陶瓷干燥與燒成技術(shù)課件

項(xiàng)目4陶瓷熱工基礎(chǔ)本項(xiàng)目要完成的任務(wù)：1燃料及其燃燒2陶瓷窯爐中的氣體流動3陶瓷窯爐中的傳熱項(xiàng)目4陶瓷熱工基礎(chǔ)本項(xiàng)目要完成的任務(wù)：1任務(wù)4。1燃料及其燃燒一。燃料的種類及特性燃燒后能放出大量熱量，來源廣泛、方便運(yùn)輸、成本低、環(huán)?？煽康目扇嘉镔|(zhì)稱為燃料。㈠燃料種類根據(jù)燃料的狀態(tài)不同，可分為固體、液體和氣體燃料三類。1。固體燃料主要有木柴、煤、可燃頁巖、木碳和焦碳等。其中木柴等不再作為燃料使用。任務(wù)4。1燃料及其燃燒一。燃料的種類及特性22.液體燃料陶瓷工業(yè)所用液體燃料主要有：重油、柴油、燃料油和水煤漿等。

180﹟重油250﹟重油輕柴油2.液體燃料陶瓷工業(yè)所用液體燃料主要有：重油33.氣體燃料氣體燃料主要有：發(fā)生爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、天然氣、液化石油氣等3.氣體燃料氣體燃料主要有：4㈡燃料的特性1。固體燃料的特性⑴發(fā)熱量：也稱為熱值。是指單位燃料完全燃燒，燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度所放出的熱量。⑵揮發(fā)分：是指燃料中可燃?xì)怏w的組分。揮發(fā)分含量高，火焰長，著火溫度低。㈡燃料的特性1。固體燃料的特性5⑶粘結(jié)性：是指煤逸出揮發(fā)分后的焦渣特征?？煞譃榘祟悾孩俜蹱畈徽辰Y(jié)。②粘結(jié)手指輕壓即成粉塊。③弱粘結(jié)手指輕壓即成小塊。④不熔融粘結(jié)手指用力壓才裂成小塊，焦渣上表面無光澤，下表面銀白色光澤并不明顯。⑤不膨脹熔融粘結(jié)焦渣形成扁平的餅狀，煤粒的界限不易分清，表面有銀白色金屬光澤，焦渣下表面光澤更明顯。

⑥微膨脹熔融粘結(jié)用手指壓不碎，在焦渣上下表面上有銀白色金屬光澤，但焦渣表面有小氣泡。

⑦膨脹熔融粘結(jié)焦渣上下表面有銀白色金屬光澤，膨脹高度不超過15毫米。

⑧強(qiáng)膨脹熔融粘結(jié)焦渣上下表面有銀白色金屬光澤，膨脹高度大于15毫米。⑶粘結(jié)性：是指煤逸出揮發(fā)分后的焦渣特征?？?⑷灰分：灰分是燃料中的不可燃組分?；曳趾慷?，會降低燃料的發(fā)熱量，熱損失增大。

⑸結(jié)渣性：即灰渣的熔融性，灰分中SIO2、AL2O3含量多，熔點(diǎn)高，燒后不易結(jié)渣；若低熔物多，熔點(diǎn)低，則燒后易結(jié)渣。易結(jié)渣的煤燃燒不穩(wěn)定，且灰渣中易帶走未燃盡的燃料，造成浪費(fèi)。

⑹水分：包括內(nèi)在水分和外在水分兩部分。水分越多，造成熱值降低，不利于著火。

⑺硫分：指燃料中的可燃硫含量。經(jīng)燃燒生成的SO2、SO3與煙氣中的水蒸氣結(jié)合生成硫酸或亞硫酸蒸氣，既腐蝕金屬設(shè)備，污染大氣，又影響產(chǎn)品質(zhì)量。一般要求其含量小于1％。⑷灰分：灰分是燃料中的不可燃組分?；曳趾慷?，會降72。固體燃料簡介⑴可燃頁巖主要為油頁巖，我國主要產(chǎn)地為遼寧撫順、廣東茂名等地，在陶瓷工業(yè)中使用并不廣泛。2。固體燃料簡介⑴可燃頁巖8⑵煤煤的種類很多，主要有煙煤、無煙煤、褐煤等①褐煤：

褐煤是一種棕黑色的低級煤。是泥炭經(jīng)成巖作用形成的腐殖煤，煤化程度最低，呈褐色、黑褐色或黑色,一般暗淡或呈瀝青光澤,不具粘結(jié)性。水分大、揮發(fā)分高、密度小,含有腐殖酸,氧含量常達(dá)15～30％，在空氣中易風(fēng)化碎裂,發(fā)熱量低。低位發(fā)熱量一般只有11710～16730kJ/kg，易氧化自燃。

⑵煤9②煙煤：煤化程度高于褐煤而低于無煙煤。包括長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤等。呈灰黑至黑色，具瀝青光澤至金剛光澤，通常有條帶狀結(jié)構(gòu)，不含原生腐殖酸。揮發(fā)分為10％～40％，一般隨煤化程度

增高而降低。碳含量為76％～92％，發(fā)熱量較高，熱值為27100～37200kJ/kg。大部分煙煤具有粘結(jié)性，燃燒時火焰高而有煙，故名煙煤。②煙煤：煤化程度高于褐煤而低于無煙煤。包括長焰煤、氣煤、肥煤10③無煙煤：俗稱白煤或紅煤，是煤化程度最大的煤，固定碳含量高，揮發(fā)分低，密度大，硬度大，燃點(diǎn)高，燃燒時不冒煙。黑色堅(jiān)硬，有金屬光澤。燃燒時火焰短而少煙。不結(jié)焦。一般含碳量在90%以上，揮發(fā)分在10%以下。灰分不多，水分較少，發(fā)熱量很高，可達(dá)25000~32500kJ/kg。③無煙煤：俗稱白煤或紅煤，是煤化程度最大的煤，固定碳含量高，113。液體燃料的特性⑴水煤漿水煤漿是一種新型煤基固、液兩相液體燃料。現(xiàn)階段水煤漿在陶瓷工業(yè)領(lǐng)域主要用于噴霧干燥塔、部分低溫墻地磚輥道窯的燒成。水煤漿的制造：①煤質(zhì)要求：不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性煙煤（末煤即可），發(fā)熱量＞20000KJ∕KG，揮發(fā)分＞28％灰分＜10％，灰熔點(diǎn)＞1250℃，硫分＜1％，內(nèi)水分＜5％②制備過程：干煤粉（53～57％）+水（46～42％）+添加劑1％，混合后入球磨機(jī)5～7小時左右,檢測其參數(shù)，達(dá)到要求即可。③ 水煤漿工藝參數(shù)：細(xì)度200目篩余10～20％，粘度＜80秒（涂氏粘度計）水分45～51％，沉淀性72小時無硬沉淀。

3。液體燃料的特性⑴水煤漿12陶瓷干燥與燒成技術(shù)課件13⑵重油和柴油重油和柴油都來自石油。重油是在蒸餾原油的過程中，分餾出航空油、汽油、煤油、柴油以及其他石油產(chǎn)品后，殘留在蒸餾塔中的一種呈黑褐色的較重的油品。①重油的元素組成范圍為：C：85～88％，H：10～13％，N+O2：0.5～1％，S：0.2～1％，發(fā)熱量很高，約為38000～42000kJ／kg；②柴油分為輕柴油和重柴油：輕柴油主要來自催化裂化的柴油餾分，也有部分直餾柴油餾分。具有良好的低溫流動性和儲存安定性以及低灰分等特點(diǎn)。重柴油，則餾分較重，甚至可混入一定量的重油，因此不易燃燒完全，柴油一般含：C：85.5～86.5％，H：13.5～14.5％。

⑵重油和柴油重油和柴油都來自石油。重油是在蒸14①密度

燃油的密度隨著溫度的升高而略有減小，20℃時重油密度約0.9～1.0t/m3，柴油的密度約為0.810～0.855t/m3。②水分

燃油中含有水分，不僅降低其發(fā)熱量，而且當(dāng)水分過高時容易產(chǎn)生“氣塞”現(xiàn)象，使燃燒火焰不穩(wěn)定，影響窯爐的正常運(yùn)行，故貯油罐應(yīng)定期排水。由于燃油的密度略小于水，因此貯油罐的排水管安裝在下部。①密度

燃油的密度隨著溫度的升高而略有減小，215③粘度

我國重油常用的粘度標(biāo)準(zhǔn)是以恩氏粘度（0E）來表示的。恩氏粘度（0E）：即在測定溫度下重油從恩格拉粘度計中流出200ml所需時間（s）與20℃的蒸餾水流出200ml所需時間（約52s）的比值。我國重油分為20﹟、60﹟、80﹟、100﹟、200﹟五個牌號，牌號的數(shù)值表示溫度為50℃時的恩氏粘度值。重油的牌號愈高，油的粘度愈大。恩格拉粘度計③粘度我國重油常用的粘度標(biāo)準(zhǔn)是以恩氏粘度（16

實(shí)際上工業(yè)爐所使用的重油往往不完全是標(biāo)準(zhǔn)牌號的，有時是混合渣油。部分陶瓷窯爐使用的是以原油加工過程中的常壓油，減壓渣油、裂化渣油、裂化柴油和催化柴油等為原料調(diào)合而成的燃料油。重油的粘度隨著溫度升高，粘度減小。各種重油在低溫下粘度相差很大，溫度越高，它們的粘度相差越小。為了保證重油良好的霧化，要求重油的粘度最好不超過5～100E。實(shí)際上工業(yè)爐所使用的重油往往不完全是標(biāo)準(zhǔn)牌號17④閃點(diǎn)、燃點(diǎn)、著火點(diǎn)油類加熱到一定溫度時，油表面有油蒸氣產(chǎn)生。油溫越高，油蒸氣越多。當(dāng)有火焰接近時，若出現(xiàn)短暫的藍(lán)色閃光，則此時的油溫稱為油的“閃點(diǎn)”。若油溫超過閃點(diǎn)，則油的蒸發(fā)速度加快，以致用火源接近油表面時，在藍(lán)光閃現(xiàn)后能持續(xù)燃燒（不少于5s），此時的油溫稱油的“燃點(diǎn)”。若再繼續(xù)提高油溫，則油表面的蒸氣即使無火源接近也會自發(fā)燃燒起來，相應(yīng)的油溫稱油的“著火點(diǎn)”。

④閃點(diǎn)、燃點(diǎn)、著火點(diǎn)油類加熱到一定溫度時，油表18測定閃點(diǎn)的方法有開口杯法（油表面暴露在大氣中）和閉口杯法（油表面封閉在容器內(nèi)）兩種。前者用于測定閃點(diǎn)較高的油類，如重油，后者一般用于測定閃點(diǎn)較低的油類，如原油、汽油等。開口閃點(diǎn)比閉口閃點(diǎn)一般高15℃～25℃。

BS-3型閉口閃點(diǎn)自動測定儀

燃點(diǎn)與閃點(diǎn)相差不大，重油的燃點(diǎn)一般比其閃點(diǎn)高10℃左右，柴油的燃點(diǎn)約為220℃。重油的著火點(diǎn)約為500℃～600℃。測定閃點(diǎn)的方法有開口杯法（油表面暴露在大氣中）19⑤凝固點(diǎn)

當(dāng)油類失去流動性時的最高溫度稱凝固點(diǎn)。重油的凝固點(diǎn)一般為30℃～45℃。我國柴油的牌號就是根據(jù)凝固點(diǎn)來分類的。輕柴油的牌號主要有10﹟、0﹟、-10﹟、-20﹟、-30﹟等五種；重柴油的牌號主要有RC3-10、RC3-20和RC3-30等三種。⑤凝固點(diǎn)當(dāng)油類失去流動性時的最高溫度稱凝固點(diǎn)。20⑥比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)重油的比熱容一般為：1.88kJ／kg·℃～2.1kJ／kg·℃.重油的導(dǎo)熱系數(shù)與重油的品種及溫度有關(guān)，一般為：0.128W/(m·℃)～0.163W/(m·℃)。

⑦機(jī)械雜質(zhì)

燃油中的機(jī)械雜質(zhì)，大部分是在貯運(yùn)過程中帶入的，它容易磨損油泵，堵塞輸油管路和油噴嘴，因此，應(yīng)在輸油系統(tǒng)中安裝過濾器，以除去油中的機(jī)械雜質(zhì)⑥比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)213.氣體燃料的特性⑴氣體燃料的種類及組成人造煤氣：①發(fā)生爐煤氣是用固體燃料在高溫下通入氣化劑得到的人造煤氣，根據(jù)氣化劑的不同，又有空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣之分。②焦?fàn)t煤氣是煉焦（即將煤隔絕空氣加熱）過程得到的氣態(tài)揮發(fā)物，③高爐煤氣則是高爐煉鋼得到的副產(chǎn)品。

3.氣體燃料的特性⑴氣體燃料的種類及組成22平均組成(煤氣名稱平均組成（×100)熱值（)空氣煤氣0.5～1.532～330.5～0.964～664000～4500水煤氣5～70.1～0.235～4047～520.3～0.60.2～0.42～610000～11000混合煤氣5～70.1～0.324～3012～150.5～346～555000～6500焦?fàn)t煤氣2～30.7～1.24～853～6019～251.6～2.37～1315000～17000高爐煤氣8～1423～3110～150.1～2.648～604000～5000發(fā)生爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣的組成及熱值范圍平均組成(平均組成（×23天然氣：天然氣根據(jù)礦藏特點(diǎn)可分為伴生氣和非伴生氣：伴生氣隨原油共生，與原油同時被采出，還有一種伴生氣是煤礦伴生氣。非伴生氣包括純氣田天然氣和凝析氣田天然氣，兩者在地層中均為均一的氣相。凝析氣田天然氣由井口導(dǎo)出后，經(jīng)減壓降溫，分離為氣、液兩相。氣相經(jīng)凈化后，成為商品天然氣。也有將天然氣液化，然后貯運(yùn)使用。天然氣：24液化石油氣：液化石油氣是石油煉制的副產(chǎn)品，其主要組成為丙烷和丁烷，液態(tài)密度約為500～600kg／m3。液化石油氣組成變化較大，但都是以C3和C4為主。低位熱值高達(dá)：85000kJ/m3～108000kJ/m3,如以質(zhì)量計則為：45000kJ/kg～50000kJ/kg。液化石油氣：25⑵相對分子量和密度煤氣的相對分子量按下式計算：

煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和工作狀態(tài)下的密度均可用理想氣體狀態(tài)方程計算。⑶平均比熱容煤氣的平均比熱容按下式計算：⑵相對分子量和密度26二.燃料組成的表示方法與燃燒計算

㈠燃料組成的表示1.固體、液體燃料固體、液體燃料的組成，可以由化學(xué)分析得到，通常包括碳(C)、氫（H）、氧（O）、氮(N)、硫(S)五種元素以及水分（M）和部分礦物雜質(zhì)—灰分（A）。上述元素并不是單獨(dú)自由存在的，而是以結(jié)合成有機(jī)化合物的形式存在。這種用元素來表示燃料組成的分析方法，稱為元素分析法。對于煤還有一種表示方法：工業(yè)分析法，即將煤分為固定碳、揮發(fā)分、水分和灰分。二.燃料組成的表示方法與燃燒計算㈠燃料組成的表示27表示煤組成的常用基準(zhǔn)有四個：

⑴收到基，指使用單位收到的煤的組成，在各組成的右下角以“ar”表示；

⑵空氣干燥基，指風(fēng)干（20℃、相對濕度70％）煤樣的組成，各組成右下角以“ad”表示；

⑶干燥基，指絕對干燥的煤的組成，各組成右下角以“d”表示；

⑷干燥無灰基，指假想的無水無灰的煤的組成，各組成右下角以“daf”表示。其中，用于燃燒計算的為收到基組成，常用下式表示:

表示煤組成的常用基準(zhǔn)有四個：

⑴收到基，指使用單位收到的煤的282.氣體燃料氣體燃料是由可燃成分（如：、、、、等）及不可燃成分（、、、、等）組成的混合氣體。一般用體積分?jǐn)?shù)表示，并有干成分和濕成分兩種表示方法。干成分：濕成分：兩者換算關(guān)系如下：

2.氣體燃料氣體燃料是由可燃成分（如：、、29㈡熱值及熱值計算1.高位熱值與低位熱值單位質(zhì)量或體積的燃料完全燃燒，燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度所放出的熱量，稱為燃料的發(fā)熱量或熱值。固體或液體燃料的熱值單位是，氣體燃料的熱值單位是。按燃燒產(chǎn)物中水的存在狀態(tài)，熱值有高位熱值與低位熱值之分。高位熱值是指燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣全部冷凝成水時所放出的熱量；低位熱值是指燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣仍以氣態(tài)存在時所放出的熱量。由上述定義可知，高位熱值與低位熱值的差為單位燃料完全燃燒生成的水氣化所吸收的熱量。常溫下水的氣化熱約為2500。㈡熱值及熱值計算1.高位熱值與低位熱值302.氣體燃料熱值的計算

2.氣體燃料熱值的計算313.標(biāo)準(zhǔn)燃料

不同種類的燃料熱值相關(guān)較大，為了便于統(tǒng)計和評比燃料的消耗量，就需要有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)煤的收到基低熱值為29310，標(biāo)準(zhǔn)油或標(biāo)準(zhǔn)氣則為41870或41870

3.標(biāo)準(zhǔn)燃料不同種類的燃料熱值相關(guān)較大，為了便32㈢燃燒計算1．完全燃燒與不完全燃燒完全燃燒，是指燃料中所有的可燃成分達(dá)到完全氧化，燃燒產(chǎn)物中不存在游離的碳和CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w。不完全燃燒，是指燃料中的可燃成分沒有全部氧化，燃燒產(chǎn)物中有游離碳和CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w。不完全燃燒又分為化學(xué)不完全燃燒和機(jī)械不完全燃燒?；瘜W(xué)不完全燃燒：指燃燒產(chǎn)物中含有游離C、CO、H2；機(jī)械不完全燃燒：指部分可燃成分未參加燃燒反應(yīng)被損失掉，如因管道、閥門不嚴(yán)而泄漏的液體或氣體燃料等等。㈢燃燒計算1．完全燃燒與不完全燃燒332．空氣系數(shù)⑴理論空氣量（）:按燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式計算得到的燃料完全燃燒所需的空氣量（m3/kg或m3/m3）.⑵實(shí)際空氣量（）:燃燒時實(shí)際通入的空氣量.⑶空氣系數(shù)（或空氣過剩系數(shù)）:的經(jīng)驗(yàn)值：氣體燃料1。05～1。15液體燃料1。15～1。25煤粉1。1～1。3塊狀固體燃料1。3～1。72．空氣系數(shù)⑴理論空氣量（）:343．煙氣的成分(燒成氣氛)⑴氧化氣氛煙氣中含有O2，不含CO、H2等還原介質(zhì)時，稱氧化氣氛。燃燒時空氣系數(shù)＞1。強(qiáng)氧化時以O(shè)2計：8～10％；弱氧化時約：4～5％。⑵還原氣氛煙氣中含有CO、H2等，不含O2時，稱為還原氣氛，燃燒時空氣系數(shù)＜1。強(qiáng)還原時以CO計：3～5％；弱還原時為：0～2％。⑶中性氣氛煙氣中既不含O2，也不含CO、H2時，稱為中性氣氛，燃燒時空氣系數(shù)=1。3．煙氣的成分(燒成氣氛)⑴氧化氣氛354.燃燒計算計算的目的：計算的內(nèi)容：燃料燃燒所需空氣量、煙氣生成量及煙氣組成、燃燒溫度等。計算的基準(zhǔn)：①計算時空氣認(rèn)為只有和兩種氣體構(gòu)成，其中的體積占79％，的體積占21％，所涉及的氣體均按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0℃及101325）來計算；②計算時一般選取單位燃料（1公斤或1立方米）；③對于固、液燃料按收到基，對于氣體燃料按干成分（有的也按濕成分）進(jìn)行計算。4.燃燒計算計算的目的：36⑴空氣量的計算①理論空氣量的計算對于固體、液體燃料，其收到基組成為按其可燃部分計算理論空氣量：（取1公斤燃料，則有碳公斤、有氫公斤、有硫公斤）

⑴空氣量的計算①理論空氣量的計算37燃料中的可認(rèn)為相當(dāng)于提供助燃，燃料燃燒所需理論氧氣量：則：

燃料中的可認(rèn)為相當(dāng)于提供助38對于氣體燃料，由于組分不同，其可燃成分也不同，這里列舉主要的可燃?xì)怏w如：、、、及等，取1立方米燃料，則其燃燒反應(yīng)式分別為：

1m3m31m3m3同理：

對于氣體燃料，由于組分不同，其可燃成分也不同，這里列舉主要的39那么1含這些可燃?xì)怏w的氣體燃料燃燒所需理論氧氣量為：

需理論空氣量為：那么1含這些可燃?xì)怏w的氣體燃料燃燒所需理論氧氣量為40②實(shí)際空氣量的計算

（）或（）②實(shí)際空氣量的計算

（）或（41⑵煙氣量的計算①理論煙氣量對于固體、液體燃料：

生成量：生成量：生成量：生成量：

所以，理論煙氣量為各組成生成量之和，有：⑵煙氣量的計算①理論煙氣量42理論煙氣組成：

100％,其余類推。理論煙氣組成：43對于氣體燃料，煙氣中各氣體組成生成量為：生成量：

生成量：

生成量：

生成量：

理論煙氣量為：

其理論煙氣組成計算方法同固、液燃料。

對于氣體燃料，煙氣中各氣體組成生成量為：44②實(shí)際煙氣量

對于固體、液體燃料：當(dāng)＞1時，各可燃?xì)怏w還是按原燃燒反應(yīng)進(jìn)行，生成的煙氣量并沒有變化，只是多了空氣，那么過剩的空氣使煙氣中多出了和，其生成量為：生成量：

其余和理論煙氣生成量相同．所以其實(shí)際煙氣量為：

實(shí)際煙氣組成的計算與理論煙氣組成的計算相同．

②實(shí)際煙氣量對于固體、液體燃料：45當(dāng)＜1時，由于空氣供應(yīng)不足，燃料中將有部分可燃物質(zhì)不能完全燃燒，產(chǎn)物中含有可燃?xì)怏w。

那么空氣不足，燃料又是如何燃燒的呢？212212少了的氧氣量為：故量為：

則生成量：

生成量：

生成量：

生成量：當(dāng)＜1時，由于空氣供應(yīng)不足，燃料中將有部分可燃物質(zhì)不能完46對于氣體燃料：當(dāng)＞1時，實(shí)際煙氣量為：

過剩空氣中的生成量為：

當(dāng)＜1時，若煤氣按比例燃燒，則：

式中：——未燃燃料量，；——燃燒產(chǎn)生煙氣量，。對于氣體燃料：47⑶理論空氣量和理論煙氣量的估算及值煙煤重油發(fā)生爐煤氣天然氣6～86.5～8.510～1110.5～121.05～1.41.9～2.29～1410～14.5⑶理論空氣量和理論煙氣量的估算及煙煤重油發(fā)生爐48⑷燃燒溫度的計算①理論燃燒溫度燃料完全燃燒放出的熱量以及燃料和助燃空氣帶入的顯熱全部用于加熱燃燒產(chǎn)物，此時燃燒產(chǎn)物的溫度稱為理論燃燒溫度，用表示。平均比熱容：加熱物體使其升高1℃所需的熱量稱為比熱，但物體從0℃～1℃和從99℃～100℃，都是升高1℃，但所需熱量并不相同，所以為便于計算，我們將在某一溫度范圍內(nèi)，物體平均每升高1℃所需的熱量，稱為物體的平均比熱容．顯熱：以0℃為基準(zhǔn)，物體的溫度比0℃高，它所帶的熱量也比0℃多，我們把這部分多的熱量稱為物體的顯熱．⑷燃燒溫度的計算①理論燃燒溫度49燃料完全燃燒放出的熱量：單位燃料帶入的顯熱：助燃空氣帶入的顯熱：燃燒產(chǎn)物的顯熱：根據(jù)熱平衡，故：燃料完全燃燒放出的熱量：50②實(shí)際燃燒溫度燃料燃燒時，燃燒產(chǎn)物的實(shí)際溫度稱為實(shí)際燃燒溫度，用表示。式中：為機(jī)械不完全燃燒熱損失，

為化學(xué)不完全燃燒熱損失，

為爐體向外界的散熱損失，

為物料吸收的熱量。

②實(shí)際燃燒溫度燃料燃燒時，燃燒產(chǎn)物的實(shí)際溫度稱為實(shí)際燃燒51③和的關(guān)系由于各種熱損失的數(shù)據(jù)不容易獲得，所以計算實(shí)際燃燒溫度是困難的。實(shí)際燃燒溫度和理論燃燒溫度的比值，稱為高溫系數(shù)，用表示。

陶瓷隧道窯氣體或液體燃料=0.78～0.83

陶瓷間歇窯液體或氣體燃料=0.73～0.78③和的關(guān)系由于各種熱損失的數(shù)據(jù)不容易獲得，所以計算實(shí)52④提高實(shí)際燃燒溫度的途徑提高實(shí)際燃燒溫度可從以下幾個方面考慮：控制適當(dāng)?shù)目諝庀禂?shù)，在保證燃料完全燃燒的前提下，應(yīng)使空氣系數(shù)值小些，即值略大于1；預(yù)熱空氣或燃料；選用熱值高且煙氣量少的燃料；減少各種熱損失，特別是要加強(qiáng)爐體的保溫，減少爐體的散熱；采用富氧燃燒熱技術(shù)，減少煙氣生成量，提高實(shí)際燃燒溫度。④提高實(shí)際燃燒溫度的途徑提高實(shí)際燃燒溫度可從53三.燃料燃燒過程㈠固體燃料的燃燒過程固體燃料的燃燒過程一般可分為準(zhǔn)備、燃燒與燃盡三個階段。1.準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段包括預(yù)熱、干燥和干餾。固體燃料受熱后，首先是所含水分的氣化，約1100℃時物理水全部逸出，當(dāng)燃料達(dá)到一定溫度時便開始分解，放出揮發(fā)分，剩下焦炭，這一過程稱為干餾。褐煤干餾的起始溫度只有130℃左右，無煙煤約為400℃，煙煤介于兩者之間。準(zhǔn)備階段全部都是吸熱。三.燃料燃燒過程㈠固體燃料的燃燒過程54陶瓷干燥與燒成技術(shù)課件552.燃燒階段燃燒階段包括揮發(fā)分和固態(tài)炭的燃燒。揮發(fā)分中主要是碳?xì)浠衔?，比固態(tài)炭容易著火，因此逸出的揮發(fā)分先于固態(tài)炭著火燃燒；固態(tài)炭是固體燃料中的主要燃質(zhì)，對煤來說，其發(fā)熱時一般占總發(fā)熱量的一半以上；燃燒時間長．3.燃燼階段（灰渣形成階段）隨著燃燒，焦炭顆粒逐漸變小，灰渣外殼逐漸增厚，使空氣難于進(jìn)入里面參與反應(yīng)，從而使燃燒速度減慢，所以此階段仍需保持較高溫度，增強(qiáng)通風(fēng)，盡量使灰渣中的可燃質(zhì)完全燃燒。2.燃燒階段56㈡液體燃料燃燒過程1.燃油的燃燒過程燃油的燃燒過程分為四個階段：⑴霧化階段燃油霧化成細(xì)小的霧滴；⑵蒸發(fā)階段霧滴受熱蒸發(fā)為油氣；重油油滴蒸發(fā)前，當(dāng)急劇受熱時，產(chǎn)生裂化。急劇受熱到500℃～600℃，裂化對稱進(jìn)行，生成較輕的碳?xì)浠衔铮患眲∈軣?50℃以上，裂化不對稱進(jìn)行，輕的碳?xì)浠衔锍蕷怏w逸出，剩下游離炭粒和難以燃燒的重碳?xì)浠衔?，形成結(jié)焦，如果隨煙氣排出，即能見到黑煙。⑶混合階段油氣與助燃空氣混合；⑷著火燃燒階段油氣與助燃空氣的混合物達(dá)到著火溫度，著火燃燒。其中霧化階段是整個燃燒過程的關(guān)鍵。㈡液體燃料燃燒過程1.燃油的燃燒過程57陶瓷干燥與燒成技術(shù)課件582.燃油的霧化⑴對霧化質(zhì)量的要求①霧滴要細(xì)經(jīng)研究，最合適的霧滴直徑為50或略小些。這樣大小的霧滴能達(dá)到受熱面大、氣化迅速、燃燒均勻的目的。②霧滴直徑要均一按現(xiàn)用霧化方法得到的是直徑為10～100的霧滴群。在此霧滴群中要求直徑為50或略小于50的霧滴占85％以上。③霧滴分布要均勻油流股斷面上霧滴的分布避免出現(xiàn)邊緣密集、中間空心的現(xiàn)象。2.燃油的霧化⑴對霧化質(zhì)量的要求59⑵霧化方法①機(jī)械霧化機(jī)械霧化是依靠重油的高壓（一般為106Pa～3.5×106Pa），以較大的速度并以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方式從噴嘴小孔噴入氣體空間使油霧化。機(jī)械霧化包括旋流霧化和壓力霧化兩種形式。機(jī)械霧化的霧滴比較粗（直徑約100～200），效果差，陶瓷窯爐采用較少。⑵霧化方法①機(jī)械霧化60②介質(zhì)霧化介質(zhì)霧化是利用以一定角度高速噴出的霧化介質(zhì)，使油流股分散成霧滴。分為氣流霧化和氣泡霧化兩種形式。陶瓷窯爐燃油的霧化基本采用此法。這種方法的霧化原理為：由于霧化介質(zhì)對油流股的機(jī)械作用。當(dāng)摩擦力或沖擊力大于油的表面張力時，油流股先分散成細(xì)流，繼而破裂成細(xì)帶或細(xì)線，后者又在油本身的表面張力作用下形成霧滴。根據(jù)霧化介質(zhì)的壓力可分為低壓霧化、中壓霧化和高壓霧化三種。

②介質(zhì)霧化介質(zhì)霧化是利用以一定角度高速噴出的61㈢氣體燃料燃燒過程1.燃燒過程氣體燃料的燃燒過程主要包括:混合（燃料與空氣的混合）、著火、燃燒三個階段。煤氣的燃燒速度和燃燒的完全程度，主要取決于混合速度和混合的完全程度。㈢氣體燃料燃燒過程1.燃燒過程622.氣體燃料的燃燒方法⑴長焰燃燒（擴(kuò)散式燃燒）在燒嘴內(nèi)煤氣與空氣不預(yù)先混合，煤氣單獨(dú)噴入窯內(nèi)或煤氣與空氣分別噴入窯內(nèi)靠擴(kuò)散作用進(jìn)行混合與燃燒的方法。其特點(diǎn)是：火焰長，溫度分布均勻，不會回火也不易脫火，燃燒速度慢，燃燒溫度較低，空氣系數(shù)大（＞1.2）2.氣體燃料的燃燒方法⑴長焰燃燒（擴(kuò)散式燃燒）63⑵短焰燃燒煤氣與部分空氣（一次空氣1＜1）在燒嘴內(nèi)預(yù)先混合后噴出后燃燒的方法。與長焰燃燒相比，其特點(diǎn)是：火焰較短，燃燒速度較快，燃燒溫度較高，空氣系數(shù)較小，易燃燒完全。但燃燒穩(wěn)定性差，噴出速度太小時會回火，噴出速度過大時會離焰或脫火。⑵短焰燃燒煤氣與部分空氣（一次空氣64⑶無焰燃燒

煤氣與空氣在燒嘴內(nèi)完全混合，噴出后立即燃燒的燃燒方法。其特點(diǎn)是：火焰短而透明，無明顯的輪廓，空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，燃燒完全，但燃燒的穩(wěn)定性差。為避免回火現(xiàn)象的發(fā)生，混合氣體的噴出速度要大于火焰的傳播速度，同時煤氣與空氣的預(yù)熱溫度不能接近于其著火溫度；為防止脫火，常設(shè)置穩(wěn)燃裝置，如燃燒道、擋墻、多孔陶瓷板及金屬網(wǎng)等⑶無焰燃燒煤氣與空氣在燒嘴內(nèi)完全混合，噴出后65陶瓷干燥與燒成技術(shù)課件663.著火濃度范圍氣體燃料與空氣的比例，必須在一定的范圍內(nèi)才能進(jìn)行燃燒，這一范圍叫著火濃度范圍，或叫著火濃度極限。

煤氣種類著火濃度范圍下限上限水煤氣6．2％72．0％發(fā)生爐煤氣21．0％74．0％焦?fàn)t煤氣5．6％31．0％天然氣4．0％15．0％3.著火濃度范圍氣體燃料與空氣的比例，必須在674.火焰的傳播在可燃?xì)怏w與空氣的混合物中，當(dāng)某一個部位已經(jīng)著火燃燒，在燃燒處就形成了燃燒焰面，由于燃燒放熱使該處溫度升高，并以導(dǎo)熱方式把熱量傳給鄰近一層未燃?xì)怏w，使其達(dá)到著火溫度而燃燒，形成新的燃燒焰面。這種火焰面不斷向未燃?xì)怏w方向移動的現(xiàn)象叫火焰的傳播（擴(kuò)散）現(xiàn)象.傳播的速度叫火焰?zhèn)鞑ィ〝U(kuò)散）速度。其方向與火焰面垂直。4.火焰的傳播在可燃?xì)怏w與空氣的混合物中，當(dāng)68回火：

當(dāng)可燃?xì)怏w與空氣的混合物從燒嘴噴入窯內(nèi)時，若在點(diǎn)燃處氣體噴出速度小于火焰擴(kuò)散速度，火焰根部有可能移至燒嘴內(nèi)，發(fā)生“回火”現(xiàn)象，有發(fā)生爆炸的危險；離焰：

若氣體噴出速度大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰根部離開燒嘴，產(chǎn)生“離焰”，使燃燒不穩(wěn)定；脫火：

氣體混合物速度進(jìn)一步增加，噴出后不能預(yù)熱至著火溫度而燃燒，即發(fā)生“脫火”現(xiàn)象。

煤氣燃燒時，“回火”與“脫火”現(xiàn)象都不允許發(fā)生，產(chǎn)生“回火”時易發(fā)生爆炸事故；產(chǎn)生“脫火”時易發(fā)生中毒事故?；鼗穑?/p>

當(dāng)可燃?xì)怏w與空氣的混合物從燒嘴噴入窯內(nèi)69陶瓷干燥與燒成技術(shù)課件70任務(wù)4。1結(jié)束

謝謝!任務(wù)4。1結(jié)束

謝謝!71任務(wù)4.2陶瓷窯爐中的氣體流動燃料燃燒后產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量以燃燒產(chǎn)物——煙氣作為載體，煙氣在陶瓷窯爐內(nèi)進(jìn)行一定的流動，在流動過程中，將熱量傳遞給陶瓷物料，從而使陶瓷物料獲得進(jìn)行物理、化學(xué)變化所需的動力.因此掌握氣體流動的基本規(guī)律，控制氣體的流向、流速和流量等是我們操作和調(diào)控?zé)稍O(shè)備的關(guān)鍵之一，任務(wù)4.2陶瓷窯爐中的氣體流動燃料燃燒后產(chǎn)72一.不可壓縮氣體在陶瓷窯爐中的流動㈠不可壓縮氣體的流動特點(diǎn)1.不可壓縮氣體根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知，氣體具有壓縮與膨脹性.當(dāng)一定種類的氣體溫度不變時，單位氣體的體積和壓強(qiáng)成反比；當(dāng)壓強(qiáng)不變時，單位氣體的體積與溫度成正比。當(dāng)壓強(qiáng)與溫度均不變，單位氣體的體積不變，密度也不變，這種氣體就可認(rèn)為是不可壓縮的，稱為不可壓縮氣體。在陶瓷窯爐內(nèi)，氣體流速不大，窯內(nèi)氣體的壓強(qiáng)變化甚微，雖然整個窯內(nèi)溫差較大，但對窯內(nèi)某一小段來說，溫度變化是不大的。因此，可以近似地看作是不可壓縮氣體。一般只有當(dāng)系統(tǒng)前后壓強(qiáng)變化為原來壓強(qiáng)的20％以上時，氣體才看作是可壓縮氣體。一.不可壓縮氣體在陶瓷窯爐中的流動㈠不可壓縮氣體的流動特點(diǎn)732.氣體在陶瓷窯爐內(nèi)作強(qiáng)制流動時的流動狀態(tài)氣體的流動狀態(tài)可分為兩種，即層流與湍流。①層流：就是氣體在流動時層次分明，互不干擾，垂直于流動方向上的分速度為零，其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡互不相交；②湍流：就是氣體紊亂的流動，氣體質(zhì)點(diǎn)有軸向和橫向運(yùn)動，互相撞擊，產(chǎn)生湍動和旋渦，所以又叫紊流。氣體層流流動時，由于垂直于流動方向上的分速度為零，層與層間熱量傳遞慢，易產(chǎn)生層間溫差，所以陶瓷窯爐內(nèi)氣體的流動一般控制為湍流。2.氣體在陶瓷窯爐內(nèi)作強(qiáng)制流動時的流動狀態(tài)氣74陶瓷干燥與燒成技術(shù)課件75氣體在窯爐內(nèi)的流動狀態(tài)，可用無因次數(shù)群—雷諾準(zhǔn)數(shù)來判斷。

式中：—雷諾準(zhǔn)數(shù)；

—?dú)怏w管道的當(dāng)量內(nèi)徑，。

其中為通道截面積，為通道浸潤周邊長。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)＜2000時，氣體作層流流動；≥4000時，則為湍流；2000＜＜4000為過渡流，在這范圍內(nèi)，氣體的流動狀態(tài)可能是層流也可能是湍流，與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)。氣體在窯爐內(nèi)的流動狀態(tài)，可用無因次數(shù)群—雷諾準(zhǔn)數(shù)來判斷。

76氣體在管道內(nèi)流動時，其速度分布規(guī)律和流動狀態(tài)有關(guān)，在圓管道內(nèi):層流時，其速度分布為拋物線狀，管道中心的速度最大，管壁處為零，平均速度約為最大流速的一半；湍流時，速度分布為一頂端稍寬的曲線，湍流程度越大，曲線頂端也就越平坦，其平均速度約為最大流速的0.8倍～0.85倍。

層流湍流

氣體在管道內(nèi)速度分布與流動狀態(tài)的關(guān)系圖氣體在管道內(nèi)流動時，其速度分布規(guī)律和流動狀態(tài)有77㈡氣體連續(xù)性方程式（質(zhì)量方程）

若氣體在截面變化的管道內(nèi)作穩(wěn)定而連續(xù)的流動，如圖所示，氣體從截面1-1流入，從截面2-2流出，其面積分別為S1和S2，流速為ｗ1和ｗ2，密度為ρ1和ρ2。如果管道兩截面間的氣體沒有分支（即沒有氣體的加入或漏出），根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在單位時間內(nèi)通過管道各截面的氣體質(zhì)量必相等。氣體連續(xù)性方程式推導(dǎo)㈡氣體連續(xù)性方程式（質(zhì)量方程）若氣體在截面變化的78常數(shù)

=常數(shù)

常數(shù)

上式稱為氣體流動連續(xù)性方程式。

式中：—稱作氣體的質(zhì)量流量，表示氣體在管道內(nèi)流動時，單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的氣體質(zhì)量，單位是；

—稱為氣體的體積流量，表示氣體在管道內(nèi)流動時，單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的氣體體積，單位是。

當(dāng)不可壓縮氣體作等溫流動時，在流動過程中密度不變，即常數(shù)。所以若氣體在流動過程中溫度變化不大時，亦可采用上式計算，但計算1-1、2-2截面上的流速時，要用二截面平均溫度，

79㈢適用于窯爐系統(tǒng)的伯努力方程式（能量方程）

1.陶瓷窯爐系統(tǒng)內(nèi)氣體流動的特點(diǎn)陶瓷窯爐在正常操作時正壓和負(fù)壓都不大，窯爐內(nèi)壓強(qiáng)的變化范圍很小，一般只相差20～200。而生產(chǎn)中窯爐內(nèi)氣體的溫度是逐漸變化的，若將窯爐系統(tǒng)劃分為若干區(qū)段，在每一小區(qū)段內(nèi)，當(dāng)氣體的溫度變化不大，就可以近似地把氣體溫度看作不變而取其平均值。在這樣的區(qū)段內(nèi)可認(rèn)為是不可壓縮氣體的流動。另一方面，窯爐系統(tǒng)是和外界相通的，窯內(nèi)熱氣體受到外界冷空氣的浮力，這樣，在考慮窯爐系統(tǒng)氣體所具有的能量時，就要考慮外界空氣對它的影響。㈢適用于窯爐系統(tǒng)的伯努力方程式（能量方程）1.陶瓷窯爐系統(tǒng)802.適用于窯爐系統(tǒng)的伯努力方程

若熱氣體在窯爐系統(tǒng)溫度變化很小的一個區(qū)段，從截面1-1到截面2-2作穩(wěn)定（即系統(tǒng)內(nèi)任意截面上氣體的流動狀況均不隨時間而改變）而連續(xù)流動，如圖所示，外界空氣認(rèn)為是靜止的.伯努力方程的推導(dǎo)

2.適用于窯爐系統(tǒng)的伯努力方程若熱氣體在窯爐系統(tǒng)81據(jù)能量守恒定律，熱氣體在截面1-1上的位能、壓力能、以及動能之和應(yīng)該等于截面2-2上的位能、壓力能、動能以及熱氣體從1-1截面流至2-2截面阻力損失之和。以單位體積的氣體為基準(zhǔn)，可用方程式表示為：

式中：、—單位體積的氣體所具有的靜壓能，通常稱為靜壓頭，或；

、—單位體積的氣體所具有的位能，通常稱為幾何壓頭，或；

、—單位體積的氣體所具有的動能，通常稱為動壓頭，或；

—單位氣體從1-1截面到2-2截面的壓頭損失，或。

上式即為單一熱氣體的伯努力方程式。據(jù)能量守恒定律，熱氣體在截面1-1上的位能、82對于系統(tǒng)外的冷空氣，同樣也可以列出方程式：

由上兩式相減得：

由于窯外是冷空氣，密度大；窯內(nèi)是熱氣體，密度小，所以＜0，一般把上式改寫為：為了取消高度前面的負(fù)號，通常把基準(zhǔn)面改變一下，即把基準(zhǔn)面取在上面，使高度自上而下為正，這樣上式可改為：上式即為適用于窯爐系統(tǒng)的兩氣體伯努力方程式。對于系統(tǒng)外的冷空氣，同樣也可以列出方程式：

83為了書寫方便，令，，，

靜壓頭幾何壓頭動壓頭則上式又可改寫為：

以上伯努力方程式的使用條件如下：

⑴氣體在窯爐系統(tǒng)穩(wěn)定流動；

⑵氣體只受到重力的作用；

⑶所取截面必須是漸變流截面；

⑷氣體在流動過程中溫度不變。

當(dāng)所取二截面間氣體的溫度變化不大時，也可采用以上伯努力方程式近似使用，完全能滿足工程計算的要求，但在計算時要采用二截面的平均溫度。為了書寫方便，令84㈣伯努力方程式中各壓頭對窯爐中氣體流動的作用1.靜壓頭靜壓頭的物理意義是指窯內(nèi)單位體積的熱氣體比窯外同一水平面上的空氣多具有的壓力能。靜壓頭數(shù)值上等于窯內(nèi)氣體與窯外冷空氣的壓強(qiáng)差，即表壓，用Ps表示。當(dāng)表壓Ps＞0時，窯內(nèi)氣體壓強(qiáng)比窯外冷空氣的壓強(qiáng)大，稱為正壓，此時窯內(nèi)氣體向外流出；當(dāng)Ps=0時，稱為零壓，窯內(nèi)氣體既不流出，窯外冷空氣也不流入窯內(nèi)，為動平衡狀態(tài)；當(dāng)Ps＜0時，稱為負(fù)壓，此時，窯外冷空氣流入窯內(nèi)。由此可知，氣體流動，其方向總是由壓強(qiáng)大的地方流向壓強(qiáng)小的地方，往窯內(nèi)鼓風(fēng)使窯內(nèi)靜壓提高，即為正壓，而抽風(fēng)處一般為負(fù)壓，所以控制好壓差就能控制氣體的流動方向。另外，零壓位置是陶瓷窯爐的一個重要操作參數(shù)，控制好零壓位置，就能控制窯內(nèi)正、負(fù)壓的大小，對窯內(nèi)壓強(qiáng)的合理分布有非常重要的意義。㈣伯努力方程式中各壓頭對窯爐中氣體流動的作用1.靜壓頭85靜壓頭的測量：靜壓頭可以用壓力計來測量，如圖所示，壓力計的一端與大氣相通，另一端與窯內(nèi)相連，管口垂直于氣體流動方向。

靜壓頭測量示意圖靜壓頭的測量：862.幾何壓頭幾何壓頭的物理意義是指窯內(nèi)單位體積的熱氣體比窯外同高度的冷空氣多具有的位能。

幾何壓頭的產(chǎn)生是由于窯內(nèi)有一個幾何高度，里面充滿熱氣體，其密度小于窯外冷空氣，因此，在窯內(nèi)外連通的情況下，窯外冷空氣密度大，沉于下部，托舉窯內(nèi)熱氣體，使熱氣體上升而造成的。2.幾何壓頭幾何壓頭的物理意義是指窯內(nèi)單位體積87由此可知，幾何壓頭使氣體流動方向總是向上的，這也就是熱氣體自然向上流動的原因。如果要使熱氣體由下向上流動，幾何壓頭成為推動力；而熱氣體由上向下流動（如倒焰窯），幾何壓頭就成為了阻力。

幾何壓頭還受高度的影響，其沿高度方向上的分布規(guī)律：當(dāng)基準(zhǔn)面選在上部時，越向下，幾何壓頭越大。

由于窯內(nèi)的氣體溫度總是比窯外空氣溫度高，而窯內(nèi)又總有一定高度，所以幾何壓頭肯定是存在的，它的存在，從而使熱氣體向上流，冷空氣向下流，加劇窯內(nèi)氣體分層，增大上、下溫差。

幾何壓頭是一種相對能量，無法直接測量，只有在基準(zhǔn)面確定后，才能通過計算求得。由此可知，幾何壓頭使氣體流動方向總是向上的，這883.動壓頭動壓頭的物理意義是指單位體積的氣體流動時所具有的動能。動壓頭的大小取決于氣體的流速，氣體流速越大，氣體紊亂程度越大，從一定程度上克服幾何壓頭造成的窯內(nèi)上、下溫差，使窯內(nèi)溫度更加均勻。所以要求窯內(nèi)氣體有一定的流速（大于1）；流速越大，造成的窯內(nèi)阻力損失也會增大，其流速應(yīng)控制在一個合理的范圍內(nèi)。動壓頭可用畢托管來測量，其測量原理如圖所示。3.動壓頭動壓頭的物理意義是指單位體積的氣體流894.壓頭損失⑴摩擦阻力損失

氣體在流動過程中，由于氣體質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)間以及氣體質(zhì)點(diǎn)與管壁間相互碰撞和摩擦造成的能量損失稱為摩擦阻力損失。其值可用下式表示：式中：—各段管道長度，

—各段管道內(nèi)徑或當(dāng)量直徑，；—各段管道摩擦因數(shù)，和管壁的粗糙程度有關(guān),如磚砌管道：=0.05～0.06。4.壓頭損失⑴摩擦阻力損失90⑵局部阻力損失在氣流通道發(fā)生局部變形（如擴(kuò)張、收縮、轉(zhuǎn)彎、分支、合流、通道設(shè)置閘板等）處，氣體質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)間、氣體質(zhì)點(diǎn)與管壁間相互沖撞，產(chǎn)生的局部能量損失，稱為局部阻力損失。局部能力損失可用下式計算：

式中：—局部阻力系數(shù)，可從相關(guān)手冊和書籍查⑵局部阻力損失在氣流通道發(fā)生局部變形（如擴(kuò)張、91⑶料垛阻力損失窯內(nèi)氣流通過陶瓷坯體或其他物料料垛時，產(chǎn)生的能量損失，稱為料垛阻力損失。既有摩擦阻力損失，又有局部阻力損失。料垛阻力損失與料垛形狀、碼垛方法、碼垛密度等有關(guān)，難于從理論上計算，通常采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即每米料垛阻力約為1。⑶料垛阻力損失窯內(nèi)氣流通過陶瓷坯體或其他物料料925.壓頭的相互轉(zhuǎn)換伯努力方程式本身在表達(dá)能量守恒的同時，也表明各種能量之間可以相互轉(zhuǎn)變。伯努力方程式中的靜壓頭、幾何壓頭、動壓頭與壓頭損失之和為一常數(shù)，那么，只要其中有一個增大或減小，必然會引起其它壓頭作相應(yīng)的減小或增大。由于壓頭損失只發(fā)生在氣體流動時，因此，只有通過動壓頭才會引起壓頭損失（轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔?，而且是不可逆的?.壓頭的相互轉(zhuǎn)換伯努力方程式本身在表達(dá)能量守93㈤伯努力方程式在陶瓷窯爐中的應(yīng)用1.煙囪及其作用⑴煙囪的種類為了使窯內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣排出窯外，排煙方法有兩種:①是用煙囪進(jìn)行自然排煙，稱為自然通風(fēng)；②是用引風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械排煙，稱為機(jī)械通風(fēng)。在機(jī)械通風(fēng)的窯爐中，煙囪主要起使氣體導(dǎo)向的作用，即將煙氣排至高空；自然通風(fēng)的窯爐，煙囪不僅將煙氣排出窯外，更重要的是依靠它產(chǎn)生的抽力，以克服窯爐系統(tǒng)內(nèi)氣體流動的阻力，引導(dǎo)窯爐系統(tǒng)氣體流動。自然通風(fēng)的煙囪㈤伯努力方程式在陶瓷窯爐中的應(yīng)用1.煙囪及其作用自然通風(fēng)的煙94

自然通風(fēng)的特點(diǎn)：前者設(shè)備簡單，不需耗電，維修費(fèi)用少，工作可靠，使用年限長，特別是對缺乏電力或排煙溫度較高（300℃～450℃）窯爐較為適用。其缺點(diǎn)在于基建費(fèi)用大，抽力受氣候變化的影響大，夏季與冬季、白天與黑夜、晴天與雨天，煙囪的抽力都有變化。

機(jī)械通風(fēng)的特點(diǎn)：受外界氣候變化的影響很小，排煙穩(wěn)定，調(diào)節(jié)也比較靈敏，缺點(diǎn)在于設(shè)備多，成本高，耗電量大，易受電壓變化的影響，操作控制、維修保養(yǎng)都比較復(fù)雜。自然通風(fēng)的特點(diǎn)：前者設(shè)備簡單，不需耗電，維修費(fèi)95⑵煙囪的作用窯爐系統(tǒng)中的氣體流動總是由壓強(qiáng)高的地方流向壓強(qiáng)低的地方，窯內(nèi)氣體從正壓可以流向零壓，那么從零壓就必須流向負(fù)壓，那么這個負(fù)壓對于自然通風(fēng)的窯爐，就必須依靠煙囪的抽力來提供。下圖說明煙囪的作用。圖中箭頭所示為氣體流動的方向，由于整個窯爐系統(tǒng)溫度變化較大，可分段對窯爐系統(tǒng)的氣體列伯努力方程。

⑵煙囪的作用窯爐系統(tǒng)中的氣體流動總是由壓強(qiáng)高96對1-1、2-2截面上的窯內(nèi)氣體列伯努力方程

（a）

同理，可列出其余各段氣體的伯努力方程

（b）

（c）

（d）

將上述4式相加，考慮煙囪所要提供的抽力從零壓面開始，可令=0。經(jīng)整理后得：

式中：—從零壓面至煙囪底部的幾何壓頭損失，當(dāng)氣體從上向下流動時為正值，反之為負(fù)值。

—從零壓面至煙囪底部的全部阻力損失。對1-1、2-2截面上的窯內(nèi)氣體列伯努力方程

97

上式的右邊必大于零，即＞0?？梢姛焽璧某榱词菬焽璧撞啃纬傻呢?fù)壓，它用來提供從零壓面至煙囪底部動壓頭的增量，克服氣體流動過程中的幾何壓頭損失和其它能量損失。囪底負(fù)壓越大，抽力越大，通風(fēng)能力越強(qiáng)。

98⑶煙囪抽力的產(chǎn)生煙囪抽力又是如何提供這個煙囪底部負(fù)壓的呢？下面以截面6-6為基準(zhǔn)面對圖中5-5、6-6截面上的煙囪內(nèi)氣體列伯努力方程：整理得：由上式可知，由煙囪高度產(chǎn)生的幾何壓頭除提供煙囪內(nèi)氣體流動的動壓頭增量和補(bǔ)充煙囪內(nèi)氣體流動的能量損失之外，全部轉(zhuǎn)變成煙囪底部的負(fù)壓。煙囪的高度越高，囪內(nèi)氣體密度越小，外界空氣密度越大，煙囪的抽力越大。⑶煙囪抽力的產(chǎn)生煙囪抽力又是如何提供這個煙囪99⑷煙囪抽力的調(diào)節(jié)對于自然通風(fēng)的煙囪，一但建好其抽力變化不大。陶瓷燒成時，特別是間歇窯爐其煙囪的抽力需要經(jīng)常調(diào)節(jié)，以控制煙氣在窯內(nèi)的流動速度以及窯內(nèi)壓強(qiáng)的變化。煙囪抽力的調(diào)節(jié)一般有兩種方法：①在煙囪下部或主排煙道上設(shè)置閘板，通過改變煙囪的截面的大小來改變抽力大??；②在主排煙道上開孔，通過打開和堵塞開孔來調(diào)節(jié)煙囪抽力。

同學(xué)們想想：閘板的關(guān)、開是如何改變抽力的？打開或堵塞主排煙道開孔，煙囪抽力是變大還是變?。竣葻焽璩榱Φ恼{(diào)節(jié)對于自然通風(fēng)的煙囪，一但建好其1002.分散垂直氣流法則在陶瓷倒焰式窯爐中，熱氣體在垂直通道中自上而下流動時，被陶瓷坯體或物料分割成許多相互平行的小流股，稱為分散垂直氣流。分散垂直氣流法則認(rèn)為：在分散垂直氣流通道內(nèi)，為使各通道內(nèi)氣流溫度分布均勻，熱氣體應(yīng)自上而下流動；冷卻時，冷空氣應(yīng)自下而上流動，此法則只適用于幾何壓頭起主要作用的通道內(nèi)。

2.分散垂直氣流法則在陶瓷倒焰式窯爐中，熱氣101假定熱氣體在垂直通道中自上而下流動，在2-2截面后分成兩股氣流，分別在a、b通道中流動，在1-1截面后又混合成一股氣流流出通道，如圖所示。

設(shè)a、b為等截面通道，為保證溫度在、通道內(nèi)均勻分布，通道要具備什么條件呢？假定熱氣體在垂直通道中自上而下流動，在2-2截面后分成兩股氣102分別列出氣體在、兩通道2-2、1-1兩截面上的伯努力方程式，以2-2截面為基準(zhǔn)面。對于a通道：由于；

則同理在b通道：

分別列出氣體在、兩通道2-2、1-1兩截面上的103

要使、兩通道內(nèi)溫度分布均勻，則兩通道內(nèi)熱氣體的流速和流量應(yīng)一致，這就必須使兩通道兩端的靜壓差相等，即：

所以，有：

要使、兩通道內(nèi)溫度分布均勻，則兩通道內(nèi)熱104當(dāng)≤時，即忽略幾何壓頭對氣流溫度分布的影響時，兩通道氣流溫度分布均勻的條件為：。當(dāng)≤時，即阻力損失可忽略不計時，通道內(nèi)溫度分布將取決于幾何壓頭的影響。假如＜，則有＞，＜，此時為氣流阻力，因而使通道內(nèi)流量增加，通道內(nèi)流量減少，這樣通道內(nèi)溫度逐漸上升，通道內(nèi)氣流溫度逐漸下降，兩通道氣流溫度趨于均勻。用同樣方法也可推導(dǎo)出坯體或物料冷卻時，冷空氣應(yīng)自下而上流動，當(dāng)幾何壓頭起主要作用時，兩通道內(nèi)氣流溫度會自行調(diào)節(jié)均勻。當(dāng)≤時，即忽略幾何壓頭對氣流溫度1053.氣流通道大小與流量、流速的關(guān)系隧道窯內(nèi)煙氣從燒成帶向預(yù)熱帶流動，其主流方向?yàn)樗搅鲃樱a在窯內(nèi)的物料料垛在窯內(nèi)形成多條氣體通道。一般料垛與料垛之間的內(nèi)部通道較小，料垛與窯墻、窯頂之間的外部通道較大。在這些不同大小的通道中，氣體的流速和流量不同。

3.氣流通道大小與流量、流速的關(guān)系隧道窯內(nèi)煙106取1窯長內(nèi)的料垛來考慮，假定其中被料垛分成若干條獨(dú)立的氣體通道。就每一條氣體通道而言，料垛阻力可按摩擦阻力來考慮，可按下面的計算式計算：

…取1窯長內(nèi)的料垛來考慮，假定其中被料垛分成若干條獨(dú)立的氣體通107在1長的料垛中，認(rèn)為各條通道的長度相等。又由于各通道兩端的壓差相等，即阻力損失相等，可得

=……=

或

從上式可以看出，通道中氣體流速與該通道的當(dāng)量直徑的0.5次方成正比。通道當(dāng)量直徑越大，其流速也越大。在1長的料垛中，認(rèn)為各條通道的長度相等。又由于各通道兩端的壓108根據(jù)流速和流量的關(guān)系，得：

從上式可以看出，通道中氣體流量與該通道的當(dāng)量直徑的2.5次方成正比。通道當(dāng)量直徑越大，其流量更大。

本結(jié)論也適于熱氣體從上而下流經(jīng)陶瓷物料的窯爐中，如倒焰式窯爐。

窯內(nèi)煙氣攜帶大量熱量，煙氣流向哪里，哪里溫度就會升高，通道越大，氣體流量與流速也越大，升溫越快。所以為了對物料均勻加熱，在物料碼放時，應(yīng)力求通道合理分布，以使氣流分配合理。根據(jù)流速和流量的關(guān)系，109二.可壓縮氣體的流動陶瓷窯爐系統(tǒng)的高、中壓煤氣燒嘴，燃油霧化噴嘴、以及煤氣管道、油管道的吹掃噴嘴等，都是氣體在壓強(qiáng)高達(dá)幾個大氣壓的條件下噴出的。氣體從噴嘴中噴出時，壓強(qiáng)、溫度、密度等參數(shù)變化很大，和不可壓縮氣體流動相比，不僅有量的差別，而且有質(zhì)的不同。

二.可壓縮氣體的流動陶瓷窯爐系統(tǒng)的高、中壓煤110㈠理想可壓縮氣體伯努力方程式可壓縮氣體由于流速較高，可達(dá)到或超過音速，因此單位時間內(nèi)氣體與管壁交換的熱量與單位時間內(nèi)流過的氣體的總熱量相比可忽略不計，即可認(rèn)為屬絕熱流動。氣體所具有的能量有壓力能、熱力學(xué)能、動能、位能。相對而言，位能的變化很小，可忽略不計。

㈠理想可壓縮氣體伯努力方程式可壓縮氣體由于流速111對上圖所示的流動系統(tǒng)來說，以單位質(zhì)量的氣體為基準(zhǔn)，有：

常數(shù)（a）

壓力能熱力學(xué)能動能式（a）即理想可壓縮氣體的伯努力方程式。

根據(jù)熱力學(xué)，及，

故式（a）又可寫為：

=常數(shù)(b)

=常數(shù)(c)

=常數(shù)

(d)對上圖所示的流動系統(tǒng)來說，以單位質(zhì)量的氣體為基準(zhǔn)，有：

112㈡可壓縮氣體通過漸縮噴嘴流出的流速與流量

設(shè)有一個容量足夠大的大型氣罐，罐中的高壓氣體通過一個小流量的漸縮噴嘴流入壓強(qiáng)為Pa的空間，如圖所示，罐中氣體的參數(shù)在短時間內(nèi)可視為常數(shù)。氣體在氣罐中的流速可視為零。流速為零的狀態(tài)稱為滯止?fàn)顟B(tài)。滯止?fàn)顟B(tài)的參數(shù)標(biāo)以下標(biāo)“s”表示。氣體進(jìn)入漸縮噴嘴后加速運(yùn)動，至出口的2-2截面速度最大。

㈡可壓縮氣體通過漸縮噴嘴流出的流速與流量設(shè)有113氣體在噴嘴中的流動可看作絕熱流動，如將氣體近似看作理想氣體，則對0-0和2-2截面有：

(a)

則流速：

(b)氣體在噴嘴中的流動可看作絕熱流動，如將氣體近似114

因?yàn)槭墙^熱過程，將絕熱方程

代入式（b），

故流速又可寫為：

因?yàn)槭墙^熱過程，將絕熱方程

115對于流量，由于質(zhì)量流量且故：

式中：—質(zhì)量流量，；

—噴嘴出口截面積，。對于流量，由于質(zhì)量流量116實(shí)際氣體流動時有能量損失，其噴出速度和質(zhì)量流量均小于上述理想值。

=

=

式中稱為速度系數(shù)，稱為流量系數(shù)。和的大小反映出噴嘴的工作效率。設(shè)計良好的噴嘴，在大雷諾數(shù)（≥）下工作時，=0.96～0.99，=0.99；當(dāng)雷諾數(shù)比較低時，因邊界層相對較厚，以致和值會顯著降低。實(shí)際氣體流動時有能量損失，其噴出速度117三.氣體射流氣體脫離了原來限制它流動的管道，不再受固體壁面的限制，而在空間繼續(xù)擴(kuò)散流動，這種氣體的流動稱為射流。如噴射到窯內(nèi)的可燃?xì)怏w、煙囪冒出的煙氣等都屬于射流現(xiàn)象。射流有層流和湍流兩種流動狀態(tài)。另外，射流射入空間的大小對射流的流動規(guī)律也有很大影響。當(dāng)氣體噴射到充滿靜止介質(zhì)的無限空間中去時，射流完全不受固體壁面的限制，這種射流稱自由射流；