問題分析

爐內(nèi)余壓

爐內(nèi)余壓是煙氣流出的動(dòng)力。按照上述計(jì)算，爐內(nèi)余壓為100Pa時(shí)，煙氣由爐口噴出的速度為21.3m／s；進(jìn)入罩口時(shí)，射流軸線至爐壁的距離為6.65nl，爐口排出的起始煙氣量為2128451m3／h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熔煉時(shí)燃燒所產(chǎn)生的最大煙氣量6510m3／h，更何況爐門開啟時(shí)，燒嘴已停止工作。即使將爐內(nèi)余壓調(diào)整為0.5Pa，按上述公式計(jì)算的爐口噴出速度達(dá)1。31m／s，進(jìn)人罩口時(shí)射流軸線至爐壁的距離為0.88m，爐口排出的起始煙氣量為917831113／h，也遠(yuǎn)大于燃料燃燒所產(chǎn)生的最大煙氣量。爐門開啟時(shí)，爐膛大面積與大氣相通，爐內(nèi)壓力應(yīng)接近于零。如將爐內(nèi)壓力調(diào)為零，本計(jì)算方法也就失去前提，爐內(nèi)煙氣也就失去動(dòng)力，不會(huì)向外流出，而實(shí)際情況是爐內(nèi)煙氣向外流出。因此判斷，即使?fàn)t內(nèi)余壓確定不當(dāng)，最多也只能分擔(dān)計(jì)算結(jié)果失真的部分原因。

爐口當(dāng)置直徑

筆者曾對(duì)寬大爐口煙氣(爐內(nèi)產(chǎn)生大量黑煙時(shí))進(jìn)行了仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)煙氣確實(shí)是由爐內(nèi)向外流出，但并非滿El流，僅占爐口高度的1／3—1／2(上半部)，出流面積也僅占爐口面積的1／3～1／2。通過簡(jiǎn)單的模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)爐口下半部不僅不向外流出煙氣，爐外空氣反而流向爐內(nèi)。因此判斷，按照爐口當(dāng)量直徑計(jì)算出流面積必將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失真。

爐口壓力分布

由以上分析聯(lián)想到熱壓作用下車間自然通風(fēng)的概念，爐門開啟時(shí)的爐膛就如同一個(gè)散熱強(qiáng)度很大的側(cè)開大窗的車問。在爐內(nèi)煙氣產(chǎn)生量不很大的情況下，爐口處壓力分布應(yīng)如圖3所示。可以看出，空氣由爐口下半部流入爐膛，在爐內(nèi)被加熱后隨同爐內(nèi)產(chǎn)生的煙氣由爐口上半部流出，煙氣流動(dòng)的動(dòng)力并非爐膛壓力，流出煙氣溫度也不是爐膛溫度，煙氣流出面積更不能按照爐口當(dāng)量直徑來確定。如仍按照《手冊(cè)》所提供的方法進(jìn)行計(jì)算，就必須調(diào)整爐內(nèi)計(jì)算壓力、煙氣溫度及煙氣流出面積，但爐內(nèi)計(jì)算壓力和煙氣溫度無法確定。

計(jì)算方法的修正

根據(jù)距有害物源距離的不同，集氣罩可分為低懸罩和高懸罩，小于1m的為低懸罩，大于1m的為高懸罩。75t熔鋁爐的2個(gè)相向?qū)ΨQ的寬大爐門合流煙氣的流動(dòng)規(guī)律(圖4)與低懸罩(圖5)相似(除熱源位置不同外)，因此實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，筆者改用《手冊(cè)》中低懸罩與爐口傘形罩相結(jié)合的計(jì)算方法，罩寬度按爐門高度考慮。矩形低懸罩的集氣量計(jì)算公式為：

L=215.3×B3“(△t)5n2A(5)

式中L——總排風(fēng)量／m3·h～；

△t——熱源溫度與周圍溫度的溫差／℃；

A——矩形罩口長(zhǎng)度，A=o+0.3m；

曰——矩形罩口寬度，B=b+0.3m。

經(jīng)計(jì)算，低懸罩的排風(fēng)量為95022m3／h；罩口平均風(fēng)速為1.3578m／s。爐口傘形罩排風(fēng)量為低懸罩排風(fēng)量的一半，即單個(gè)爐口傘形罩的排風(fēng)量為47516m3／h。

公式(5)沒有考慮爐膛排煙溫度。煙氣溫度，可以根據(jù)由(5)式計(jì)算出的排風(fēng)量，再按熱壓的計(jì)算公式計(jì)算空氣經(jīng)爐膛后的溫度及產(chǎn)生的熱壓，最后按爐口傘形罩的方法計(jì)算出流壓力及速度等。注意，此時(shí)出流面積僅為爐口上半部的面積。爐膛排出的氣體溫度為：

式中G，——爐I：1排出的起始煙氣量(47516m3／h)。經(jīng)計(jì)算，爐膛排氣溫度為503.6K(230.6℃)；爐膛排煙余壓△P為1.7Pa；罩口至爐口軸線的距離y為0.5m；進(jìn)入罩口時(shí)射流軸線至爐壁的距離x為0.93m；煙氣由爐口噴出速度口為1.68m／s；罩口最小伸出長(zhǎng)度Z為1.52nl；考慮吸入周圍空氣，罩內(nèi)煙氣溫度按爐膛排出溫度(攝氏度)的0.8倍計(jì)，排煙罩總風(fēng)量43035kg／h(55777m3／h)；罩口平均風(fēng)速v為O.9m／s。筆者在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中按此計(jì)算結(jié)果選用設(shè)備，實(shí)際使用效果良好。