對燃氣采暖熱水爐供風與排煙系統中的空氣箱、排煙罩的結構，尺寸、及風機安裝位置的改變進行分析，通過數據對比，找出燃氣采暖熱水爐供風與排煙系統的最優化設計。

關鍵字：燃氣采暖熱水爐供風排煙空氣箱排煙罩阻力風機煙氣

0引言燃氣采暖熱水爐如何正確地組織供風與排煙，用盡可能少的風量來滿足燃氣在燃燒室內完全燃燒，使煙氣中的不完全燃燒產物CO體積分數降到很低水平，用盡可能小功率的風機就能把煙氣排出燃氣采暖熱水爐腔體，來達到節能降耗的目的，是一直以來行業內每個技術人員迫切解決的問題。如何正確設計供風與排煙系統結構來達到節能降耗的目的，本文就此進行了分析和探討。

1供風與排煙對燃燒的影響由燃燒反應必須具備的條件可知，燃氣燃燒需要供給適量的氧氣。在理論空氣需要量下所產生的理論燃燒溫度最高，所產生的理論煙氣量也最少。所謂理論空氣需要量，是指每立方(或千克)燃氣按燃燒反應計量方程式完全燃燒所需的空氣量，即是燃氣完全燃燒所需的最小空氣量。所謂理論燃燒溫度，是指在絕熱條件下以理論空氣量完全燃燒時燃燒產物所能達到的溫度。按天然氣燃燒反應計量方程，供風量對煙氣溫度影響如圖1所示：由于燃氣與空氣存在混合不均勻性，如果實際燃燒裝置中只供給理論空氣量，則難以保證燃氣與空氣的充分混合，因而不能完全燃燒。因此實際供給的空氣量V1應大于理論空氣需要量V0，兩者的比值稱作過剩空氣系數a在常規的燃氣采暖熱水爐上，a一般選取在1.4～2.0之間，正確地組織供風是為了用盡可能少的風量來滿足燃氣在燃燒室內完全燃燒。使煙氣中的不完全燃燒產物料CO體積分數降到很低水平，同時又能保證熱效率，達到節能減耗目的。以天燃氣燃燒為例，過?？諝庀禂礱與燃燒產物料CO體積分數關系如圖2所示：綜合圖1與圖2可知，供風量過小、供風量過大、風量分配不均，都對燃燒不利，具體如下：

A供風量過小燃燒區的過?？諝庀禂堤贂r，由于燃燒不完全，不完全燃燒熱損失增大，使理論燃燒溫度降低，同時CO體積分數增大。

B供風量過大燃燒區的過?？諝庀禂堤螅瑒t增加了燃燒產物的數量，使燃燒溫度降低，燃燒惡化，造成機械不完全燃燒損失和化學不燃燒損失增大。

C風量分配不均若空氣分配不均，燃燒室內部分燃燒不充分，部分空氣量過剩。導致不但CO升高，燃燒溫度也下降，換熱效率降低。

2影響供風量過大的因素風機選型不對，小功率的燃氣采暖熱水爐選用大功率風機，往往會造成供風量過大，風機選型應在滿足風量和在規定的逆風背壓下正常燃燒的要求下，盡可能選用小功率風機。

3影響供風量過小或風量分配不均的因素A供風與排煙阻力過大空氣在外部環境流進燃氣采暖熱水爐的空氣箱，燃燒器，和燃氣混合后進行燃燒，經過主換熱器換熱，再在風機的抽力作用下從排煙罩排出外面，空氣和煙氣在流過這些部件或裝置時，流動受到擾亂，產生能量損失，這些在通道局部范圍內產生的流動損失統稱為局部阻力。即局部阻力是由流體邊界形狀的突然變化、流動狀態也隨之發生急劇變化引起的。

煙氣所受到的這些局部阻力有四種類型：碰撞損失、轉向損失、渦流損失和變速損失。

(一)碰撞損失如圖3表示流道截面突然縮小的流道。假如煙氣由排煙罩的1-1截面向前流動，顯然有一部分煙氣要在截面2-2處與管壁發生碰撞而改變方向。由物理學可知，這部分煙氣與固體壁面必然產生力的作用。由于實際流體不可能是理想彈性體，碰撞的結果必定會產生能量損失，即為碰撞損失。

(二)轉向損失在圖3的2-2截面上煙氣與壁面碰撞后，轉向流道中心方向，即產生垂直于流道方向的分速度。由于慣性作用，這些煙氣進入小通道后不會立即失去此速度分量，在3-3截面上會發生頸縮現象，直到4-4截面上流速才平行于流道方向。在這個過程中，一部分煙氣的流動方向不斷改變，其垂直于流道方向的速度分量在2-2截面上產生、在4-4截面上消失。這是近壁面部分的煙氣與中心主流進行動量交換的結果。這種交換顯然會損失掉一部分能量，此即煙氣的轉向損失。

(三)變速損失圖3中煙氣從1-1到3-3截面的流動是加速降壓過程，部分壓力能轉變為動能從3-3到4-4截面的流動是減速擴壓過程，部分動能轉變為壓力能。這種能量轉變顯然不會有100%的效率，特別是減速擴壓段，即由3-3到4-4截面，能量損失較為顯著，嚴重時會引起主流脫離壁面，甚至產生回流。這種由速度變化引起的損失稱為變速損失。

(四)渦流損失在空氣從外部環境進入空氣箱時經過截面突然擴大、排煙罩外形彎曲拐角、氣流繞過物體流動時都會產生局部阻力。

1.通道截面突然擴大，如圖4所示，在1-1截面后的主流外形成了渦流區，造成渦流損失同時氣流從小截面流入大截面，在減速擴壓過程中速度重新分布，主流中的內摩擦力隨速度梯度增大而增加，能量損失表現為變速損失。兩部分損失疊加起來構成了通道截面突然擴大時的局部阻力

2.通道彎曲：氣體流過排煙罩外形彎曲拐角時，由于慣性力的作用，在內外側的增壓減速區往往產生流線分離形成旋渦，造成渦流損失同時，由于彎道外側壓力高于內側壓力，使得高壓部位流體沿通道壁向低壓部位擠壓，在截面方向產生回流，附加在向前流動的主流上，使整個流動呈螺旋形狀，從而造成較大的局部阻力。

3.在煙氣流經排煙罩，形狀發生突變處，往往會造成氣體主流脫離邊界壁面并形成旋渦，如圖3中2-2、3-3截面處。這種旋渦的來回旋轉消耗能量很大，原因是：一方面，旋渦內部的摩擦、旋渦與壁面的摩擦生成熱量，消耗機械能另一方面，旋渦得以維持運動，是通過與主流的動量交換得到能量供應，這種交換也損失機械能。B風機安裝位置不當風機作為外加的排煙動力，其安裝位置影響整個供風與排煙系統。當發現供風與排煙系統和燃氣采暖熱水爐不匹配，如果只是盲目的加大或減小風機功率來實現供風與排煙要求，只會增加燃燒的惡化。適當時候應該考慮風機安裝位置是否合理。如圖5，圖6所示：以上圖5,圖6風機裝在右側，左側的煙氣發生向右轉向，在經過主換熱器翅片的碰撞后，動能損失，流速下降，而右邊煙氣流速方向沒有改變，動能沒有發生延程損失，流速不變。這樣整個供風與排煙系統V右〉V左。右邊容易出現燃燒不充分，CO超標，而右邊容易出現離焰，O2含量過高。

4影響局部阻力因素由于產生局部阻力的原因很復雜，加之局部阻力區域的流道形狀不規則，所以大多數情況下只能通過實驗來確定局部阻力的大小。只有極少數情況可以通過計算確定。現以空氣進入空氣箱通道截面突然擴大的情形為例，說明影響局部阻力的因素。圖4所示的流道截面突然擴大的流動情況。在小流道中流線是平直的，經過擴大段后到截面2-2處又恢復到平直狀態。1-1至2-2截面距離很短，沿程摩擦阻力可忽略。取1-1、2-2截面為控制面，應用伯努利方程得(a)這里1-1和2-2截面上的動能修正系數均取為1，式中就是局部阻力。由上式得取1-1、2-2截面間的流體為控制體，連續方程和動量方程分別為w1A1=w2A2(b)式中是1-1截面壁面處的壓力，實驗證明P0P1。動量方程變為(c)由(a)(b)(c)三式得令，或稱為局部阻力系數，則上式可寫成從該式可以看出，△p僅與A1/A2即流道形狀有關，而與雷諾數Re無關。這一結論僅在當流動進入阻力平方區以后才成立。在產生局部阻力的區域內，流動受到的擾動較大，容易進入阻力平方區。因此，通常可認為值取決于流道形狀而與雷諾數Re無關。5減小局部阻力的措施局部阻力的大小反映了能量損失的程度，因此在進行空氣箱和排煙罩的設計時應充分考慮如何減小局部阻力。下面介紹幾種常見的情況。

1.流道入口形狀圖7表示流體由大流道流入小流道中，最大阻力系數=0.5。如果把入口處截面突變處加以圓滑，如圖8所示，則阻力系數可隨圓滑程度的增加而降低。邊緣為圓形且入口勻滑時,=0.1～0.入口極均勻圓滑成流線型時，可小至忽略不計。

2.截面變化在流道截面變化大的地方，產生渦流，引起邊界層脫離，局部阻力較大。為了減少這部分阻力，工程上常用截面逐漸變大或變小的方法。如圖9表示漸擴管，其擴張中心角為a。實驗表明，a越小，流動阻力就越小，但在擴大面積比一定時，a太小，擴壓管的長度變得很長。因此對于具體問題，需要全面考慮，a角一般小于20。若中心角a再增大，擴大段中的增壓減速現象嚴重，容易產生邊界層脫離，加大局部阻力。對擴大面積比大、漸擴段又不能太長的情形，可采用幾個不同擴張中心角的同心漸擴管來解決，如圖10所示。

3.彎頭管道彎曲時的局部阻力與中心角、管子直徑及彎曲半徑都有關。對小直徑管道，應盡可能增加彎曲半徑，加大中心角，如圖11中所示對大直徑管道，由于彎管內外兩側容易產生渦流，截面上又易產生二次流，因此在增大彎曲半徑的同時，可在圖12所示的彎道內安裝導流板，以減小局部阻力。實驗結果表明，無導流板的直角彎頭局部阻力系數=1.1裝了薄鋼板彎成的導流板，=0.4當導流板呈流線月牙形時,=0.25。可見裝上形狀合理的導流板，阻力系數顯著降低。

6優化風機抽力措施1、平衡風機各方向的阻力，在阻力小的位置增加擋風板，在阻力大的位置增加導流板。如圖13所示：2、風機配合集煙罩的結構設計，盡可能安裝在集煙罩居中位置。7阻力系數參照表(見下表)

8結論

1、空氣箱和排煙罩拐彎處內壁不能做成直角，或在拐彎處增加導流片以及其相鄰彎頭距離應滿足一定要求，可解決風量過少。

2、風機安裝位置要平衡對煙氣的抽力或增加導流板或擋風板來平衡抽力，可解決供風與排煙系統中的風量分配不均。