口足够远的直管 万方数据 2 0 0 1 年第7 期节 段某截面A A 用皮托管测量其总 静压分 布 并积分计算风机流量 风机转速不变 图2 离心风机实验装置结构图 3 2 实验结果及分析 在原型 圆筒 出口管和加接扩张段情况下 进行对比测量 发现对于长度直径比I d 为l 的9 扩张角的出口管的流量比原型流量增大 了约1 5 这就是说 如果用于通风除尘 采用 负压排气技术 室内工作环境比原来可大大改 善 另一方面 如果保持通风量一定 则可以显 著节省动力消耗 风机是工业生产中的耗能大户 有资料表 明 风机能耗约占全国总用电量的1 5 以上 综观目前各地的风机排气筒 基本上都是等截 面 圆 方 直管形的 如果全面采用负压排气技 术 尽管对每个部门的耗能节约可能并不显著 但对 含地区 一个省乃至全国 其节约量将是十 分惊人的 应当引起各部门领导的足够重视 4 燃气轮机发电 燃气轮机发电是航空发动机地面使用的典 型例子 它机动灵活 结构紧凑 占地面积少 特别适合于交通不便的边远地区或海上的电力 供应 也可作为城市用电高峰时的补充 其工 作原理如图3 所示 图3 燃气轮机发电原理图 在燃气轮机中 空气流过由压气机 燃烧室 和涡轮组成的燃气发生器 高温高压燃气在动 力涡轮中进一步膨胀做功 带动同轴上的发电 机发电 废气经由e e 截面进入高大的烟囱 未示出 并排出 在进气条件和燃气发生器转 数不变时 发电量的多少直接取决于动力涡轮 的膨胀比 而这个膨胀比直接由动力涡轮后截 面5 处的反压只所决定 反压只越低 动力涡 轮的膨胀功越多 发电量也就越大 一般来 说 为了提高膨胀比 设计者总是将5 一e 段设 计成扩张型的 但是由于气流在其中减速扩 压流动 气流会产生附面层分离而造成较大的 流动损失 所以扩张角通常控制在1 2 以内 这就是说 仅靠这一次扩张 不可能使动力涡 轮的膨胀比增加太多 现在 在外接的高大烟 囱出口 再次利用负压排气原理 则可以进一 步降低反压只 从而进一步增大动力涡轮的膨 胀比 以使发电量大大增加 据初步估算 对 于功率为4 万k W 的燃气轮机发电机 采取上 述负压排气技术 每天 2 4 h 可多发电l 万k W h 具有可观的经济效益 5 排油烟机 排油烟机是现代家庭厨房中的必备设施 对于改善居室环境 保护人民健康 提高人们 生活质量有重要作用 在选购排油烟机时 人 们往往只追求其内在质量 而忽视其排气管 作为附件 的作用 人们习惯于从市场上选 购锥形排气管 因为烟囱一般都是这样的 如 图4 所示 认为只要排油烟机质量好 排气管无 关紧要 实际上这是一种十分错误的认识 我 们曾对排油烟机的排气管做过一些研究 萑一翟 图44 种不同外形的排油烟机排气管 5 1 实验装置与实验件 实验装置与图2 类似 只不过这里将离心 万方数据 8 节能 2 0 0 1 年第7 期 式风机换成了一台排油烟机 实验件如图4 所 示 实验件有五种 1 9 收缩管 f d 2 0 图4 一a 2 直径为d 的直管 长f 图4 一b 3 9 扩张管 t d 2 0 图4 一c 4 0 1 2 的扩张管 I t d 1 0 图4 一d 5 p 1 6 的扩 张管 I d 1 0 图4 d 为了保证同等比较 各管进口直径d 相同 而且各管总长度相同 5 2 实验结果与分析 通过皮托管测得测量截面的流速分布 进 而求得体积流量的相对增量 Q Q 以市售9 收缩管为基准 各实验件的测量结果见表l 表l 测量结果 验件 0 值 数据 9 0 收缩 0 直管 9 扩张 1 2 扩张 1 6 扩张 a Q Q O2 3 7 63 6 2 43 0 7 43 0 3 4 从表l 中实验结果可见 在电机功率不变 时 只需将市售的 且为人们所认可的9 收缩 排气管改成9 扩张排气管 其排油烟量将提高 3 6 2 4 或者在保持净化效果 排油烟量 相同 的情况下 9 扩张排气管将比常规的9 收缩 排气管节约3 6 2 4 的电费 从表1 中还可看 出 即使是等截面直管 也比9 收缩管要好得 多 1 2 1 6 扩张管均比9 收缩管要好得 多 只不过由于扩张角过大 可能导致局部气 流分离 而使节能效果比不上9 扩张管的好 6 烟囱 烟囱是火力发电厂的主建筑物之一 也是 广大农户家庭的必备设施 其主要功用是产生 自然抽力将烟气排出 从而保证燃烧的顺利进 行 不管是自然通风式还是强制送风式烟囱 其抽力必须保证克服烟囱内部风道中的阻力 上述负压排气的概念在这里也是十分有效的 传统的烟囱形状多是锥形的 按照上述的 观点 这必然增加排气阻力 改进的形状应当 是在原有烟囱上端加接或改造成扩张形的 如 图5 所示 6 1 强制通风烟囱 按照前面的论述 有扩张段的烟囱理应比 传统的锥形烟囱有更大的 负压 抽力 这就 图5 自然通风式与强制通风式烟囱的外形比较 使得可以适当降低烟囱建造高度 对大型电 厂来说 烟囱造价是相当高的 节省建筑成 本 对于正常运行阶段 由于烟道阻力减少 可 以节约送风功率 从而产生很大的经济效益 6 2 自然通风烟囱 对于广大农户来说 矮小的烟囱常显得抽 力不足 燃料 柴草 燃烧不充分 采用改进型 烟囱后这个问题将得以解决 既节约了燃料又 改善了环境 由于充分燃烧 从而会产生显 著的经济效益和社会效益 本文进行了圆柱筒形烟囱和加接扩张段的 烟囱的对比实验 烟囱高度为5 3 m 直径为 1 5 0 m m 用1 5 0 0 W 的电炉模拟热源 测量结果 表明 有扩张段出口的烟囱排烟量比圆柱筒形 烟囱高9 5 可以推知 有扩张段出口的烟 囱比常规的锥形烟囱的排烟抽力要更高 由此 带来的经济和社会效益将是十分显著的 可是 由于人们思想上的惰性和思维定式的束缚 对 于一些本来于国于民大有好处的事物熟视无睹 7 结论 1 常规的锥形烟囱并不好 远不如有扩张 段的烟囱 2 常规的锥形或圆筒形排气管并 不好 远不如有扩张段的排气筒 负压排气原理并不复杂 稍加应用便可带 来可观的经济效益 此技术应当予以推广 参考文献 l 潘锦珊 方人淞 申振华 刘景梅 气体动力学基础 M 西北 工业大学出版社 1 9 9 5 1 2 1 申振华 一种负压排气装置吲 Z L 9 7 2 1 5 3 2 8 4 1 9 9 8 3 史玮 负压排气对排油烟机排烟性能的影响研究p 沈阳 沈阳航空工业学院 1 9 9 8 4 闰学莹 反压对动力涡轮发电能力的影响研究 D 沈R I 沈阳航空工业学院 1 9 9 8 嘲郝会文 锅炉 M 1 甘肃科技出版社 万方数据 负压排气原理及其应用负压排气原理及其应用 作者 申振华 作者单位 沈阳航空工业学院动力系 沈阳 110034 刊名 节能 英文刊名 ENERGY CONSERVATION 年 卷 期 2001 7 被引用次数 1次 参考文献 5条 参考文献 5条 1 郝会文 锅炉 2 闫学莹 反压对动力涡轮发电能力的影响研究 1998 3 史玮 负压排气对排油烟机排烟性能的影响研究 1998 4 申振华 一种负压排气装置 1998 5 潘锦珊 方人淞 申振华 刘景梅 气体动力学基础 1995 本文读者也读过 10条 本文读者也读过 10条 1 黄健 孙国 尹君 尹民权 孟庆华 烟囱烟气携带灰团原因分析 会议论文 2005 2 葛全伟 孙冠枫 Ge Quanwei Sun Guangfeng 离线清灰低压脉冲袋式除尘器在余热发电除尘系统中的应用 期刊 论文 水泥工程2007 6 3 李文权 煤气炉烟囱除尘改造 会议论文 2002 4 邓斌 程远贵 孙晓华 气氛烧端炉 期刊论文 电子工业专用设备2004 33 2 5 黄旭添 HUANG Xu tian 煤粉炉除渣方式技术比较 期刊论文 广西电力2009 32 5 6 胡建军 王汉青 HU Jian jun WANG Han qing 厨房排风系统现状分析 期刊论文 制冷空调与电力机械 2005 26 6 7 洪武开 Hong Wu kai 高层住宅厨房集中排烟若干问题的分析与对策 期刊论文 工程质量2003 8 8 杜家瑞 万曼影 王俊雄 乐艳 脱排油烟机综合性能测试台的改进设计 期刊论文