燃气燃烧与应用-chap11

第十一章民用燃气用具（DomesticGas-Appliance）1炊事用具2热水器具3冷藏器具4空调采暖器具5其他器具•家用燃气灶——单眼、双眼、多眼、饭煲…...•公用事业炊事器具——炒菜灶、蒸饭、大锅灶...•烘烤器具——烤箱、烤鸭炉、糕点炉…...•热水器、沸水器、冷凝式、平衡式…...•冰箱•暖风机、采暖炉、红外辐射器…...•煤气灯、煤气熨斗、煤气吹风机、消毒器...第一节燃气炊事用具及其他燃具家用双眼灶进气管开关钮燃烧器火力调节器盛液盘灶面锅架灶框•火孔——圆形、方形；•火孔中心线与水平面夹角40~50o;•锅支架高度25~35mm；•至少一个锅支架能适应直径100mm的平底锅；•熄火保护装置；1进气管2恒温器3燃气管4主燃烧器5喷嘴6燃气阀门7点火电极8点火辅助9压电陶瓷10燃具阀纽11空气调节器12内箱13托盘14托网15恒温器感温件16绝热材料17排烟口18温度指示19拉手20玻璃21门22烤箱腿直火式燃气烤箱燃气系统——进气、燃烧、控制、排烟；传热系统——绝热层、恒温控制；吸收式空调机工质对——溴化锂、水；组成：加热器/冷凝器/蒸发器/吸收器/热交换器/泵……流程加热器(发生器)冷凝器蒸发器吸收器加热器(受热蒸发)冷凝器(放热凝结)蒸发器(吸热蒸发)吸收器水蒸气节流稀溶液浓溶液燃气压缩式热泵(Gas-engineHeatPump,GHP)燃气发动机压缩机蒸发器减压阀供热回水供热供水冷凝器废气排放发动机冷却水•原理——电动热泵；•发动机余热回收、辅助加热；•风冷系统功率一般较小，适合商业用户；•大型系统多采用水冷，制冷燃气吸收式热泵蒸发器吸收器减压阀冷凝器发生器低压系统高压系统组成——原理：•与吸收式制冷相同；•将低温热源的热量＋燃烧产生热量，一起送给高温热源。第二节燃气热水器•直流式热水器(InstantaneousWaterHeater)•容积式热水器(StorageWaterHeater)一、直流式(快速式)热水器按照结构划分：水套式和水管式两种水管式•8~16mm铜管绕制筒体+翼片管；•翼片管传热占85%，筒体盘管传热占15%；•翼片管面积增大，有利传热——过大易后沸，一般取0.34~0.52m2/10kW;•翼片为0.4~0.6mm厚铜板，片距3~5mm.按照控制方式——压力式(前制式)和压差式点火小火主燃烧器弹簧燃气阀阀杆节流孔水腔薄膜压力式热水器工作原理压力式热水器：•气水联锁阀——水压信号与弹簧力平衡；•水开启水压升高作用于薄膜上的力大于弹簧力推开燃气阀门燃烧器供气开始工作。反之亦然。•控制阀门必须设在热水器进水处！•控制阀门若装在下游，停水后易发生——燃气关闭稍滞后、后沸•适合于小型快速热水器。薄膜水腔-高压侧水腔-低压侧节流孔阀杆燃气阀弹簧压差式热水器：•气水联锁阀——水侧差压信号与弹簧力平衡；•水开启水侧差压增大作用于薄膜上的力大于弹簧力推开燃气阀门燃烧器供气开始工作。反之亦然。•控制阀门可设在热水器进水处，也可设在热水出口处。•又称“后制式”热水器。•可用于多点供水。压差式快速热水器排烟管安全排烟罩热交换器燃烧器燃气喷嘴调节阀缺水安全阀水气联锁阀气阀附件电磁阀滤网冷水进口水气联锁阀总成水阀接头水阀燃气供入管点火阀主燃气阀总开关主燃烧器供气调节压电点火器变换器箱点火燃烧器热电偶温度传感器余热回收式快速热水器余热回收器引风机换热器中和器供水口燃气给水阀侧壁蛇管节能降低排烟温度烟气中的水份凝结低温腐蚀酸性凝结水中和，排出中和器：Mg改变水质Mg+2H2OMg(OH)2+H2Mg(OH)2+2HNO3Mg(NO3)2+2H2OMg(OH)2+H2SO4MgSO4+2H2OMg+2HNO3Mg(NO3)2+H2二、容积式热水器储水筒开放式——热损失大，易清洗封闭式——热损失小，难清洗(压力容器)热效率比快速式热水器低5~10%•燃气系统：燃气引入管、燃气阀门装置、电气点火装置、火焰检测装置(安全装置)、主燃烧器等；•水路系统：给水阀门、减压/逆止阀、储水箱、回流管、出水阀、排水阀等；•热交换系统：燃烧室、热交换器等；•烟气排除系统：烟管、安全排气罩、排气筒等；燃气进入管燃气阀门装置电点火装置火焰检测装置主燃烧器给水阀门减压逆止阀储水箱排水阀储水箱(大)恒温器出水口出水口回流管燃烧室热交换器排气筒安全排气罩全封闭式容积热水器三、平衡式热水器按照排烟方式直排式烟道式平衡式强制排风式小功率热水器，现已停止生产！•使用专门设计的排烟罩；•一次空气、二次空气都由排烟产生的浮力自室外吸入；•不消耗室内空气；•燃烧室内压力不受室外风力影响。平衡式容积热水器第三节民用燃具的工艺设计一般组成：燃气空气供应系统；燃烧器；燃烧室、加热室；烟气排除系统；外壳和附件等；一、关于工艺设计的几个问题(一)燃烧和燃烧器热负荷、安全系数；燃烧方法；合理的设计参数；燃烧器的耐久性；1燃具额定热负荷•单位时间内燃气燃烧所产生的热量(kW或kJ/hr);•确定方法——对加热设备进行热平衡，使有效热量满足加热工艺要求。(1)被加热物质没有相变的情况kW100360012ttcWKQK——安全系数，1.28~1.40；考虑燃气压力降低、热值的变化对加热功率造成的影响。(2)被加热物质与熔融状态相伴时kW100360012mttcWKQ＋(3)被加热物质与蒸发过程相伴时kW1003600'12rttcWKQ＋(4)烤箱的热负荷Q=34.89L+1.0467(kW)根据燃具的尺寸、结构紧凑等要求，确定燃烧器的个数，之后可确定每个燃烧器的热负荷。2燃烧方法的确定•被加热物质所要求的加热温度；•燃烧室构造和燃烧室热强度；•火焰长度；•燃烧器特点；•燃烧器的耐久性；•燃烧器成本和维修难易程度；3燃烧稳定性确定合适的一次空气系数、火孔热强度等设计参数。(二)热效率%100Qq•是燃烧过程和传热过程的综合效率；•是反映燃具经济性的重要指标；•在考虑提高热效率时，必须同时成本问题、耐久性、维护方便程度、CO排放指标。常见燃具的热效率指标燃气灶：≥55％；快速式热水器：≥80％；沸水器：70~80％；容积式热水器：≮75％；食堂大锅灶：45~55%；炒菜灶：30~50%;水管式蒸饭器：60~70%；火管式蒸饭器：65~75%；(三)热平衡分析•表示能量的使用情况；•指出能量损失情况，使改进有针对性；(四)适用性与安全性自动控制功能日益完善——自动操作；安全保护——熄火保护、缺氧保护、防过热保护。(五)燃具材料•耐热性、耐腐蚀性、热传导性、热容量、机械强度、外观质量、成本高低、维护程度……(六)造型与构造结构尽量简单；燃烧器、燃烧室、燃气管、水管等——考虑便于维护。二、燃烧室、加热室的设计(一)燃烧室设计1燃烧室容积的确定•燃烧室容积热强度——qv(kW/m3)；•实质是保证燃气在燃烧室内的停留时间足够完成燃烧(从点火到燃烬的过程)；选取细则一•大气式燃烧器——一般1.163×103kW/m3;•有水冷壁、水循环好——可稍大于1.163×103kW/m3;•热风采暖装置——0.87×103kW/m3;不宜超过1.163×103kW/m3;外侧保温欠佳，0.58×103kW/m3;燃具种类燃烧室容积热强度(kW/m3)燃烧方式燃烧室深度或高度(从燃烧器到水管群的距离)(mm)燃烧室壁状况浴盆热水器立式1.163~2.326部分预混100~150水冷铜壁(水/自然循环)卧式1.163~1.744部分预混150~350水冷铜壁(水/自然循环)热水器小型快速0.233~0.349扩散式火焰长度的5~7倍或150~350水冷铜壁(水/强制循环)小型快速2.33~3.49部分预混火焰长度的4~7倍水冷铜壁(水/强制循环)大型容积1.163~1.744部分预混70~100水冷铜壁(水/自然循环)采暖炉大型热交换式0.58~1.16部分预混150~200侧壁为铁或耐火材料，顶部为空冷式铁壁辐射板式3.49~7.0部分预混——耐火材料烘干机0.35~0.58部分预混300~400空冷式铁壁工业燃烧炉3.49~4.65鼓风式——耐火材料大型烤箱灶——部分预混28~35(顶部燃烧器到灶面板)顶部为水冷式铜壁或铝壁小型燃气锅炉1.163~1.744部分预混——水冷式铁壁选取细则二•采用扩散式燃烧时，容积热强度小于部分预混式(火焰长度问题)选取细则三•快速热水器——燃烧器到翼片管的间距按照火焰长度的倍数确定，其大小与热负荷成正比；选取细则四燃烧室与加热室为一体时，燃烧室的容积？快速热水器——内筒断面积乘以燃烧器到翼片管的间距；浴盆热水器——燃烧室断面积乘以燃烧器到第一根水管的间距；溶液槽、熔化炉——槽底面积乘以槽底到燃烧器顶部的间距。计算燃烧室容积vglqBHV燃气系数，0.85~0.93燃烧室容积热强度Note：火焰不能接触水冷壁或室壁，否则不完全燃烧和结碳！2燃烧室二次空气供应与排烟二次空气进入口面积QKFinK=5.20~7.31(cm2/kW)排烟口位置对烟气流动和气流组织有非常重要的影响；利用热烟气的浮力，并且，烟气可均匀地加热物质；烤箱排烟口的布置与烟气流动上部排气上部排气+挡板型下部排气带烟道的下部排气上挡板+下烟道排烟口总面积QFe=5.20~7.31(cm2/kW)3燃烧室设计步骤Step1——根据燃气种类、组分进行燃烧计算；Step2——确定加热方法，定出加热面形式；Step3——确定小时处理量，计算燃烧器的热负荷；Step4——确定燃烧器种类、数目、头部形式、布置形式，燃烧器布置应与加热室相适应。Step5——确定燃烧室尺寸；Step6——确定燃烧室二次空气进口总面积及开口形式；Step7——确定排烟口总面积及开口位置；(二)加热室设计•确定被加热物体所需要的加热室；计算出换热面积；•保证被加热物料的质量；保证燃具的热效率；1加热方法与特征(1)液体加热——五种方法直火锅加热：传热面积小，加热能力受限制；热效率较低，35%~55%直立炉加热：•液体自然循环；热效率较高，70%~85%•烟气中的水分会凝结、滴落到燃烧器上；浸管加热：•烟管浸没在液体中；•热效率65~85%；•烟气中析出的水易排除；•易出现不完全燃烧和燃烧噪声；水管加热：第一种：燃烧室壁不参与换热，热效率低，60~70%；第二种：换热条件改善，75~80%；浸没燃烧：高温烟气直接与水接触，将水加热，热效率90%或更高；(2)固体加热——直接加热、间接加热局部快速加热：——短焰或高温烟气直接烘烤；——不需要加热室；——广泛应用于锻造炉、金属切割、玻璃加工等工艺；直接加热：均匀高温加热：——被加热物料置于燃烧室，利用高温烟气和炉壁辐射加热；——广泛用于金属加热炉；干燥、烘烤加热：——低温烟气对流加热物料；——用于干燥器、烘烤炉；间接加热：•被加热物料需要高温但不宜与火焰或烟气接触时；•罩式炉、辐射管等；•固体熔融——铝制器件加工。气体加热：•直接加热或间接加热。•热风炉。2换热面设计——加热室设计的主要任务；——考虑如何提高热效率；——考虑寿命、冷凝水排出和制造难易等因素；换热面积的经验取值：•容积式热水器：每10kW取换热面积0.43~0.49m2;•直流式(快速)热水器：每10kW换热面积0.34~0.52m2;翼片面积占70%；•浴盆用热水器：每10kW换热面积0.52~0.77m2；具体的热工计算在chap14中详细介绍三、民用燃具的检验和使用(一)评价燃具的质量标准热工指标、工作性能指标1燃具额定热负荷(NominalHeatinputrate)•不同燃具符合相应的国家标准规定；•检测时使用基准气、在额定压力下进行。对民用双眼灶：——至少有一个灶眼的燃烧器功率不小于2.9kW；——全部燃烧器同时工作时的功率与各燃烧器单独工作时的功率之和相比，不得小于90%；2燃具前的燃气压力人工煤气1.0kPa;LPG+空气：1.0kPa;