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一、概述与系统组成：

排烟系统由产生抽力的装置和输送烟气的通道组成，其根本作用是克服烟气流动路径上的全部阻力，并将烟气引导至室外或烟气处理设备。

两种基本排烟方式：

下排烟：烟气经炉膛下方的烟道、支烟道、总烟道，最后由烟囱或引风机排出。优点：车间环境好，不影响起重机运行，管道寿命长。缺点：地下工程量大，造价高，受地下水位限制。

上排烟：烟气直接从炉顶或炉墙上部经排烟罩、垂直烟道或水平排烟管引出车间。优点：结构简单，投资省，施工快，烟气温度高，余热回收潜力大。缺点：恶化车间环境，妨碍起重机，管道易腐蚀。

系统组成：

排烟装置：烟囱、引风机、喷射器。

烟气通道：炉膛排烟口、烟道、烟闸、管道。

（1）烟囱设计

烟囱依靠内部热烟气与外部冷空气的密度差产生的几何压头（抽力）来工作，属于自然排烟。

(2) 烟囱抽力计算：

烟囱根部产生的理论抽力 ΔP_chs 由下式计算：
ΔP_chs = H * g * (ρ_air - ρ_flue) (Pa)
式中：

H — 烟囱高度 (m)

g — 重力加速度，9.81 m/s²

ρ_air — 外部空气的密度 (kg/m³)

ρ_flue — 烟囱内烟气的平均密度 (kg/m³)

为了便于工程计算，可将上式简化为：
ΔP_chs ≈ 0.0342 * H * (p_a / T_a - p_flue / T_flue) (Pa)
或进一步近似为：
ΔP_chs ≈ H * (1.2 - 0.36 / (1 + t_flue/273)) * g (Pa)
其中 t_flue 为烟囱内烟气平均温度（℃）。

结论： 烟囱抽力与高度 H 和烟气与空气的温度差成正比。

（3）烟囱高度与直径的确定

高度 H 的确定：

满足抽力要求：烟囱的有效抽力 ΔP_eff 必须大于烟气流动的总阻力 ΣΔP，并留有一定余量（通常为20%~30%）。
ΔP_eff = 0.8 * ΔP_chs （考虑烟囱本身阻力及抽力波动）
ΔP_eff ≥ 1.2 * ΣΔP

满足环保要求：烟囱高度必须符合国家与地方的环保排放标准，防止污染物地面浓度超标。此条件往往比抽力条件更严格。

直径 d 的确定：
烟囱出口内径由烟气量和烟气流速决定。
d = √[ 4 * V_flue / (π * v_out) ] (m)
式中：

对于砖烟囱和混凝土烟囱，为保持结构稳定，底部直径通常为顶部直径的1.5倍左右。

V_flue — 排出烟气的实际体积流量 (m³/s)

v_out — 烟囱出口流速 (m/s)，一般取 2.5 ~ 5 m/s。流速过低，抽力不稳定，易产生倒风；流速过高，摩擦阻力损失大。

（4）引风机排烟系统

当排烟系统阻力很大，或烟温较低导致烟囱抽力不足时，需采用引风机进行机械排烟。

系统构成

烟气 → 烟道 → 调节烟闸阀 → 引风机 → 烟囱/排气筒

 引风机选型计算

风量确定：
Q_fan = (1.1 ~ 1.2) * V_flue (m³/h)
V_flue 为引风机入口状态（温度、压力）下的实际烟气体积流量。系数为漏风系数。

风压确定：
P_fan = (1.2 ~ 1.3) * ΣΔP (Pa)
ΣΔP 为从炉膛排烟口至引风机出口的整个系统阻力总和，包括：

炉膛出口阻力

烟道沿程和局部阻力

预热器烟气侧阻力

烟闸阻力

烟囱阻力（若使用）

除尘器等环保设备阻力

风机类型选择：

由于烟气温度高、可能含尘，应选用引风机，其轴承冷却和轴封结构适于高温工况。

根据性能曲线选择，要求工作点位于风机高效区内。

调节烟闸的作用

在引风机系统中，烟闸的主要作用不再是调节抽力，而是：

检修隔离：在检修引风机或下游设备时，完全关闭以切断烟气。

精细调节炉压：与风机入口调节阀配合，实现对炉膛压力的精确控制。

喷射排烟

一种特殊的机械排烟方式，利用高速喷射的介质（空气或蒸汽）的动能，在喷射器中产生负压，从而抽吸烟气。

工作原理

根据能量守恒和动量定理，喷射介质将能量传递给烟气，使烟气压力提高，从而克服阻力。

特点与应用

优点：结构简单，无转动部件，耐高温，体积小，调节灵敏。

缺点：效率低，能耗高（需要高压介质），有噪声。

应用：主要用于排烟量不大、烟温很高（>600℃）或空间受限的场合，如某些均热炉、锻造炉。

二、烟道设计：

2.1 烟道布置与结构

布置原则：路线短，转弯少，避免急弯。支烟道与总烟道连接时，夹角宜为30°~45°。

结构材料：

砖砌烟道：耐温性好，造价低，但气密性差。内衬耐火砖，外壁为红砖。

混凝土烟道：用于大型炉子，需做内衬。

钢制烟道：气密性好，安装快，但需保温防腐，用于地面以上或引风机前后。

烟道闸板：用于调节炉压。分为升降式、旋转式等。闸板应操作灵活，密封良好。

2.2 烟道截面积与阻力计算

截面积计算：
A = V_flue / v_duct (m²)
烟道内流速 v_duct 一般取 1.5 ~ 3.0 Nm/s（标准状态下的流速）。流速过低，投资大且易积灰；流速过高，阻力大。

阻力计算：
分为沿程阻力和局部阻力。
ΣΔP_duct = Σλ * (l/d_e) * (ρv²/2) + Σξ * (ρv²/2)
注意：烟气密度 ρ 和流速 v 需按实际温度计算。烟气温度沿烟道会逐渐降低，需分段计算。

2.3 炉压控制

维持炉膛底部（或零压面）处于微正压（+5 ~ +20 Pa）是理想状态，可防止冷风吸入，同时避免高温烟气大量外逸。

2.4 控制原理

通过调节排烟系统的抽力来实现。P_furnace ≈ ΔP_supply - ΣΔP_exhaust

ΔP_supply：鼓风系统提供的炉膛正压。

ΣΔP_exhaust：排烟系统在炉膛出口造成的负压。

2.5 控制方式：

烟囱排烟：通过调节烟道闸板的开度来改变系统阻力，从而改变实际抽力。

引风机排烟：

调节风机入口阀门（推荐）：改变风机性能曲线，高效且灵敏。

调节烟道闸板：改变管路特性曲线。

变频调速：最节能、最精确的控制方式，通过改变风机转速来调节风量和风压。

喷射排烟：通过调节喷射介质的流量和压力来控制。