? 一、燃?xì)夤I(yè)爐氣體流動(dòng)的特點(diǎn)
(一)燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力學(xué)及空氣動(dòng)力計(jì)算
為了使燃?xì)夤I(yè)爐能正常地工作，需要不斷供給燃燒所用的燃?xì)夂涂諝猓瑫r(shí)又要不斷地把燃燒產(chǎn)生的煙氣排出爐外。
所謂燃?xì)夤I(yè)爐的通風(fēng)過(guò)程，正是指保證工業(yè)爐正常運(yùn)行的連續(xù)供風(fēng)和排煙的過(guò)程。燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力學(xué)就是用流體力學(xué)的基本原理來(lái)研究爐中氣體流動(dòng)和平衡的規(guī)律，以解決工業(yè)爐通風(fēng)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。其目的為正確組織工業(yè)爐內(nèi)的氣體流動(dòng)，保證爐料加熱的質(zhì)量，最終使工業(yè)爐生產(chǎn)達(dá)到良好的技術(shù)指標(biāo)。
同時(shí)，按照流體力學(xué)的基本原理。進(jìn)行燃?xì)夤I(yè)爐的空氣動(dòng)力計(jì)算，求得送風(fēng)、排煙系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)段的阻力、浮力，確定通風(fēng)系統(tǒng)的壓力分布，并求得總壓降，為煙囪設(shè)計(jì)或送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的選擇，為工業(yè)爐生產(chǎn)操作、控制及安全運(yùn)行等提供可靠依據(jù)。
(二)燃?xì)夤I(yè)爐氣體流動(dòng)的特點(diǎn)及實(shí)用流體方程
圖3—9—15為工業(yè)爐自然通風(fēng)時(shí)爐膛及煙道系統(tǒng)壓力分布圖。橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)上圖示意的通風(fēng)系統(tǒng)各處；縱坐標(biāo)為各處的相對(duì)壓力(Pa)。
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圖中，1為空氣、燃?xì)膺M(jìn)口；2為燃燒室或火道，燃?xì)夂涂諝庠诖嘶旌稀⑷紵?為燃?xì)夤I(yè)爐爐膛，2—3由于浮力作用，系統(tǒng)壓力增加至正壓，滿足了爐膛為正壓的要求；4—5—6為煙道，煙氣流動(dòng)過(guò)程中，4—5克服阻力，消耗能量，系統(tǒng)壓力降低，5—6由于浮力作用，系統(tǒng)壓力又有所增加；6—7為熱交換器，煙氣流經(jīng)時(shí)，阻力消耗大，系統(tǒng)壓力下降；7—8—9也是煙道，7—8煙氣流經(jīng)煙道閘門(mén)，克服局部阻力，消耗較大能量；8—9煙氣消耗能量，克服煙道阻力；9—10為煙囪，由于高大煙囪的浮力遠(yuǎn)大于阻力，使系統(tǒng)壓力增大，到煙囪出口接近零壓。
在燃?xì)夤I(yè)爐內(nèi)，被加熱物料一般都放在爐底，因此控制爐內(nèi)壓力的首要任務(wù)是保證爐底相對(duì)壓力為零或微小正壓(通常10～20Pa)。這時(shí)爐門(mén)縫隙稍有火苗冒出，而沒(méi)有冷空氣吸入，以保持爐內(nèi)氣氛，并使?fàn)t內(nèi)不會(huì)有太多的過(guò)剩空氣，不至降低爐溫和惡化傳熱過(guò)程。
燃?xì)夤I(yè)爐整個(gè)送風(fēng)、排煙系統(tǒng)的壓力都接近于大氣壓，各處相對(duì)壓力的數(shù)值都很小，而且變化甚微，如圖3—9—15僅為-lOOPa～0Pa變化。即使在壓力變化最大的空氣、燃?xì)忸A(yù)熱器或余熱鍋爐中，變化也常常只有幾千帕，因此，可忽略壓力變化對(duì)氣體可壓縮性的影響。
同時(shí)，在各種情況下，整個(gè)送風(fēng)、排煙系統(tǒng)的氣流速度都不大，約每秒數(shù)米，氣體馬赫數(shù)(氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲僦戎?遠(yuǎn)小于0.3，完全可以忽略流速變化對(duì)氣體可壓縮性的影響。
顯然，在燃?xì)夤I(yè)爐通風(fēng)過(guò)程中，影響氣體可壓縮性的壓力、流速，溫度三因素中，只有溫度變化最劇烈，是不可忽略的。所以，必須分區(qū)段來(lái)確定氣體的溫度及密度，在溫度變化范圍較小的區(qū)段，可取算術(shù)平均密度；在溫度變化劇烈的區(qū)段，則應(yīng)取算術(shù)平均溫度下的調(diào)和平均密度。
這樣處理之后，在燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力計(jì)算中，就可以把通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的氣體都當(dāng)成是不可壓縮的流體了。
根據(jù)以上討論，燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力計(jì)算的實(shí)用流體方程，就是實(shí)際流體的伯努利方程式，如式(2—23)所描述。
二、氣體的阻力計(jì)算
燃?xì)夤I(yè)爐空氣動(dòng)力計(jì)算中，氣體流動(dòng)阻力包括摩擦阻力利局部阻力。其計(jì)算基本公式見(jiàn)式(2—27)、式(2—29)，在進(jìn)行局部阻力計(jì)算時(shí)，其局部阻力系數(shù)K由通道或管路的結(jié)構(gòu)而定。
當(dāng)氣流橫向沖刷管束時(shí)，無(wú)論有無(wú)熱交換，其流動(dòng)阻力均屬局部阻力，局部阻力系數(shù)K與管束的結(jié)構(gòu)形式、管子排數(shù)及Re數(shù)有關(guān)?？梢詤^(qū)別順列管束、錯(cuò)列管束按計(jì)算公式或線算圖來(lái)確定?？諝狻⑷?xì)饣驘煔饬鹘?jīng)管束時(shí)，由于截面收縮和擴(kuò)大所引起的阻力損失已計(jì)入K中，不再另外計(jì)算。計(jì)算時(shí)，氣流速度按煙道有效截面確定。煙氣流動(dòng)阻力計(jì)算簡(jiǎn)介如下。
計(jì)算煙氣流動(dòng)阻力的原始數(shù)據(jù)為煙氣量、各區(qū)段煙氣的平均流速和溫度、煙道的有效截面積及其它結(jié)構(gòu)特性。這些數(shù)據(jù)在燃?xì)馊紵?jì)算和熱力計(jì)算中已經(jīng)提及。由于阻力計(jì)算時(shí)所使用的各種線算圖都是對(duì)于空氣繪制的。因此，為了方便起見(jiàn)，可以利用線算圖求得相應(yīng)于空氣密度的煙道各部分阻力；然后再根據(jù)煙氣的密度進(jìn)行阻力換算。
計(jì)算煙氣流動(dòng)阻力的順序是從爐膛開(kāi)始，沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向，依次汁算空氣(燃?xì)?預(yù)熱器、余熱鍋爐、煙道等各部分的阻力。各部分阻力之和即為煙道的全壓降。
1．爐膛
爐膛的摩擦阻力損失按式(2-27)計(jì)算，式中ω0、t為爐膛內(nèi)煙氣平均流速和溫度。實(shí)際上由于工件在爐底排列并不整齊，故爐膛內(nèi)壓力損失比汁算結(jié)果要大?？梢源致缘厝橛?jì)算值的兩倍。
2．空氣(燃?xì)?預(yù)熱器
其結(jié)構(gòu)形式有管式、片狀和輻射式。
(1)管式空氣預(yù)熱器
這種換熱器的基本構(gòu)件是鋼管。通常管內(nèi)走空氣，管外走煙氣。
一般機(jī)械排風(fēng)時(shí)，可采用煙氣在管內(nèi)流動(dòng)，此時(shí)煙氣阻力由管內(nèi)的摩擦阻力和管子進(jìn)出口的局部阻力所組成。這兩項(xiàng)阻力均按平均煙氣流速和溫度計(jì)算。
管式空氣預(yù)熱器的摩擦阻力和局部阻力也可按公式和線算圖確定。
當(dāng)空氣在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，一般流速為4～8m/s；煙氣則以1～2m／s的速度從管間流過(guò)?？諝夂蜔煔饬魉僦葢?yīng)不小于1．5～3．0，以防管子燒壞。預(yù)熱器內(nèi)的空氣阻力為300～3000Pa；煙氣阻力為20～300Pa。
