烟囱负压计算
烟囱
烟囱的工作原理烟囱能够自然排烟的原理是由于烟囱中的热烟气收到浮力的作用，使之由下而上自然流动，在烟囱底部形成负压。
接下来让我们看下烟囱中涉及到的流体学知识，也可以更好的了解烟囱的结构。
从窑内火焰空间到烟囱底部的两个截面列出伯努利方程： （a ）ΔP 1+0+221ωρ=ΔP 2+H 1g(ρa -ρ)+222ωρ+∑21h —令ΔP 1=0得-ΔP 2=H 1g(ρa -ρ)+222ωρ+∑21h —（b ）∑h =ΔP 2+H 1g(ρa -ρ)+222ωρ+∑21h —（说明了总压损来自于几何压头增量、动压头增量，还有摩擦阻力和局部阻力） 再列出烟囱底部和顶部两截面的伯努利方程式： （c ）ΔP 2+Hg(ρa -ρm )+222ωρm =ΔP 3+0+223ωρm +h fΡm -------------------烟囱中热烟气的平均密度H f ——————————烟气在烟囱中的摩擦阻力 （h f =λmav avd H ρω22）λ——————烟囱的摩阻系数，对砖烟囱和混凝土烟囱，可取λ=0.05，钢板烟囱λ=0.02 d av ————————————烟囱的平均内径（d av =2d d BT +）-ΔP 2=Hg(ρa -ρm )+222ωρm -223ωρm -h f（d ）Hg(ρa -ρm )=∑h +222ωρm -223ωρm +h f（式中表明烟囱的抽力是由于其几何压头形成的，烟囱越高，烟气温度越高，空气温度越低则烟囱的抽力越大，反之则小）（烟囱中热烟气的几何压头是推动力，他用于克服气体在窑炉系统中的总阻力，以及烟气在烟囱中的摩擦阻力与动压头增量）烟囱的设计首先介绍下烟囱设计小知识：砖烟囱具有取材方便、造价低和使用年限长等优点，在中小型锅炉中得到广泛的应用。
砖烟囱高度一般在50m 以下，筒身用砖砌筑，筒壁坡度为2%~3%，并按高度分为若干段，每段高度不宜超过15m 。
筒壁厚度由下至上逐段减薄，但每一段内的厚度应相同。
烟囱设计规范
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(GB 13271-2001)MW <0.7 0.7~< 1.4~<2.8~<7 7~<1414~<2 1.4 2.8 8锅炉房装机总容量10~<2 20~≤4t/h <1 1~<2 2~<4 4~<100 0 烟囱最低允许高度m 20 25 30 35 40 452）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、放浓度，应按相应区域和时段排放标准值SO2、NOx 50%执行。
最高允许排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。
烟囱
什么是烟囱
烟囱是各种燃料工业炉广泛使用的排烟装 置，除引起烟气流动之外，尚有将烟气排放高
空，减轻环境污染的作用。
烟囱按其作用可分为两类：一类是主要利 用其底部的负压将各种燃烧废气抽吸出来的烟 囱，称为抽吸烟囱；另一类是主要借助其高度 将有害气体排入高空稀释扩散以减少地面污染 的烟囱，称为排放烟囱。
2 2 ) 1 0 0 2 h失1-2 2 2
烟囱的工作原理
整理得
h静1 H ( a ) g
u2 u1 2
2
2
h失1-2
一般情况下 a，即H a g 为正值，若忽略烟 囱上下截面间的动压头变化及压头损失，则得烟囱底 部静压的理论值为：
烟囱
——工作原理及主要尺寸计算
制作人： 刘博 张远翔 张金平 制作目的： 烟囱是一种常见的传输装 置。我们都知道其用途，但对其原理 却并不了解。所以这次讲说我们将围 绕烟囱的工作原理来深度了解烟囱。
普通家庭烟囱
特点： 烟囱较矮 出来气体缓慢
工业烟囱
特点： 一般较高较长 烟囱口径上口径小，下口径大 冲出烟囱的气体流速更大
烟囱的工作原理
由于烟囱有一定的高度，烟 囱中的热气体受到大气浮力的作 用，而具有一定的几何压 g 头H ，在烟囱底部造成负 a 压—“抽力”。如果这种抽力正 好能克服气体在窑炉中流动的各 种阻力，就能使窑内热气体能源 源不断地流入烟囱底部，并通过 烟囱排入大气。
设烟囱高度为 H ，内部充满密度为 的烟气，周围大气密 度为 a 。现设烟囱底部静压为 h静1 ，取顶部截面 2 - 2 面为 基准面。列双流体伯努利方程，已知 h静 2 0 则
h抽 a gH1 p f 01 HT
第八讲 烟囱的设计计算(加热炉,2013)
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
烟道阻力损失及烟囱计算根据实例
15.烟道阻力损失及烟囱计算根据实例计算烟囱是工业炉自然排烟的设施，在烟囱根部造成的负压——抽力是能够吸引并排烟的动力。
在上一讲中讲到的喷射器是靠喷射气体的喷射来造成抽力的，而烟囱是靠烟气在大气中的浮力造成抽力的，其抽力的大小主要与烟气温度和烟囱的高度有关。
为了顺利排出烟气，烟囱的抽力必须是足够克服烟气在烟道内流动过程中产生的阻力损失，因此在烟囱计算时首先要确定烟气总的阻力损失的大小。
15.1 烟气的阻力损失烟气在烟道内的流动过程中造成的阻力损失有以下几个方面：摩擦阻力损失、局部阻力损失，此外，还有烟气由上向下流动时需要克服的烟气本身的浮力――几何压头，流动速度由小变大时所消耗的速度头——动压头等。
15.1.1 摩擦阻力损失摩擦阻力损失包括烟气与烟道壁及烟气本身的粘性产生的阻力损失，计算公式如下：t m h dLh λ=(mmH 2O) )1(2h 0204t gw βγ+= (mmH 2O)式中：λ—摩擦系数，砌砖烟道λ=0.05 L —计算段长度，（m ） d —水力学直径)(4m uFd =其中 F —通道断面积（㎡）；u —通道断面周长（m ）；t h —烟气温度t 时的速度头（即动压头）(mmH 2O)；0w —标准状态下烟气的平均流速（Nm/s ）；0γ—标准状态下烟气的重度（㎏/NM 3）；β—体积膨胀系数，等于2731； t —烟气的实际温度（℃）15.1.2 局部阻力损失局部阻力损失是由于通道断面有显著变化或改变方向，使气流脱离通道壁形成涡流而引起的能量损失，计算公式如下：)1(202t gw K Kh h t βγ+==(㎜H 2O)式中 K —局部阻力系数，可查表。
15.1.3 几何压头的变化烟气经过竖烟道时就会产生几何压头的变化，下降烟道增加烟气的流动阻力，烟气要克服几何压头，此时几何压头的变化取正值，上升烟道与此相反，几何压头的变化取负值。
几何压头的计算公式如下：)(y k j H h γγ-=（㎜H 2O ）式中 H —烟气上升或下降的垂直距离（m ） k γ—大气（即空气）的实际重度 (kg/m 3)y γ—烟气的实际重度(kg/m 3)图15.1 为大气中每米竖烟道的几何压头，曲线是按热空气算出的，烟气重度与空气重度差别不大时，可由图15.1查取几何压头值。
烟囱设计规范
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,其烟囱应咼出最咼建筑物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8410-4。
表8410-2烟囱出口烟气速表（m/s ）(GB1.4~<2.8 2.8~<7 7~<142~<4 4~<1010~<220~W4 0烟囱最低允许高度m1锅炉房装机总容量-214~<2 8运行情况机械通风微正压燃烧表8410-3燃煤锅炉砖烟囱出口内径参考值表8410-4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。
燃煤锅炉排放计算
锅炉知识1、锅炉负压与烟囱负压:加热炉炉膛,烟道都就是负压,并且炉膛负压值更低,而外界大气压为正值！为什么烟气还能通过烟囱向外界排气,而不就是空气从烟囱反串如炉子呢？烟囱内外气体温度不同而引起气体密度差异,这种密度差异产生压力差,即烟囱抽力,它克服阻力推动烟气流动。
烟囱底部处于负压状态就是烟囱底部产生抽力的原因。
根据抽力公式 h抽=H( γ空—γ气),可以知道,影响烟囱抽力的因素主要就是三个,即H,γ空,γ气。
(1)高度H的影响:由公式可知,H愈大,也即烟囱愈高,抽力愈大;H愈小,也即烟囱愈低,抽力愈小。
(2)空气重度的影响:由公式可知,在H、γ气不变的情况下,γ空愈大,亦即外界空气温度愈低,抽力愈大。
同就是一个烟囱,在闸板开度一样的情况下,冬天的抽力比夏天大,晚上的抽力比白天大,这就就是因为冬天、晚上外界空气的温度比夏天、白天低,γ空比较大。
(3)烟气温度的影响:由公式可知,在H、γ空不变的情况下,γ气愈大,亦即烟气温度愈低,抽力愈小;γ气愈小,亦即烟气温度愈高,抽力愈大。
新窑投产时,烟囱抽力很小,工人师傅常常在烟囱底部烧一把火,以提高烟囱内气体的温度,借以加大抽力,就就是这个道理。
在烟囱设计时,要全面考虑上述因素对抽力的影响,不能只抓一点,不及其余。
例如,烟囱愈高,抽力固然愈大,但也不能过高。
因为烟囱愈高,基础愈要求坚固,砌筑质量也要随之提高,造价也就因而增大。
再如,烟气温度愈高,抽力固然愈大,但随着烟气带走的热量也就愈多,增加了热能的耗损,使窑炉热效率降低。
周围空气的温度就是不以人的意志为转移的,但在烟囱设计时,应该考虑该地区的气候,按该地区夏天最高气温来确定空。
所以,在烟囱设计时,应该综合考虑各方面的因素,权衡利弊,合理设计。
确定烟囱抽力时,为保证最小抽力达到要求,要以夏季最高温度与当地最大空气湿度进行计算。
炉膛的负压值不能太低,否则会造成燃料未充分燃烧,浪费能源。
我们炉腔内的负压就是利用引风机外引风产生的,负压值根据燃烧的煤或燃气不同也设置不同。
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
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烟囱负压计算
1.计算烟气密度，可使用以下公式：
ρ = (Pm×M)/[(R/ν)×(T+273.15)]
其中，ρ为烟气密度，Pm为烟气压力，M为烟气分子量，R为气体常数，ν为烟气运动粘度，T为烟气温度。
2.计算烟气动力压，可使用以下公式：
p = (ρ×v2)/2
其中，p为烟气动力压，v为烟气流速。
3.计算烟气静力压，可使用以下公式：
P = ρ×g×h
其中，P为烟气静力压，g为重力加速度，h为烟囱高度。
4.计算烟囱负压，可使用以下公式：
ΔP = [1-(Tc/T)]×(p-Patm)
其中，ΔP为烟囱负压，Tc为烟气温度，T为标准温度（一般取15℃），Patm为大气压力。
需要注意的是，上述计算方法仅适用于简单的烟囱结构和烟气组成，对于复杂的情况，还需要进行更加精确的计算和分析。