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第九章燃气燃烧应用装置第九章燃气燃烧应用装置•用来实现燃烧过程的装置，统称为燃烧装置。对于燃气而言，它的燃烧装置主要是指燃气燃烧器，在工业上又常称为燃气烧嘴。•燃气燃烧器的类型很多，通常按其燃烧方式的不同分为三类，即：扩散式燃烧器、(部分预混)大气式燃烧器和完全预混式燃烧器。第一节扩散式燃烧器•按照扩散式燃烧方法设计的燃烧器称为扩散式燃烧器：扩散式燃烧器的一次空气系数a’＝o，燃烧所需要的空气全部在燃烧过程中供给。•根据空气供给方式的不同，扩散式燃烧器又可分为自然引风式和强制鼓风式两种。第一节扩散式燃烧器一、自然引风扩散式燃烧器二、鼓风扩散式燃烧器一、自然引风扩散式燃烧器(一)自然引风扩散式燃烧器的构造及工作原理•最简单的扩散式燃烧器是在一根钢管上钻一排火孔而制成的(如图9-1所示)。燃气在一定压力下进入管内，经火孔逸出后从周围空气中获得氧气而燃烧，形成扩散火焰。一、自然引风扩散式燃烧器(二)自然引风扩散式燃烧器的特点及应用范围•自然引风扩散式燃烧器结构简单，制造方便、具有燃烧稳定、不会回火且点火容易调节方便等优点。另外，还可利用低压燃气，并且不需要鼓风，无动力消耗。(二)自然引风扩散式燃烧器的特点及应用范围•但是，该种燃烧器燃烧热强度低，火焰长，需要较大的燃烧室。容易出现不完全燃烧现象，甚至冒黑烟。为使燃烧完全，必须供给较多的过剩空气。由于过剩空气系数较大，燃烧温度低，排烟热损失大。(二)自然引风扩散式燃烧器的特点及应用范围•扩散式燃烧根据燃气流动状态分为层流扩散燃烧和紊流扩散燃烧两种。其中层流扩散式燃烧器一般不适用于天然气和液化石油气。因为这两种燃气燃烧速度慢，容易产生不完全燃烧和烟炱。(三)自然引风扩散式燃烧器的设计计算•自然引风式扩散燃烧器的形式虽然很多，但其设计计算大同小异，均是以动量定理、连续性方程及火焰的稳定性为基础，目的是确定火孔直径、数目、间距及燃烧器前燃气所需要的压力。二、鼓风扩散式燃烧器(一)鼓风扩散式燃烧器的构造及工作原理•在鼓风式燃烧器中燃气燃烧所需要的全部空气均由鼓风机一次供给空气并不实现预混，因此燃烧过程不属于预混燃烧，而为扩散燃烧。(一)鼓风扩散式燃烧器的构造及工作原理•鼓风式燃烧器的燃烧强度与火焰长度均由燃气与空气的混合速度决定。为了强化燃烧过程和缩短火焰长度，常采用各种措施来加速燃气与空气的混合，例如，将燃气分成很多细小流束射入空气流中或采用空气旋流等。根据强化混合过程所采取的措施及工艺对火焰的要求，鼓风式燃烧器可以做成套管式、旋流式、平流式等各种式样。(二)鼓风扩散式燃烧器的特点及应用范围•与自然引风扩散式燃烧器相比，鼓风式燃烧器燃烧热强度大，火焰长短可调节。与热负荷相同的引射式燃烧器相比，其结构紧凑，体形轻巧，占地面积小。特别是当热负荷较大时，此优点更为突出。(二)鼓风扩散式燃烧器的特点及应用范围•另外，鼓风式燃烧器要求燃气压力低，热负荷调节范围大，能适应正压炉膛，容易实现粉煤—燃气或油—燃气联合燃烧。还可以采用预热空气或燃气，预热温度甚至可接近燃气着火温度，因此可以极大地提高燃烧温度，这对高温工业炉来说是非常必要的。(二)鼓风扩散式燃烧器的特点及应用范围•鼓风式燃烧器需要鼓风，耗费电能。燃烧室容积热强度通常比完全预混燃烧器小，火焰较长，因此需要较大的燃烧室容积。•另外，鼓风式燃烧器本身不具备燃气与空气成比例变化的自动调节特性，需配置自动比例调节装置。•鼓风式燃烧器主要用于各种工业炉及锅炉中。(三)鼓风扩散式燃烧器的设计计算•鼓风式燃烧器的种类很多，其计算方法也略有差异。但是，设计任何一种鼓风式燃烧器都必须充分考虑到，要使空气、燃气两股气流在有限的空间内充分混合。第二节大气式燃烧器•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0a’1。•根据燃气压力的不同，分为低压引射式与高(中)压引射式两种。前者多用于民用燃具，后者多用于工业装置。第二节大气式燃烧器一、大气式燃烧器的构造、工作原理及基本方程二、大气式燃烧器的特点及应用范围三、大气式燃烧器的设计计算一、大气式燃烧器的构造、工作原理及基本方程•大气式燃烧器通常由引射器及头部两部分组成。二、大气式燃烧器的特点及应用范围•大气式燃烧器比自然引风扩散式燃烧器火焰短、火力强、燃烧温度高。可以燃烧各种性质的燃气，燃烧比较完全，燃烧效率比较高。可燃用低压燃气。由于空气依靠燃气引射吸入，所以不需要送风设备。二、大气式燃烧器的特点及应用范围•与鼓风扩散式燃烧器相比，节省动力，调节方便。并且引射式燃烧器具有自动调节特性，当燃烧器热负荷在一定范围变动时，一次空气系数能自行稳定在设计值。与全预混燃烧器相比，大气式燃烧器热负荷调节范围宽，适应性强，可以满足较多工艺的需要。二、大气式燃烧器的特点及应用范围•大气式燃烧器的火焰稳定性不及扩散式燃烧器，且不适应正压炉膛。由于只预混了燃烧所需的部分空气，而不是全部空气，故火孔热强度、燃烧温度虽比自然引风扩散式燃烧器高，仍不能满足某些工艺的要求。当热负荷较大时，多火孔燃烧器的机构比较笨重。二、大气式燃烧器的特点及应用范围•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，如家用燃气灶、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。三、大气式燃烧器的设计计算•大气式燃烧器的计算，包括头部计算和引射器计算。第三节完全预混式燃烧器•按照完全预混燃烧方法设计的燃烧器称为完全预混式燃烧器。它是在部分预混式燃烧器的基础上发展起来的。在燃烧之前，供给完成燃烧所需的全部空气(即a=a’1)，并使燃气与空气充分混合，再经燃烧器火孔喷出进行燃烧。第三节完全预混式燃烧器•由于预先混合均匀，所以完全预混式燃烧能在较小的过剩空气系数下(通常a=1.05-1.10)实现完全燃烧，因此燃烧温度可以很高。一、完全预混式燃烧器的构造及工作原理•完全预混式燃烧器由混合装置及头部两部分组成。根据燃烧器头部结构的不同，完全预混式燃烧器可为分三种：①有火道头部结构；②无火道头部结构；③用金属网或陶瓷板稳焰器做成的头部结构。一、完全预混式燃烧器的构造及工作原理•完全预混式燃烧火焰传播速度很快，火焰稳定性较差，很容易发生回火。•为了防止回火，必须尽可能使气流的速度场均匀．以保证在最低负荷下各点的气流速度都大于火焰传播速度。一、完全预混式燃烧器的构造及工作原理•采用小火孔增大火孔壁对火焰的散热，从而降低火焰传播速度，是防止回火发生的有效措施。小火孔燃烧器在热负荷不是很大的民用燃具上有着广泛的应用。•在工业上用水冷却的方式来加强对火焰的散热。一、完全预混式燃烧器的构造及工作原理•完全预混式燃烧，由于在燃烧前预混了大量空气，使预混气流出口速度大大提高。当负荷较大时，也有出现脱火的可能。工业上的完全预混式燃烧器，常常用一个紧接着的火道来稳焰。一、完全预混式燃烧器的构造及工作原理•混合均匀的燃气—空气混合物经火孔进入火道时，由于流通截面突然扩大，在火道入口处形成了高温烟气回流区。回流烟气不仅将混合物加热，同时也是一个稳定的点火源。•火道由耐火材料做成，近似于一个绝热的燃烧室，可燃气体在此燃烧可以达到很高的燃烧温度。高温回流烟气和赤热的火道壁面都起到了很好的稳焰作用。二、完全预混式燃烧器的特点及应用范围•完全预混式燃烧器火焰短、燃烧热强度大，因而可缩小燃烧室体积；燃烧温度高，容易满足高温工艺要求。•过剩空气少(a=1.05~1.10)，用于工业炉直接加热工件，不会引起工件过分氧化。二、完全预混式燃烧器的特点及应用范围•设有火道，容易燃烧低热值燃气。完全预混式燃烧器燃烧完全，节约能源。•另外，可以采用引射器引射空气，不需鼓风，节省动力。二、完全预混式燃烧器的特点及应用范围•完全预混式燃烧器火焰稳定性差，尤其是发生回火的可能性大，因此调节范围较小。•为保证燃烧稳定，要求燃气热值及密度要稳定。为防止回火，头部结构比较复杂和笨重。二、完全预混式燃烧器的特点及应用范围•由于燃气与空气全预混，火孔出口流量明显增大，因而噪声大，特别是高负荷时更是如此。•完全预混式燃烧器主要应用于工业加热装置上。三、完全预混式燃烧器的设计计算•完全预混式燃烧器的设计计算也是包括头部与引射器的计算两部分，计算方法与大气式燃烧器类似。