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第八讲 烟囱的设计计算(加热炉,2013)

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烟囱计算

烟囱计算

烟囱高度的确定具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。

这相对增加了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为：式中：H—烟囱的有效高度，m；—烟囱的几何高度，m；—烟囱抬升高度，m 。

根据《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271—2014）规定，每个新建锅炉房只能设一根烟囱，烟囱高度应根据锅炉房装机总容量确定，按下表规定执行。

由于给定的锅炉型号为：SHS20-25,蒸发量为20t/h。

故选定烟囱几何高度H s=45m.烟气释放热计算取环境大气温度20℃，大气压力=98kPa=0.35=0.3511.051=122.51kw式中：烟气热释放率， kw；−大气压力，取邻近气象站年平均值；−实际排烟量，/s−烟囱出口处的烟气温度，433.15k；−环境大气温度，取=273.15+20=293.15k烟囱直径的计算烟囱平均内径可由下式计算式中：—实际烟气流量，；—烟气在烟囱内的流速，，取20。

取烟囱直径为DN850mm；校核流速。

烟囱抬升高度的计算式中：—烟囱出口流速，取20；—烟囱出口内径，；—烟囱出口处平均风速，取10.故最终烟囱的有效高度H为：H=+=45+5.35=50.35m取51m。

式中：—烟囱抬升高度，m；—烟囱几何高度，m。

烟囱高度校核假设吸收塔的吸收效率为80%，可得排放烟气中二氧化硫的浓度为：二氧化硫排放的排放速率：用下式校核 :式中：σy/σz—为一个常数，一般取0.5-1此处取0.8；最大地面浓度查得国家环境空气质量二级标准时平均的浓度为,所以设计符合要求。

烟囱的阻力损失计算标准状况下的烟气密度为，则可得在实际温度下的密度为：烟囱阻力可按下式计算：式中：—摩擦阻力系数，无量纲，本处取0.02；—管内烟气平均流速，；—烟气密度，； —烟囱长度，； —烟囱直径，。

烟囱的热工计算

烟囱的热工计算

烟气量(m 3/s)
烟气温度（℃）
烟气温降速率（℃/m ）烟气标态下密度（kg/m 3）
窑炉系统总
阻力（Pa ）
8350 1.5 1.32290空气最高
温度
（℃）烟气速度（m/s ）标准大气压（mmHG ）最低大气压
（mmHG ）
顶部内径（m ）354760580 1.60顶部烟气
温度
（℃）平均烟气温度（℃）烟气平均密度（kg/m 3）空气最低密度
（kg/m 3）
假设烟囱高度（m ）208.595279.29750.6525 1.1461
94.27烟气量(m 3
/s)烟气温度（℃）烟气温降速率（℃/m ）烟气标态下密度（kg/m 3）
窑炉系统总阻力（Pa ）
8350 1.5 1.32290空气最高
温度
（℃）烟气速度（m/s ）标准大气压（mmHG ）最低大气压
（mmHG ）
顶部内径（m ）354760580 1.60顶部烟气
温度
（℃）平均烟气温度（℃）烟气平均密度（kg/m 3）空气最低密度
（kg/m 3）
假设烟囱高度（m ）208.595279.29750.6525 1.1461
94.27
实例一
实例二
储备系数k
1.2
底部内径
（m）
2.08
实际烟囱高度（m）
94.27
储备系数k
1.2
底部内径
（m）
2.08
实际烟囱高度（m）
94.27。

烟囱2013

烟囱2013

钢烟囱计算一、概况：高45m，直径2，粗糙度B类H4545.00045.00045.00045.00045.00045.000d1(底部直径） 3.2 3.200 3.200 3.200 3.200 3.200 3.200d2(顶部直径）2 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000二、荷载计算：1.风荷载1单位：(kN/m2)基本自振周期T1(pkpm计算）T10.6140f1 1.6287w0T12＝0.3770ρz0.8117ρx0.9894x148.8599R 1.9783Bz 1.6758风压高度变化系数μz振型系数Bz风振系数βz＝风荷载体型系数μs风荷载标准值w k＝βz挡风面积风荷载集中力标准值在柱底弯矩标准值2.横向风振影响的校核（适用于变截面烟囱）2/3处直径 2.4顶部直径D=2空气密度ρ＝ 1.25顶部风速vh＝52.33384923雷诺数Re＝ 2.70E+06< 3.500E+06第一振型临界风速Vcr＝16.28664495< 1.2vh＝62.801不考虑横风风振影响若按荷载规范7.6.1条规定判断可能出现跨临界强风共振时，可按烟囱设计规范5.2.4的要求判断，若仍然满足公式5.2.4-1时，烟囱承载能力极限状态仍由顺风向设计风压控制。

烟囱设计规范（GB50051-2002) 公式 5.2.4-1 3.340713808S3.自重烟囱重心4.地震作用(取MAX)阻尼比δ0.01特征周期Tg0.65自振周期T10.614αmax0.24衰减系数γ＝0.9+（0.05-δ）/（0.5+5*δ）0.972727273阻尼比调整系数ε2＝ 1.471地震影响系数α1＝（Tg/T1）γε2αmax0.3731591烟囱底部地震剪力V0＝εcα1G E128.033烟囱底部地震弯矩Meh＝α1G E H02296.172烟囱的竖向地震力：F ev0＝αv G E83.2215.荷载汇总1.风荷载弯矩Mw＝4214.7582.自重最小轴力Nmin＝285.920最大轴力Nmax＝343.1043.地震荷载底部地震的弯矩M eh2296.172竖向地震力Nev83.221组合一：风+最大自重+水平地震作用+竖向地震作用N＝1.2*Nmax+0.5*Nev＝453.34M＝1.3*Meh+0.2*1.4*Mw＝4165.16V＝1.3*Veh+0.2*1.4*Vw＝211.10组合二：风+最大自重N＝1.2*Nmax411.73M＝1.4*Mw＝5900.66V=1.4*Vw＝223.29组合三：风+最小自重+水平地震作用N＝0.9*Nmin＝257.33M＝1.3*Meh+0.2*1.4*Mw＝4165.16V=1.3*Veh+0.2*1.4*Vw=211.10组合四：风+最小自重N＝0.9*Nmin＝257.33M＝1.4*Mw＝5900.66V=1.4*Vw＝223.29f t=γs f=215.00N/mm2温度折减系数γs＝ 1.000根据《烟囱设计规范》（GB50051-2002）式（9.3.2-1）及（9.3.2-2）风荷载作用下：σcrt w0=0.4E t/k×t3/d3=206.00N/mm2σcrt w15=0.4E t/k×t2/d2=224.73N/mm2σcrt w30=0.4E t/k×t1/d1=196.19N/mm2σcrt w40=0.4E t/k×t0/d0=206.00N/mm2σcrt w50=0.4E t/k×t0/d0=183.11N/mm2σcrt w60=0.4E t/k×t0/d0=219.73N/mm21. 1.2×恒载+1.4×风载底面：σ1＝N1/A1+M1y1/I1=65.24N/mm2＜ft=215.000N/mm2及σcrt w0=206.000N/mm2τ1=2V1/A1= 3.72 N/mm2＜fv=180 N/mm21-1截面：σ1＝N1/A1+M1y1/I1=34.02N/mm2＜ft=215.000N/mm2及σcrt w25=224.727N/mm2τ1=2V1/A1= 2.57 N/mm2＜fv=180N/mm22-2截面：σ1＝N1/A1+M1y1/I1=28.64N/mm2＜ft=215.000N/mm2及σcrt w25=196.190N/mm2τ1=2V1/A1= 2.15 N/mm2＜fv=180N/mm23-3截面：σ3＝N3/A3+M3y/I3=18.65N/mm2＜ft=215.000N/mm2及σcrt w50=206.000N/mm2τ3=2V3/A3= 1.58 N/mm2＜fv=180 N/mm24-4截面：σ3＝N3/A3+M3y/I3=7.50N/mm2＜ft =σcrtw0=0.4Et/k×t3/dN/mm2及σcrt w50=183.111N/mm2τ3=2V3/A3= 1.11 N/mm2＜fv=180 N/mm2顶部截面：σ3＝N3/A3+M3y/I3=0.00N/mm2＜ft=σcrtw30=0.4Et/k×t1N/mm2及σcrt w50=219.733N/mm2τ3=2V3/A3=0.00 N/mm2＜fv=180 N/mm2b)稳定计算N EX1=π2E t A1/（1.1λ12）= 5.43E+05kNN EX1=π2E t A1/（1.1λ2）= 1.75E+05kNN EX3=π2E t A3/（1.1λ32）=8.51E+04kNN EX4=π2EtA4/（1.1λ42）= 2.21E+04kNN EX5=π2EtA5/（1.1λ52）= 5.67E+03kN1. 1.2×恒载+1.4×风载σ1＝N1/υ1A1+M1y1/[I1（1-0.8 N1/ N EX1）]=67.56N/mm2＜ft=215.000N/mm2σ2＝N2/υ2A2+M2y2/[I2（1-0.8 N2/ N EX2）]=35.62N/mm2＜ft=215.000N/mm2σ3＝N3/υ3A3+M3y3/[I3（1-0.8 N3/ N EX3）]=29.46N/mm2＜ft=215.000N/mm2σ4＝N4/υ4A4+M4y4/[I4（1-0.8 N4/ N EX4）]=19.19N/mm2＜ft=215.000N/mm2σ3＝N5/υ5A5+M5y5/[I5（1-0.8 N5/ N EX5）]=7.86N/mm2＜ft=215.000N/mm2c )筒身连接强度1-1面螺栓数量50.00M24d=24.000de=21.190螺栓所在圆周直径为 5.14m1-1截面螺栓最大拉力Nt37.04kN fvb=140.000N/mm^2螺栓抗拉承载力设59.950kN 1-1截面螺栓剪力Nv 2.83kN ftb=170.000N/mm^2N v b=n v Afv b63.33kN连接板t暂取＝30.000mmNt b=Aeftb59.95kN fcb=305.000N/mm^20.62N c b =219.60kN >Nv 满足N v b =63.33kN >Nv满足2-2面螺栓数量50.00M24d=24.000de=21.1902-2截面螺栓最大拉力Nt 23.93kN fvb=140.000N/mm^22-2截面螺栓剪力Nv 2.83kN ftb=170.000N/mm^2N v b =n v Afv b 63.33kN连接板t 暂取＝30.000mmNt b =Aeftb59.95kNfcb=305.000N/mm^20.40Ncb=219.60kN >Nv 满足N v b =63.335kN>Nv满足()()22bttbvv N N N N +()()22bttbvvN N N N +7. 柱脚验算1. 锚栓验算选用36个M42锚栓，锚栓受拉承载力为136.6KN，材料选用Q235，锚栓中心离结构外壁距离为100mm，筒壁内侧底板长度为50mm。

烟囱高的设计PPT课件

烟囱高的设计PPT课件
Hs≥130m （按外推法计算） • 方法一与方法二计算结果可行；方法三计算结果不可行。 • 问题一：为何方法一与方法二计算结果相近？ • 问题二：方法三计算结果为何与方法一、方法二计算结果相差很大？ • 问题三：采用方法一和方法二计算时c0能采用环境质量标准中的日平均限
值和小时平均限值吗？
第13页/共15页
H
6 s
76.91
• 危险风速＝6.97m/s；此时地面风速＝3.36m/s。
v取20m/s，大于危险风速的1.5倍，则D可取4.0m
第10页/共15页
方法三：P值法
• 最大允许排放率Q
Q＝80g/s＝288kg/h＝0.288t/h
• 污染物点源排放控制系数P
P＝βPic0 其中β为点源调整系数，可取β＝1； Pi为地理区域性点源排放控制系数，可查表，对于南京总量控制区域， Pi＝50～75； c0为环境空气质量标准中的日平均限值，mg/m3。 取Pi＝50， c0＝0.15 mg/m3 P＝1×50×0.15＝7.5t/(h.m2）
第11页/共15页
方法三：P值法
• 计算烟囱几何高度
代入数据，即
Hs
Q 106 H P
Hs
0.288106 7.5
23.4
8H
0.417 s
采用牛顿切线法迭代：Hs1＝100， Hs2＝61.5， Hs3＝63.43， Hs4＝63.44，取Hs＝
64m
第12页/共15页
结果分析与讨论 • 《大气污染物综合排放标准》（GB16297－1996）中规定的烟囱高度
实际直径可取为4.0m。
D 4Qv 4 265 4.1m
v 20
第9页/共15页
方法二：按地面绝对最大浓度计算

烟囱的计算

烟囱的计算
锅炉及锅炉房设备6～10章
第 一 章 基 本 知识 第 二 章 燃 料 及燃烧 计算 第 三 章 锅 炉 热平衡 第 四 章 燃 烧 原理及 燃烧设 备 第 五 章 锅 炉 本体布 置及热 力计算 第 六 章 锅 炉 设备的 空气动 力计算 第 七 章 锅 炉 受压元 件的强 度计算 第 八 章 锅 炉 水 循环 及汽水 分离 第 九 章 锅 炉 化学水 处理 第 十 章 锅 炉 房设备 及其布 置 退出
二 、 风 道 流 动总阻 力：§6.4 Nhomakorabea道阻力计算
当
时，
；
当
时，
，（海拔高度
时）。
1. 冷 风 道 阻 力 ：
① 冷风流量：
② 当 时， ；当
时 ， 不 计。
③
计 算 同 烟 道 阻力计 算。
第六章
2. 管 式 空 气 预 热器 连通箱 的 3. 热 风 道 阻 力 ： ① 热风流量： ② 层 燃 炉 流 动热风 道阻力 ：
分 别 计 算 气 阻力系 数，最 后求得 烟道全 压降
第六章
§6.3 烟道阻力计算
二、烟道系统阻力计算
1． 锅 炉 管 束
1） 凝 渣 管
当
，且
时 ， 其 阻 力忽略 不计
当
，且
时 ， 按 横 向冲刷 计算器 阻力
2） 锅 炉 管 束 ① 其 阻 力 为 横向冲 刷、纵 向冲刷 及局部 阻力之 和 ② 横 向 冲 刷 管排只 按一半 管排数 计算， 纵向冲 刷取假 想中 心间距离 ③ 隔 板 的 考 虑方法 ④ 部 分 顺 列 、部分 错列的 管排， 应分别 计算相 加
三、烟囱直径的计算
i——烟 囱 锥 度 ， 0.02~0.03
第六章

锅炉烟囱设计计算

锅炉烟囱设计计算

锅炉房烟囱设计新建锅炉房的烟囱设计应符合下列要求：1．燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱高度的规定：1)每个新建锅炉房只允许设一个烟囱，烟囱高度可按表8.4.10-1规定执行。

表8.4.10-1燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度(GB13271-2001)2）锅炉房装机总容量>28MW(40t/h)时，其烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于45m。

新建烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，其烟囱应高出最高建筑物3m以上。

燃气、燃油（轻柴油、煤油）锅炉烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于8m。

2．各种锅炉烟囱高度如果达不到上述规定时，其烟尘、SO2、NOx最高允许排放浓度，应按相应区域和时段排放标准值50%执行。

3．出力≥1t/h或0.7MW的各种锅炉烟囱应按《锅炉烟尘测试方法》(GB5468)和《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157-2001)的规定，设置便于永久采样孔及其相关设施。

4．锅炉房烟囱高度及烟气排放指标除应符合上述1~3款（摘自GB13271-2001）的规定外，尚应满足锅炉房所在地区的地方排放标准或规定的要求。

5．烟囱出口内径应保证在锅炉房最高负荷时，烟气流速不致过高，以免阻力过大；在锅炉房最低负荷时，烟囱出口流速不低于2.5~3m/s，以防止空气倒灌。

烟囱出口烟气流速参见表8.4.10-2，烟囱出口内径参见表8.4.10-3和表8.4.10-4。

表8.4.10-2烟囱出口烟气速表(m/s)表8.4.10-3燃煤锅炉砖烟囱出口内径参考值表8.4.10-4燃油、燃气锅炉钢制烟囱出口内径参考值6．当烟囱位于飞行航道或飞机场附近时，烟囱高度不得超过有关航空主管部门的规定。

烟囱上应装信号灯，并刷标志颜色。

7．自然通风的锅炉，烟囱高度除应符合上述规定外，还应保证烟囱产生的抽力，能克服锅炉和烟道系统的总阻力。

工业锅炉烟囱设计计算

工业锅炉房烟囱设计锅炉房的烟囱设计应符合下列要求：1．燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱高度的规定：1)每个新建锅炉房只允许设一个烟囱，烟囱高度可按表1规定执行。

表1燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度(GB 13271-2001)2）锅炉房装机总容量>28MW(40t/h)时，其烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于45m。

新建烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，其烟囱应高出最高建筑物3m以上。

燃气、燃油（轻柴油、煤油）锅炉烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于8m。

2．各种锅炉烟囱高度如果达不到上述规定时，其烟尘、SO2、NOx最高允许排放浓度，应按相应区域和时段排放标准值50%执行。

3．出力≥1t/h或0.7MW的各种锅炉烟囱应按《锅炉烟尘测试方法》(GB5468)和《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157-2001)的规定，设置便于永久采样孔及其相关设施。

4．锅炉房烟囱高度及烟气排放指标除应符合上述1~3款（摘自GB13271-2001）的规定外，尚应满足锅炉房所在地区的地方排放标准或规定的要求。

5．烟囱出口内径应保证在锅炉房最高负荷时，烟气流速不致过高，以免阻力过大；在锅炉房最低负荷时，烟囱出口流速不低于2.5~3m/s，以防止空气倒灌。

烟囱出口烟气流速参见表2，烟囱出口内径参见表3和表4。

表2烟囱出口烟气速表(m/s)表3燃煤锅炉砖烟囱出口内径参考值表4燃油、燃气锅炉钢制烟囱出口内径参考值6．当烟囱位于飞行航道或飞机场附近时，烟囱高度不得超过有关航空主管部门的规定。

烟囱上应装信号灯，并刷标志颜色。

7．自然通风的锅炉，烟囱高度除应符合上述规定外，还应保证烟囱产生的抽力，能克服锅炉和烟道系统的总阻力。

对于负压燃烧的炉膛，还应保证在炉膛出口处有20~40Pa的负压。

每米烟囱高度产生的烟气抽力参见表5。

烟囱的计算


） 及有 关烟道 有效截 面几何 尺寸进 行的
0 . 1 M Pa为计 算压力
4 ． 凡 是 线 算图 计算的 烟道阻 力，都 应进行 烟气密 度、烟 气压
力 、 气 流 中 灰分浓 度的修 正
3 ． 局 部 阻力
动 压头由 图查取 （根据 流速和 气流温 度） 阻 力系数 由图表 查取， 具体由 以下三 种情况 ： 1） 通 道 截 面 变化引 起的局 部阻力 2） 转 弯 的 阻 力 3） 三 通 的 阻 力
§6.2 通风阻力计算的原理及基本 方法
第六章
式中：
——转 弯 的 原 始阻 力；
3） 平 衡 通 风 ---利 用风机 分别克 服锅炉 风、烟 道的流 动阻力 ,确保炉 及及烟 道处于 微负压 运行工 况，炉 膛出口 真空度 为20~30Pa。 送 风 机 ： 从风道 吸入口 到进入 炉膛的 全部风 道阻力 ，空预 器、 燃烧设备 引 风 机 ： 从炉膛 出口到 烟囱出 口的全 部烟道 阻力， 管束、 省 煤 器 、 空 预器、 除尘器 、烟囱 等
K ——通 道 的 绝 对粗 糙度(m m) ——动 压 头 （ 查 图 ）
Pa Pa
第六章
§6.2 通风阻力计算的原理及基本 方法
3） 空 气 预 热 器烟气 侧
Pa 式 中 ： ——为 每 米 长 度 的空 预器管 子的沿 程摩擦 阻力
2． 横 向 冲 刷 管束阻 力 1） 横 向 冲 刷 光滑管 顺列管 束 式 中 ： ——每 一 排 管子 的阻力 系数， 与管束 布置特 性和Re有 关 2） 横 向 冲 刷 光滑管 错列管 束
经 过适当 变换， 可得任 意两截 面间的 总压降 为： 1 . 流 动 水 力 阻力 ：
由 沿程摩擦阻力

烟囱的设计计算(加热炉,2013)


( ) ΔPI
=
ρa − ρg
Hs
g gc
=
354⎜⎜⎝⎛⎞H
s
ΔPI
=
354
×
⎜⎛ ⎝
1 293
−
1 660
⎟⎞H ⎠
s
= 0.672H s （mH2O）
ΔPII
=
354⎜⎜⎝⎛
1 Ta
−1 Tf
⎟⎞ ⎟⎠
H
C
=
354
×
⎜⎛ ⎝
1 293
−
1 843.1
⎟⎞ ⎠
×
3.52
ρ1
=
354 1051
=
0.337
kg
m2
w1
=
mg
3600bLC ρ1
=
22500 3600 × 3.2 × 2.142 × 0.337
=
2.706(m
s)
Δp1
=
ζ1
w12 2
ρ1
=
0.396 ×
2.7062 2
× 0.337
=
0.498(Pa)
（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)
钉头区域外部流通面积：
Aso = [b – (dC + 2l) × 8]·LC = [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： d'p = 2 × 0.016 – 0.012 = 0.02 (m)
---辐射传热与管式加热炉

烟囱计算


m0 m4
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H7=H-L-L1-L2-L3-L4-L5-L6 h7=L+L1+L2+L3+L4++L5+0.5L6 I7=3.14*(D7+δ
e7) 3
13200.0 24450.0 20168898274.9 2400.0
*δ
e7/8
第8段(自下而上) mm mm mm mm kg kg mm mm mm
4
设计取值 设计取值
*δ
e9/8
第10段(自下而上) mm mm mm mm kg kg mm mm mm S
4
设计取值 设计取值
3300.0 6.0 3.7 1193.7 1790.5
m0 m10 H10 h10 I10 T1
H10=H-L-L1-L2-L3-L4-L5-L6-L7-L8-L9
h10=L+L1+L2+L3+L4++L5++L6+L7++L8+0.5L9
第9段(自下而上) mm mm mm mm 设计取值 设计取值 3300.0 6.0 3.7
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mg
mg ——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ΔPI
（5）烟气通过烟囱挡板的压力降 设挡板开度为50%，ζ5 = 4.0
ws2 3.52 Δp5 = ζ 5 ρ g = 4.0 × = 45.709(Pa ) 2 2 × 0.536
（6）烟气在烟囱出口的动能损失
ws2 3.52 Δp6 = ρg = = 11.427(Pa ) 2 2 × 0.536
2
Re =
Ds ⋅ G g
μg
=
1.51 × 3.5 = 1.235 × 10 5 0.0428 × 10 −3
0.7543 = 0.0210 0.38 Re
λ = 0.01227 +
烟气在烟囱内的摩擦损失：
H s ws Hs 3.52 Δp 4 = λ ρ g = 0.0210 × × = 0.159 H s (Pa ) Ds 2 1.51 2 × 0.536
⎛ mg ⎞ ⎜ − Aso ⎟ ⎜ 3600G ⎟ go ⎝ ⎠
1.8
1 Asi.8 = Ns
⎛ dp ′ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ dp ′′ ⎟ ⎠ ⎝
0.2
3 烟气由对流室至烟囱的压力降ΔP3
ws Δp 3 = ζ 3 ρg 2gc
2
4 烟气在烟囱内的摩擦损失ΔP4
Δp4 = λ H s ws ρg Ds 2 g c
5 烟囱挡板的压力降ΔP5
ws2 Δp5 = ζ 5 ρg 2gc
6 烟囱出口的动能损失ΔP6
ws2 Δp 6 = ρg 2gc
（三）烟囱的最低高度Hs 由抽力确定烟囱高度 ΔP1 + ΔPII = ΔP1 + ΔP2 + ΔP3 + ΔP4 + ΔP5 + ΔP6 + 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。
1 .8
烟气在钉头外部质量流速：
⎛ mg ⎞ ⎜ − Aso ⎟ ⎜ 3600G ⎟ go ⎝ ⎠ ⎛ 22500 ⎞ ⎜ − 2.323 ⎟ ⎜ 3600G ⎟ go ⎝ ⎠
1 Asi.8 = Ns
⎛ dp ′ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ dp ′′ ⎟ ⎠ ⎝
0 .2
1 .8
0.81.8 ⎛ 0.02 ⎞ = ×⎜ ⎟ 12 ⎝ 0.077 ⎠
[例7—7]
根据例7—4、7—5及7—6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 =
4
π
×
4 × 22500 = = 1.51(m ) G g × 3600 π × 3.5 × 3600
mg
2. 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T'g = 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 (K)，大气温度Ta = 20 + 273 = 293 K。
---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 = 4
π
×
(2.5 ~ 3.5) × 3600
g 1 1 = 354( − ) H s mmH2O ΔPI =（ρa - ρg）Hs gc Ta Tm
29 273.15 354 × = ρg = 22.4 Tm Tm
对流室产生的抽力ΔPⅡ
⎛1 1 ⎞ ΔpII = 354⎜ − ⎟ H c ⎜T T ⎟ f ⎠ ⎝ a
（二） 压力降的计算 烟气流动的压力降
⎛1 1 ⎞ g ΔPI = (ρ a − ρ g )H s = 354⎜ − ⎟ H s ⎜T T ⎟ gc m ⎠ ⎝ a
1 ⎞ ⎛ 1 ΔPI = 354 × ⎜ − ⎟ H s = 0.672 H s （mH2O） ⎝ 293 660 ⎠
⎛1 1 ⎞ ΔPII = 354⎜ − ⎟ H C ⎜T T ⎟ f ⎠ ⎝ a 1 ⎞ ⎛ 1 （mH2O） = 354 × ⎜ − ⎟ × 3.52 = 2.775 ⎝ 293 843.1 ⎠
查表7-8，ζ3 = 0.408
ρg =
345 345 = = 0.536 kg m 2 660 Tm
(
)
烟气由对流室至烟囱的局部阻力压降：
ws 3 .5 2 Δp3 = ζ 3 ρ g = 0.408 × = 4.662(Pa ) 2 2 × 0.536
（4）烟囱的摩擦损失 Tm = 660 K 查得烟气的粘度μg = 0.0428 mPa.s
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积： Aso = [b – (dC + 2l) × 8]·LC = [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： 钉头端间隙： d'p = 2 × 0.016 – 0.012 = 0.02 (m) d''p = dC – 2l = 0.127 – 2 × 0.025 = 0.077 (m)
总抽力：ΔP = ΔPI + ΔPII = 0.672Hs + 2.775
3. 总压力降
（1）烟气由辐射室至对流室的压力降
b × LC A2 4 × 2.142 × 3.2 = = = 0.283 2 2 A1 π 4 ⋅ D π × 5.556
查表7-8，ζ1 = 0.396
烟气进对流室时的密度： ρ1 =
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ΔP1 w12 Δp1 = ζ 1 ρ1
2gc
2 烟气通过对流室的压力降ΔP2
烟气通过错排光管管排的压力降
Δp 2 =
Tf 2324
G
2 max
⎛ d p Gmax ⎞ ⎟ Nc ⎜ ⎜ μ ⎟ g ⎝ ⎠
−0.2
−0 . 2
烟气通过错排钉头管管排的压力降
⎛ d ′′Ggo ⎞ p ⎟ G Nc ⎜ Δp 2 = ⎜ μ ⎟ 2324 g ⎠ ⎝ 由下式计算烟气在钉头外部区域的烟气质量流速Ggo Tf
2 go
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2.5 ⎞ 2 = × 2.5 × 16 × ⎜ −3 ⎟ 2324 ⎝ 0.0478 × 10 ⎠
（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：
− 0 .2
= 6.897(mmH 2 O ) = 67.66(Pa )
A3 π 4 ⋅ Ds2 π 4 × 1.512 = = = 0.261 A2 b ⋅ LC 3.2 × 2.142
0 .2
= 0.042588
G go =
Tf = 843.1 K
22500 = 2.5 kg m 2 s 3600 × (2.323 + 0.173178)
查烟气的粘度μg = 0.0478 mPa.s
[ ( )]
烟气流过对流室的压力降：
⎛ d ′′G go Tf p 2 G go N c ⎜ Δp 2 = ⎜ μ 2324 g ⎝
（7）烟囱的最低高度
9.81 × (0.672 H s + 2.775 − 2 ) = 0.498 + 67.66 + 4.662 + 0.159 H s + 45.709 + 11.427
Hs = 19 m
（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 = 2d s l ×
LC 2 × 0.012 × 0.025 nw = × 3.2 × 8 = 0.48 (m2) d′ 2 × 0.016 p
354 = 0.337 kg m 2 1051 mg 22500 w1 = = = 2.706(m s ) 3600bLC ρ1 3600 × 3.2 × 2.142 × 0.337
(
)
w12 2.706 2 Δp1 = ζ 1 ρ1 = 0.396 × × 0.337 = 0.498(Pa ) 2 2