第七章-焦炉气体力学原理ppt课件.ppt

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1、第七章第七章 焦炉气体力学原理焦炉气体力学原理第一节第一节 焦炉用气体柏努利方程式及其应用焦炉用气体柏努利方程式及其应用 一、焦炉内气体流动特点一、焦炉内气体流动特点 单位质量流体稳定流动过程的机械能量衡算式单位质量流体稳定流动过程的机械能量衡算式(柏努柏努利方程式利方程式)的形式如下的形式如下:(71)焦炉内煤气、空气和废气的流动规律，基本上符合焦炉内煤气、空气和废气的流动规律，基本上符合上述方程式，但在应用时要考虑如下特点。上述方程式，但在应用时要考虑如下特点。1 1、焦炉加热系统各区段流过不同的气体，且气体从斜道、焦炉加热系统各区段流过不同的气体，且气体从斜道进入立火道后，温度发生剧变，

2、组成发生变化，因此进入立火道后，温度发生剧变，组成发生变化，因此要分段运用上述方程式。要分段运用上述方程式。2 2、焦炉内加热系统的压力变化较小，各区段温度呈均匀、焦炉内加热系统的压力变化较小，各区段温度呈均匀变化变化(见下图见下图)，故流动过程中气体密度以平均温度下，故流动过程中气体密度以平均温度下的气体调和平均密度的气体调和平均密度1-21-2代替。为便于焦炉上应用，代替。为便于焦炉上应用，式（式（7-17-1）以压力形式表示：）以压力形式表示：调和平均密度调和平均密度1-2 3、焦炉加热系统不仅是个通道，而且起着气流分配、焦炉加热系统不仅是个通道，而且起着气流分配或者汇合作用。此外，集气

3、管、加热煤气主管和烟道等或者汇合作用。此外，集气管、加热煤气主管和烟道等都有分配或汇合气体的作用。在这些分配或汇合道中动都有分配或汇合气体的作用。在这些分配或汇合道中动压力和动量的变化影响很大，因此要考虑变量气流时的压力和动量的变化影响很大，因此要考虑变量气流时的流动特点。流动特点。4、方程式中、方程式中Zg、p、w2/2分别是位压力、静压力和动压力，三者分别是位压力、静压力和动压力，三者之和即为总压，因此在稳定流动时，柏努利方程式表现为：之和即为总压，因此在稳定流动时，柏努利方程式表现为：总压差总压差=总阻力总阻力 流体流动时，当其中任何一方发生变化时，平衡就破坏，稳流体流动时，当其中任何一

4、方发生变化时，平衡就破坏，稳定流动变为不稳定流动，流量将发生变化，并在流量改变后的条定流动变为不稳定流动，流量将发生变化，并在流量改变后的条件下，总压差和阻力达到新平衡。焦炉加热调节时为改变流量，件下，总压差和阻力达到新平衡。焦炉加热调节时为改变流量，按这一原理，可以采用两种方法：按这一原理，可以采用两种方法：(1)改变煤气、废气的静压力来改变系统的总压差；改变煤气、废气的静压力来改变系统的总压差；(2)改变调节装置的开度（局部阻力系数）来改变系统的阻力改变调节装置的开度（局部阻力系数）来改变系统的阻力二、焦炉实用气流方程式及其应用二、焦炉实用气流方程式及其应用1 1、上升气流公式与浮力、上升

5、气流公式与浮力 记：记：a a1 1=P=P1 1-P-P1 1 始点的相对压力始点的相对压力 a a2 2=P=P2 2-P-P2 2 终点的相对压力终点的相对压力 h h1-21-2=Z=Z2 2-Z-Z1 1 代入上式整理得：代入上式整理得：焦炉内对于气体流量不变的通道，一般焦炉内对于气体流量不变的通道，一般 与与其它项相比甚小，可以忽略不计，其它项相比甚小，可以忽略不计，则上式简化为：则上式简化为：，Pa （7-4）记：热气柱的热浮力热气柱的热浮力 由图由图7-1所示，所示，h1-21-2g为热气柱作用在为热气柱作用在1-1面上的位压面上的位压力，力，h1-2空空g为同一高度冷空气作用

6、在底面的位压力。因为同一高度冷空气作用在底面的位压力。因空空1-2，故热浮力即空气柱与热气柱的位压差，其作用是推，故热浮力即空气柱与热气柱的位压差，其作用是推动热气体向上流动，气柱愈高，空气与热气体的密度差愈动热气体向上流动，气柱愈高，空气与热气体的密度差愈大时，热浮力愈大。大时，热浮力愈大。式（式（7-4）中，当热浮力大于阻力时，）中，当热浮力大于阻力时，a2a1，热浮力小于阻力时，热浮力小于阻力时，a2a1。例例 焦焦炉炉压压力力制制度度规规定定，在在推推焦焦前前20min20min，吸吸气气管管下下部部炭炭化化室室底底部部测测压压孔孔（距距炉炉底底0.3m0.3m）处处的的相相对对压压力

7、力不不低低于于4.9Pa4.9Pa。如如推推焦焦前前的的煤煤气气密密度度0 0=0.35=0.35/m/m3 3 ，温温度度为为800800，大大型型焦焦炉炉炭炭化化室室底底部部与与集集气气管管中中心心距距为为7m7m，荒荒煤煤气气经经焦焦炭炭层层、上上升升管管到到集集气气管管测测压压点点的的阻阻力力为为4.9Pa4.9Pa，大气温度为大气温度为00，空气密度，空气密度空空=1.293=1.293/m/m3 3，集气管压力应规定多少？集气管压力应规定多少？解：荒煤气由炭化室底部至集气管作上升流动，故集气管压力为：解：荒煤气由炭化室底部至集气管作上升流动，故集气管压力为：2 2=4.9+79.8

8、1 -4.9=82.65Pa=4.9+79.81 -4.9=82.65Pa2、下降气流公式、下降气流公式 如图如图7-2所示，热气体在通道内下降流动时，始点在上部，所示，热气体在通道内下降流动时，始点在上部，相对压力仍为相对压力仍为a1，终点在部，相对压力仍为，终点在部，相对压力仍为 a2。在忽略动压力。在忽略动压力项时，同理可导出下降气流公式：项时，同理可导出下降气流公式：式（式（7-5）表明，下发气流时，）表明，下发气流时，热浮力和阻力一样，均起阻热浮力和阻力一样，均起阻碍气流运动的作用，故碍气流运动的作用，故a2a1。o例、焦炉烧焦炉煤气时，下降气流斜道的平均阻力位例、焦炉烧焦炉煤气时，

9、下降气流斜道的平均阻力位29pa29pa，蓄热，蓄热室顶部至看火孔的高度约室顶部至看火孔的高度约6.2m6.2m。如上述部位每米高热废气的浮力。如上述部位每米高热废气的浮力为为10pa10pa，为使看火孔压力为，为使看火孔压力为5pa5pa，下降气流蓄热室顶部吸力应规定，下降气流蓄热室顶部吸力应规定是多少？是多少？o o a2=5-6.2*10-29a2=5-6.2*10-29 =-86pa =-86pa 即上升气流蓄热室顶部吸力为即上升气流蓄热室顶部吸力为86pa86pa有计算可以看出，斜道阻力越大时，上升气流蓄热室顶部吸力越小有计算可以看出，斜道阻力越大时，上升气流蓄热室顶部吸力越小 3

10、3水平气流公式水平气流公式 在在水水平平通通道道里里流流动动的的气气体体，因因其其 =0=0，所所以以浮浮力力项项等等于于零零，则则有有 从从式式中中可可以以看看出出，气气体体在在水水平平流流动动时时，两两断断面面中中不不论论绝绝对对压压力力如如何何，其压力差代表这两个断面之间的阻力，即其压力差代表这两个断面之间的阻力，即 如如果果在在同同一一系系统统两两种种操操作作情情况况下下或或两两个个形形状状尺尺寸寸完完全全一一致致的的地地区区，其两端压力差相同，则阻力相同，通过的气体量也相同。其两端压力差相同，则阻力相同，通过的气体量也相同。4、循序上升与下降气流公式、循序上升与下降气流公式 如如图图

11、7-3所所示示，对对于于既既有有上上升升又又有有下下降降的的通通道道，分分段段使使用用上上升升、下下降降气气流流公式，整理得循序上升与下降气流公式：公式，整理得循序上升与下降气流公式：式中：式中：a始始、a终终分别为始点和终点的相对压力；分别为始点和终点的相对压力；h上上(空空-i)g气流全过程中，上升段浮气流全过程中，上升段浮 浮力总和（各段浮力总和（各段i不同不同)；h下下(空空-i)g气流全过程中，下降段浮力总和；气流全过程中，下降段浮力总和；P从始点到终点全部阻力之和。从始点到终点全部阻力之和。o用上升和下降气流公式分析焦炉用贫煤气加热时，煤气用上升和下降气流公式分析焦炉用贫煤气加热时

12、，煤气和空气蓄热室顶部吸力的关系和空气蓄热室顶部吸力的关系o例例 冬夏两季大气压力发生变化，试分析这种变冬夏两季大气压力发生变化，试分析这种变化对焦炉集气管压力、蓄热室顶部吸力的影响化对焦炉集气管压力、蓄热室顶部吸力的影响o冬季集气管压力应保持比夏季较高冬季集气管压力应保持比夏季较高 上升蓄热室吸力冬季比夏季高上升蓄热室吸力冬季比夏季高o下降蓄热室吸力冬季比夏季高下降蓄热室吸力冬季比夏季高 5 5焦炉实用气流方程式的应用焦炉实用气流方程式的应用 上上述述各各气气流流公公式式广广泛泛用用于于计计算算或或分分析析焦焦炉炉通通道道内内相相对对压压力力、阻阻力力和浮力的关系。如：和浮力的关系。如：(1

13、)(1)按按推推焦焦前前吸吸气气管管下下方方的的炭炭化化室室底底部部相相对对压压力力保保持持0 05Pa5Pa的规定，计算集气管压力。的规定，计算集气管压力。（2 2）按按上上升升气气流流看看火火孔孔保保持持相相对对压压力力-5-5+5Pa+5Pa的的规规定定，计计算算蓄蓄热热室顶部吸力（炉外压力减同一水平的炉内压力室顶部吸力（炉外压力减同一水平的炉内压力P P为吸力）。为吸力）。(3)(3)焦焦炉炉用用贫贫煤煤气气加加热热时时，分分析析和和计计算算煤煤气气蓄蓄热热室室和和空空气气蓄蓄热热室室顶部吸力的相互关系。顶部吸力的相互关系。(4)(4)根据蓄热室顶部和底部的吸力差，分析格子砖的堵塞情况

14、。根据蓄热室顶部和底部的吸力差，分析格子砖的堵塞情况。(5)(5)空空气气蓄蓄热热室室进进风风门门开开度度，煤煤气气蓄蓄热热室室孔孔板板大大小小或或废废气气开开闭闭器器的的翻板开度对蓄热室顶部吸力的影响。翻板开度对蓄热室顶部吸力的影响。(6)(6)大大气气温温度度明明显显变变化化时时，改改变变蓄蓄热热室室进进风风门门开开度度以以稳稳定定蓄蓄热热室室顶顶部吸力的必要性。部吸力的必要性。(7)(7)蓄热室换向间隔时间内顶部吸力的变化及原因分析。蓄热室换向间隔时间内顶部吸力的变化及原因分析。(8)(8)烟囱吸力和烟囱高度的计算。烟囱吸力和烟囱高度的计算。对以上计算，现举例加以说明。对以上计算，现举例

15、加以说明。例题例题:1、集气管压力的确定、集气管压力的确定 根据压力制度的确定原则：以结焦末期炭化室底部的压力不小于根据压力制度的确定原则：以结焦末期炭化室底部的压力不小于5Pa为原则确定集气管的压力。为原则确定集气管的压力。解：如图所示，依题意，解：如图所示，依题意，h=8m，空空0=1.28 t空空=20，煤气煤气0=0.51，t煤气煤气=800 a1=5Pa，求，求a2=?由公式：由公式：将数字代入得：将数字代入得：a2=5+8(1.28273/293-0.51273/1073)9.81-0=88.41Pa故一般控制在故一般控制在80120Pa.生产中，于炭化室底部埋测压管，结焦生产中，

16、于炭化室底部埋测压管，结焦末期，调节集气管压力。当炭化室底部的压末期，调节集气管压力。当炭化室底部的压力为力为5Pa时的集气管压力，就是控制值。时的集气管压力，就是控制值。2 2、蓄热室顶部吸力的确定。、蓄热室顶部吸力的确定。由压力制度确定原则：以下由压力制度确定原则：以下降气流看火孔压力为降气流看火孔压力为0 0为原则确为原则确定燃烧系统的压力，并以蓄热定燃烧系统的压力，并以蓄热室顶部吸力为控制指标。室顶部吸力为控制指标。解：由下降气流公式（见图）：解：由下降气流公式（见图）：由题意由题意:公式简化为：公式简化为：a a2 2=a=a1 1-h-h浮浮-P或：或：a1=a2+h浮浮+P则：则

17、：h浮浮=constant(1)(1)对于全炉对于全炉 调节分烟道吸力调节分烟道吸力,即即a a2 2。a a1 1与与a a2 2呈线性关系，同时增减。呈线性关系，同时增减。（2 2）对于一个燃烧室）对于一个燃烧室 调节废气盘中的调节翻板：调节废气盘中的调节翻板：当翻板关时，阻力当翻板关时，阻力PP增大，则增大，则a a1 1增大；增大；当翻板开时，阻力当翻板开时，阻力PP减小，则减小，则a a1 1减小；减小；当翻板处于某一个开度时刚好使当翻板处于某一个开度时刚好使a1=0,a1=0,这时的蓄热室顶部吸力即为控制值。这时的蓄热室顶部吸力即为控制值。三、三、烟囱原理烟囱原理 1、烟囱工作原理

18、、烟囱工作原理 烟囱的作用在于使其根部产生足够吸力，克服加热系烟囱的作用在于使其根部产生足够吸力，克服加热系统阻力（包括烟道阻力）和下降气流段的热浮力，使炉内废统阻力（包括烟道阻力）和下降气流段的热浮力，使炉内废气排出，空气吸入。气排出，空气吸入。烟囱根部吸力靠烟囱内热废气浮力产生，其值由烟囱高烟囱根部吸力靠烟囱内热废气浮力产生，其值由烟囱高度和热废气与大气的密度差决定。度和热废气与大气的密度差决定。烟囱的工艺设计主要是根据加热系统阻力和浮力值确定烟囱的工艺设计主要是根据加热系统阻力和浮力值确定烟囱分部的吸力值，并据此计算烟囱高度和直径。烟囱分部的吸力值，并据此计算烟囱高度和直径。（1）烟囱根

19、部所需吸力）烟囱根部所需吸力 如图所示：从进风口到烟囱根部应用循序上升与如图所示：从进风口到烟囱根部应用循序上升与 下降气流公式可得：下降气流公式可得：(-a根根)=加加P+h下下(空空-i)-h上上(空空-i)（7-7）式中：式中：加加P进风口至烟囱根部的总阻力；进风口至烟囱根部的总阻力；h上上(空空-i)、h下下(空空-i)进风口至烟囱根部上升进风口至烟囱根部上升气流段浮力和下降段浮力之和。气流段浮力和下降段浮力之和。（2 2）一定高度）一定高度H H的烟囱能产生的根部吸力的烟囱能产生的根部吸力 从烟囱根部至烟囱顶口应用上升气流公式得：从烟囱根部至烟囱顶口应用上升气流公式得：(-a(-a根

20、根)=)=H(H(空空-废废)g-)g-烟烟P P（7-87-8）式中：式中：H(H(空空-废废)烟囱浮力；烟囱浮力；烟烟PP烟囱根部至顶口外的阻力。烟囱根部至顶口外的阻力。2、烟囱计算、烟囱计算（1）烟囱直径）烟囱直径 烟囱顶口直径烟囱顶口直径d顶按下式计算：顶按下式计算：式中：式中：Q0焦炉排出的废气量，焦炉排出的废气量，m3/h;w0烟囱出口处废气流速，烟囱出口处废气流速，m/s。一般取。一般取34m/s，太大，烟囱直，太大，烟囱直径小而高；太小，直径大而矮。应按烟囱投资权衡。径小而高；太小，直径大而矮。应按烟囱投资权衡。烟囱根部直径烟囱根部直径d根，据根，据d顶和烟囱锥度确定，对于钢筋

21、混凝土烟囱：顶和烟囱锥度确定，对于钢筋混凝土烟囱：d根根=d顶顶+0.01H式中：式中：0.01烟囱锥度。烟囱锥度。（2）烟囱高度）烟囱高度 由式（由式（7-8）可得：）可得：记：记：Z1=（-a根）根）Z2=烟烟P Z3=50Pa或或0.15Z1 代入上式得：代入上式得：对于高原地区，还应进行压力校正：对于高原地区，还应进行压力校正：式中：式中：0空空、0废废空气和废气在空气和废气在0下的密度，下的密度，kg/m3;T空空、T废废沿烟囱高向大气和烟囱内废气的平均温度，沿烟囱高向大气和烟囱内废气的平均温度，K；P当地大气压力。当地大气压力。例例9-3 42孔孔58-型型焦焦炉炉，根根据据加加热

22、热系系统统阻阻力力和和浮浮力力的的计计算算，烟烟囱囱根根部部需需要要的的吸吸力力Z=284.4Pa.考考虑虑到到漏漏气气，在在烟烟囱囱中中空空气气过过剩剩系系数数=1.5。1m干干高炉煤气燃烧产生的湿废气量为高炉煤气燃烧产生的湿废气量为2.01m/(m煤气煤气)。废气密度。废气密度 kg/m3，每每个个炭炭化化窒窒需需供供给给的的高高炉炉煤煤气气量量平平均均按按0.246m/s计计，烟烟囱囱入入口口处处的的废废气气温温度度240，大大气气温温度度35，两两座座焦焦炉炉合合用用一一个个烟烟囱囱，计计算算烟烟囱囱的的工艺尺寸。工艺尺寸。解：解：每座焦炉的湿废气量为：每座焦炉的湿废气量为：0.246

23、0.2462.012.0142=20.64m42=20.64m3 3/s/s则两座焦炉的废气量为：则两座焦炉的废气量为：20.4620.462=41.28m2=41.28m/s/s 烟囱出口处的废气流速取烟囱出口处的废气流速取 =3.2m/s,=3.2m/s,则烟囱顶部内径为：则烟囱顶部内径为：烟囱底部内径烟囱底部内径 ：=+2=+20.01 =4+20.01 =4+20.010.01100=6m100=6m（设烟囱高度为设烟囱高度为100m100m）烟囱内废气的平均流速：烟囱内废气的平均流速：烟囱顶部废气通过的截面积：烟囱顶部废气通过的截面积：=12.57m=12.57m2 2。烟囱底部废气

24、通过的截面积：烟囱底部废气通过的截面积：m m2 2式中式中 0.490.49为烟囱底部隔墙厚度，为烟囱底部隔墙厚度，m m。则烟囱的平均断面积为：则烟囱的平均断面积为：m m2 2废气在烟囱中的平均流速：废气在烟囱中的平均流速：m/sm/s烟囱的平均直径：烟囱的平均直径：m m 烟烟囱囱中中废废气气的的平平均均温温度度：当当烟烟囱囱壁壁厚厚为为0.5m0.5m时时，每每1m1m高高烟烟囱囱内内废废气温度的下降量可按下式计算：气温度的下降量可按下式计算：式中式中 A A系数，取系数，取A=0.6A=0.6；D D烟囱的平均外径，烟囱的平均外径，m m。/m/m则烟囱出口处的废气温度为：则烟囱出

25、口处的废气温度为：240-100240-1000.25=2150.25=215烟囱内废气的平均温度为：烟囱内废气的平均温度为：废气通过烟囱时的摩擦阻力为废气通过烟囱时的摩擦阻力为 ，摩擦系数，摩擦系数则阻力系数则阻力系数 =Pa=Pa 烟囱出口突然扩大阻力烟囱出口突然扩大阻力 烟囱出口处废气流速：烟囱出口处废气流速：m/sm/s 取取突突然然扩扩大大阻阻力力系系数数K K=1=1(因因为为 ，式式中中 为为烟烟囱囱出出口口外外大大气气，所以为无限大，则所以为无限大，则 故烟囱本身的阻力故烟囱本身的阻力 PaPa 取备用吸力：取备用吸力：1515 =0.15 =0.15284.4=42.66Pa

26、284.4=42.66Pa 烟囱应当产生的总吸力为：烟囱应当产生的总吸力为：=284.4+19.34+42.66=346.4Pa=284.4+19.34+42.66=346.4Pa 烟囱的高度为：烟囱的高度为：H H=m=m 取烟囱的高度为取烟囱的高度为100m100m，此计算结果与前面的假设基本一致。此计算结果与前面的假设基本一致。上上述述计计算算所所得得烟烟囱囱高高度度是是在在大大气气压压为为 PaPa时时，由由于于空空气气和和废废气气的密度需作压力校正，则当大气压力为的密度需作压力校正，则当大气压力为 时，时，烟囱的高度应为：烟囱的高度应为：三、阻力、压力差与气体流量的对比关系三、阻力、

27、压力差与气体流量的对比关系1 1阻力、气体流量和性质的对比关系式阻力、气体流量和性质的对比关系式焦炉在己知生产条件下，加热系统某段的阻力为：焦炉在己知生产条件下，加热系统某段的阻力为：当生产条件改变后，该段阻力为：当生产条件改变后，该段阻力为：两者之比为：两者之比为：(9-15)(9-15)式中式中 、相应条件下的阻力系数；相应条件下的阻力系数；、气体流速，气体流速，m/sm/s；为了方便，通常以为了方便，通常以1 1个炭化室所需热量作基准，即个炭化室所需热量作基准，即 =，m m3 3/s (9-16)/s (9-16)式中式中 炼焦耗热量，炼焦耗热量，kJ/kgkJ/kg；炭化室装煤量，炭

28、化室装煤量，t t；周转时间，周转时间，h h；C C每每 供供 给给 焦焦 炉炉 1000kJ1000kJ热热 量量 所所 需需 气气 体体 流流 量量，m3/1000kJm3/1000kJC C在在焦焦炉炉不不同同部部位位可可以以是是煤煤气气量量、空空气气量量或或废废气气量量，分分别别以以C C煤煤，C C空空和和C C废废表示。表示。C C煤煤 =，C C空空=L L实实=，C C废废 =V V废废式中式中 加热煤气低发热值，加热煤气低发热值，kJ/mkJ/m3 3；L L实实、燃烧燃烧1m1m3 3煤气所需实际和理论空气量，煤气所需实际和理论空气量，m m3 3/m/m3 3 V V废

29、废 燃烧燃烧1m1m3 3煤气所生成的废气量，煤气所生成的废气量，m m3 3/（m m3 3煤气）。煤气）。由式由式(9-15)(9-15)和式和式(9-16)(9-16)可得可得 对对于于某某一一区区段段（斜斜道道，火火道道等等），流流过过的的气气体体量量，密密度度相相同同，温温度度也也可可取取平平均均值值，因因此此该该区区段段阻阻力力为为若若干干阻阻力力之之和和，式式(9-15)(9-15)和和(9-17)(9-17)仍仍适适用用，即：即：=()=()2 2 (9-18)(9-18)2 2压力差是流量的指标压力差是流量的指标 对整个燃烧系统有对整个燃烧系统有(由循序上升与下降气流公式转化

30、由循序上升与下降气流公式转化)：=-+=-+生生产产上上 、可可准准确确测测出出，若若再再测测出出各各区区段段气气体体温温度度，则则上上升升和和下下降降段段的的浮浮力力就就不不难难计计算算，而而利利用用上上式式可可求求出出加加热热系系统统有有关关区区段段的的阻阻力力 。当当加热系统上升段与下降段浮力差为零时：加热系统上升段与下降段浮力差为零时：=0=0 则则 =-=-同一通道，在同一燃烧系统两种生产条件下，气体的流动同一通道，在同一燃烧系统两种生产条件下，气体的流动方向一致而炉内调节装置不动时，方向一致而炉内调节装置不动时，=，同时，同时 =，则可得：，则可得：=上式表明在一定条件下，阻力或压

31、力差是流量的指标。上式表明在一定条件下，阻力或压力差是流量的指标。例例9-4 9-4 已知高炉煤气热值已知高炉煤气热值 kJ/NmkJ/Nm3 3，焦炉煤气热值焦炉煤气热值 kJ/NmkJ/Nm3 3，用高炉煤气加热时，炼焦耗热量用高炉煤气加热时，炼焦耗热量 kJ/kgkJ/kg，用焦炉煤气加用焦炉煤气加热时，热时，炼焦耗热量炼焦耗热量 kJ/kgkJ/kg，=1.25=1.25，对，对JN43JN43型焦炉用高炉煤气型焦炉用高炉煤气加热时煤气斜道阻力为加热时煤气斜道阻力为24Pa24Pa，求用焦炉煤气加热时的斜道阻力？求用焦炉煤气加热时的斜道阻力？解：在同一斜道中解：在同一斜道中k k=k

32、k则则式式中中 、为为同同一一斜斜道道在在分分别别供供入入煤煤气气、空空气气时时阻阻力力PaPa，因因 ，。对于高炉煤气：对于高炉煤气：对对于于焦焦炉炉煤煤气气 (烧烧焦焦炉炉煤煤气气时时，空空气气由由两两个个蓄蓄热热室室供供给给，故故通通过过一一个个斜斜道道的的空空气气量量为为总总量量的的1/21/2，根根据据物物料料衡衡算算，烧烧1m1m3 3焦焦炉煤气在炉煤气在=1.25=1.25时所需的实际空气量时所需的实际空气量m m3 3)。标准状态下高炉煤气：标准状态下高炉煤气：kg/mkg/m3 3标准状态下湿空气：标准状态下湿空气：kg/mkg/m3 3 将上面各式代入，则有将上面各式代入，

33、则有 Pa 第二节第二节 动量原理在焦炉上的应用动量原理在焦炉上的应用一、废气循环一、废气循环1、废气循环的意义和原理、废气循环的意义和原理 定义：废气循环定义：废气循环是指下降火道的是指下降火道的废气经循环孔部分返回上升火道的现象，废气经循环孔部分返回上升火道的现象，称为废气循环。称为废气循环。循环的废气量与燃烧产生的废气的比循环的废气量与燃烧产生的废气的比值称为废气循环量，记为值称为废气循环量，记为x,即：即：x=G环环/G废废=V环环/V废废意义：拉长火焰改善高向加热的均匀性。意义：拉长火焰改善高向加热的均匀性。废气循环的推动力包括：废气循环的推动力包括：1 1）火道底部由斜道口及烧嘴喷

34、出气流所具有的喷射力；）火道底部由斜道口及烧嘴喷出气流所具有的喷射力；2 2）因上升火道气流火道温度一般比下降气流火道温度高）因上升火道气流火道温度一般比下降气流火道温度高而产生的浮力差。而产生的浮力差。2 2、废气循环基本方程式、废气循环基本方程式 动量原理指出：动量原理指出：稳定流动时稳定流动时,作用于流体某一区域作用于流体某一区域上的外力在某一坐标方向上的总和，等于此区域两端上的外力在某一坐标方向上的总和，等于此区域两端单位时间内流过的流体在该方向上的动量变化。单位时间内流过的流体在该方向上的动量变化。由此可分析图由此可分析图7-57-5中，虚线区域煤气和空气进入火中，虚线区域煤气和空气

35、进入火道时喷射作用所引起的动量变化：道时喷射作用所引起的动量变化：B B面上的动量为：面上的动量为：G G煤煤w w煤煤+G+G空空w w空空式中：式中：G G煤煤、G G空空由斜道口（或烧嘴）由斜道口（或烧嘴）喷出的煤气和空气质量流量，喷出的煤气和空气质量流量，kg/skg/s；w w煤煤、w w空空由斜道口（或烧嘴）由斜道口（或烧嘴）喷出的煤气和空气实际流速，喷出的煤气和空气实际流速，m/sm/s；1 1面上的动量为：（面上的动量为：（G G废废+G+G环环）w w废废+环环式中：式中：G G废废+G+G环环、w w废废+环环废气及吸入废气及吸入 的循环废气质量流量（的循环废气质量流量（k

36、g/s)kg/s)及流速（及流速（m/sm/s)。作用于虚线区域的合力为：（作用于虚线区域的合力为：（P PB B-P-P1 1）A A式中：式中：P PB B、P P1 1作用于作用于B B面和面和1 1面上的压力，面上的压力，Pa;Pa;A A火火立火道断面积，立火道断面积，m m2 2.则根据动量原理则有：则根据动量原理则有：将将 x=G环环/G废废 w=G/A=V/A代入上式整理得：代入上式整理得：等式右端等式右端PH-PB为循环孔的阻力与为循环孔的阻力与1-HP之和即总阻力之和即总阻力总总P 记作：记作：h煤煤+h空空 -h废废+h浮浮=总总P （7-20）由上式可知，废气循环的推动

37、力是煤气和空气的有效喷射力和上升由上式可知，废气循环的推动力是煤气和空气的有效喷射力和上升与下降火道的浮力差，废气循环与下降火道的浮力差，废气循环 量的多少取决于所能克服的阻力。量的多少取决于所能克服的阻力。上式推导中没有考虑循环废气与火道中废气的汇合阻力，也没有上式推导中没有考虑循环废气与火道中废气的汇合阻力，也没有考虑喷射力的利用率，因此计算出的废气循环量大于实际测定的循环考虑喷射力的利用率，因此计算出的废气循环量大于实际测定的循环量。根据生产经验，对喷射力加一校正系数：量。根据生产经验，对喷射力加一校正系数：0.75。即。即 0.75(h煤煤+h空空-h废废)+h浮浮=总总P （7-21

38、）3、废气循环和防止短路的讨论、废气循环和防止短路的讨论o(1)(1)废气循环的推动力废气循环的推动力煤气和空气的有效喷射力和上升与下降火道的浮力差煤气和空气的有效喷射力和上升与下降火道的浮力差 o（2 2）废气循环的阻力）废气循环的阻力阻力增加，在一定推动力作用下，废气循环量将减小。因阻力增加，在一定推动力作用下，废气循环量将减小。因此设计上可根据要求火焰高度，通过改变跨越孔或循环此设计上可根据要求火焰高度，通过改变跨越孔或循环断面大小，改变废气循环量断面大小，改变废气循环量（1）废气循环量的自动调节作用）废气循环量的自动调节作用 0.75(h煤煤+h空空)+h浮浮=0.75 h废废+总总P

39、=f(x2)由上式可知，当焦炉高向温差增大时，由上式可知，当焦炉高向温差增大时，h浮增大，其余各项浮增大，其余各项不变，平衡被打破，只有等式的右端增大，才能使等式成立，即不变，平衡被打破，只有等式的右端增大，才能使等式成立，即废气循环量自动增大，使系统阻力增大，达到新的平衡。废气循环量自动增大，使系统阻力增大，达到新的平衡。当用焦炉煤气加热时，火焰短、上下温差大，当用焦炉煤气加热时，火焰短、上下温差大，h浮浮 大，而废大，而废气量小、阻力小，所以只有增大废气循环量，增加系统的阻力，气量小、阻力小，所以只有增大废气循环量，增加系统的阻力，使等式平衡。使等式平衡。当用高炉煤气加热时，火焰长、上下温

40、差小，当用高炉煤气加热时，火焰长、上下温差小，h浮浮 小，而系小，而系统的阻力又大，所以废气循环量小，才能使等式两端相等。统的阻力又大，所以废气循环量小，才能使等式两端相等。（2）短路产生的条件和防止措施）短路产生的条件和防止措施 所谓短路是指上升气流的煤气和空气经循环孔进入下降斜道燃所谓短路是指上升气流的煤气和空气经循环孔进入下降斜道燃烧的现象，称为短路。这将损坏炉体，应予以防止。烧的现象，称为短路。这将损坏炉体，应予以防止。短路产生的条件：推动力减小，循环量减小。当推动力不足以短路产生的条件：推动力减小，循环量减小。当推动力不足以克服阻力时，就会产生短路。生产中可能引起短路的情况有：克服阻

41、力时，就会产生短路。生产中可能引起短路的情况有：1）炉头火道：由于炉体散热，即使上升时温度仍低于相邻火道的温）炉头火道：由于炉体散热，即使上升时温度仍低于相邻火道的温度，故浮力差为负值，总是处于短路，所以度，故浮力差为负值，总是处于短路，所以JN焦炉已取消了炉头火焦炉已取消了炉头火道的循环孔。道的循环孔。2）结焦时间过长或保温期间：加热煤气量减少，喷射力减小，上升）结焦时间过长或保温期间：加热煤气量减少，喷射力减小，上升和下降立火道温度趋于一致，浮力差消失，故造成短路。所以有一和下降立火道温度趋于一致，浮力差消失，故造成短路。所以有一个结焦时间极限值。个结焦时间极限值。3 3）刚换向时：上升火

42、道的温度低于下降火道，浮力）刚换向时：上升火道的温度低于下降火道，浮力差为负值，造成短路。几秒钟后会自动消失。差为负值，造成短路。几秒钟后会自动消失。4 4）火道太脏时：火道太脏，阻力太大，阻力大于推动）火道太脏时：火道太脏，阻力太大，阻力大于推动力，造成短路。力，造成短路。5 5）装煤初期：荒煤气进入立火道，阻力增大，可能会）装煤初期：荒煤气进入立火道，阻力增大，可能会造成短路。造成短路。二、变量气流方程式及其应用二、变量气流方程式及其应用分配通道流动示意图分配通道流动示意图汇合通道流动示意图汇合通道流动示意图 1、变量气流基本方程式、变量气流基本方程式（1）分配通道变量气流方程式）分配通道

43、变量气流方程式 （2）汇合通道变量气流方程式）汇合通道变量气流方程式 (7-24)式中：式中：Px、Px水平通道长向距开端水平通道长向距开端xl处的静压力，处的静压力，Pa；PH、PK分配通道入口、集合通道出口气体的静压力，分配通道入口、集合通道出口气体的静压力，Pa；VH、VK分配通道入口、集合通道出口气体的总流量，分配通道入口、集合通道出口气体的总流量，m3/s；A、l、D水平通道的截面积，水平通道的截面积，m2，长度，长度，m,当量直径，当量直径，m；通道摩擦系数；通道摩擦系数；x通道开端至某处的距离。通道开端至某处的距离。上述公式以单向流动为出发点上述公式以单向流动为出发点,并作了下述

44、假设并作了下述假设,故与实故与实际会一定的偏差际会一定的偏差:1 1）方程式中未考虑由于流入或流出使气流平行流动有）方程式中未考虑由于流入或流出使气流平行流动有所破坏。所破坏。2 2）公式中仅考虑了摩擦阻力，实际上气流在逐渐分流）公式中仅考虑了摩擦阻力，实际上气流在逐渐分流和汇流时，还存在着转弯等复杂的局部阻力。和汇流时，还存在着转弯等复杂的局部阻力。3 3）在变量气流通道中，有时气体温度也随时）在变量气流通道中，有时气体温度也随时x x变化，故变化，故取温度为定值也有一定误差。取温度为定值也有一定误差。2 2、小烟道内气体静压分布、小烟道内气体静压分布 由分配通道变量气流方程式可以分析上升气

45、流小烟道内的静压分布：由分配通道变量气流方程式可以分析上升气流小烟道内的静压分布：当当x=0 x=0时，为小烟道外侧废气盘处，静压力为：时，为小烟道外侧废气盘处，静压力为：当当x=1x=1为小烟道内侧、中心隔墙处，静有力为：为小烟道内侧、中心隔墙处，静有力为：故上升气流时小烟道内、外端的静压差为：故上升气流时小烟道内、外端的静压差为：同理，由汇合通道变量气流方程式可以导出下降气流小同理，由汇合通道变量气流方程式可以导出下降气流小烟道内的静压分布烟道内的静压分布：小烟道内一般小烟道内一般l/3Dl/3D2 2，因此无论是上升或下降气流，因此无论是上升或下降气流，即即小烟道无论呈分配通道或汇合通道

46、，都是内侧静压力大小烟道无论呈分配通道或汇合通道，都是内侧静压力大于外侧。于外侧。而篦子砖上部沿蓄热室长向的静压力内外相同，而上升时篦子砖上部的而篦子砖上部沿蓄热室长向的静压力内外相同，而上升时篦子砖上部的压力要小于小烟道内的静压力；下降时篦子砖上部的压力要大于小烟的静压压力要小于小烟道内的静压力；下降时篦子砖上部的压力要大于小烟的静压力，则篦子砖上下的静压差沿蓄热室长向的分布如图所示：力，则篦子砖上下的静压差沿蓄热室长向的分布如图所示：上升气流时，上升气流时，PP2 2 PP1 1 ，里大外小，使内侧流量大里大外小，使内侧流量大 下降气流时，下降气流时，PP1 1 PP2 2，外大里小，使外

47、侧流量大外大里小，使外侧流量大 同时，蓄热室内侧的温度高于外侧，浮力同时，蓄热室内侧的温度高于外侧，浮力较大，更促使上升时内侧流量加大，下降时较大，更促使上升时内侧流量加大，下降时外侧流量加大。外侧流量加大。这种压力分布，导致蓄热室内气流在上升这种压力分布，导致蓄热室内气流在上升下降流动的同时，还会有横向窜流，其总的趋下降流动的同时，还会有横向窜流，其总的趋势是：上升时从外下向里上；势是：上升时从外下向里上；下降时从里上向外下。下降时从里上向外下。改善措施改善措施:（1 1）增大小烟道断面，降低小烟道内气流速度。因静压差的最大值）增大小烟道断面，降低小烟道内气流速度。因静压差的最大值（Pmax

48、Pmax或或PPmaxmax）正比于流速平方，故可明显减小此静压差，设计）正比于流速平方，故可明显减小此静压差，设计上一般将小烟道的气体流速限制在上一般将小烟道的气体流速限制在2.5m/s2.5m/s以下。以下。（2 2）采用扩散型篦子砖孔。靠近外侧）采用扩散型篦子砖孔。靠近外侧配置下大上小的收缩型篦子砖，内侧配置下大上小的收缩型篦子砖，内侧配置上大下小的扩散型篦子砖。配置上大下小的扩散型篦子砖。JN43JN43型焦炉的扩散型篦子砖孔尺寸分布见型焦炉的扩散型篦子砖孔尺寸分布见表表7-17-1。实验数据表明：实验数据表明：这样在上升气流时，由于小烟道外侧篦子砖上下的压差小，这样在上升气流时，由于

49、小烟道外侧篦子砖上下的压差小，设置阻力系数较小的收缩型篦子砖；换向后变成下降气流，外侧的设置阻力系数较小的收缩型篦子砖；换向后变成下降气流，外侧的压差大，而篦子砖也转变成了阻力系数较大的扩散型篦子砖。压差大，而篦子砖也转变成了阻力系数较大的扩散型篦子砖。因此因此,这样的篦子砖孔及其分布，既适应上升气流，也适应下这样的篦子砖孔及其分布，既适应上升气流，也适应下降气流。降气流。上升气流时：上升气流时：a a2 2=a=a1 1+hh浮浮pp 整理得：整理得：a a1 1 a a2 2=pp 1 1=pp hh浮浮 收缩型收缩型下降气流时：下降气流时：a a2 2=a=a1 1 hh浮浮pp 整理得

50、：整理得：a a1 1 a a2 2=pp1 1=pp+hh浮浮 扩散型扩散型（3 3）采用单向小烟道）采用单向小烟道 这时篦子砖上下静压差沿蓄热室长向的分布如图所示：这时篦子砖上下静压差沿蓄热室长向的分布如图所示：篦子砖上下静压差总是进气端小、篦子砖上下静压差总是进气端小、出气端大，篦子砖就不必制成结出气端大，篦子砖就不必制成结构复杂的扩散孔型，只要按小烟构复杂的扩散孔型，只要按小烟道长向的压力分布，配置规律变道长向的压力分布，配置规律变化的篦子砖即可。化的篦子砖即可。（4 4）箅子砖孔径的计算）箅子砖孔径的计算上升气流：上升气流：下降气流：下降气流：断面积：断面积：3、二分式焦炉的气流分布