擴(kuò)散式燃燒器主要尺寸和運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算

1、擴(kuò)散式燃燒器主要尺寸和運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算如本章第一節(jié)所述，燃燒裝置與器具的類型很多。本節(jié)重點(diǎn)介紹氣體燃料典型燃燒器主要尺寸和運(yùn)行參數(shù)的確定與計(jì)算。6.4.1.1 管式擴(kuò)散燃燒器的計(jì)算管式擴(kuò)散燃燒器結(jié)構(gòu)主要尺寸和運(yùn)行參數(shù)的確定與計(jì)算，是以動(dòng)量定理、連續(xù)性方程及火焰的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，以確定燃燒器的火孔直徑、火孔數(shù)目、頭部燃?xì)夥峙涔芙孛娣e及燃燒器前燃?xì)馑枰膲毫Φ?，其?jì)算步驟如下：1)選擇火孔直徑dp，及間距S 一般取dp=14mm，火孔太大不容易燃燒完全，火孔太小容易堵塞：火孔間距S，一般取S=(813)dp，以保證順利傳火和防止火焰合并為原則。2)火孔熱強(qiáng)度的選擇和火孔出口速度vp的計(jì)算 火孔熱強(qiáng)度

2、qp的選擇應(yīng)根據(jù)火孔直徑大小和燃燒不同性質(zhì)燃?xì)夥N類對(duì)火焰狀況的影響分析選擇。在此基礎(chǔ)上，再按式(6-91）計(jì)算火孔出口速度vp：（6-91）式中 vp為火孔出口速度，Nm/s；qp為火孔熱強(qiáng)度，kW/mm2；HL為燃?xì)獾蜔嶂?，kJ/mm3。3)計(jì)算火孔總面積Fp（6-92）式中 Fp為火孔總面積，mm2；Q為燃燒器熱負(fù)荷，kW。4)計(jì)算火孔數(shù)目n（6-93）5)計(jì)算燃燒器頭部燃?xì)夥峙涔芙孛娣eFg為使燃?xì)庠诿總€(gè)火孔上均勻分布，以確保每個(gè)火孔的火焰高度一致，通常頭部截面積不小于火孔總面積的2倍，即（6-94）6)計(jì)算燃燒器前燃?xì)馑枰膲毫通常燃?xì)庠陬^部流動(dòng)的方向與火孔垂直，故燃?xì)庠陬^部的動(dòng)壓不

3、能利用，這時(shí)頭部所需要的壓力h為：（6-95）式中 h為燃燒器頭部所需燃?xì)鈮毫?，Pa；p為火孔流量系數(shù)，與火孔結(jié)構(gòu)有關(guān)：在管子上直接鉆孔時(shí)，p=0.650.70。對(duì)于直徑小，而孔深淺的火孔，p取較小值，反之亦然；g為燃?xì)饷芏?，kg/Nm3； Tg為火孔前燃?xì)鉁囟?，K；h為爐膛壓力，Pa。當(dāng)爐膛為負(fù)壓時(shí)，h取負(fù)值。為保證火孔的熱強(qiáng)度，即保證火孔出口速度vp，燃燒器前燃?xì)鈮毫Ρ仨毜扔陬^部所需的壓力h，故H=h。若Hh，可用閥門或一節(jié)流圈減壓?！纠?-7】 設(shè)計(jì)一直管式擴(kuò)散燃燒器已知：燃?xì)鉄嶂礖L=16850kJ/Nm3，燃?xì)鈮毫=800Pa，燃?xì)饷芏萭=0.46kg/Nm3，火孔前燃?xì)鉁囟萒g=

4、308K，燃燒器熱負(fù)荷Q=23.4kW，爐膛壓力h=O?！窘狻?)選擇火孔直徑dp=2mm，火孔間距S=8d0=16mm。2)選取火孔熱強(qiáng)度qp=0.5kW/mm2，然后按式(6-91)計(jì)算火孔出口速度：3)按式(6-92)計(jì)算火孔總面積：4)按式(6-3)計(jì)算火孔數(shù)目：5)按式(6-94)計(jì)算頭部燃?xì)夥峙涔芙孛娣e：頭部燃?xì)夥峙涔軆?nèi)徑：6)按式(6-95)計(jì)算燃燒器所需壓力，取P=O.77)設(shè)計(jì)為一直管式擴(kuò)散燃燒器，則火管長(zhǎng)Lp為6.4.1.2 鼓風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器的計(jì)算鼓風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸及運(yùn)行參數(shù)的確定與計(jì)算與自然引風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器不同之處是燃燒所需空氣靠強(qiáng)制鼓風(fēng)供給。故此燃燒器的燃燒強(qiáng)度與

5、火焰長(zhǎng)度均由燃?xì)馀c空氣的混合強(qiáng)度決定。所以，燃燒器的計(jì)算內(nèi)容就包括空氣系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)兩部分。下面介紹鼓風(fēng)式蝸殼燃燒器的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟。(1)空氣系統(tǒng)的計(jì)算1)計(jì)算空氣通道面積Fp和直徑Dp（6-96）式中 Fp為空氣通道面積，m2；Q為燃燒器熱負(fù)荷，kW；qp噴頭熱強(qiáng)度，kW/m2。通常取qp=(3540)kW/m2。2)確定蝸殼結(jié)構(gòu)比ab/Dp2 蝸殼式燃燒器供給空氣的形式分等速蝸殼供氣和切向供氣兩種，如圖6-62所示：目前以等速蝸殼供氣應(yīng)用較多?？諝獾男D(zhuǎn)程度與蝸殼結(jié)構(gòu)比有關(guān)：ab/Dp2 越小，空氣的旋轉(zhuǎn)程度就越大，但阻力損失也將增大，通常卑ab/Dp2 =0.250.40。圖6-62 蝸

6、殼式燃燒器供空氣的形式（a）等速蝸殼供氣；（b）切向供氣3)確定空氣實(shí)際通道的寬度 由于空氣的旋轉(zhuǎn)，空氣在通道內(nèi)是呈螺旋形向前流動(dòng)的。因此，在圓柱形通道中心形成了個(gè)回流區(qū)。又由于回流區(qū)的存在，使空氣并非沿整個(gè)圓柱形通道向前流動(dòng)，而是沿邊緣環(huán)形通道向前流動(dòng)，其環(huán)形通道的寬度可按下式計(jì)算：式中 為環(huán)形通道寬度，cm；（6-98）式中，為環(huán)行通道寬度，cm；Dbf為回流區(qū)直徑，cm。4)計(jì)算空氣的實(shí)際流速a空氣在環(huán)形通道內(nèi)呈螺旋形流動(dòng)，其流動(dòng)速度按下式計(jì)算：（6-99）式中 va為空氣螺旋運(yùn)動(dòng)的實(shí)際速度，m/s；為過(guò)?？諝庀禂?shù)；V0為燃?xì)馊紵碚摽諝庑栌昧?，Nm3/Nm3Lg為燃?xì)夂牧?，Nm3/h；

7、Tg為空氣溫度，K；為空氣螺旋運(yùn)動(dòng)的平均上升角，其值與蝸殼供氣方式有關(guān)。5)計(jì)算燃燒器前空氣所需的壓力Ha（6-100）式中Ha為燃燒器前空氣所需的壓力，Pa；為空氣人口動(dòng)壓下的阻力系數(shù)，其值與供氣方式和蝸殼結(jié)構(gòu)比有關(guān)：對(duì)于蝸殼供氣，當(dāng)ab/Dp2 =0.35時(shí)，=2.82.9對(duì)于切向供氣，當(dāng)ab/Dp2 =0.35時(shí)，=1.82.0vin為燃燒器人口的空氣流速，m/s；且（6-101）式中 a、b為空氣人口幾何尺寸，mm；(2)燃燒系統(tǒng)的計(jì)算合理的燃燒器結(jié)構(gòu)應(yīng)使燃?xì)馍淞骶鶆蚍植荚诳諝饬髦?，?yīng)嚴(yán)格防止燃?xì)馍淞髟诳諝饬髦邢嗷ブ丿B，否則會(huì)使燃?xì)?空氣混合過(guò)程惡化。1)計(jì)算燃?xì)夥峙涫医孛娣eFg（6-

8、102）式中 Fg為燃?xì)夥峙涫医孛娣e，mm2；vg為燃?xì)夥峙涫覂?nèi)燃?xì)饬魉?，m/s，一般vg=1520m/s。2)計(jì)算旋空氣流中燃?xì)馍淞鞯拇┩干疃?燃?xì)饪卓谝话闩懦蓛闪校谑强傻胔2=0.36(6-103)h1=0.13(6-104)式中 h1、h2分別為燃?xì)饪卓诘谝?、第二排的射流穿透深度，mm；為回流區(qū)環(huán)形道邊寬度，mm。3)計(jì)算每排燃?xì)饪卓诘淖畲髷?shù)目Zmax和孔口直徑d2(d2為大直徑孔口的直徑)(6-105)式中 (Dp-2h2)為燃?xì)馍淞鞔┩干疃葹閔時(shí)，每排燃?xì)馍淞鬏S心所在圓的周長(zhǎng)，mm；S2為燃?xì)馍淞鞔┩干疃葧r(shí)的射流間距，通常取S2=2.5h2，mm。(6-106)式中 Ks為系數(shù)，與

9、孔口相對(duì)間距S/d有關(guān)，可通過(guò)查Ks與S/d關(guān)系圖求得：F為壓縮系數(shù)(在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)；Z2為大直徑孔口的數(shù)目，個(gè)。4)計(jì)算燃?xì)饪卓诘某隹谒俣葀g(6-107)5)計(jì)算燃?xì)饪卓诘目偯娣eF(6-108)6)計(jì)算燃燒器前燃?xì)馑鑹毫g(6-109)式中 Hg為燃燒器前燃?xì)馑鑹毫?，Pa；H為壓縮系數(shù)(考慮了然氣的可壓縮性面引入的校正值)；g為燃?xì)饪卓诹髁肯禂?shù)?！纠?-8】 計(jì)算一邊緣供燃?xì)獾墓娘L(fēng)式蝸殼擴(kuò)散燃燒器的結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)行參數(shù)。已知：燃?xì)夂牧縇g=200Nm3/h，燃?xì)鉄嶂礖L=36000kJ/Nm3，燃?xì)饷芏萭=0.70kg/m3，理論空氣需用量V0=9.4Nm3/Nm3，燃?xì)鉁囟萒g=29

10、3K，空氣溫度Ta=293K，過(guò)?？諝庀禂?shù)=1.1(采用蝸殼供氣)?！窘狻?空氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)行參數(shù)計(jì)算：1)計(jì)算空氣通道面積FP和直徑Dp，取qp=35103kW/m2，則取Dp=250mm取蝸殼結(jié)構(gòu)比ab/Dp2 =0.35，并取b=Dp=250mm則2)計(jì)算環(huán)形通道寬度及空氣實(shí)際速度va當(dāng)ab/Dp2 =0.35時(shí)，由表6-10查得回流區(qū)直徑Dbf為按式（6-98）計(jì)算的環(huán)形通道寬度為當(dāng)ab/Dp2 =0.35時(shí)，由表6-10查得=29度，則實(shí)際空氣流速va為3)計(jì)算空氣入口速度vin4)計(jì)算燃燒器前所需空氣壓力Ha取阻力系數(shù)=2.9，則燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)行參數(shù)計(jì)算：1)計(jì)算燃?xì)夥峙?/p>

11、室截面積Fg取vg=15m/s，則2)計(jì)算旋轉(zhuǎn)空氣流中燃?xì)馍淞鞯拇┩干疃萮1、h23)計(jì)算大直徑孔口在射流穿透深度時(shí)射流間距S2和大直徑孔口數(shù)目Z2和直徑d2取Z2=10個(gè)取F=0.98，Ks=1.7，則大直徑孔的直徑d2為4)計(jì)算燃?xì)獬隹谒俣葀g和孔口的總面積F5)計(jì)算燃燒器前燃?xì)馑鑹毫?Hg取H=0.94，g=0.7大氣式燃燒器主要尺寸和運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算由于大氣式燃燒器的構(gòu)造是由頭部和引射器兩部分組成，故結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)行參數(shù)也應(yīng)分別計(jì)算。(1)大氣式燃燒器頭部計(jì)算大氣式燃燒器頭部計(jì)算應(yīng)以火焰?zhèn)鞑ズ腿紵€(wěn)定理論為計(jì)算基礎(chǔ)。在選定頭部形式及火孔形狀的前提下，對(duì)頭部火孔尺寸、間距、孔深、火孔捧數(shù)、

12、火孔熱強(qiáng)度、火孔總面積、二次風(fēng)截面積及火焰高度應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。1)火孔尺寸可根據(jù)文獻(xiàn)9中表8-1選定，火孔間距及火孔排數(shù)可根據(jù)文獻(xiàn)9選定。2)頭部火孔熱強(qiáng)度qp的計(jì)算 火孔熱強(qiáng)度是火孔燃燒能力大小的指標(biāo)：燃?xì)庑再|(zhì)、一次空氣系數(shù)及火孔尺寸均對(duì)火孔燃燒能力產(chǎn)生影響，且：（6-110）式中 qp為火孔熱強(qiáng)度，kW/mm2；HL為燃?xì)獾蜔嶂担琸J/mm3；為一次空氣系數(shù)；V0為理論空氣需用量，Nm3/Nm3；vp為火孔出口氣流速度，Nm/s。3)頭部靜壓力h的計(jì)算 為保證在選定的火孔出口速度和火孔熱強(qiáng)度，燃?xì)夂涂諝饣旌衔镌陬^部必須具有一定的靜壓力，以克服混合物從頭部逸出時(shí)的能量損失。而能量損失包括混合物流

13、動(dòng)阻力損失、氣體加熱膨脹而產(chǎn)生氣流加速的能量損失及火孔出口動(dòng)壓頭損失三部分，故頭部靜壓力h為：（6-111）式中 h為燃燒器頭部的靜壓力，Pa；h1為流動(dòng)阻力損失，Pa；h2為氣體膨脹而產(chǎn)生氣流加速的能量損失，Pa；h3為火孔出口動(dòng)壓頭損失，Pa；K1為頭部的能量損失系數(shù)，且式中 p為火孔阻力系數(shù)；t為棍合氣通過(guò)火孔被加熱的溫度，；omix為燃?xì)?空氣混合物的密度，kg/Nm3。且式中 S為燃?xì)獾南鄬?duì)密度(空氣=1)；u為質(zhì)量引射系數(shù)。4)敞開(kāi)燃燒的大氣式燃燒器二次空氣口截面積F的計(jì)算（6-112）式中 F為二次空氣口的截面積，mm2；Q為燃燒器的熱負(fù)荷，kW。5)火焰高度的計(jì)算 大氣式燃燒器

14、燃?xì)馊紵龝r(shí)的火焰有明顯的內(nèi)、外焰錐，故其火焰高度有內(nèi)、外錐焰之分。火焰高度通常用實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)定，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：（6-113）式中 hic為火焰的內(nèi)錐高度，mm；fp為一個(gè)火孔的面積，mm2；qp為火孔熱強(qiáng)度，kW/mm2；K為系數(shù)，與燃?xì)庑再|(zhì)和一次空氣系數(shù)有關(guān)。（6-114）式中 hoc為火焰外錐高度，mm；n為火孔排數(shù)；n1為表示燃?xì)庑再|(zhì)對(duì)外錐焰高度影響的系數(shù)：對(duì)于丁烷，當(dāng)dp=2mm時(shí)，nl=0.5；對(duì)于天然氣，當(dāng)dp=3mm時(shí)，n1=0.6；對(duì)于焦?fàn)t煤氣，當(dāng)dp=4mm時(shí)，n1=0.770.79。S為表示火孔凈距對(duì)火焰外錐高度影響的系數(shù)。(2)大氣式燃燒器引射器的計(jì)算引射器的計(jì)算是

15、以動(dòng)量定理、連續(xù)性方程及能量守恒定律為基礎(chǔ)，主要對(duì)混合管進(jìn)行計(jì)算。1)引射器出口的靜壓力hh=h1+h2（6-115）式中 h為引射器出口的靜壓力，Pa；h1為混合管中恢復(fù)的靜壓力，Pa；h2為擴(kuò)壓管恢復(fù)的靜壓力，Pa。2)引射器混合管的摩擦阻力損失hmix的計(jì)算（6-116）式中 hmix為引射器混合管的摩擦阻力損失，Pa；mix為引射器中混合氣的密度，kg/Nm3；v3為引射器喉部混合氣的速度，m/s；mix為引射器中混合氣的摩擦阻力系數(shù)，且（6-117）式中 為摩擦系數(shù)；dt為混合管喉部直徑，mm；lmix為混合管長(zhǎng)度，mm。 3)對(duì)低壓大氣式燃燒器噴嘴燃?xì)饬髁縇g、噴嘴截面積Fj及噴嘴直徑d的計(jì)算由于燃燒器處于低壓下工作，故不考慮氣體的可壓縮性，且（6-118）式中 Lg為引射器噴嘴(圓形)的燃?xì)饬髁?，Nm3/h；為噴嘴流量系數(shù)，可用實(shí)驗(yàn)方法求得；d為圓形噴嘴直徑，mm；H為燃?xì)鈮毫?，Pa；S為燃?xì)庀鄬?duì)密度(空氣=1)；Q為燃燒器熱負(fù)荷，kW；Hl為燃?xì)獾蜔嶂?，kJ/Nm3。（6-119）式中 Fj為噴嘴截面積，cm2。（6-120）4)引射器的質(zhì)量引射系數(shù)u（6-121）式中 u為質(zhì)量引射系數(shù)?！纠?-9】 計(jì)算大氣式燃燒器頭部的火孔總