第八讲 烟囱的设计计算(加热炉,2013)

1、-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=4mg(2.5 3.5) 3600mg 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 PIP=（- ）

2、Hg= 354(11)HmmH Os gTTIagcs2amg= 29 273.15= 35422.4TmTm 对流室产生的抽力 P11 TpII = 354 TfHca（二） 压力降的计算烟气流动的压力降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 P1p = w2111 2gc12烟气通过对流室的压力降 P2烟气通过错排光管管排的压力降0.2p=TfG2Nd pGmax22324maxcg烟气通过错排钉头管管排的压力降Tf0.2p=G2Nd pGgo2

3、2324go c g由下式计算烟气在钉头外部区域的烟气质量流速Ggomg1.8A1.8dp 0.2=si3600Ggo AsoN sdp3 烟气由对流室至烟囱的压力降P3w 2p3 = 3 2gs c g4 烟气在烟囱内的摩擦损失P4p = Hs ws 4Ds 2gcg5 烟囱挡板的压力降P5p = w2sg5 2gc56 烟囱出口的动能损失P6= w2 p62gsc g（三）烟囱的最低高度Hs由抽力确定烟囱高度P1 +PII =P1 +P2 +P3 +P4 +P5 +P6 + 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

4、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。例77根据例74、75及76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 =4mg=4 22500= 1.51(m)Gg 3600 3.5 36002. 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Tg = 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 (

5、K)，大气温度Ta = 20 + 273 = 293 K。g11PI = (a g )H s g Tc= 354 TH sam11PI= 354 H s =0.672H s （mH2O）29366011PH= 354TIITfCa11（mH O）= 354 3.52293843.1= 2.7752总抽力： P =PI +PII = 0.672Hs + 2.7753. 总压力降（1）烟气由辐射室至对流室的压力降A2=b LC=4 2.142 3.2= 0.283查表7-8，1 = 0.396A 4 D2 5.55621烟气进对流室时的密度： 1 =354= 0.337(kg m2 )mg1051

6、w1=22500= 2.706(m s)3600bLC 13600 3.2 2.142 0.337p = w2 = 0.3962.7062 0.337 = 0.498( Pa)122111（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 = 2ds l LCnw =2 0.012 0.025 3.2 8 = 0.48 (m2)d p2 0.016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

7、积：Aso = b (dC + 2l) 8LC= 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：dp = 2 0.016 0.012 = 0.02 (m)钉头端间隙：dp = dC 2l = 0.127 2 0.025 = 0.077 (m)烟气在钉头外部质量流速：mg1.8A1.8dp 0.2=si3600Ggo AsoN sdp225001.80.81.80.020.22.323= 0.0425883600Ggo120.077Ggo =22500= 2.5 kg (

8、m2 s)3600 (2.323 + 0.173178)Tf = 843.1 K 查烟气的粘度g = 0.0478 mPa.s烟气流过对流室的压力降：Tf0.2p=G 2 Nd p Ggo22324goc g843.1 2.520.077 2.50.2= 6.897(mmH 2O) = 67.66( Pa)=16 23240.0478 103（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：A 4 D2 4 1.5123=s= 0.261Ab L3.2 2.1422C查表7-8，3 = 0.408 g = 345 = 345 = 0.536(kgm2 )Tm660烟气由对流室至烟囱

9、的局部阻力压降：p = w2= 0.4083.52= 4.662( Pa)sg3 22 0.5363（4）烟囱的摩擦损失Tm = 660 K查得烟气的粘度g = 0.0428 mPa.sRe =Ds Gg=1.51 3.5= 1.235105 g0.0428 103 = 0.01227 +0.7543= 0.0210Re0.38烟气在烟囱内的摩擦损失：p4 = Hsw= 0.0210Hs3.52= 0.159Hs ( Pa)sgDs21.512 0.536（5）烟气通过烟囱挡板的压力降设挡板开度为50%，5 = 4.0pw2= 4.03.52= 45.709( Pa)= sg5 22 0.5365（6）烟气