第9章炼焦炉的气体力学原理及其应用ppt课件.ppt

炼焦炉的气体力学原理及其应用,第九章,炼焦炉的气体力学原理及其应用,第一节 焦炉实用气流方程式及其应用第二节 烟囱的原理和计算第三节 焦炉的废气循环,炼焦炉的气体力学原理及其应用,第一节 焦炉实用气流方程式及其应用 一、流体力学基本知识 1气体状态方程 气体定律表明气体从一种状态（温度、压力、体积）变化到另一种状态时，气体的温度、压力和体积的关系为：PV=nRT,炼焦炉的气体力学原理及其应用,，Pa（9-2）式中-烟囱高为H m时所产生的浮力，Pa；-大气压，Pa；、-大气及热废气的密度，/m；-烟囱的高度，m。,图9-1 连通器内产生浮力原理图,图9-2 焦炉烟囱产生浮力原理,2浮力,炼焦炉的气体力学原理及其应用,3阻力与阻力系数 气体在管道中流动时，由于气体分子与管壁之间，气体分子与气体分子之间的摩擦都会产生阻碍气体流动的阻力。气体在直径与流向没有变化的管道中流动时所产生的阻力均匀分布在整个管道上，称摩擦阻力；气体在直径或流向改变的管道中流动时所产生的阻力，称为局部阻力。在焦炉加热系统内，局部阻力所造成的压力损失占全部阻力损失的绝大部分，而摩擦阻力造成的压力损失较少，阻力越大，压力损失越大。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,气体流动产生阻力，反过来阻力又阻碍气体流动，且流动速度越大，阻力亦越大。阻力计算公式：（9-3）式中 P气体流动所产生的阻力，Pa；阻力系数。阻力系数与通道的光滑程度、形状、尺寸以及气体在通道内的流动状态有关，阻力系数由实验所得，在计算中一般选用与操作情况相类似条件下的阻力系数。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,阻力系数分直管阻力系数 和局部阻力系数 两种类型。其中 摩擦系数；L管道长度，m；de-管道直径或通道的当量直径,m。非圆形管道de=,炼焦炉的气体力学原理及其应用,二、焦炉内气体流动的特点 单位质量流体稳定流动过程的机械能量衡算式（柏努利方程式）的形式如下：=+，J/kg(9-4)式中 位能；压力能；动能；损耗能。(1)利用上述公式时应符合下列条件：稳定流动；沿通道单向流动,分段计算；流体流动时可视为不可压缩；公式中各项均为该断面处的平均值；相对同一基准面。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,由于 则=（9-5）式中 T1、T2不同截面处气体的温度，K；、T1、T2 温度下气体的密度，/m。(3)焦炉加热系统不仅是个通道，而且起气流分配作用。此外，集气管、加热煤气主管和烟道等也均有分配和汇合全炉气体的作用。在这些分配道中压力和流量的变化影响很大，因此要考虑变量气流时的流动特点。,(2)密度参数采用平均值的计算,炼焦炉的气体力学原理及其应用,(4)方程式中、P、分别为位压力、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：总压差=阻力流量调节：流体流动时，总压差与阻力同时存在于流体的流动过程中，当其中任何一方发生变化时，平衡就被破坏，稳定流动转变为不稳定流动，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的平衡。焦炉加热中为了调节流量，可以采用两种手段：即通过改变煤气、废气的静压力来改变系统的总压差；或通过改变调节装置的开度（局部阻力系数）来改变系统的阻力。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,三、焦炉实用气流方程式及其应用 为便于焦炉上应用，式(9-4)以压力形式可表示为：+=+，Pa(9-6)式中=-流体通过断面1-2间的阻力，Pa；-调和平均密度，kg/m3；-气体在0下的密度，kg/m3。为考虑炉外空气对炉内热气流的作用，以及不同区段的流动特点，实用转化为各种具体形式时的公式。,1 上升气流公式 如图9-3为气体在通道内由下往上流动，通道外空气可看作静止，则柏努利方程只有静压和位压：通道外：通道内：=+上述两式相减得：=称 和 分别为始点与终点的相对压力，并以 和 表示。且令=h1-2，则上式整理后得：=-,炼焦炉的气体力学原理及其应用,焦炉内对于截面积流量不变的通道，一般 与其它项相比甚小，可忽略不计，则上式简化为：=(9-7)式中 为气柱的热浮力。其中 为热气柱作用在1-1面上的位压力，为同一高度冷空气柱作用在该底面的位压力。因，故热浮力即空气柱与热气柱的位压力差，其作用是推动热气体向上流动。气柱愈高，空气和热气体的密度差愈大时，热浮力也愈大。式(9-7)即为焦炉内上升气流的基本公式，当热浮力阻力时，。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,2下降气流公式 如图9-4，热气体在通道内下降流动时，始点在上部，相对压力仍为，终点在下部，相对压力为。在忽略动压力项时，同理可导出下降气流公式：=(9-8)由式(9-8)表明，下降气流流动时，热浮力与阻力一样，均起阻碍气流运动的作用，故。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,例9-1焦炉压力制度规定，在推焦前20min，吸气管下部炭化室底部测压孔（距炉底0.3m）处的相对压力不低于4.9Pa。如推焦前的煤气密度0=0.35/m3，温度为800，大型焦炉炭化室底部与集气管中心距为7m，荒煤气经焦炭层、上升管到集气管测压点的阻力为4.9Pa，大气温度为0，空气密度空=1.293/m3，集气管压力为多少？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：2=4.9+79.81-4.9=82.65 Pa,炼焦炉的气体力学原理及其应用,如果大气温度升高，由于空气密度降低使集气管压力也降低，浮力减小，其值可由浮力计算求得。因空气密度冬、夏季是不一样的，变化很大，因此集气管压力的控制值冬、夏季是不同的，冬季大而夏季略小。3水平气流公式 在水平通道里流动的气体，因其=0，所以浮力项等于零，则有。从式中可以看出，气体在水平流动时，两断面中不论绝对压力如何，其压力差代表这两个断面之间的阻力，即。如果在同一系统两种操作情况下或两个形状尺寸完全一致的地区，其两端压力差相同，则阻力相同，通过的气体量也相同。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,4循序上升与下降气流公式 如图9-5，当气体在既有上升气流又有下降气流的通道内流动时，从始点到终点的全部阻力总使终点相对压力减小，吸力增大。气流上升段浮力使终点相对压力增加，吸力减小，下降段浮力则使终点相对压力减少，吸力增大。因此循序上升与下降气流公式为（推导略）：=+-（9-9）式中 始、终-分别为始点与终点相对压力；-气流全过程中上升段浮力总和（各段不同）；-气流全过程中下降段浮力的总和；-从始点至终点全部阻力之和。很明显，上式同样忽略了各段的动压力差，如要考虑应在右边加上各段动压力差之和。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,5焦炉实用气流方程式的应用 上述各气流公式广泛用于计算或分析焦炉通道内相对压力、阻力和浮力的关系。如：(1)按推焦前吸气管下方的炭化室底部相对压力保持05Pa的规定，计算集气管压力。（2）按上升气流看火孔保持相对压力-5+5Pa的规定，计算蓄热室顶部吸力（炉外压力减同一水平的炉内压力P为吸力）。(3)焦炉用贫煤气加热时，分析和计算煤气蓄热室和空气蓄热室顶部吸力的相互关系。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,(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。(5)空气蓄热室进风门开度，煤气蓄热室孔板大小或废气开闭器的翻板开度对蓄热室顶部吸力的影响。(6)大气温度明显变化时，改变蓄热室进风门开度以稳定蓄热室顶部吸力的必要性。(7)蓄热室换向间隔时间内顶部吸力的变化及原因分析。(8)烟囱吸力和烟囱高度的计算。对以上计算，现举例加以说明。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,例9-2 焦炉调火中，用废气开闭器进风口断面开度或废气开闭器翻板调节燃烧系统流量时，系统中各点相对压力的变化。解：如图9-5，以废气开闭器进风口断面减小为例，分析从进风口外到下降气流废气开闭器翻板后，分烟道翻板前各点相对压力的变化。进风口外即大气的相对压力为，在无风情况下为零，分烟道的相对压力在个别系统调节稍有变化时，因有烟道吸力自动调节装置维持定值而不变。从1到7点列出循序上升与下降气流公式如下：=+,图9-5 焦炉加热系统示意图,炼焦炉的气体力学原理及其应用,式中 和 保持不变，个别系统少量调节时，燃烧系统内温度变化不大，各段浮力变化很小，故 基本不变。是1-2，2-3，3-4，4-5，5-6，6-7各段阻力之和，进风口断面减小时，加大，但 不变，故 必减小。2-7各处断面不变。阻力系数基本不变，则 2-7的气体流量必减小。再看各点相对压力，因进风口断面减小，突降（或吸力突增），在气体流量减小、保持一定、2-7各处断面不变的条件下，3-7、4-7、5-7、6-7的阻力均降低，显然愈接近7点，降低值愈少。相应的、也下降，但愈接近7点，下降值愈小，且2-7之间任意两点间的压力差也减小。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,关小废气盘翻板的开度，同样可以减少加热系统的流量，但这时2-6各点的相对压力均增加（吸力降低），愈接近1点，相对压力的增加值愈少，但1-6之间任意两点间的压力差仍减小。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,第二节 烟囱的原理和计算 一、烟囱的工作原理 烟囱的作用在于使其根部产生足够吸力，克服焦炉加热系统阻力（包括分烟道阻力）和下降气流段热浮力，从而使炉内废气排出，空气吸入。炉内上升气流热浮力则有助于气体流动和废气排出。烟囱根部吸力靠烟囱内热废气的浮力产生，其值由烟囱高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的阻力和浮力值确定根部需要的吸力值，并据此计算烟囱高度和直径。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,（1）烟囱根部所需吸力按焦炉进风口至烟囱根部列出的循序上升与下降气流公式确定。因进风口处相对压力为零，故可得烟囱根部所需吸力可通过下面确定：因：=0 所以：=+-(9-10)式中-进风口至烟囱根部的总阻力；、-从进风口至烟囱根部所有上升气流段热浮力总和及下降气流段热浮力总和。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,(2)一定高度的烟囱能产生的根部吸力按根部至烟囱顶口的上升气流公式确定。因（）=0，故可得烟囱根部能产生的吸力为：=-(9-11)式中-烟囱热浮力；-烟囱根部至烟囱顶口外的总阻力。综合式(9-10)和（9-11）可以说明，烟囱所需吸力与加热煤气种类有关，咽囱能产生多大的吸力与烟囱的高度、热废气密度和大气密度有关。用焦炉煤气加热时，系统阻力小，烟囱根部所需吸力也小，而且废气密度小，一定高度的烟囱浮力较大，故而能产生较大的吸力。用高炉煤气加热则相反。所以设计烟囱高度时，对复热式焦炉要按高炉煤气加热计算，并考虑必要的储备吸力，以保证提高生产能力的可能。当焦炉炉龄较长时，由于系统堵、漏现象比较严重，也就需要较大的吸力。生产中要避免或尽力减轻加热系统堵塞、漏气，并防止烟道积灰和渗水。当用高炉煤气加热时，若烟囱吸力不足，可掺入少量焦炉煤气加热，以降低加热系统阻力，并增加烟囱浮力。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,二、烟囱计算 1烟囱直径 烟囱直径的确定取决于废气通过烟囱的阻力和烟囱的投资费用，适当增大烟囱直径则阻力小而吸力增大，但消耗建材多，投资大。烟囱顶部直径 按下式计算：=，式中-焦炉排出的废气量，m3/h；-烟囱出口处废气的流速（标准状态），m/s。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,与由此确定的烟囱直径和阻力，应按烟囱投资加以权衡，作出选择。流速大，烟囱直径可减小，但阻力大，烟囱高度将增加。减小流速则相反。一般 取34m/s。烟囱根部直径 可根据 和烟囱锥度确定。对钢筋混凝土烟囱：=+20.01，m(9-12)式中 0.01烟囱锥度。对于砖砌烟囱：=1.5,炼焦炉的气体力学原理及其应用,2烟囱高度 烟囱的高度使产生的浮力保证烟囱根部有足够的吸力Z1(Z1=-a根)，并足以克服废气通过烟囱的阻力为z2，还必须考虑必要的备用吸力(z3=50Pa或z3=0.15z1)即烟囱高度可按下式计算：(9-13)式中、空气和废气在0oC下的密度，kg/m3；、沿烟囱高向大气和烟囱内废气的平均温度，K。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,高原地区大气压较低，设计烟囱高度时，还需考虑大气压的校正，据波义耳定律PV=P0V0可得：，=0，阻力项，浮力项。则烟囱计算时，和中各阻力项和浮力项分别以上述公式作气压校正为 后。则烟囱高度为:(9-14)式中 P-为当地大气压，MPa；P0-标准大气压，取.0.1013MPa 例9-3 42孔58-型焦炉，根据加热系统阻力和浮力的计算，烟囱根部需要的吸力Z=284.4Pa.考虑到漏气，在烟囱中空气过剩系数=1.5。1m干高炉煤气燃烧产生的湿废气量为2.01m/(m煤气)。废气密度 kg/m3，每个炭化窒需供给的高炉煤气量平均按0.246m/s计，烟囱入口处的废气温度240，大气温度35，两座焦炉合用一个烟囱，计算烟囱的工艺尺寸。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,解：每座焦炉的湿废气量为：0.2462.0142=20.64m3/s则两座焦炉的废气量为：20.462=41.28m/s 烟囱出口处的废气流速取=3.2m/s,则烟囱顶部内径为：=m，取4m 烟囱底部内径：=+20.01=4+20.01100=6m（设烟囱高度为100m）烟囱内废气的平均流速：烟囱顶部废气通过的截面积：=12.57m2。烟囱底部废气通过的截面积：m2,炼焦炉的气体力学原理及其应用,式中 0.49为烟囱底部隔墙厚度，m。则烟囱的平均断面积为：m2废气在烟囱中的平均流速：m/s烟囱的平均直径：m 烟囱中废气的平均温度：当烟囱壁厚为0.5m时，每1m高烟囱内废气温度的下降量可按下式计算：式中 A系数，取A=0.6；D烟囱的平均外径，m。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,m/m则烟囱出口处的废气温度为：240-1000.25=215烟囱内废气的平均温度为：废气通过烟囱时的摩擦阻力为，摩擦系数则阻力系数=Pa,炼焦炉的气体力学原理及其应用,烟囱出口突然扩大阻力 烟囱出口处废气流速：m/s 取突然扩大阻力系数K=1(因为，式中 为烟囱出口外大气，所以为无限大，则 Pa 故烟囱本身的阻力 Pa 取备用吸力：15=0.15284.4=42.66Pa 烟囱应当产生的总吸力为：=284.4+19.34+42.66=346.4Pa,炼焦炉的气体力学原理及其应用,烟囱的高度为：H=m 取烟囱的高度为100m，此计算结果与前面的假设基本一致。上述计算所得烟囱高度是在大气压为 Pa时，由于空气和废气的密度需作压力校正，则当大气压力为 时，烟囱的高度应为：，m 烟囱不应建在山旁和风口处，以免受风的影响。两座焦炉合用一个烟囱，可以节约建筑材料和投资，并加快施工进度，但此时烟囱底部应设横隔墙，以防两座焦炉在交换时吸力影响过大。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,三、阻力、压力差与气体流量的对比关系1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：当生产条件改变后，该段阻力为：两者之比为：(9-15)式中、相应条件下的阻力系数；、气体流速，m/s；,炼焦炉的气体力学原理及其应用,、气体流量，m3/h；、气体密度，kg/m3；、绝对温度，K；F 通道截面积，m2。由于上式为对比关系式，故计算时不必算出通过该段的实际流量，只需按同一基准计算生产条件变化前后的流量即可。为了方便，通常以1个炭化室所需热量作基准，即=，m3/s(9-16)式中 炼焦耗热量，kJ/kg；炭化室装煤量，t；周转时间，h；,炼焦炉的气体力学原理及其应用,C每供给焦炉1000kJ热量所需气体流量，m3/1000kJ，C在焦炉不同部位可以是煤气量、空气量或废气量，分别以C煤，C空和C废表示。C煤=，C空=L实=，C废=V废式中 加热煤气低发热值，kJ/m3；L实、燃烧1m3煤气所需实际和理论空气量，m3/（m3煤气）；V废 燃烧1m3煤气所生成的废气量，m3/（m3煤气）。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,由式(9-15)和式(9-16)可得(9-17)对于某一区段（斜道，火道等），流过的气体量，密度相同，温度也可取平均值，因此该区段阻力为若干阻力之和，式(9-15)和(9-17)仍适用，即：=()2(9-18)2压力差是流量的指标 对整个燃烧系统有(由循序上升与下降气流公式转化)：=-+生产上、可准确测出，若再测出各区段气体温度，则上升和下降段的浮力就不难计算，而利用上式可求出加热系统有关区段的阻力。当加热系统上升段与下降段浮力差为零时：,炼焦炉的气体力学原理及其应用,=0则=-（9-19）上式说明在符合上升段与下降段的浮力差为零的条件下，两点间的压力差等于气体通过该通道的阻力。此式适用于异向气流蓄热室顶之间，因上升段立火道与斜道的总浮力一般仅比下降段大1Pa左右，故可视为相等。此式也适用于机、焦侧高炉煤气主管至废气开闭器的通道，因管内高炉煤气与外界空气的密度与温度均很接近，故浮力为零。此式用于进风口至分烟道整个加热系统时，就有偏差，因下降段总浮力大于上升段总浮力，且各蓄热室的堵漏情况和阻力系数等也有差异。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,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，=，同时=，则可得：=(9-20)上式表明在一定条件下，阻力或压力差是流量的指标。例9-4 已知高炉煤气热值 kJ/Nm3，焦炉煤气热值 kJ/Nm3，用高炉煤气加热时，炼焦耗热量 kJ/kg，用焦炉煤气加热时，炼焦耗热量 kJ/kg，=1.25，对JN43型焦炉用高炉煤气加热时煤气斜道阻力为24Pa，求用焦炉煤气加热时的斜道阻力？,炼焦炉的气体力学原理及其应用,解：在同一斜道中k=k则式中、为同一斜道在分别供入煤气、空气时阻力Pa，因，。对于高炉煤气：对于焦炉煤气(烧焦炉煤气时，空气由两个蓄热室供给，故通过一个斜道的空气量为总量的1/2，根据物料衡算，烧1m3焦炉煤气在=1.25时所需的实际空气量m3)。标准状态下高炉煤气：kg/m3,炼焦炉的气体力学原理及其应用,标准状态下湿空气：kg/m3 将上面各式代入，则有 Pa 例9-5某58型焦炉，焦炉煤气加热时，结焦时间 h、，测得蓄热室顶部吸力：上升气流为44Pa，下降气流为55Pa，计算结焦时间为 h的蓄热室顶部吸力。解：上升与下降气流的阻力和（压力差）,炼焦炉的气体力学原理及其应用,上升与下降气流斜道阻力比 当 时，燃烧 1m焦炉煤气所需的实际空气量 m3/（m3煤气），产生的废气量为 m3/（m3煤气）。并设0时的湿空气密度为 kg/m3，废气的密度 kg/m3。上升气流斜道温度为1050（空气温度），下降气流斜道温度为1350（废气温度）。此外由于上升气流时，气流由斜道进入火道时的扩大阻力系数大于下降气流时立火道进入斜道的突然缩小阻力系数。并考虑到斜道的其它局部阻力系数，58-型焦炉斜道上升与下降气流的阻力系数K上与K下之比，根据斜道各项阻力系数可确定为 则上升与下降气流的阻力比为：,炼焦炉的气体力学原理及其应用,结焦时间18h的斜道阻力分配 Pa Pa 结焦时间17h的斜道阻力 可按（9-18）计算，式中除耗热量和结焦时间不同外，其它均相同，故设结焦时间由18h改为17h，耗热量增加2.5，则：Pa Pa结焦时间17h的斜道总阻力为5.69+6.82=12.51Pa,炼焦炉的气体力学原理及其应用,结焦时间17h的蓄热室顶部吸力 结焦时间改变后，上升气流斜道的阻力增加了5.69-5=0.69Pa。为了保持看火孔压力不变，上升气流蓄热室顶部吸力应降低（或压力增加）0.69Pa，则上升气流蓄热室顶部吸力44-0.69=43.31Pa，下降气流蓄热室顶部吸力为43.31+12.51=55.82Pa,炼焦炉的气体力学原理及其应用,第三节 焦炉的废气循环 一、废气循环的意义和原理 焦炉立火道采用废气循环可以降低煤气中可燃成分和空气中氧的浓度，使燃烧过程变慢，并增加气流速度，从而拉长火焰。它有利于焦饼上下加热均匀，改善焦炭质量，缩短结焦时间，增加产量并降低炼焦耗热量。还可以通过增加炭化室高度和容积，提高焦炉劳动生产率，降低单位产品的基建投资，故大型焦炉广为采用废气循环技术。下降气流火道底部的吸力虽然大于上升气流火道底部的吸力，但依靠以下推动力，可以将部分废气由下降气流火道底部经循环孔抽入上升气流火道。（1）火道底部由斜道口及烧嘴喷出煤气和空气流所产生的喷射力，将下降气流的废气吸入上升气流火道。（2）因上升气流火道温度一般比下降气流火道温度高而产生的热浮力差，使下降气流的废气吸入上升气流火道。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,二、废气循环的基本方程式 动量原理指出：“流体在稳定流动时，作用于流体某一区域上的外力在某一坐标轴方向上的总和，等于在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”。由此可分析图9-6中虚线区域煤气和空气进入火道时喷射作用所引起的动量变化。,图9-6 焦炉废气循环示意图,炼焦炉的气体力学原理及其应用,B面上的动量为G煤w煤+G空w空式中 G煤、G空由斜道口（或烧嘴）喷出的煤气、空气质量流量，kg/s；w煤、w空由斜道口（烧嘴）喷出的煤气、空气实际流速，m/s。“1”面上的动量为（G废+G环）w废+环 式中 G废+G环，w废+环废气及吸入的循环废气质量流量（kg/s）和流速（m/s）；作用于虚线区域的合力为：A火,炼焦炉的气体力学原理及其应用,式中、作用于B面和1面上的压力，Pa；A火立火道断面积，m2。则（G废+G环）w废+环-(G煤.w 煤+G空.w空)=A火 将此式换算为0oC下的体积流量和密度，可得，Pa 式中 体积流量m3/s，符合右下角注字，分别表示废气，煤气和空气；密度，kg/m3,符号意义同上；废气循环量占燃烧废气量的百分率；,炼焦炉的气体力学原理及其应用,A截面积，m2。右下角注字“煤斜”指煤气斜道，烧焦炉煤气时用烧嘴，“空斜”指空气斜道；T绝对温度，K。右下角注字“上废”指上升气流火道中废气平均温度，其他同上。上式只说明煤气和空气喷射力对废气循环的作用，为进一步分析废气循环量和火道中气体流动时阻力和浮力的关系，由图9-6可列出1-H间的循序上升与下降气流方程式：=-，Pa 由于和可视作同一水平，故等式左右均用外界大气压相减，并简化得-，Pa,炼焦炉的气体力学原理及其应用,式中：火道高度，m；上升气流火道底至下降气流火道底的气流阻力。将上两式相加，整理后可得+=(PH-PB)+(9-21)式(9-21)左边第一、二、三、四顶分别为煤气喷射力、空气喷射力、火道中废气的剩余喷射力、上升火道和下降火道的浮力差，分别以符号、表示。等式右边的()即循环孔阻力它与 之和即总阻力，则式(9-21)可写成,炼焦炉的气体力学原理及其应用,实际上废气循环量还取决于烧嘴、斜道和循环孔的位置，但在理论公式中难于计入。三、废气循环量的计算 例9-6 按JN43型焦炉以焦炉煤气加热，计算其废气循环量。原始数据：炭化室装煤量为18t干煤，周转时间17h，相当耗热量2342kJ/kg，=17910kJ/Nm3。火道内火焰温度1650oC，上升气流火道顶部废气温度1440oC，下降气流废气平均温度 1360oC，进入立火道空气温度1200oC，焦炉煤气出烧嘴时温度600oC，=1.285kg/m3，=0.45 kg/m3，=1.208kg/m3，=1.2。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,解：（1）流量计算 进入一个燃烧室干煤气流量：=138.457m3/h 进入一个火道的干煤气流量：m3/s其中供入端部二个火道的煤气量分别为中部的1.2、1.4倍；按20.C饱和水汽含量为2.35%，进入火道的湿煤气流量：m3/s=1.2时，进入火道的湿空气量：0.002635.328=0.014m3/s式中 5.328饱和温度20相对湿度0.6时，1m干煤气燃烧需湿空气量，m/m。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,进入火道的废气量：0.002636.026=0.0159m3/s 式中 6.026上述条件下1m干煤气燃烧产生的湿废气量，m/m。（2）炉体主要尺寸（按平均值）火道断面：0.4930.35.=0.1726m2 斜道出口断面：0.0840.08=0.00672m2 跨越孔断面：0.3210.186=0.0597m2 循环孔断面：0.3210.158=0.0507m2 火道高度：3.6m 火道当量直径：0.409m 烧嘴出口断面：(0.048)=0.0018m2,炼焦炉的气体力学原理及其应用,（3）总推力计算 煤气出口喷射力：=Pa 空气出口喷射力 Pa 剩余喷力，Pa 上升与下降火道浮力差=H=3.61.208273 9.81=0.726Pa 式中 采用火焰温度与上升气流顶部温度的平均值。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,（4）总阻力计算 上升气流火道阻力，取=0.05=0.05=0.015(1+)2，Pa 下降气流火道阻力：=，Pa 跨越孔阻力：包括两个转弯和出入跨越孔时的缩小和扩大阻力。=,炼焦炉的气体力学原理及其应用,=0.330（1+）2 式中由于考虑了扩大和缩小阻力，故按火道断面处的流速计算转弯阻力，循环孔阻力：=0.432x2，Pa(5)废气循环量计算 按式(10-23)有：0.750.0335+0.586-0.0683(1+)2+0.726=(0.015+0.0135+0.330)(1+)2+0.4322,炼焦炉的气体力学原理及其应用,整理后得：0.8422+0.819-0.7815=0 解上式得：59.3（%）四、废气循环和防止短路的讨论(1)废气循环推动力 用焦炉煤气加热时，按上例焦炉煤气和空气的有效喷射力为0.750.0335+0.586-0.0683(1+0.593)2=0.335Pa，而Pa，说明浮力差大于有效喷射力。但当减小烧嘴直径和斜道口断面时，喷射力将增加；当气体预热温度降低或交换时间缩短（使上升与下降火道气流温差减小）时，浮力差将减小。用高炉煤气贫化焦炉煤气时，不仅能降低可燃物浓度，使燃烧速度减慢，还可以增加煤气喷射力，使废气循环量增加，从而拉长火焰。但焦炉煤气贫化有使焦炉煤气系统阻力增加及易发生堵塞的缺点。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,火道摩擦阻力甚微，跨越孔阻力起主要作用。阻力增加时，在一定推动力下，废气循环量将减少。因此设计上可根据要求火焰高度，通过改变跨越孔或循环孔断面大小，改变废气循环量。(3)废气循环量的自动调节作用 由计算可知，流量变化时，喷射力和阻力均改变，浮力差则可视为不受流量影响。因此，当用高炉煤气加热时，因煤气、废气流量增加，使喷射力和阻力增加，浮力差的作用相对减小，故废气循环量减小。这样，如炉内调节装置不变，用焦炉煤气加热时，废气循环量较大，有利于改善高向加热均匀性；而用高炉煤气加热时，废气循环量自动减小，以适应高炉煤气火焰较长的特点。此外，当流量一定，高向加热均匀性变差时，上升和下降火道的温度差增加，浮力差增大，使废气循环量自动增加，从而使高向加热均匀性得到改善。从以上分析和计算说明废气循环有明显的自动调节作用。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,(4)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不经过立火道燃烧，而由循环孔抽入下降气流斜道中燃烧，这将破坏焦炉的正常加热制度和损坏炉体，应予以防止。当浮力差和喷射力减少，而阻力增加时，废气循环量就会减少。废气循环计算式最后为一个一元二次方程式，即ax2+bx+c=0，当该方程的解x=0时，就意味着产生短路。由上例可见，a，b均为正值，当c值也为正值时，即喷射力和浮力差小于跨越孔阻力项中(1+)2前的系数时，将发生短路。生产中可能引起短路的情况如下：刚换向时，下降气流火道温度高于上升气流火道温度，即浮力差为负值。换向间隔时间长，气体流量小，上升与下降火道间的温差大时，换向初期浮力差负值增大，容易短路，但换向后一定时间会自动消失。,炼焦炉的气体力学原理及其应用,结焦时间过长或焖炉保温期间，加热气体量减少，使喷射力降低，并因上升和下降火道温度趋于一致，使浮力差也大为减小，故易引起短路。炉头火道由于炉体散热，炉头火道在上升气流时温度仍常低于相邻火道，故浮力差为负值，再加上炉头火道的斜道口断面较大，使气流出口流速减小，从而降低喷射力，此外，炉头火道容易因裂缝发生荒煤气窜漏、降低温度而增加阻力，故易发生短路。为防止这种现象，JN43型焦炉的炉头一对火道间己不设废气循环孔，但易出现炉头部位焦饼上部生焦。火道内沉积裂解碳或被弄脏时，系统阻力增加，如达到一定程度，就可能产生短路。装煤初期，如有大量荒煤气经炉墙裂缝或烘炉孔未堵严处漏入火道时，增加了火道阻力，此时看火孔为正压，火道有可能短路。为消除这种短路，可将装煤炉室两侧短路火道的看火孔打开，使一部分气体逸出，以减小阻力，增加浮力，消除短路。当看火孔为负压时，如看火孔没盖严，也可能因大量空气抽入而引起短路。,