工業(yè)窯爐：排煙系統(tǒng)設(shè)計要點
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一、概述與系統(tǒng)組成：
排煙系統(tǒng)由產(chǎn)生抽力的裝置和輸送煙氣的通道組成，其根本作用是克服煙氣流動路徑上的全部阻力，并將煙氣引導至室外或煙氣處理設(shè)備。
兩種基本排煙方式：
下排煙：煙氣經(jīng)爐膛下方的煙道、支煙道、總煙道，最后由煙囪或引風機排出。優(yōu)點：車間環(huán)境好，不影響起重機運行，管道壽命長。缺點：地下工程量大，造價高，受地下水位限制。
上排煙：煙氣直接從爐頂或爐墻上部經(jīng)排煙罩、垂直煙道或水平排煙管引出車間。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，投資省，施工快，煙氣溫度高，余熱回收潛力大。缺點：惡化車間環(huán)境，妨礙起重機，管道易腐蝕。
系統(tǒng)組成：
排煙裝置：煙囪、引風機、噴射器。
煙氣通道：爐膛排煙口、煙道、煙閘、管道。
（1）煙囪設(shè)計
煙囪依靠內(nèi)部熱煙氣與外部冷空氣的密度差產(chǎn)生的幾何壓頭（抽力）來工作，屬于自然排煙。
(2) 煙囪抽力計算：
煙囪根部產(chǎn)生的理論抽力 ΔP_chs 由下式計算：
ΔP_chs = H * g * (ρ_air - ρ_flue) (Pa)
式中：
H — 煙囪高度 (m)
g — 重力加速度，9.81 m/s²
ρ_air — 外部空氣的密度 (kg/m³)
ρ_flue — 煙囪內(nèi)煙氣的平均密度 (kg/m³)
為了便于工程計算，可將上式簡化為：
ΔP_chs ≈ 0.0342 * H * (p_a / T_a - p_flue / T_flue) (Pa)
或進一步近似為：
ΔP_chs ≈ H * (1.2 - 0.36 / (1 + t_flue/273)) * g (Pa)
其中 t_flue 為煙囪內(nèi)煙氣平均溫度（℃）。
結(jié)論： 煙囪抽力與高度 H 和煙氣與空氣的溫度差成正比。
（3）煙囪高度與直徑的確定
高度 H 的確定：
滿足抽力要求：煙囪的有效抽力 ΔP_eff 必須大于煙氣流動的總阻力 ΣΔP，并留有一定余量（通常為20%~30%）。
ΔP_eff = 0.8 * ΔP_chs （考慮煙囪本身阻力及抽力波動）
ΔP_eff ≥ 1.2 * ΣΔP
滿足環(huán)保要求：煙囪高度必須符合國家與地方的環(huán)保排放標準，防止污染物地面濃度超標。此條件往往比抽力條件更嚴格。
直徑 d 的確定：
煙囪出口內(nèi)徑由煙氣量和煙氣流速決定。
d = √[ 4 * V_flue / (π * v_out) ] (m)
式中：
對于磚煙囪和混凝土煙囪，為保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，底部直徑通常為頂部直徑的1.5倍左右。
V_flue — 排出煙氣的實際體積流量 (m³/s)
v_out — 煙囪出口流速 (m/s)，一般取 2.5 ~ 5 m/s。流速過低，抽力不穩(wěn)定，易產(chǎn)生倒風；流速過高，摩擦阻力損失大。
（4）引風機排煙系統(tǒng)
當排煙系統(tǒng)阻力很大，或煙溫較低導致煙囪抽力不足時，需采用引風機進行機械排煙。
系統(tǒng)構(gòu)成
煙氣 → 煙道 → 調(diào)節(jié)煙閘閥 → 引風機 → 煙囪/排氣筒
引風機選型計算
風量確定：
Q_fan = (1.1 ~ 1.2) * V_flue (m³/h)
V_flue 為引風機入口狀態(tài)（溫度、壓力）下的實際煙氣體積流量。系數(shù)為漏風系數(shù)。
風壓確定：
P_fan = (1.2 ~ 1.3) * ΣΔP (Pa)
ΣΔP 為從爐膛排煙口至引風機出口的整個系統(tǒng)阻力總和，包括：
爐膛出口阻力
煙道沿程和局部阻力
預熱器煙氣側(cè)阻力
煙閘阻力
煙囪阻力（若使用）
除塵器等環(huán)保設(shè)備阻力
風機類型選擇：
由于煙氣溫度高、可能含塵，應選用引風機，其軸承冷卻和軸封結(jié)構(gòu)適于高溫工況。
根據(jù)性能曲線選擇，要求工作點位于風機高效區(qū)內(nèi)。
調(diào)節(jié)煙閘的作用
在引風機系統(tǒng)中，煙閘的主要作用不再是調(diào)節(jié)抽力，而是：
檢修隔離：在檢修引風機或下游設(shè)備時，完全關(guān)閉以切斷煙氣。
精細調(diào)節(jié)爐壓：與風機入口調(diào)節(jié)閥配合，實現(xiàn)對爐膛壓力的精確控制。
噴射排煙
一種特殊的機械排煙方式，利用高速噴射的介質(zhì)（空氣或蒸汽）的動能，在噴射器中產(chǎn)生負壓，從而抽吸煙氣。
工作原理
根據(jù)能量守恒和動量定理，噴射介質(zhì)將能量傳遞給煙氣，使煙氣壓力提高，從而克服阻力。
特點與應用
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，無轉(zhuǎn)動部件，耐高溫，體積小，調(diào)節(jié)靈敏。
缺點：效率低，能耗高（需要高壓介質(zhì)），有噪聲。
應用：主要用于排煙量不大、煙溫很高（>600℃）或空間受限的場合，如某些均熱爐、鍛造爐。
二、煙道設(shè)計：
2.1 煙道布置與結(jié)構(gòu)
布置原則：路線短，轉(zhuǎn)彎少，避免急彎。支煙道與總煙道連接時，夾角宜為30°~45°。
結(jié)構(gòu)材料：
磚砌煙道：耐溫性好，造價低，但氣密性差。內(nèi)襯耐火磚，外壁為紅磚。
混凝土煙道：用于大型爐子，需做內(nèi)襯。
鋼制煙道：氣密性好，安裝快，但需保溫防腐，用于地面以上或引風機前后。
煙道閘板：用于調(diào)節(jié)爐壓。分為升降式、旋轉(zhuǎn)式等。閘板應操作靈活，密封良好。
2.2 煙道截面積與阻力計算
截面積計算：
A = V_flue / v_duct (m²)
煙道內(nèi)流速 v_duct 一般取 1.5 ~ 3.0 Nm/s（標準狀態(tài)下的流速）。流速過低，投資大且易積灰；流速過高，阻力大。
阻力計算：
分為沿程阻力和局部阻力。
ΣΔP_duct = Σλ * (l/d_e) * (ρv²/2) + Σξ * (ρv²/2)
注意：煙氣密度 ρ 和流速 v 需按實際溫度計算。煙氣溫度沿煙道會逐漸降低，需分段計算。
2.3 爐壓控制
維持爐膛底部（或零壓面）處于微正壓（+5 ~ +20 Pa）是理想狀態(tài)，可防止冷風吸入，同時避免高溫煙氣大量外逸。
2.4 控制原理
通過調(diào)節(jié)排煙系統(tǒng)的抽力來實現(xiàn)。P_furnace ≈ ΔP_supply - ΣΔP_exhaust
ΔP_supply：鼓風系統(tǒng)提供的爐膛正壓。
ΣΔP_exhaust：排煙系統(tǒng)在爐膛出口造成的負壓。
2.5 控制方式：
煙囪排煙：通過調(diào)節(jié)煙道閘板的開度來改變系統(tǒng)阻力，從而改變實際抽力。
引風機排煙：
調(diào)節(jié)風機入口閥門（推薦）：改變風機性能曲線，高效且靈敏。
調(diào)節(jié)煙道閘板：改變管路特性曲線。
變頻調(diào)速：最節(jié)能、最精確的控制方式，通過改變風機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風量和風壓。
噴射排煙：通過調(diào)節(jié)噴射介質(zhì)的流量和壓力來控制。
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