? 一、燃氣工業(yè)爐氣體流動的特點

　　(一)燃氣工業(yè)爐空氣動力學(xué)及空氣動力計算
　　為了使燃氣工業(yè)爐能正常地工作，需要不斷供給燃燒所用的燃氣和空氣，同時又要不斷地把燃燒產(chǎn)生的煙氣排出爐外。
　　所謂燃氣工業(yè)爐的通風(fēng)過程，正是指保證工業(yè)爐正常運行的連續(xù)供風(fēng)和排煙的過程。燃氣工業(yè)爐空氣動力學(xué)就是用流體力學(xué)的基本原理來研究爐中氣體流動和平衡的規(guī)律，以解決工業(yè)爐通風(fēng)過程中的實際問題。其目的為正確組織工業(yè)爐內(nèi)的氣體流動，保證爐料加熱的質(zhì)量，最終使工業(yè)爐生產(chǎn)達到良好的技術(shù)指標(biāo)。
　　同時，按照流體力學(xué)的基本原理。進行燃氣工業(yè)爐的空氣動力計算，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)計或送風(fēng)機、引風(fēng)機的選擇，為工業(yè)爐生產(chǎn)操作、控制及安全運行等提供可靠依據(jù)。
　　(二)燃氣工業(yè)爐氣體流動的特點及實用流體方程
　　圖3—9—15為工業(yè)爐自然通風(fēng)時爐膛及煙道系統(tǒng)壓力分布圖。橫坐標(biāo)對應(yīng)上圖示意的通風(fēng)系統(tǒng)各處；縱坐標(biāo)為各處的相對壓力(Pa)。
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圖3-9-15　燃氣工業(yè)爐通風(fēng)系統(tǒng)

　　圖中，1為空氣、燃氣進口；2為燃燒室或火道，燃氣和空氣在此混合、燃燒；3為燃氣工業(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，煙氣流動過程中，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，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，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大于阻力，使系統(tǒng)壓力增大，到煙囪出口接近零壓。
　　在燃氣工業(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)是保證爐底相對壓力為零或微小正壓(通常10～20Pa)。這時爐門縫隙稍有火苗冒出，而沒有冷空氣吸入，以保持爐內(nèi)氣氛，并使?fàn)t內(nèi)不會有太多的過剩空氣，不至降低爐溫和惡化傳熱過程。
　　燃氣工業(yè)爐整個送風(fēng)、排煙系統(tǒng)的壓力都接近于大氣壓，各處相對壓力的數(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、燃氣預(yù)熱器或余熱鍋爐中，變化也常常只有幾千帕，因此，可忽略壓力變化對氣體可壓縮性的影響。
　　同時，在各種情況下，整個送風(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?遠小于0.3，完全可以忽略流速變化對氣體可壓縮性的影響。
　　顯然，在燃氣工業(yè)爐通風(fēng)過程中，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，在燃氣工業(yè)爐空氣動力計算中，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，燃氣工業(yè)爐空氣動力計算的實用流體方程，就是實際流體的伯努利方程式，如式(2—23)所描述。

　　二、氣體的阻力計算

　　燃氣工業(yè)爐空氣動力計算中，氣體流動阻力包括摩擦阻力利局部阻力。其計算基本公式見式(2—27)、式(2—29)，在進行局部阻力計算時，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，無論有無熱交換，其流動阻力均屬局部阻力，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)。可以區(qū)別順列管束、錯列管束按計算公式或線算圖來確定。空氣、燃氣或煙氣流經(jīng)管束時，由于截面收縮和擴大所引起的阻力損失已計入K中，不再另外計算。計算時，氣流速度按煙道有效截面確定。煙氣流動阻力計算簡介如下。
　　計算煙氣流動阻力的原始數(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)在燃氣燃燒計算和熱力計算中已經(jīng)提及。由于阻力計算時所使用的各種線算圖都是對于空氣繪制的。因此，為了方便起見，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)煙氣的密度進行阻力換算。
　　計算煙氣流動阻力的順序是從爐膛開始，沿?zé)煔饬鲃臃较颍来沃憧諝?燃氣)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)計算，式中ω₀、t為爐膛內(nèi)煙氣平均流速和溫度。實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。可以粗略地取為計算值的兩倍。
　　2．空氣(燃氣)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。
　　一般機械排風(fēng)時，可采用煙氣在管內(nèi)流動，此時煙氣阻力由管內(nèi)的摩擦阻力和管子進出口的局部阻力所組成。這兩項阻力均按平均煙氣流速和溫度計算。
　　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)流動時，一般流速為4～8m/s；煙氣則以1～2m／s的速度從管間流過。空氣和煙氣流速之比應(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。