? 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)爐的通風過程，正是指保證工業(yè)爐正常運行的連續(xù)供風和排煙的過程。燃氣工業(yè)爐空氣動力學就是用流體力學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。
　　同時，按照流體力學的基本原理。進行燃氣工業(yè)爐的空氣動力計算，求得送風、排煙系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)段的阻力、浮力，確定通風系統(tǒng)的壓力分布，并求得總壓降，為煙囪設(shè)計或送風機、引風機的選擇，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)爐自然通風時爐膛及煙道系統(tǒng)壓力分布圖。橫坐標對應(yīng)上圖示意的通風系統(tǒng)各處；縱坐標為各處的相對壓力(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，并使爐內(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、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、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?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，就可以把通風系統(tǒng)內(nèi)的氣體都當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，沿煙氣流動方向，依次汁算空氣(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。