第七章大气式燃烧器.

第七章大气式燃烧器•大气式燃烧器的定义•大气式燃烧器的构造和工作原理•大气式燃烧器的特点及应用范围•大气式燃烧器的设计计算大气式燃烧器的定义按照部分预混燃烧方法设计的燃烧器称为大气式燃烧器，其一次空气系数0а′1。实际应用中，大气式燃烧器的一次空气系数а′通常为0.45∽0.75，过剩空气系数а通常在1.3∽1.8范围内变化。大气式燃烧器的构造及工作原理大气式燃烧器通常由引射器及头部两部分组成1—调风板；2—一次空气口；3—引射器喉部；4—喷嘴；5—火孔引射器1.引射器的结构图7-2所示为引射器，燃气在一定压力下，以一定流速从喷嘴流出，进入吸气收缩管，燃气靠本身的能量吸入一次空气。在引射器的混合管内燃气和一次空气混合，然后，经头部火孔流出进行燃烧。2.引射器的作用•以高能量的气体引射低能量的气体，并使两者混合均匀；·在引射器末端形成所需的剩余压力，用来克服气流在燃烧器头部的阻力损失，使燃气-空气混合物在火孔出口获得必要的速度；·输送一定的燃气量，以保证燃烧器所需的热负荷。3.引射器的工作原理常压吸气低压引射器的工作原理如图7-21所示。图7-21常压吸气低压引射器的工作原理1—喷嘴；2—吸气收缩管；3—喉部；4—混合管；5—扩压管图7-23常用的三种常压引射器4.引射器的形式常用的三种引射器的形状及尺寸比例如图7-23所示。其中1型引射器为最佳，能量损失系数K值最小，但引射器最长。2型和3型引射器阻力较大，但长度较短。当喷嘴前燃气压力较高，允许有较大的能量损失时，可采用后两种形式。图7-23常用的三种常压引射器5.常压吸气低压引射器的基本方程引射器计算的基础是动量定理、连续性方程及能量守恒定律。a.喷嘴方程式（7-27）式中H—喷嘴前燃气压力，Pa；μ—喷嘴流量系数；v1—喷嘴出口的燃气速度，m/s；pg—燃气密度，kg/m3。b.引射器特性方程式式（7-30）式中h—引射器出口的静压力，Pa；F—无因次面积，为喉部面积Ft和喷嘴出口面积Fj的比，即F=Ft/Fj，它是引射器计算的基本参数；μ—质量引射系数，μ=ma/mg为燃气与引射空气的质量流量之比；μs—容积引射系数，s为燃气相对密度；K—能量损失系数。c.引射器最佳工况所对应的最佳无因次面积式（7-32）最大无因次压力式（7-33）燃烧器的头部1.燃烧器头部的形式燃烧器头部的作用是将燃气一空气混合物均匀地分布到各火孔上，并进行稳定和完全燃烧。为此要求头部各点混合气体的压力相等，要求二次空气能均匀地畅通到每个火孔上。如图7-10所示为铸铁锅炉上使用的典型大气式燃烧器。2.燃烧器头部的基本方程混合物从头部逸出时的能量损失由流动阻力损失、气流通过火孔被加热而产生气流加速的能量损失及火孔出口动压头损失三部分组成。头部必须具有的静压力可以表示为:式（7-9）式中h—头部必须具有的静压力（引射器出口的静压力），Pa；△P1—流动阻力损失，Pa；△P2—因气体膨胀而产生气流加速的能量损失，Pa；△P3—火孔出口动压力损失，Pa；K1—燃烧器头部的能量损失系数；vp—火孔出口气流速度（Nm/s）；ρ0mix—燃气—空气混合物的密度（kg/Nm3）式（7-10）ξP—火孔阻力系数；t—混合气体通过火孔被加热的温度，大多数情况下t=50∽100℃。式（7-6）μp—火孔流量系数，与火孔的结构特性有关。µ—质量引射系数；s—燃气的相对密度。低压引射大气式燃烧器的基本方程由喷嘴方程及头部特性方程可得低压引射式大气燃烧器特性方程：式（7-37）22112(1)(1)uusFhKHF式中F1—燃烧器参数；h—引射器出口的静压力，Pa；F—无因次面积，为喉部面积Ft和喷嘴出口面积Fj的比；μ—质量引射系数；μs—容积引射系数，s为燃气相对密度；K—能量损失系数。式（7-39）从式（7-3９）可以看出燃烧器的引射能力只与燃烧器的结构有关，而与燃烧器的工作状态无关，即引射系数不随燃烧器热负荷的变化而变化。这一特性称为引射式燃烧器的自动调节特性。2112(1)(1)FuusKKF燃烧器的最佳工况（F1=Flop）相应于引射器的最佳工况（F=Fop）。最佳燃烧器参数：式（7-40）令可得如果A=1，则X=1，即F1=Flop，表明燃烧器计算工况与最佳工况一致。如果A›1，则X无实数解，表明燃烧器不能保证所要求的引射能力。如果A‹1，则表明燃烧器有多余的燃气压力。为了缩小燃烧器尺寸，可以非最佳工况作为计算工况或采用长度较短的引射器。大气式燃烧器的特点及应用范围优点：a．比自然引风扩散式燃烧器火焰短、火力强、燃烧温度高；b.燃烧各种性质的燃气，燃烧比较完全，燃烧效率比较高；c.可燃用低压燃气；d.适用性强。缺点：a.火孔热强度、燃烧温度满足不了某些工艺的要求；b.当热负荷较大时，多火孔燃烧器的机构比较笨重。应用范围：多火孔大气式燃烧器应用非常广泛，在家庭及公用事业中的燃气用具，如家用热水灶、热水器、沸水器及食堂灶上用得最多，在小型锅炉及工业炉上也有应用。单火孔大气式燃烧器在中小型锅炉及某些工业炉上也广泛应用。设计需确定的参数:▪火孔直径▪火孔间距▪火孔数目▪燃烧器前燃气所需要的压力▪燃气分配管直径大气式燃烧器的设计计算•燃烧器头部的设计计算•燃烧器引射器的设计计算•火焰高度的计算大气式燃烧器头部的设计计算设计需确定的参数:▪火孔直径▪火孔间距及深度▪火孔数目▪燃气分配管直径大气式燃烧器常用设计参数表7-11.火孔直径查表7-1选取2.火孔间距及深度查表7-1计算3.火孔数目qP由表７－１查出．pPQFqPPFnf214PPfd4．头部截面积计算通常取头部截面积为火孔总面积的两倍以上。大气式燃烧器引射器的设计计算设计需确定的参数:▪喷嘴直径▪选取引射器形式▪喉部直径▪计算引射器各部分尺寸引射器的设计计算1.喷嘴直径的计算1)喷嘴直径式中d—喷嘴直径，mm；Lg—燃气流量，m3/h；µ—喷嘴流量系数；s—燃气的相对密度；P—喷嘴前燃气压力，Pa。其中：燃气流量Lg式中Lg—燃气流量，m3/h；Q—燃烧器热负荷，kW;Hl—燃气低热值，kJ/m3。质量引射系数µ式中µ—质量引射系数；V0—理论空气需要量，m3/m3;s—燃气的相对密度.2.选取引射器形式根据图7-23选取一种引射器形式，确定能量损失系数K。3.计算喉部直径a.计算最佳燃烧器参数b.计算A值c.计算X值d.计算引射器喉部直径tlopPFXFF4ttdF4.按照所选引射器类型确定引射器其他部位尺寸。5.绘制燃烧器图。火焰高度的计算1.内焰高度式（7-14）式中hic—火焰的内焰高度，mm；fP—一个火孔的面积，mm2；qp—火孔热强度，kW/mm2;30.8610icPPhKfqK—与燃气性质及一次空气系数有关的系数，见表7-2。2.外焰高度式（7-15）式中hOc—火焰的外焰高度，mm；n—火孔排数；n1—表示燃气性质对外锥高度影响的系数：对天然气，n1=1.0；对丁烷,n1=1.08;310.8610PPocPsfqhnndfP—一个火孔的面积，mm2；qp—火孔热强度，kW/mm2;dP—火孔直径，mm；s—表示火孔净距对外锥高度影响的系数，参见表7-3例7-1设计一双眼灶用的燃烧器已知：燃烧器热负荷Q=2.8kW，燃烧某城市燃气，燃气热值Hl=13423kJ/m3,燃气密度ρg=0.71kg/m3，相对密度s=0.55，理论空气需要量V0=3.25m3/m3,燃气压力P=800Pa。[解](一)头部计算1．计算火孔总面积FP选取火孔直径dP=2.8mm,—次空气系数а′=0.6,相对的火孔热强度qp=11.6X10-3kW/mm22.计算火孔数目ndP=2.8mm时,一个火孔的面积fP=6.15mm23.火孔排列火孔布置成两排。内圈孔数n1=9孔，外圈孔数n2=30孔。内圈火孔和外圈火孔轴线与燃烧器平面夹角为60°。火孔间距为:4．计算火孔深度h5．确定头部尺寸头部截面积Fh相应的头部气流分配管直径Dh=18mm6．计算头部能量损失系数K1选取火孔流量系数µP=0.8,火孔阻力系数混合气体在火孔出口的温度t=100℃。按式（7-10）计算K1(二)引射器计算1．按式（7-12）计算引射系数2．选取引射器形式选取图7-23中的Ⅰ型引射器，其能量损失系数K=1.53.按式(7-1)计算喷嘴直径燃气流量为4.按式（7-40）计算最佳燃烧器参数5.按式（7-42）计算A值A‹1，说明燃气压力有剩余，故以非最佳工况作为计算工况。6.按式（7-42）计算X值7.按式（7-41）计算引射器喉部面积取喉部直径dt=9mm8.引射器其它尺寸见图(三)火焰高度计算1．火焰内锥高度根据炼焦煤气，а′=0.6，从表7-2查得K=0.072．火焰外锥高度由表7-3查得s=1.20已知燃气的组分、压力以及燃烧器的热负荷，根据燃烧器的工作条件及燃烧稳定性选出合理的设计参数，确定燃烧器的几何尺寸，绘制引射器尺寸图。1．设计一个双眼灶用的燃烧器。已知炼焦煤气的容积成分：H256％,CO6％,CH422％,C2H62％,CO23％,N210％,O21％,含湿量10g/Nm3干燃气.设计燃烧器热负荷Q=2.8kW。燃气压力1000Pa。2．设计一个双眼灶用的燃烧器。已知天然气的容积成分：CH490.48％,C2H60.34％,C3H80.02％,He3％,N25％,CO21.16％,含湿量12g/Nm3干燃气。设计燃烧器热负荷3.8kW。燃气压力2000Pa。3.设计一个双眼灶用的燃烧器。已知天然气的容积成分：H20.028％,CH496.308％,C2H60.484％,C3H80.048％,CO22.65％,N20.471％,H2S0.011％,含湿量11g/Nm3干燃气.设计燃烧器热负荷Q=3.8kW。燃气压力2000Pa。燃烧器常数C