烟道阻力损失及烟囱计算根据实例.docx
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烟道阻力损失及烟囱计算根据实例
15.烟道阻力损失及烟囱计算根据实例计算
烟囱是工业炉自然排烟的设施，在烟囱根部造成的负压一一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。
Axtlf。
15.1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
由小变大时所消耗的速度头——动压头等。
qOADR
15.1.1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：
hm
ht（mmHO）d
2
h4―-0（1t）（mmHO）
2g
式中：
一摩擦系数，砌砖烟道=0.05
l—计算段长度，（m
d—水力学直径
.4F
d（m）
u
其中F—通道断面积（m2）；
u—通道断面周长（m；
ht—烟气温度t时的速度头（即动压头）（mmHO）;
Wo—标准状态下烟气的平均流速（Nm/s）;
3
0—标准状态下烟气的重度（kg/NM）；
—体积膨胀系数，等于——
273t—烟气的实际温度（C）
15.1.2局部阻力损失
使气流脱离通道壁形成涡流而引
局部阻力损失是由于通道断面有显著变化或改变方向，
起的能量损失，计算公式如下：
Z7brl。
2
w0
hKhtK-o（1t）（mmHO）
2g
式中K—局部阻力系数，可查表。
15.1.3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：
xghRt。
hjH（ky）（mH^O）
式中h—烟气上升或下降的垂直距离（m
3
k—大气（即空气）的实际重度（kg/m）
y—烟气的实际重度（kg/m）
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查取几何压头值。
PlnEa。
图15.1每米高度引起几何压头变化的数值
15.2烟道计算
15.2.1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10〜30%计算，炉子附近取下限，烟囱附近取上限。
piNmQ
15.2.2烟气温度
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，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。
isDKO。
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。
nHO7g
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。
E9DHQ
15.2.3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：
81PZ0b
烟道烟气流速
表15.1
烟气温度（C）
V400
400〜500
500〜700
700〜800
烟气流速（Nm/s）
2.5〜3.5
2.5〜1.7
1.7〜1.4
1.4〜1.2
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
【例题】混合煤气发热量Q=2000Kcal/Nm3,煤气消耗量B=7200N^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=1.28Kg/Nm3。
排烟系统如图
15.3pe2IH。
图15.3排烟系统图
当=1.1时，出炉烟气量为V=7200X2.87=20660Nm3/h=5.75Nm3/S.计算分四个计算
段进行。
aChMK
第I计算段：
炉尾下降烟道，烟道长2.5m，竖烟道入口烟气温度为900Ck采用烟气流
速w12.5m/s时，烟道断面
2
0.727m,
5.752
10.77m，选用1044x696断面，f1
32.5
575
w,2.64m/s；当
30.727
d1
4F
40.727
2（1.040.696）
0.835m；ULEbO
温降t1
°C/m时
第I计算段内烟气平
均温度
t1
900
0.5（52.5）
894C,末端温度
t190052.5888C；此计算段烟气速
度头ht1
2
w_（1
c0（1
2g
）迓1.28（1
27319.6
t1
型）1.94mmH2O
273
（1）
动压头增量ht:
炉尾烟气温度为900C
流速为1.2m/s时，动压头
ht空1.281900
19.6273
0.40mmH2O
动压头增量htht1
ht
1.940.401.54mmH2O
（2）几何压头山:
hi
H（ky）
13
1.280.3kg/m3
‘8943
1-
273
hji
2.5（1.2930.3）2.48mmHO
也可以查图15.1计算
（3）局部阻力损失hji:
由炉尾进入三个下降烟道，查表得局部阻力系数K=2.3,
W
⑷摩擦阻力损失hm1:
hj
k?
ht12.31.944.46mmH2O
hm1
L1
d1
2.5
0.051.94
0.835
0.29mmH2O
第I计算段阻力损失为
hI1.542.484.460.298.77mmH2O
第n计算段：
换热器前的水平烟道，烟道长9m
烟道断面为1392X1716，其面积F2=2.18「当量直径查表得d2=1.55m
t2
4C/m时平均温度t2
8880.5（49）
870C末端温度
ht2
2.642
19.6
1.28（1
870）
273）
1.91mmH2O；此计算段动压头t2852C。
（1）动压头增量ht：
ht2ht2ht11.911.940.03mmH2O
（2）局部阻力损失hj2：
hj2Kht22.61.914.97mmH2O
（3）摩擦阻力损失hm2:
L9
hm2ht20.051.910.61mmH2O
d1.4
第n计算段阻力损失为:
h0.034.970.615.55mmH2O
15.4
第川计算段：
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
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。
Xz8y3。
在本例题计算中设定换热器内烟气阻力损失hm=8mmH2Q
图15.4烟气通过管群的阻力计算图表
第W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1392X1716，面积F3=2.18m2,当量直径d4=1.55m,温降t=2.5C/m;烟气经换
热器后温度降为500C，考虑换热器与闸板处吸风，由1.1增为1.4,vJKbG
即烟气量增加至24700Nnn/h（6.85Nm3/s）,此时烟气温度可由下式计算:
V|t1CjV212C2
V1GV2C2
式中vt1C1――计算段开始烟气量、温度和比热;
V2t2C2――吸入空气量、温度和比热
440C,因此，此计算段烟气平均温度
t4440
0.5（2.511）426C,末端温度
413C
0.85
烟气流速W4
3.14m/s
此计
算段烟
气速度头
2.18
3.142
426
1.28
（1）1.65mmH2Ouhguc
19.6
273
还可以从煤气燃烧计算图查取烟气温度。
500C的烟气由
1.1增至1.4后其温度
降为
t4
ht4
（1）动压头增量ht4:
ht41.651.910.26mmH2。
（2）局部阻力损失hj4：
I»K1=1.1
K2=1.45
KK1K21.11.452.55
hj4K?
ht42.551.654.21mmH2O
（3）摩擦阻力损失hm4:
L11
hm4ht40.051.650.58mmH2O
d1.55
第IV计算段阻力损失为
hIV0.264.210.584.53mmH2O
烟道总阻力系数为:
hh'+hn+冲+hw=8.77+5.55+8.00+4.53=26.85伽冲O
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
15.3.1计算公式
_烟囱有效抽力烟囱内速度头增量Kh（h1h2）
H=—
每米高几何压头-烟囱每米摩擦损失匚B―
hji—h
760d
式中H—烟囱高度（m）
K—抽力系数，计算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20〜30%,估计高度大于40米的烟囱按计算阻力增大15〜20%;HPCTh
h—烟道总阻力损失（伽H2O）
hi、h2—分别为烟囱顶部和底部烟气速度头（mmHbO）,烟囱出口速度一般取2.5〜
4.0Nm/s;
h—烟囱内烟气平均速度头，按平均速度和平均温度求得（mH2O）;
hji---烟囱每米高度的几何压头（mH2O）;
hm烟囱每米高度的摩擦损失，hmh（mmH2。
）；
d
烟囱摩擦系数，可取0.05；
d—烟囱平均直径
d=0.5（di+d2）（m）
di、d2分别为烟囱顶部和底部直径
15.3.1.2计算例题
在烟道计算例题中烟道总阻力损失h=26.85mHO,烟囱底部温度t=413C/m,烟囱底
33333
部=1.6，此时烟气量为3.84Nm/mX7200m=27500N/m=7.62Nm/s，烟囱温降t1C/m,夏季平均温度t0=30C，当地大气压B760mmhg,烟气重度v01.28kg/Nm3.QrgQo。
368C，烟囱内烟气平均温度
假设烟囱高度为45m时烟囱顶部温度t1t2（451）
t0.5（t1t2）391C；
采用烟囱
出口速度w13Nm/s
时烟囱顶部直径
d01.13V1.13
\W1
762
1.8m，底部直径d21.5d1
1.51.82.7m，烟囱平均直
径d0.5（1.82.7）
2.25m，烟囱底部烟气速度w2
豎述輕1.33Nm/s，df2.72
烟气平均速度w
0.5（w1w2）0.5（31.33）
2.17Nm/s；
烟囱顶部烟气速度头h1
1.28（1喪）1.37mmH2O，烟
273
2
囱底部烟气速度头h2W20（1
2g
t2）
1.332
196
1.28（1
413）
273）
0.29mmH2O，烟囱内速
度头增量
hh1h21.370.291.08mmH2O
烟气平均速度头
2
w_（1
c0（l
2g
t）
2.172
19.6
1.28（1
391）
273）
0.75mmH2O；
抽力系数采用K=1.15时,有效抽力hyK
h1.1526.8530.87mmH2O；
烟囱每米摩擦损失hm-h0050.750.017mmH2O；d2.25
烟囱每米几何压头查图15.1得g0.63mmH2O
计算烟囱高度
hy⑴h2）
30.871.08
0.63型匹0.75
7602.25
52.12m,取H
52m
烟囱计算
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
伽H2O
抽力系数
k
取K=1.15〜1.30
1.15
有效抽力
hy
hykh1.1526.85
30.87
伽H2O
烟气量
V
查燃烧计算图
3.84X7200
7.62
Nni/s
烟囱底部烟气温度
t2
由烟道计算
413
C
顶部烟气温度
11
trt2451
368
C
t1C/m,预
设H=45m
烟气平均温度
t
t。
.比t2）
391
C
烟囱出口速度
w
采用2.5〜4.0
3
Nm/s
烟囱顶部直径
d1
d1.13仁1.13J762
\W1\3
1.8
m
烟囱底部直径
d2
d21.5d115.81.8
2.7
m
烟囱平均直径
d
d0.5（d1d2）
2.25
m
底部烟气速度
W
1.27v1.277.62
W2―—2——
d；2.72
1.33
Nm/s
烟气平均速度
w
w0.5（d1d2）
2.17
Nm/s
顶部烟气速度头
h1
2
hW1o（1t1）
2g
1.37
伽H20
底部烟气速度头
h2
w|
h22Vo（1t2）
2g
0.29
伽H20
平均烟气速度头
h
2
hwv（1t）
2g
0.75
伽H20
大气温度
to
夏天最高月平均温度
30
C
大气压力
当地气压
760
mmHg
每米摩擦损失
hm
--0.050.75
hmh
d2.25
0.017
伽H20
每米几何压头
h
11ji
查图15.1
0.63
伽H20
烟囱计算高度
H
,hy（h1h2）
H
hjih
j760d
52.12
m
米用烟囱咼度
52
m
15.3.2.1烟囱高度计算图表
用图表查取烟囱高度免取了烟囱计算的烦琐，较为简便，图15.5就是其中一例。
确定烟囱的有效抽力后，根据烟囱底部的温度就可查取烟囱高度。
利用图15.5查取烟
囱高度时计算数据应符合计算图的条件，若与计算图的条件不相符，则对查取的高度进行修
正，计算图的计算条件如下：
26YfG
1.烟囱出口速度w14Nm/s；
2.大气温度t030C；
3.大气压B=750mmHg；
4.烟气重度V1.32kg/Nm3。
当烟囱出口速度或大气压与计算图的条件不相符合时查表15.2及表15.3进行补正。
速度修正系数1
表15.3
w1.Nm/s
3
3.5
4
4.5
5
1
0.85〜0.90
0.90〜0.95
1
1.05〜1.10
1.10〜1.15
气压修正系数
表15.4
BmmHg
600〜640
650〜690
700〜740
750〜760
2
1.30〜1.22
1.20〜1.12
1.10〜1.02
1.00〜0.98
15.3.2.2计算举例
烟囱出口速度W13.5Nm/s，有效抽力hy11.38mmH2。
，烟囱底部烟气温度
t2380C,当地大气压B700mmHg，求烟囱高度。
查图15.5,H=26.5m,
烟囱出口速度得w13.5Nm/s时，查表15.3得1=0.95;
大气压B=700mmH时，查表15.4得：
2=1.1则H=26.5X0.925X1.仁27m,取H=30m
FHJUq
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