耐火材料與燃燒概論13

1、 氣體燃料在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。與其它類型燃?xì)怏w燃料在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。與其它類型燃料相比，氣體燃料具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如燃燒裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，輸送和調(diào)料相比，氣體燃料具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如燃燒裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，輸送和調(diào)節(jié)控制比較方便，燃燒產(chǎn)物中的污染物含量較低，有利于保護(hù)環(huán)境；使用節(jié)控制比較方便，燃燒產(chǎn)物中的污染物含量較低，有利于保護(hù)環(huán)境；使用氣體燃料還可以減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，因此開發(fā)和利用氣體燃料具有氣體燃料還可以減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，因此開發(fā)和利用氣體燃料具有重要意義。重要意義。 常用的氣體燃料有三大類，即天然氣、液化石油氣和人工煤氣。其可常用的氣體燃

2、料有三大類，即天然氣、液化石油氣和人工煤氣。其可燃成分主要是燃成分主要是H H2 2、COCO、CHCH4 4和低分子碳?xì)浠衔铩：偷头肿犹細(xì)浠衔铩?3.1 13.1 擴(kuò)散燃燒和動力燃燒擴(kuò)散燃燒和動力燃燒 在氣體燃料的燃燒中，由于燃料與氧化劑在氣體燃料的燃燒中，由于燃料與氧化劑( (空氣或氧氣空氣或氧氣) )同為氣相，同為氣相，所以這是一種均相燃燒。燃?xì)夂脱趸瘎┛梢栽谒腿肴紵抑邦A(yù)先混所以這是一種均相燃燒。燃?xì)夂脱趸瘎┛梢栽谒腿肴紵抑邦A(yù)先混合，也可以分別送入燃燒室再進(jìn)行混合。通常根據(jù)燃料與氧化劑有否合，也可以分別送入燃燒室再進(jìn)行混合。通常根據(jù)燃料與氧化劑有否預(yù)先混合可把燃燒分為兩類：一

3、類為預(yù)混燃燒，另一類為非預(yù)混燃燒。預(yù)先混合可把燃燒分為兩類：一類為預(yù)混燃燒，另一類為非預(yù)混燃燒。預(yù)混燃燒的特點(diǎn)是燃料與氧化劑預(yù)先按一定比例均勻混合，形成可燃預(yù)混燃燒的特點(diǎn)是燃料與氧化劑預(yù)先按一定比例均勻混合，形成可燃混合氣后燃燒，故燃燒速率決定于化學(xué)反應(yīng)速率，燃燒受化學(xué)動力學(xué)混合氣后燃燒，故燃燒速率決定于化學(xué)反應(yīng)速率，燃燒受化學(xué)動力學(xué)因素控制。非預(yù)混燃燒的特點(diǎn)是燃料與氧化劑在燃燒裝置內(nèi)邊擴(kuò)散混因素控制。非預(yù)混燃燒的特點(diǎn)是燃料與氧化劑在燃燒裝置內(nèi)邊擴(kuò)散混合邊燃燒。這時燃燒過程受到化學(xué)動力學(xué)因素與擴(kuò)散混合因素的影響。合邊燃燒。這時燃燒過程受到化學(xué)動力學(xué)因素與擴(kuò)散混合因素的影響。如果燃燒過程主要受擴(kuò)

4、散混合因素控制，則稱為如果燃燒過程主要受擴(kuò)散混合因素控制，則稱為擴(kuò)散燃燒擴(kuò)散燃燒。反之如果。反之如果主要受化學(xué)動力學(xué)因素控制，則稱為主要受化學(xué)動力學(xué)因素控制，則稱為動力燃燒動力燃燒。 氣體燃料、液體燃料與固體燃料的燃燒中，根據(jù)燃燒條件可能都會出氣體燃料、液體燃料與固體燃料的燃燒中，根據(jù)燃燒條件可能都會出現(xiàn)動力燃燒和擴(kuò)散燃燒，或處于兩者之間的過渡燃燒。本章只討論氣體燃現(xiàn)動力燃燒和擴(kuò)散燃燒，或處于兩者之間的過渡燃燒。本章只討論氣體燃料的擴(kuò)散燃燒，它是研究擴(kuò)散燃燒的基礎(chǔ)。料的擴(kuò)散燃燒，它是研究擴(kuò)散燃燒的基礎(chǔ)。 一般來說，燃燒所需的全部時間通常包括兩部分：即一般來說，燃燒所需的全部時間通常包括兩部分：

5、即氣體燃料與氧化氣體燃料與氧化劑混合所需時間劑混合所需時間mixmix以及燃料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需時間以及燃料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需時間cheche。如果不考慮這。如果不考慮這兩種過程的重疊，則整個燃燒時間兩種過程的重疊，則整個燃燒時間就是上述兩種時間之和，即就是上述兩種時間之和，即=mixmix+cheche。如果。如果mixmix12=13143511的預(yù)混氣燃燒，因的預(yù)混氣燃燒，因?yàn)檫@時燃燒的火焰中含發(fā)光碳粒較少且火焰較短，在熾熱的爐壁背景下幾為這時燃燒的火焰中含發(fā)光碳粒較少且火焰較短，在熾熱的爐壁背景下幾乎看不出火焰，無焰燃燒也因此而得名。乎看不出火焰，無焰燃燒也因此而得名。 13.1.2 1

6、13.1.2 1的情況的情況 對于對于11的情況，由于可燃混合氣中空氣不足，這時在燃燒火焰中將的情況，由于可燃混合氣中空氣不足，這時在燃燒火焰中將出現(xiàn)動力燃燒火焰前鋒出現(xiàn)動力燃燒火焰前鋒I I與擴(kuò)散燃燒火焰前鋒與擴(kuò)散燃燒火焰前鋒IIII兩層火焰前鋒兩層火焰前鋒。這是由于。這是由于在動力燃燒火焰前鋒處只能把可燃混合氣中相當(dāng)于化學(xué)當(dāng)量比的那部分燃在動力燃燒火焰前鋒處只能把可燃混合氣中相當(dāng)于化學(xué)當(dāng)量比的那部分燃料燒掉，而形成動力燃燒火焰前鋒料燒掉，而形成動力燃燒火焰前鋒I I，其余沒有燒掉的燃料就與完全燃燒，其余沒有燒掉的燃料就與完全燃燒后生成的燃燒產(chǎn)物混合起來，形成一種相當(dāng)于摻雜了惰性氣體的氣體燃

7、料。后生成的燃燒產(chǎn)物混合起來，形成一種相當(dāng)于摻雜了惰性氣體的氣體燃料。這種氣體燃料將與周圍空氣相互混合并繼續(xù)燃燒，形成擴(kuò)散火焰前鋒這種氣體燃料將與周圍空氣相互混合并繼續(xù)燃燒，形成擴(kuò)散火焰前鋒IIII。隨著隨著的減小，由于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊慕档?，動力燃燒火焰前鋒變長，與此的減小，由于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊慕档?，動力燃燒火焰前鋒變長，與此同時在動力燃燒火焰上未燃燒的剩余燃料將增加，故需從周圍空氣中擴(kuò)散同時在動力燃燒火焰上未燃燒的剩余燃料將增加，故需從周圍空氣中擴(kuò)散進(jìn)來更多的空氣才能使燃料完全燃燒，因此擴(kuò)散燃燒火焰前鋒也將伸長。進(jìn)來更多的空氣才能使燃料完全燃燒，因此擴(kuò)散燃燒火焰前鋒也將伸長。到極端情況到極端情況

8、=0=0時時( (即非預(yù)混燃燒即非預(yù)混燃燒) )，燃燒過程就變成純擴(kuò)散燃燒。這時只，燃燒過程就變成純擴(kuò)散燃燒。這時只有一層擴(kuò)散燃燒火焰前鋒有一層擴(kuò)散燃燒火焰前鋒IIII。這種現(xiàn)象如圖。這種現(xiàn)象如圖13-113-1上的上的3 3，4 4，5 5和和6 6所示。所示。 13.2 13.2 擴(kuò)散燃燒火焰結(jié)構(gòu)擴(kuò)散燃燒火焰結(jié)構(gòu) 在實(shí)際的氣體燃料燃燒裝置中，燃料與空氣通常都采用射流形式供入在實(shí)際的氣體燃料燃燒裝置中，燃料與空氣通常都采用射流形式供入。由于燃燒裝置結(jié)構(gòu)的差異，射流的形式有多種多樣。諸如圓柱形射流，平行由于燃燒裝置結(jié)構(gòu)的差異，射流的形式有多種多樣。諸如圓柱形射流，平行射流，交叉射流，旋轉(zhuǎn)射流等

9、，射流的流動以及燃料與空氣間的動量、質(zhì)量射流，交叉射流，旋轉(zhuǎn)射流等，射流的流動以及燃料與空氣間的動量、質(zhì)量和能量交換各有特點(diǎn)，因此其燃燒過程亦有差異。和能量交換各有特點(diǎn)，因此其燃燒過程亦有差異。 在擴(kuò)散燃燒中，燃料與空氣的混合依靠它們之間的質(zhì)量擴(kuò)散，因此擴(kuò)散在擴(kuò)散燃燒中，燃料與空氣的混合依靠它們之間的質(zhì)量擴(kuò)散，因此擴(kuò)散燃燒的速度也主要取決于擴(kuò)散速度。流動介質(zhì)中的質(zhì)量擴(kuò)散過程與流動狀態(tài)燃燒的速度也主要取決于擴(kuò)散速度。流動介質(zhì)中的質(zhì)量擴(kuò)散過程與流動狀態(tài)有關(guān)，在層流狀態(tài)，以分子擴(kuò)散方式進(jìn)行，在湍流狀態(tài)，由于大量氣團(tuán)的無有關(guān)，在層流狀態(tài)，以分子擴(kuò)散方式進(jìn)行，在湍流狀態(tài)，由于大量氣團(tuán)的無規(guī)則運(yùn)動，強(qiáng)化了

10、質(zhì)量擴(kuò)散，使燃料與空氣之間的質(zhì)量擴(kuò)散速度大為增加。規(guī)則運(yùn)動，強(qiáng)化了質(zhì)量擴(kuò)散，使燃料與空氣之間的質(zhì)量擴(kuò)散速度大為增加。 燃料作圓柱形射流時的層流擴(kuò)散燃燒火焰結(jié)構(gòu)如圖燃料作圓柱形射流時的層流擴(kuò)散燃燒火焰結(jié)構(gòu)如圖13-213-2中所示。氣體中所示。氣體燃料從直徑為燃料從直徑為d df f的噴口噴出后，與周圍的空氣進(jìn)行分子間擴(kuò)散混合，通過的噴口噴出后，與周圍的空氣進(jìn)行分子間擴(kuò)散混合，通過著火燃燒后形成擴(kuò)散火焰。如果對于理想情況，可認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)速率很高，著火燃燒后形成擴(kuò)散火焰。如果對于理想情況，可認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)速率很高，故火焰前鋒厚度極薄，可視為一無限薄的幾何面。這一火焰前鋒位于燃料故火焰前鋒厚度極薄，可

11、視為一無限薄的幾何面。這一火焰前鋒位于燃料與空氣經(jīng)擴(kuò)散混合而達(dá)到化學(xué)當(dāng)量比的那一層表面處，否則如果火焰前鋒與空氣經(jīng)擴(kuò)散混合而達(dá)到化學(xué)當(dāng)量比的那一層表面處，否則如果火焰前鋒不能穩(wěn)定。如果火焰前鋒處有過剩燃料，則它將擴(kuò)散到火焰前鋒外側(cè)的空不能穩(wěn)定。如果火焰前鋒處有過剩燃料，則它將擴(kuò)散到火焰前鋒外側(cè)的空間，遇到空氣繼續(xù)燃燒，故火焰前鋒必定向外移動而不能穩(wěn)定在這一位置。間，遇到空氣繼續(xù)燃燒，故火焰前鋒必定向外移動而不能穩(wěn)定在這一位置。 反之，火焰前鋒將向內(nèi)移動。由此可見，反之，火焰前鋒將向內(nèi)移動。由此可見，火焰前鋒面對燃料和空氣都火焰前鋒面對燃料和空氣都是不可滲透的，故火焰前鋒內(nèi)側(cè)只有燃料與燃燒產(chǎn)物，

12、不存在氧氣。在火是不可滲透的，故火焰前鋒內(nèi)側(cè)只有燃料與燃燒產(chǎn)物，不存在氧氣。在火焰前鋒外側(cè)則為空氣與燃燒產(chǎn)物，不存在燃料焰前鋒外側(cè)則為空氣與燃燒產(chǎn)物，不存在燃料。 圖圖13-2 13-2 理想狀況下的層流擴(kuò)散火焰理想狀況下的層流擴(kuò)散火焰氣體燃料W0dfhl靜止空氣火 焰 前鋒CfCOCOCNCNCPCPTffOrr 擴(kuò)散火焰某斷面處的氣體濃度和溫度分布如圖擴(kuò)散火焰某斷面處的氣體濃度和溫度分布如圖13-313-3所示。圖中所示。圖中C Cf f、C Co o、C Cp p、C CN N分別表示燃料、氧氣、燃燒產(chǎn)物以及氮的濃度，分別表示燃料、氧氣、燃燒產(chǎn)物以及氮的濃度，T T表示溫度，表示溫度，f

13、 f表示表示火焰前鋒位置。從圖可以看出在火焰前鋒面上化學(xué)反應(yīng)十分迅速，燃燒產(chǎn)火焰前鋒位置。從圖可以看出在火焰前鋒面上化學(xué)反應(yīng)十分迅速，燃燒產(chǎn)物濃度物濃度C Cp p和溫度均最高，并由燃料側(cè)向火焰鋒面逐漸遞增，而氧濃度由空和溫度均最高，并由燃料側(cè)向火焰鋒面逐漸遞增，而氧濃度由空氣側(cè)向火焰鋒面逐漸遞減，在火焰鋒面上氣側(cè)向火焰鋒面逐漸遞減，在火焰鋒面上C Cf f與與C Co o均接近于零。在圖均接近于零。在圖13-213-2中中由噴口到火焰前鋒頂部的距離則被稱為火焰高度由噴口到火焰前鋒頂部的距離則被稱為火焰高度h hf f，它是燃燒裝置選擇燃，它是燃燒裝置選擇燃燒器的重要依據(jù)燒器的重要依據(jù)。 層流

14、區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)火孔出流速度火焰高度 圖圖13-4 13-4 實(shí)際射流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)實(shí)際射流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu) 11火焰頂點(diǎn)火焰頂點(diǎn) 22由層流向湍流的轉(zhuǎn)變由層流向湍流的轉(zhuǎn)變點(diǎn)點(diǎn). . 實(shí)際上的擴(kuò)散火焰有一定厚度，如圖實(shí)際上的擴(kuò)散火焰有一定厚度，如圖13-413-4所示的所示的A A、B B面分別為火焰前面分別為火焰前鋒的內(nèi)、外表面。由圖可以看出，在燃料一側(cè)的預(yù)熱區(qū)為一含氧極少的高鋒的內(nèi)、外表面。由圖可以看出，在燃料一側(cè)的預(yù)熱區(qū)為一含氧極少的高溫區(qū)，因?yàn)閹缀鹾苌儆醒鯕饽芡ㄟ^火焰鋒面進(jìn)入燃料區(qū)，故缺氧。在高溫溫區(qū)，因?yàn)閹缀鹾苌儆醒鯕饽芡ㄟ^火焰鋒面進(jìn)入燃料區(qū)，故缺氧。在高溫而缺氧的情況下燃料將會產(chǎn)生熱分解，

15、熱分解的程度則視燃料與溫度而不而缺氧的情況下燃料將會產(chǎn)生熱分解，熱分解的程度則視燃料與溫度而不同，一般來說，碳?xì)浠衔锓肿恿吭酱?，穩(wěn)定性越差，溫度越高，熱分解同，一般來說，碳?xì)浠衔锓肿恿吭酱?，穩(wěn)定性越差，溫度越高，熱分解反應(yīng)越強(qiáng)烈。甲烷的分解溫度為反應(yīng)越強(qiáng)烈。甲烷的分解溫度為683683，在，在950950約分解約分解26%26%，在，在11501150時分時分解解99%99%；乙烷分解溫度為；乙烷分解溫度為485485；丙烷為；丙烷為400400；丁烷為；丁烷為435435。氫和一氧化。氫和一氧化碳的熱穩(wěn)定性則較好，它們在碳的熱穩(wěn)定性則較好，它們在2500-30002500-3000的高溫

16、下也能穩(wěn)定。碳?xì)浠衔锏母邷叵乱材芊€(wěn)定。碳?xì)浠衔锓纸猱a(chǎn)生的游離碳粒，如來不及燃燒，將被煙氣帶走，這不僅會造成不完分解產(chǎn)生的游離碳粒，如來不及燃燒，將被煙氣帶走，這不僅會造成不完全燃燒損失，而且形成的黑煙還會污染大氣。在高溫下碳粒燃燒時會產(chǎn)生全燃燒損失，而且形成的黑煙還會污染大氣。在高溫下碳粒燃燒時會產(chǎn)生明亮的淡黃色火焰，可增加火焰輻射傳熱強(qiáng)度，故對增強(qiáng)爐內(nèi)傳熱有其有明亮的淡黃色火焰，可增加火焰輻射傳熱強(qiáng)度，故對增強(qiáng)爐內(nèi)傳熱有其有利的一面。利的一面。 在管口直徑不變時，如逐漸提高氣體燃料流出速度，當(dāng)雷諾數(shù)超過某在管口直徑不變時，如逐漸提高氣體燃料流出速度，當(dāng)雷諾數(shù)超過某一臨界值，氣體的流動將從

17、層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，擴(kuò)散過程便由分子擴(kuò)散變?yōu)橐慌R界值，氣體的流動將從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，擴(kuò)散過程便由分子擴(kuò)散變?yōu)闅鈭F(tuán)擴(kuò)散，這時燃燒狀態(tài)由層流射流擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧魃淞鲾U(kuò)散。氣團(tuán)擴(kuò)散，這時燃燒狀態(tài)由層流射流擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧魃淞鲾U(kuò)散。O理想火焰前鋒實(shí)際火焰前鋒CfCarAB對稱軸圖圖13-5 13-5 擴(kuò)散火焰長度與火孔流出速度的關(guān)系擴(kuò)散火焰長度與火孔流出速度的關(guān)系 11理想火焰前鋒理想火焰前鋒; 2; 2實(shí)際火焰前鋒實(shí)際火焰前鋒 圖圖13-513-5表示火焰高度和火焰狀態(tài)隨管口流出速度表示火焰高度和火焰狀態(tài)隨管口流出速度( (管徑不變時管徑不變時) )的變化。的變化。在層流區(qū)，火焰前鋒清晰，光滑和穩(wěn)定，火焰高

18、度在層流區(qū)，火焰前鋒清晰，光滑和穩(wěn)定，火焰高度h hf f幾乎同流速幾乎同流速( (或雷諾數(shù)或雷諾數(shù)) )成正比。在過渡區(qū)，火焰末端出現(xiàn)局部湍流，火焰前鋒明顯起皺，并隨著成正比。在過渡區(qū)，火焰末端出現(xiàn)局部湍流，火焰前鋒明顯起皺，并隨著流出速度的增加，火焰末端的湍流區(qū)長度增加，即由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯牧鞒鏊俣鹊脑黾?，火焰末端的湍流區(qū)長度增加，即由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯摹稗D(zhuǎn)變點(diǎn)轉(zhuǎn)變點(diǎn)”向管口移動，而火焰的總高度向管口移動，而火焰的總高度h hf f明顯降低。當(dāng)?shù)竭_(dá)湍流區(qū)之后，明顯降低。當(dāng)?shù)竭_(dá)湍流區(qū)之后，火焰總高度火焰總高度h hf f幾乎與流出速度無關(guān)，幾乎與流出速度無關(guān)，“轉(zhuǎn)變點(diǎn)轉(zhuǎn)變點(diǎn)”與管口的距離則隨流

19、速的與管口的距離則隨流速的增加稍有縮短，這時幾乎整個火焰前鋒都產(chǎn)生嚴(yán)重皺折，火焰亮度明顯降增加稍有縮短，這時幾乎整個火焰前鋒都產(chǎn)生嚴(yán)重皺折，火焰亮度明顯降低，并且出現(xiàn)燃燒噪聲。低，并且出現(xiàn)燃燒噪聲。 以下進(jìn)一步討論擴(kuò)散火焰高度問題。以下進(jìn)一步討論擴(kuò)散火焰高度問題。根據(jù)射流理論可以計(jì)算出圓柱形根據(jù)射流理論可以計(jì)算出圓柱形燃料自由射流擴(kuò)散火焰的高度燃料自由射流擴(kuò)散火焰的高度。在這里僅簡略導(dǎo)出結(jié)論。在這里僅簡略導(dǎo)出結(jié)論。 13.2.1 13.2.1 湍流擴(kuò)散火餡高度湍流擴(kuò)散火餡高度 如前所述，火焰高度是指火焰在中心軸上如前所述，火焰高度是指火焰在中心軸上(r=0)(r=0)火焰前鋒距噴嘴出口的火焰前

20、鋒距噴嘴出口的距離。如圖距離。如圖13-213-2所示。為了計(jì)算火焰的高度所示。為了計(jì)算火焰的高度h hf f，就必須先求出火焰中的速，就必須先求出火焰中的速度和組分的分布規(guī)律，然后根據(jù)火焰前鋒在中心軸上的特征，確定火焰高度和組分的分布規(guī)律，然后根據(jù)火焰前鋒在中心軸上的特征，確定火焰高度。度。 為此，可利用在常流動和不可壓縮情況下，湍流圓柱形自由射流擴(kuò)散為此，可利用在常流動和不可壓縮情況下，湍流圓柱形自由射流擴(kuò)散火焰的動量，能量，質(zhì)量守恒方程來求出射流擴(kuò)散火焰中的速度和組分分火焰的動量，能量，質(zhì)量守恒方程來求出射流擴(kuò)散火焰中的速度和組分分布規(guī)律。由湍流自由射流的研究可知，對射流基本段各斷面的氣

21、流速度分布規(guī)律。由湍流自由射流的研究可知，對射流基本段各斷面的氣流速度分布可近似表示為布可近似表示為 (13-1) (13-1) 式中，式中，w wm m該斷面中心軸線上的最大速度；該斷面中心軸線上的最大速度； b b火焰在該斷面處的寬度?；鹧嬖谠摂嗝嫣幍膶挾?。 m1 wrwb式中，式中， d d0 0，w w0 0噴嘴直徑和噴嘴出口處速度；噴嘴直徑和噴嘴出口處速度； C Coxox, C, Cox,oox,o, C, Cox,ox,氧化劑濃度，噴嘴出口處和環(huán)境處氧化劑濃度；氧化劑濃度，噴嘴出口處和環(huán)境處氧化劑濃度； C Cf f, C, Cf,0f,0燃料濃度、噴嘴出口處濃度；燃料濃度、噴嘴

22、出口處濃度； 消耗單位質(zhì)量燃料所需氧的質(zhì)量；消耗單位質(zhì)量燃料所需氧的質(zhì)量； CC常數(shù)，常數(shù)，0.01280.0128。 oxfox,ox,of,0ox,(CC ) C(CC ) C0w=w 經(jīng)推導(dǎo)經(jīng)推導(dǎo)( (詳細(xì)推導(dǎo)略詳細(xì)推導(dǎo)略) )可得可得0w= F(h,r)w10010dh2381dr321dh2381CC 式中，式中，W Whfhf為火焰前鋒面中心處的速度。由此得出湍流圓柱形燃料自由為火焰前鋒面中心處的速度。由此得出湍流圓柱形燃料自由射流擴(kuò)散火焰高度射流擴(kuò)散火焰高度 (13-3) 考慮到火焰前鋒在中心軸處考慮到火焰前鋒在中心軸處(r=0(r=0，h=hf)h=hf)有有Cox,f=0(C

23、ox,f=0(于此第二下角標(biāo)表于此第二下角標(biāo)表示對應(yīng)于火焰前峰面的參數(shù)示對應(yīng)于火焰前峰面的參數(shù)) )以及噴口處有以及噴口處有Cf, 0=0Cf, 0=0，Cox, 0=0Cox, 0=0的條件，因的條件，因(13-2)(13-2)10,0hfdh2381CCCOXOX,0ft238dhOXCC 13.2.2 13.2.2 層流擴(kuò)散火焰高度層流擴(kuò)散火焰高度 同理可求得層流圓柱形燃料自由射程擴(kuò)散火焰高度為同理可求得層流圓柱形燃料自由射程擴(kuò)散火焰高度為 (13-4)(13-4) 式中，式中， 為燃料粘性系數(shù)，為燃料粘性系數(shù)，m m2 2/s /s 。 式式(13-3)(13-3)、(13-4)(13

24、-4)表明表明h hflfl和燃料的容積流量成正比，但和燃料的容積流量成正比，但h hftft和燃和燃料容積流量無關(guān)，料容積流量無關(guān)，h hflfl和燃料噴嘴直徑成正比。這些結(jié)論都被實(shí)驗(yàn)所證和燃料噴嘴直徑成正比。這些結(jié)論都被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，因此這些結(jié)論對確定燃燒器的尺寸有很大參考價值。實(shí)，因此這些結(jié)論對確定燃燒器的尺寸有很大參考價值。200flox,8 Cw dh2004d w 13.2.3 13.2.3 擴(kuò)散火焰的主要特點(diǎn)擴(kuò)散火焰的主要特點(diǎn)13.2.3.1 13.2.3.1 擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定性擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指火焰既不會脫火，也不產(chǎn)生回火，而始終穩(wěn)定性是指火焰既不會脫火，也不產(chǎn)生回火，而

25、始終“懸掛懸掛”在管口在管口的情況。擴(kuò)散燃燒時由于燃料在管內(nèi)不與空氣預(yù)先混合，因此不可能產(chǎn)生的情況。擴(kuò)散燃燒時由于燃料在管內(nèi)不與空氣預(yù)先混合，因此不可能產(chǎn)生回火，這是擴(kuò)散燃燒的最大優(yōu)點(diǎn)。但管口流出速度超過某一極限值時，火回火，這是擴(kuò)散燃燒的最大優(yōu)點(diǎn)。但管口流出速度超過某一極限值時，火焰可能脫離管口并最終熄滅。此外，擴(kuò)散火焰的溫度較低，對有效利用熱焰可能脫離管口并最終熄滅。此外，擴(kuò)散火焰的溫度較低，對有效利用熱能是不利的。能是不利的。 湍流擴(kuò)散燃燒是當(dāng)前工業(yè)上廣泛采用的燃燒方法之一，并常用一些人湍流擴(kuò)散燃燒是當(dāng)前工業(yè)上廣泛采用的燃燒方法之一，并常用一些人工穩(wěn)焰方法來改善火焰的穩(wěn)定性。工穩(wěn)焰方法來

26、改善火焰的穩(wěn)定性。13.2.3.2 13.2.3.2 碳?xì)浠衔锏臒岱纸馓細(xì)浠衔锏臒岱纸?碳?xì)浠衔镌诟邷睾腿毖醯沫h(huán)境中會分解成低分子化合物，并產(chǎn)生游碳?xì)浠衔镌诟邷睾腿毖醯沫h(huán)境中會分解成低分子化合物，并產(chǎn)生游離的碳粒。如果這些碳粒來不及完全燃燒而被燃燒產(chǎn)物帶走，導(dǎo)致能量損離的碳粒。如果這些碳粒來不及完全燃燒而被燃燒產(chǎn)物帶走，導(dǎo)致能量損失，造成環(huán)境污染。擴(kuò)散燃燒時，火焰的根部及火焰的內(nèi)側(cè)容易析碳，因失，造成環(huán)境污染。擴(kuò)散燃燒時，火焰的根部及火焰的內(nèi)側(cè)容易析碳，因此，此，如何控制碳粒生成及防止冒煙乃是擴(kuò)散燃燒中值得注意的問題如何控制碳粒生成及防止冒煙乃是擴(kuò)散燃燒中值得注意的問題。13.3 13

27、.3 氣體燃料燃燒器氣體燃料燃燒器 燃燒器因用途不同而種類繁多。對燃燒器的評價標(biāo)準(zhǔn)也因要求不同而各燃燒器因用途不同而種類繁多。對燃燒器的評價標(biāo)準(zhǔn)也因要求不同而各異，根根使用它的設(shè)備的各項(xiàng)要求來判定。評價一種燃燒器要看其火焰形狀異，根根使用它的設(shè)備的各項(xiàng)要求來判定。評價一種燃燒器要看其火焰形狀及其溫度分布能否滿足熱加工的要求；以及燃燒器負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍能否滿足及其溫度分布能否滿足熱加工的要求；以及燃燒器負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍能否滿足爐子供熱制度的要求等。有時在某種條件下使用認(rèn)為是比較好的燃燒器，在爐子供熱制度的要求等。有時在某種條件下使用認(rèn)為是比較好的燃燒器，在另一種生產(chǎn)條件下可能完全不能使用。因此在選擇

28、燃燒器和分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)另一種生產(chǎn)條件下可能完全不能使用。因此在選擇燃燒器和分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)時，必須和使用條件結(jié)合起來。時，必須和使用條件結(jié)合起來。 一個性能良好的燃燒器應(yīng)能保證燃料一個性能良好的燃燒器應(yīng)能保證燃料( (煤氣煤氣) )和空氣進(jìn)行充分的混合，為和空氣進(jìn)行充分的混合，為混合提供必要的條件，并應(yīng)在規(guī)定的負(fù)荷變化范圍混合提供必要的條件，并應(yīng)在規(guī)定的負(fù)荷變化范圍( (調(diào)節(jié)比調(diào)節(jié)比) )內(nèi)保證著火，燃內(nèi)保證著火，燃燒穩(wěn)定既不脫火也不回火，還應(yīng)保證在規(guī)定的負(fù)荷條件下燃燒效率高。燒穩(wěn)定既不脫火也不回火，還應(yīng)保證在規(guī)定的負(fù)荷條件下燃燒效率高。 燃燒器可以從不同角度進(jìn)行分類。燃燒器可以從不同角度進(jìn)行分

29、類。13.3.1 13.3.1 有焰燃燒器有焰燃燒器 在有焰燃燒器中煤氣和空氣是在燃燒器以外邊混合邊燃燒，形成可見的在有焰燃燒器中煤氣和空氣是在燃燒器以外邊混合邊燃燒，形成可見的較長火焰，故又稱火炬燃燒器。在鍋爐上特別是大型電站鍋爐上燃用高發(fā)熱較長火焰，故又稱火炬燃燒器。在鍋爐上特別是大型電站鍋爐上燃用高發(fā)熱量的天然氣時，一般都采用火炬燃燒器。量的天然氣時，一般都采用火炬燃燒器。 有焰燒嘴的具體結(jié)構(gòu)型式繁多。為便于掌握各種燒嘴的基本特點(diǎn)，可將有焰燒嘴的具體結(jié)構(gòu)型式繁多。為便于掌握各種燒嘴的基本特點(diǎn)，可將有焰燒嘴按下列特征進(jìn)行分類。有焰燒嘴按下列特征進(jìn)行分類。13.3.1.1 13.3.1.1

30、按煤氣的發(fā)熱量分類按煤氣的發(fā)熱量分類 高發(fā)熱量煤氣燒嘴高發(fā)熱量煤氣燒嘴( (天然氣、焦?fàn)t煤氣、石油氣燒嘴天然氣、焦?fàn)t煤氣、石油氣燒嘴) )； 中發(fā)熱量煤氣燒嘴中發(fā)熱量煤氣燒嘴( (混合煤氣燒嘴混合煤氣燒嘴) )； 低發(fā)熱量煤氣燒嘴低發(fā)熱量煤氣燒嘴( (發(fā)生爐煤氣、高爐煤氣燒嘴發(fā)生爐煤氣、高爐煤氣燒嘴) )。13.3.1.2 13.3.1.2 按燒嘴的燃燒能力分類按燒嘴的燃燒能力分類 小型燒嘴小型燒嘴(100m(100m3 3/h/h以下以下) )； 中型燒嘴中型燒嘴(100-500m(100-500m3 3/h)/h)； 大型燒嘴大型燒嘴(500-1000m(500-1000m3 3/h)/h

31、)。 13.3.1.3 13.3.1.3 按火焰長度分類按火焰長度分類 短焰燒嘴；短焰燒嘴； 長焰燒嘴。長焰燒嘴。13.3.1.4 13.3.1.4 按火焰長度的可調(diào)性分類按火焰長度的可調(diào)性分類 火焰長度固定火焰長度固定( (煤氣量不變時煤氣量不變時) )的燒嘴；的燒嘴； 火焰長度可調(diào)的燒嘴?；鹧骈L度可調(diào)的燒嘴。 13.3.1.5 13.3.1.5 按煤氣和空氣的混合原理來分類按煤氣和空氣的混合原理來分類 煤氣和空氣分別送入爐內(nèi)的燃燒器；煤氣和空氣分別送入爐內(nèi)的燃燒器； 煤氣和空氣分成若干同心氣流進(jìn)入爐內(nèi)的燃燒器；煤氣和空氣分成若干同心氣流進(jìn)入爐內(nèi)的燃燒器； 煤氣和空氣以兩股平行或相交氣流送入

32、爐內(nèi)的燃燒器；煤氣和空氣以兩股平行或相交氣流送入爐內(nèi)的燃燒器； 煤氣和空氣呈許多交錯狀小氣流而分層輸入的燃燒器；煤氣和空氣呈許多交錯狀小氣流而分層輸入的燃燒器； 一種介質(zhì)呈細(xì)流狀進(jìn)入另一種介質(zhì)的燃燒器；一種介質(zhì)呈細(xì)流狀進(jìn)入另一種介質(zhì)的燃燒器； 旋流式燃燒器；旋流式燃燒器； 用機(jī)械方法混合的燃燒器。用機(jī)械方法混合的燃燒器。13.3.1.6 13.3.1.6 按空氣和煤氣的預(yù)熱情況分類按空氣和煤氣的預(yù)熱情況分類 空氣和煤氣不預(yù)熱的燒嘴；空氣和煤氣不預(yù)熱的燒嘴； 空氣和煤氣預(yù)熱的燒嘴?？諝夂兔簹忸A(yù)熱的燒嘴。 根據(jù)我國的燃料政策，作為燃燒用的燃料是以煤為主，因而鍋爐一般不根據(jù)我國的燃料政策，作為燃燒用

33、的燃料是以煤為主，因而鍋爐一般不用氣體燃料，但是，有一些工業(yè)窯爐，由于工藝要求，不允許用固體燃料，用氣體燃料，但是，有一些工業(yè)窯爐，由于工藝要求，不允許用固體燃料，只能燃用液體或氣體燃料，如玻璃窯爐，就不宜燒煤近年來由于環(huán)境保護(hù)只能燃用液體或氣體燃料，如玻璃窯爐，就不宜燒煤近年來由于環(huán)境保護(hù)的要求，某些賓館及旅游點(diǎn)使用的鍋爐也常采用氣體燃料。下面介紹的燃燒的要求，某些賓館及旅游點(diǎn)使用的鍋爐也常采用氣體燃料。下面介紹的燃燒器多用于工業(yè)窯爐。器多用于工業(yè)窯爐。(1) (1) 直管式燃燒器直管式燃燒器 最簡單的有焰燃燒器，如圖最簡單的有焰燃燒器，如圖13-613-6所示。在一根直管上鉆一排或互成所示

34、。在一根直管上鉆一排或互成90-12090-120交叉排列的兩排孔，氣體燃料在一定壓力下進(jìn)入管內(nèi)，經(jīng)這些孔交叉排列的兩排孔，氣體燃料在一定壓力下進(jìn)入管內(nèi)，經(jīng)這些孔( (稱火孔稱火孔) )噴出后，在大氣或爐膛中擴(kuò)散燃燒。燃燒所需的空氣，依靠擴(kuò)散噴出后，在大氣或爐膛中擴(kuò)散燃燒。燃燒所需的空氣，依靠擴(kuò)散( (或自然抽力或自然抽力) )從周圍空間或從爐排下面吸入，故又稱自然引風(fēng)式擴(kuò)散燃燒從周圍空間或從爐排下面吸入，故又稱自然引風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器。這種燃燒器生產(chǎn)能力小，熱效率低，常用于小型工業(yè)爐和民用生活爐。器。這種燃燒器生產(chǎn)能力小，熱效率低，常用于小型工業(yè)爐和民用生活爐。如果爐膛是圓形，還可將直管加工成圓

35、環(huán)形，稱圓環(huán)形燃燒器，以滿足該如果爐膛是圓形，還可將直管加工成圓環(huán)形，稱圓環(huán)形燃燒器，以滿足該爐的熱工要求，如圖爐的熱工要求，如圖13-713-7所示。所示。煤氣煤氣煤氣(2) (2) 套管式擴(kuò)散燃燒器套管式擴(kuò)散燃燒器 套管式燃燒器是一種強(qiáng)制鼓風(fēng)式有焰燃燒器。其煤氣通道和空氣通道是套管式燃燒器是一種強(qiáng)制鼓風(fēng)式有焰燃燒器。其煤氣通道和空氣通道是兩個同心套管，煤氣和空氣為兩股平行氣流，當(dāng)其離開噴嘴后才開始混合，兩個同心套管，煤氣和空氣為兩股平行氣流，當(dāng)其離開噴嘴后才開始混合，如圖如圖13-813-8所示。這種結(jié)構(gòu)目的是有意使混合放慢，把火焰拉長。這種燃燒器所示。這種結(jié)構(gòu)目的是有意使混合放慢，把火焰

36、拉長。這種燃燒器不易產(chǎn)生回火，結(jié)構(gòu)簡單，氣體流動阻力小，但混合較差。煤氣和空氣的壓不易產(chǎn)生回火，結(jié)構(gòu)簡單，氣體流動阻力小，但混合較差。煤氣和空氣的壓力較低，一般只需力較低，一般只需800-l000Pa800-l000Pa，它主要用于民用生活爐及小型工業(yè)爐窯，如，它主要用于民用生活爐及小型工業(yè)爐窯，如沸水器，熱水器及紡織，食品等工業(yè)的加熱設(shè)備。沸水器，熱水器及紡織，食品等工業(yè)的加熱設(shè)備。 圖圖13-8 13-8 單套管燃燒器單套管燃燒器 圖圖13-9 13-9 低壓渦流式燃燒器低壓渦流式燃燒器 空氣空氣煤氣煤氣空氣空氣煤氣煤氣112(3) (3) 旋流式燃燒器旋流式燃燒器 旋流式燃燒器是目前工業(yè)

37、爐窯上應(yīng)用比較廣泛的一類強(qiáng)制鼓風(fēng)式有焰旋流式燃燒器是目前工業(yè)爐窯上應(yīng)用比較廣泛的一類強(qiáng)制鼓風(fēng)式有焰燃燒器，因其結(jié)構(gòu)和燃燒能力不同，旋流燃燒器又分多種類型。以下簡單燃燒器，因其結(jié)構(gòu)和燃燒能力不同，旋流燃燒器又分多種類型。以下簡單介紹四種。介紹四種。 帶旋流片的旋流式燃燒器帶旋流片的旋流式燃燒器，又稱低壓渦流式燒嘴，又稱低壓渦流式燒嘴(DW(DWI I型型) )。煤氣由。煤氣由中心噴口噴出，空氣流經(jīng)空氣通道上的旋流片中心噴口噴出，空氣流經(jīng)空氣通道上的旋流片( (圖中零件圖中零件1)1)后與煤氣混合，后與煤氣混合，因此煤氣和空氣在燒嘴內(nèi)部就開始混合，如圖因此煤氣和空氣在燒嘴內(nèi)部就開始混合，如圖13-

38、913-9所示。由于空氣道裝有所示。由于空氣道裝有旋流片，使空氣產(chǎn)生了切向分速，在旋轉(zhuǎn)前進(jìn)中與煤氣相遇，強(qiáng)化了混合旋流片，使空氣產(chǎn)生了切向分速，在旋轉(zhuǎn)前進(jìn)中與煤氣相遇，強(qiáng)化了混合過程，因而可以得到比較短的火焰，但是也增加了流動阻力。它可燃用發(fā)過程，因而可以得到比較短的火焰，但是也增加了流動阻力。它可燃用發(fā)生爐煤氣，混合煤氣和焦?fàn)t煤氣，如把燒嘴尺寸減小，也可用來燃燒天然生爐煤氣，混合煤氣和焦?fàn)t煤氣，如把燒嘴尺寸減小，也可用來燃燒天然氣。燃燒器設(shè)計(jì)的煤氣壓力為氣。燃燒器設(shè)計(jì)的煤氣壓力為800Pa800Pa，空氣約為，空氣約為2000Pa2000Pa。 扁縫旋流式燃燒器扁縫旋流式燃燒器，又稱扁縫渦流

39、式燃燒器，又稱扁縫渦流式燃燒器(DW-II(DW-II型型) )，其結(jié)構(gòu)如，其結(jié)構(gòu)如圖圖13-1013-10所示。在燃燒器的煤氣通道中安裝一個錐形的煤氣分流短管，煤氣所示。在燃燒器的煤氣通道中安裝一個錐形的煤氣分流短管，煤氣沿其外壁形成中空的筒狀旋轉(zhuǎn)氣流?？諝鈩t沿著蝸殼形通道，以與煤氣相沿其外壁形成中空的筒狀旋轉(zhuǎn)氣流。空氣則沿著蝸殼形通道，以與煤氣相切的方向通過煤氣管壁上的扁縫，并分成若干片狀氣流進(jìn)入混合室，在混切的方向通過煤氣管壁上的扁縫，并分成若干片狀氣流進(jìn)入混合室，在混合室中與中空的筒狀煤氣開始進(jìn)行混合，因此混合條件較好，火焰很短。合室中與中空的筒狀煤氣開始進(jìn)行混合，因此混合條件較好，火

40、焰很短。這種燃燒器較適合燃燒熱值為這種燃燒器較適合燃燒熱值為5450-8380kJ/Nm5450-8380kJ/Nm3 3的發(fā)生爐煤氣和混合煤氣。的發(fā)生爐煤氣和混合煤氣。煤氣和空氣壓力均在煤氣和空氣壓力均在500-2000 Pa500-2000 Pa。 圖圖13-10 13-10 扁縫旋流式燃燒器扁縫旋流式燃燒器 11錐形煤氣分流短管；錐形煤氣分流短管； 22蝸殼形空氣；蝸殼形空氣； 33縫狀空氣入口；縫狀空氣入口；44混合室混合室空氣空氣 煤氣煤氣12 34 環(huán)縫旋流式燃燒器環(huán)縫旋流式燃燒器。這種燃燒器的結(jié)構(gòu)示于圖。這種燃燒器的結(jié)構(gòu)示于圖13-11，煤氣由管，煤氣由管1引入，在圓柱形分流短管

41、的作用下，形成中空筒狀氣流，并經(jīng)過噴頭的環(huán)引入，在圓柱形分流短管的作用下，形成中空筒狀氣流，并經(jīng)過噴頭的環(huán)狀縫隙狀縫隙3進(jìn)入燒嘴頭進(jìn)入燒嘴頭4，空氣從蝸殼形空氣室，空氣從蝸殼形空氣室5通過空氣環(huán)縫通過空氣環(huán)縫6旋轉(zhuǎn)噴出，在旋轉(zhuǎn)噴出，在燒嘴頭燒嘴頭4中與煤氣相遇而開始混合。這種燃燒器主要用來燒低熱值煤氣中與煤氣相遇而開始混合。這種燃燒器主要用來燒低熱值煤氣(其其發(fā)熱值為發(fā)熱值為37709220 kJ/Nm3)，出口斷面縮小后也可用于焦?fàn)t煤氣和天然，出口斷面縮小后也可用于焦?fàn)t煤氣和天然氣。燃燒器出口的煤氣和空氣壓力約為氣。燃燒器出口的煤氣和空氣壓力約為20004000Pa。煤氣應(yīng)清洗干凈，。煤氣應(yīng)

42、清洗干凈，否則容易堵塞噴口。為防止回火，最小出口速度為否則容易堵塞噴口。為防止回火，最小出口速度為10m/s左右。左右。 圖圖13-1113-11環(huán)縫旋流式燃燒器環(huán)縫旋流式燃燒器11煤氣入口；煤氣入口； 22煤氣噴頭；煤氣噴頭；33環(huán)縫；環(huán)縫；44燒嘴頭；燒嘴頭；55渦殼形空氣渦殼形空氣室；室；66空氣環(huán)縫空氣環(huán)縫12356空氣4D 中心進(jìn)氣旋流燃燒器中心進(jìn)氣旋流燃燒器。這是一種燃燒天然氣的燃燒器，如圖。這是一種燃燒天然氣的燃燒器，如圖13-1213-12所示。所示。 天然氣是高熱值氣體燃料，燃燒時需要大量空氣天然氣是高熱值氣體燃料，燃燒時需要大量空氣(V(V0 09-10Nm9-10Nm3

43、3/Nm/Nm3 3) )，由于天然氣與空氣的混合物的著火濃度范圍小，燃燒溫度高，因此如何使由于天然氣與空氣的混合物的著火濃度范圍小，燃燒溫度高，因此如何使少量的天然氣與大量的空氣混合好是天然氣燃燒的主要問題，這就是高熱少量的天然氣與大量的空氣混合好是天然氣燃燒的主要問題，這就是高熱值燃燒器的特點(diǎn)。在中心進(jìn)氣旋流式燃燒器中，天然氣是從中心的一個圓值燃燒器的特點(diǎn)。在中心進(jìn)氣旋流式燃燒器中，天然氣是從中心的一個圓管送入，然后從管子末端的多排小孔噴入作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的空氣流中?？諝馐枪芩腿?，然后從管子末端的多排小孔噴入作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的空氣流中?？諝馐怯梦仛懋a(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動的，天然氣與空氣混合后，經(jīng)縮放型噴口，進(jìn)

44、一步用蝸殼來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動的，天然氣與空氣混合后，經(jīng)縮放型噴口，進(jìn)一步加強(qiáng)兩者的混合后進(jìn)入燃燒室。這種燃燒器還有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，加強(qiáng)兩者的混合后進(jìn)入燃燒室。這種燃燒器還有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，圖圖13-12 13-12 中心進(jìn)氣旋流式燃燒器中心進(jìn)氣旋流式燃燒器天然氣天然氣空氣空氣 天然氣噴孔天然氣噴孔 13.3.2 13.3.2 無焰燃燒器無焰燃燒器 13.3.2.1 13.3.2.1 無焰燃燒的主要特點(diǎn)無焰燃燒的主要特點(diǎn) 無焰燃燒是在燃燒之前先將燃料與空氣按一定比例無焰燃燒是在燃燒之前先將燃料與空氣按一定比例(1)(1)預(yù)先混合成預(yù)先混合成可燃混合氣，然后再從燃燒器噴出進(jìn)行燃燒，屬動力燃燒類

45、型?？扇蓟旌蠚猓缓笤購娜紵鲊姵鲞M(jìn)行燃燒，屬動力燃燒類型。它具有以它具有以下主要特點(diǎn)下主要特點(diǎn)： 燃料與空氣在進(jìn)入燃燒室之前已進(jìn)行預(yù)先混合，在燃燒過程中已不燃料與空氣在進(jìn)入燃燒室之前已進(jìn)行預(yù)先混合，在燃燒過程中已不需要混合時間，因此燃燒過程總的時間實(shí)際上決定于化學(xué)反應(yīng)的時間。需要混合時間，因此燃燒過程總的時間實(shí)際上決定于化學(xué)反應(yīng)的時間。 燃料完全燃燒時所需空氣系數(shù)很小，一般燃料完全燃燒時所需空氣系數(shù)很小，一般=1.05-1.15=1.05-1.15，甚至可低，甚至可低到到=1.03-1.05=1.03-1.05，而燃盡程度卻很高，其化學(xué)不完全燃燒損失接近于零。，而燃盡程度卻很高，其化學(xué)不完全

46、燃燒損失接近于零。 由于可燃混合氣由于可燃混合氣很小，當(dāng)它在絕熱的燃燒道內(nèi)燃燒時，燃燒溫度很小，當(dāng)它在絕熱的燃燒道內(nèi)燃燒時，燃燒溫度很高，接近于理論燃燒溫度，所以無焰燃燒器的容積熱強(qiáng)度很高，接近于理論燃燒溫度，所以無焰燃燒器的容積熱強(qiáng)度( (指在單位燃燒指在單位燃燒室體積內(nèi)單位時間的燃燒放熱量室體積內(nèi)單位時間的燃燒放熱量) )很高，可以比有焰燃燒器的容積熱強(qiáng)度高很高，可以比有焰燃燒器的容積熱強(qiáng)度高100100倍以上，即在較小體積內(nèi)可達(dá)到較高的燃燒完全程度。倍以上，即在較小體積內(nèi)可達(dá)到較高的燃燒完全程度。 燃燒火焰很短，在熾熱的燃燒道背景下，甚至看不到火焰，所以稱燃燒火焰很短，在熾熱的燃燒道背景

47、下，甚至看不到火焰，所以稱無焰燃燒，其火炬的熱輻射力較差。無焰燃燒，其火炬的熱輻射力較差。 燃燒穩(wěn)定性較差，容易回火。燃燒穩(wěn)定性較差，容易回火。 無焰燃燒器主要由三部分組成，即混合部分，噴頭和燃燒道。無焰燃燒器主要由三部分組成，即混合部分，噴頭和燃燒道。 (1) (1) 混合部分混合部分。包括混合器和混合管，其作用是使煤氣和空氣良好的混。包括混合器和混合管，其作用是使煤氣和空氣良好的混合，一般說來說，混合方法通常有三種，即：合，一般說來說，混合方法通常有三種，即： 利用煤氣和空氣流的交角和速度差，使兩者混合。這種方法簡單，利用煤氣和空氣流的交角和速度差，使兩者混合。這種方法簡單，但可能因煤氣和

48、空氣壓力不穩(wěn)定，從而使燃燒難于控制，所以這種方法很但可能因煤氣和空氣壓力不穩(wěn)定，從而使燃燒難于控制，所以這種方法很少采用。少采用。 空氣利用鼓風(fēng)機(jī)增壓后再與煤氣混合，這種燃燒器具有結(jié)構(gòu)緊湊，空氣利用鼓風(fēng)機(jī)增壓后再與煤氣混合，這種燃燒器具有結(jié)構(gòu)緊湊，單個燃燒器熱負(fù)荷高，調(diào)節(jié)比大，空氣可以加熱等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各工單個燃燒器熱負(fù)荷高，調(diào)節(jié)比大，空氣可以加熱等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各工業(yè)部門。業(yè)部門。 利用引射原理，空氣被煤氣引射吸入并與之混合，這種燃燒器應(yīng)用利用引射原理，空氣被煤氣引射吸入并與之混合，這種燃燒器應(yīng)用也極廣。也極廣。13.3.1.2 13.3.1.2 無焰燃燒器的結(jié)構(gòu)無焰燃燒器的結(jié)構(gòu) (2

49、) (2) 噴頭噴頭。噴頭是用來使可燃混合氣以一定的速度送入燃燒道的設(shè)備。噴頭是用來使可燃混合氣以一定的速度送入燃燒道的設(shè)備。一般為收縮狀，其出口斷面上的流速分布比較均勻，有利于防止回火。從噴一般為收縮狀，其出口斷面上的流速分布比較均勻，有利于防止回火。從噴頭噴出的流速必須超過火焰?zhèn)鞑ニ俣阮^噴出的流速必須超過火焰?zhèn)鞑ニ俣? (為避免回火為避免回火) )。更確切地說，燃燒器在。更確切地說，燃燒器在最小負(fù)荷時，混合物的噴出速度至少要比火焰?zhèn)鞑ニ俣雀叱鲎钚∝?fù)荷時，混合物的噴出速度至少要比火焰?zhèn)鞑ニ俣雀叱?5%25%，但不宜超，但不宜超過過100%100%。可燃混合氣出口的流速一般為?？扇蓟旌蠚獬隹诘?/p>

50、流速一般為30-50m/s30-50m/s。由于燃燒是在噴頭出口處。由于燃燒是在噴頭出口處附近進(jìn)行，故噴頭易被高溫?zé)龎?，為此對生產(chǎn)率不大的噴頭可采用噴頭上的附近進(jìn)行，故噴頭易被高溫?zé)龎?，為此對生產(chǎn)率不大的噴頭可采用噴頭上的散熱片散熱，對于生產(chǎn)率大的噴頭可做成水冷噴頭，它同時也是防止結(jié)焦和散熱片散熱，對于生產(chǎn)率大的噴頭可做成水冷噴頭，它同時也是防止結(jié)焦和回火的一個有效措施?；鼗鸬囊粋€有效措施。 (3) (3) 燃燒道燃燒道。燃燒道的作用是加熱可燃混合氣，并在其中進(jìn)行燃燒。燃燒道的作用是加熱可燃混合氣，并在其中進(jìn)行燃燒。其容積強(qiáng)度可達(dá)其容積強(qiáng)度可達(dá)6060l0l03 3kW/mkW/m3 3以上。

51、這表明在這里氣體燃料的燃燒速率很高。以上。這表明在這里氣體燃料的燃燒速率很高。為了保證迅速地燃燒，燃燒道必須很快地使冷的可燃混合氣加熱至著火溫為了保證迅速地燃燒，燃燒道必須很快地使冷的可燃混合氣加熱至著火溫度，這可依靠燃燒道壁面的高溫輻射，或者利用旋轉(zhuǎn)氣流的中心回流作用，度，這可依靠燃燒道壁面的高溫輻射，或者利用旋轉(zhuǎn)氣流的中心回流作用，將高溫燃燒產(chǎn)物回流到火焰根部加熱可燃混合氣，同時它也是一個可靠的將高溫燃燒產(chǎn)物回流到火焰根部加熱可燃混合氣，同時它也是一個可靠的點(diǎn)火源。點(diǎn)火源。 在燃燒道內(nèi)的溫度接近于燃燒的理論溫度，因此燃燒道的材料必須具在燃燒道內(nèi)的溫度接近于燃燒的理論溫度，因此燃燒道的材料必

52、須具有高耐火性，且導(dǎo)熱性要小。為了增加燃燒道的內(nèi)表面積，使更多的可燃有高耐火性，且導(dǎo)熱性要小。為了增加燃燒道的內(nèi)表面積，使更多的可燃混合氣受熱，要求內(nèi)表面積有一定的粗糙度?；旌蠚馐軣?，要求內(nèi)表面積有一定的粗糙度。圖圖13-1313-13引射式無焰燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖引射式無焰燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖12 34 567空氣空氣 煤氣煤氣4 圖圖13-1313-13為引射式無焰燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖。這種燃燒器結(jié)構(gòu)簡單，操作為引射式無焰燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖。這種燃燒器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，故廣泛用于工業(yè)與民用爐?，F(xiàn)將圖方便，故廣泛用于工業(yè)與民用爐?，F(xiàn)將圖13-1313-13中各部分結(jié)構(gòu)簡介如下：圖中各部分結(jié)構(gòu)簡介如下：圖

53、中：中： 1 1為煤氣噴嘴，為一收縮形噴嘴。當(dāng)煤氣由此噴出時，出口斷面上的氣為煤氣噴嘴，為一收縮形噴嘴。當(dāng)煤氣由此噴出時，出口斷面上的氣流分布比較均勻，流速高，從而提高噴射效率。這一部件的尺寸直接影響流分布比較均勻，流速高，從而提高噴射效率。這一部件的尺寸直接影響燃燒器的熱負(fù)荷，是燃燒器的關(guān)鍵部件。燃燒器的熱負(fù)荷，是燃燒器的關(guān)鍵部件。 2 2為空氣調(diào)節(jié)閥，用以改變空氣的吸入量，以便根據(jù)燃燒過程的需要調(diào)為空氣調(diào)節(jié)閥，用以改變空氣的吸入量，以便根據(jù)燃燒過程的需要調(diào)節(jié)空氣系數(shù)。節(jié)空氣系數(shù)。 3 3為收縮管，是空氣吸入口，為了減少空氣阻力，常做成漸縮式錐形管。為收縮管，是空氣吸入口，為了減少空氣阻力，

54、常做成漸縮式錐形管。實(shí)驗(yàn)指出，收縮角為實(shí)驗(yàn)指出，收縮角為2525時阻力最小。時阻力最小。 4 4為混合管；使煤氣和空氣進(jìn)行混合。一般為圓柱形，氣流通過圓柱形為混合管；使煤氣和空氣進(jìn)行混合。一般為圓柱形，氣流通過圓柱形喉管時，能得到較均勻的速度場。喉管時，能得到較均勻的速度場。 5 5為擴(kuò)壓管，氣流通過擴(kuò)壓管時，流速降低，一部分動壓頭變成靜壓頭，為擴(kuò)壓管，氣流通過擴(kuò)壓管時，流速降低，一部分動壓頭變成靜壓頭，以滿足所需要的壓力。以滿足所需要的壓力。 實(shí)驗(yàn)證明，擴(kuò)張角實(shí)驗(yàn)證明，擴(kuò)張角6-86-8時效率最高。時效率最高。6 6為噴頭，呈收縮狀，主要是為了為噴頭，呈收縮狀，主要是為了使出口斷面上流速分布

55、比較均勻，以利防止回火。使出口斷面上流速分布比較均勻，以利防止回火。7 7為燃燒道。用耐火材料為燃燒道。用耐火材料砌成，可燃混合氣在這里被迅速加熱到著火溫度，并完成燃燒反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)指砌成，可燃混合氣在這里被迅速加熱到著火溫度，并完成燃燒反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)指出，燃燒道的張角不宜小于出，燃燒道的張角不宜小于9090。 引射式無焰燃燒器，因使用條件不同又有不同類型。例如根據(jù)煤氣發(fā)熱引射式無焰燃燒器，因使用條件不同又有不同類型。例如根據(jù)煤氣發(fā)熱量高低可分為高發(fā)熱量煤氣引射式和低發(fā)熱量煤氣引射式燃燒器。量高低可分為高發(fā)熱量煤氣引射式和低發(fā)熱量煤氣引射式燃燒器。 引射式燃燒器具有以下引射式燃燒器具有以下優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

56、吸入的空氣量能隨煤氣量的變化自動調(diào)節(jié)，因此空氣系數(shù)能自動保吸入的空氣量能隨煤氣量的變化自動調(diào)節(jié)，因此空氣系數(shù)能自動保持恒定，即燃燒器具有自調(diào)性。持恒定，即燃燒器具有自調(diào)性。 混合裝置簡單可靠、混合均勻，所需空氣系數(shù)小，燃燒速度快。混合裝置簡單可靠、混合均勻，所需空氣系數(shù)小，燃燒速度快。 不需要風(fēng)機(jī)，管路系統(tǒng)和自控系統(tǒng)簡單。不需要風(fēng)機(jī)，管路系統(tǒng)和自控系統(tǒng)簡單。 引射式燃燒器的主要引射式燃燒器的主要缺點(diǎn)缺點(diǎn)是：是： 大容量噴射式燃燒器的外形尺寸很大，故安裝、操作不甚方便。對大容量噴射式燃燒器的外形尺寸很大，故安裝、操作不甚方便。對大容量鍋爐來說單個燃燒器容量又太小，而燃燒器數(shù)量太多安裝又有困難。大

57、容量鍋爐來說單個燃燒器容量又太小，而燃燒器數(shù)量太多安裝又有困難。 與有焰燒嘴相比，無焰燒嘴需要較高的煤氣壓力，因此煤氣系統(tǒng)的與有焰燒嘴相比，無焰燒嘴需要較高的煤氣壓力，因此煤氣系統(tǒng)的動力消耗大，有時需設(shè)加壓站。動力消耗大，有時需設(shè)加壓站。 燃燒器負(fù)荷調(diào)節(jié)比小，即燒嘴最大和最小燃燒能力的比值不如有焰燃燒器負(fù)荷調(diào)節(jié)比小，即燒嘴最大和最小燃燒能力的比值不如有焰燒嘴大，容易發(fā)生回火。燒嘴大，容易發(fā)生回火。 空氣和煤氣的預(yù)熱溫度受到限制?？諝夂兔簹獾念A(yù)熱溫度受到限制。 對煤氣發(fā)熱量、預(yù)熱溫度、爐壓等的波動非常敏感；燒嘴的噴射比對煤氣發(fā)熱量、預(yù)熱溫度、爐壓等的波動非常敏感；燒嘴的噴射比( (自調(diào)性自調(diào)性)

58、 )實(shí)際情況偏離設(shè)計(jì)條件時便不能保持。實(shí)際情況偏離設(shè)計(jì)條件時便不能保持。13.3.3 13.3.3 引射式大氣燃燒器引射式大氣燃燒器 引射式大氣燃燒器是最為常見的一種實(shí)用燃燒器，在工業(yè)和生活燃燒裝引射式大氣燃燒器是最為常見的一種實(shí)用燃燒器，在工業(yè)和生活燃燒裝置中有著廣泛的應(yīng)用。它由引射器和頭部兩部分組成，如圖置中有著廣泛的應(yīng)用。它由引射器和頭部兩部分組成，如圖13-1413-14所示。其所示。其工作原理是具有一定壓力的氣體燃料以一定的速度從噴嘴噴出，進(jìn)入收縮型工作原理是具有一定壓力的氣體燃料以一定的速度從噴嘴噴出，進(jìn)入收縮型吸氣管，并借助燃料射流的吸卷作用帶入一次空氣。燃料與空氣在引射器內(nèi)吸氣

59、管，并借助燃料射流的吸卷作用帶入一次空氣。燃料與空氣在引射器內(nèi)混合，把動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，然后從頭部的火孔流出，并從周圍大氣中獲取混合，把動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，然后從頭部的火孔流出，并從周圍大氣中獲取二次空氣，完成整個燃燒過程，其相應(yīng)的一次空氣系數(shù)為二次空氣，完成整個燃燒過程，其相應(yīng)的一次空氣系數(shù)為0.45-0.750.45-0.75，總空，總空氣系數(shù)約為氣系數(shù)約為1.3-1.81.3-1.8。一次空氣一次空氣煤氣煤氣引射引射器器頭部頭部123 45圖圖13-1413-14大氣式燃燒器大氣式燃燒器11調(diào)節(jié)板；調(diào)節(jié)板； 22一次空氣進(jìn)口；一次空氣進(jìn)口；33引射式喉部；引射式喉部；44煤氣噴嘴；煤氣噴嘴

60、；55火孔火孔 由以上引射式大氣燃燒器工作原理可以看出它是一種帶有部分預(yù)混的由以上引射式大氣燃燒器工作原理可以看出它是一種帶有部分預(yù)混的燃燒器。它具有以下燃燒器。它具有以下特點(diǎn)特點(diǎn)： 和純擴(kuò)散式燃燒器相比，引射式大氣燃燒器的火焰溫度高，火焰短，和純擴(kuò)散式燃燒器相比，引射式大氣燃燒器的火焰溫度高，火焰短，火力強(qiáng)，燃燒比較完全，燃燒產(chǎn)物中火力強(qiáng)，燃燒比較完全，燃燒產(chǎn)物中COCO含量低，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，燃燒穩(wěn)定含量低，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，燃燒穩(wěn)定性稍差。性稍差。 與強(qiáng)制鼓風(fēng)式燃燒器相比，它不需要專設(shè)空氣鼓風(fēng)機(jī)，從而減少了與強(qiáng)制鼓風(fēng)式燃燒器相比，它不需要專設(shè)空氣鼓風(fēng)機(jī)，從而減少了投資；但熱負(fù)荷不宜太大，否則結(jié)