熱質(zhì)交換原理與設(shè)備課件第6章

1、第6章6.1空氣射流的熱質(zhì)交換 6.2燃料燃燒時的熱質(zhì)交換6.3液體燃燒器6.4氣體燃燒器6.1空氣射流的熱質(zhì)交換 6.1.1空氣射流的種類6.1.2送風(fēng)口形式與送風(fēng)參數(shù)6.1.3回風(fēng)口空氣流動規(guī)律和回風(fēng)口形式6.1.1空氣射流的種類1.等溫自由射流2.非等溫自由射流3.受限射流4.平行射流5.旋轉(zhuǎn)射流圖6-1自由射流示意圖表6-1噴嘴紊流系數(shù)a值紊流系數(shù)a圓斷面射流收縮極好的噴嘴圓 管擴(kuò)散角812矩形短管帶有可動導(dǎo)向葉片的噴嘴活動百葉風(fēng)格006600760090102016平面射流收縮極好的平面噴嘴平面壁上的銳緣斜縫具有導(dǎo)葉加工磨圓邊口的通風(fēng)管縱向縫010801150155圖6-2溫度邊界層

2、與速度邊界層的對比 圖6-3彎曲射流的軸線軌跡示意圖圖6-4貼附射流示意圖圖6-5非貼附射流的氣流分布示意圖圖6-6平行射流圖6-7旋轉(zhuǎn)射流速度圖6.1.2送風(fēng)口形式與送風(fēng)參數(shù)1.送風(fēng)口形式2.送風(fēng)狀態(tài)1.送風(fēng)口形式(1)側(cè)送風(fēng)口在房間內(nèi)橫向送出氣流的風(fēng)口叫側(cè)送風(fēng)口。(2)散流器散流器是安裝在頂棚上的送風(fēng)口，自上而下送出氣流。(3)孔板送風(fēng)口空氣經(jīng)過開有若干小孔的孔板而進(jìn)入房間，這種風(fēng)口形式叫孔板送風(fēng)口。(4)噴射式送風(fēng)口噴射式送風(fēng)口是一個漸縮圓錐臺形短管，如圖6-8所示。(5)旋流送風(fēng)口圖6-9是旋流送風(fēng)口的一種形式。圖6-8噴射式送風(fēng)口a)圓形噴口b)球形轉(zhuǎn)動風(fēng)口圖6-9旋流送風(fēng)口1出風(fēng)格

3、柵2集塵箱3旋流葉片表6-2送風(fēng)溫差室溫允許波動范圍/送風(fēng)溫差/1015106100536(0102)23圖6-10回風(fēng)點匯圖圖6-11回風(fēng)口速度分布圖圖6-12矩形網(wǎng)式回風(fēng)口圖6-13活動篦板式回風(fēng)口6.2燃料燃燒時的熱質(zhì)交換6.2.1氣體燃料的燃燒方法6.2.2液體燃料的燃燒方法6.2.3固體燃料的燃燒方法6.2.1氣體燃料的燃燒方法1.擴(kuò)散式燃燒2.部分預(yù)混式燃燒3.完全預(yù)混式燃燒4.燃燒的強化1.擴(kuò)散式燃燒(1)擴(kuò)散式燃燒的機理在這種燃燒方式中，氣體燃料一邊燃燒，一邊與空氣混合，燃燒速度慢，火焰較長、較明亮，并且有明顯的輪廓，所以又稱有焰燃燒。(2)擴(kuò)散式燃燒的火焰火焰長度與燃?xì)饬鞒龌?/p>

4、孔的速度有關(guān)，如圖6-15所示為不同狀態(tài)下火焰長度的變化情況，圖中橫坐標(biāo)為燃?xì)鈴膰娍谥辛鞒龅乃俣?，縱坐標(biāo)為火焰長度。(3)擴(kuò)散燃燒的穩(wěn)定性燃燒的穩(wěn)定性是指燃燒過程不發(fā)生脫火、回火和光焰現(xiàn)象。(4)擴(kuò)散式燃燒的特點擴(kuò)散燃燒的優(yōu)點是燃燒穩(wěn)定，不會發(fā)生回火現(xiàn)象；脫火極限值很大，不易脫火，易于著火燃燒。圖6-14層流擴(kuò)散火焰的結(jié)構(gòu)1外側(cè)混合區(qū)(燃燒產(chǎn)物+空氣)2內(nèi)側(cè)混合區(qū)(燃燒產(chǎn)物+燃?xì)?燃?xì)鉂舛热紵a(chǎn)物濃度氧氣濃度圖6-15不同狀態(tài)下的擴(kuò)散火焰長度1火焰長度終端曲線2層流火焰終端曲線圖6-16擴(kuò)散火焰的溫度分布圖6-17脫火極限曲線1天然氣2焦?fàn)t煤氣2.部分預(yù)混式燃燒(1)部分預(yù)混式燃燒的機理在一般

5、情況下，根據(jù)氣體燃料的性質(zhì)，一次空氣系數(shù)取=0.40.7。(2)部分預(yù)混層流火焰的穩(wěn)定性部分預(yù)混式燃燒會出現(xiàn)脫火和回火現(xiàn)象。(3)部分預(yù)混合紊流火焰的穩(wěn)定性由于預(yù)混紊流火焰比層流火焰明顯縮短，焰面由光滑變?yōu)榘櫱?，其火焰結(jié)構(gòu)如圖6-20所示。(4)部分預(yù)混式燃燒的特點部分預(yù)混式燃燒由于預(yù)混了部分空氣，所以燃燒溫度和燃燒的完全程度有所提高；當(dāng)選取適宜的一次空氣系數(shù)時，燃燒過程仍屬穩(wěn)定。圖6-18本生火焰圖圖6-19天然氣和空氣的混合物的燃燒穩(wěn)定范圍1光焰曲線2脫火曲線3回火曲線4光焰區(qū)5脫火區(qū)6回火區(qū)圖6-20紊流火焰的結(jié)構(gòu)1焰核2焰面3燃盡區(qū)圖6-21用輔助火焰作點火源1燃燒器火孔2小孔3環(huán)形縫

6、隙3.完全預(yù)混式燃燒(1)完全預(yù)混式燃燒的機理燃?xì)夂涂諝庠谥鹎邦A(yù)先按化學(xué)當(dāng)量比混合均勻，即=1 ，并在專門設(shè)置的火道，使燃燒區(qū)內(nèi)保持穩(wěn)定高溫的一種燃燒方法。(2)完全預(yù)混式燃燒火焰的穩(wěn)定性由于=1，因此燃燒的穩(wěn)定范圍減小了，而燃燒的完全程度卻提高了。(3)完全預(yù)混式燃燒的特點完全預(yù)混式燃燒的優(yōu)點是：熱強度非常高，每立方米燃燒室容積每小時可達(dá)(4.18641.86)108J，相當(dāng)于擴(kuò)散燃燒法的1001000倍；燃燒溫度高，接近于理論燃燒溫度；燃燒的完全程度高，幾乎不存在化學(xué)未完全燃燒；燃燒過程的過?？諝饬亢苌?，一般=1.05，熱效率非常高；但燃燒火焰的穩(wěn)定性較差，容易產(chǎn)生脫火和回火現(xiàn)象。圖6-

7、22無焰燃燒工作原理1混合物擴(kuò)張區(qū)2火道邊界3回流區(qū)4回流邊界表面噴口直徑D火道直徑圖6-23火道中的溫度變化和燃?xì)獾娜急M曲線(噴口直徑25mm；火道直徑65mm；火道長度311mm；=1.15)圖6-24各種形狀的鈍體穩(wěn)焰器圖6-25穩(wěn)焰器的物理模型4.燃燒的強化(1)改善氣流相遇條件可以將燃?xì)馀c空氣分成細(xì)流，增大兩股氣流的接觸面積，使兩股氣流具有一定的速度差并成一定交角，或?qū)⒁还蓺饬鞔┻^并淹沒在另一股氣流中，通常是使氣體燃料淹沒在空氣氣流中。(2)加強紊動在火焰穩(wěn)定性允許的范圍內(nèi)盡量提高入口或燃燒室中的氣流速度，并在入口處采用一些阻力較大的擋板等，構(gòu)成撞擊混合，從而增加氣流的紊動。(3)預(yù)

8、熱燃?xì)夂涂諝忸A(yù)熱燃?xì)夂涂諝饪梢蕴岣呋鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?，增加反?yīng)區(qū)內(nèi)的反應(yīng)速度，提高燃燒溫度，從而增加燃燒強度。(4)煙氣再循環(huán)將燃?xì)馊紵a(chǎn)生的一部分高溫?zé)煔庖蛉紵鲀?nèi)，使之與尚在著火的或正在燃燒的燃?xì)饪諝饣旌衔锵嗷旌?，可提高反?yīng)區(qū)的溫度，從而增加燃燒強度。(5)應(yīng)用旋轉(zhuǎn)氣流在氣體從噴口噴出以前，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，導(dǎo)致氣流的徑向和軸向壓力梯度的產(chǎn)生而影響流場。圖6-26熱分解的影響6.2.2液體燃料的燃燒方法1.液面燃燒2.燈芯燃燒3.蒸發(fā)燃燒4.噴霧燃燒圖6-27釜式燃燒圖圖6-28燈芯燃燒圖6-29蒸發(fā)燃燒4.噴霧燃燒(1)使液體燃料從噴嘴高速噴出(2)使燃料作回轉(zhuǎn)運動，然后從孔口以液膜狀態(tài)噴

9、出如圖6-32所示的渦流噴射器，先使液體燃料以切線方向送入噴射器的回旋室中，由此燃料作回旋運動并以液膜狀態(tài)噴出孔口。(3)以空氣或蒸汽等氣體為噴霧的媒介質(zhì)將液體燃料霧化如圖6-34所示的二流體噴射器，使燃料和空氣 (或蒸汽) 分別從不同的噴口噴出，然后兩者在噴嘴口混合而噴出。(4)從旋轉(zhuǎn)的圓板或杯子的外周以離心力將液體燃料甩出和分散如圖6-35所示的旋轉(zhuǎn)噴射器，設(shè)計中把風(fēng)機的出風(fēng)口和轉(zhuǎn)杯設(shè)在同一軸線上。圖6-30噴霧燃燒的四種物理模型圖6-31單口噴射器圖6-32渦旋噴射器圖6-33離心式噴射的霧化原理圖a)噴射壓力小時b)噴射壓力大時圖6-34二流體噴射器圖6-35旋轉(zhuǎn)噴射器6.2.3固體燃

10、料的燃燒方法1.按燃燒現(xiàn)象分類的燃燒方法2.按燃燒方式分類的燃燒方法1.按燃燒現(xiàn)象分類的燃燒方法(1)表面燃燒表面燃燒是在幾乎不含有揮發(fā)物和易熱分解組分而主要由碳組成的燃料中進(jìn)行的，通常認(rèn)為：碳分子和碳表面上吸附的氧發(fā)生反應(yīng)，其燃燒產(chǎn)物可能同時有CO2和CO，CO2還可能與碳發(fā)生還原反應(yīng)而生成CO。(2)蒸發(fā)燃燒蒸發(fā)燃燒是熔點比較低的固體燃料在燃燒之前先熔融成液體狀態(tài)，然后液體受熱而蒸發(fā)所產(chǎn)生的氣體與空氣中氧接觸而進(jìn)行燃燒，如常見的蠟燭燃燒就屬此類。(3)分解燃燒分解燃燒是分解溫度低的固體燃料由于加熱而產(chǎn)生熱分解，它的易揮發(fā)的組分離開固體表面時與氧氣反應(yīng)所產(chǎn)生的燃燒現(xiàn)象。(4)冒煙燃燒冒煙燃燒

11、是在容易引起熱分解的不穩(wěn)定物質(zhì)中，由于熱分解產(chǎn)生的揮發(fā)物溫度低于其自發(fā)著火溫度時，往往會引起帶有大量濃煙的表面燃燒現(xiàn)象。2.按燃燒方式分類的燃燒方法(1)層燃式燃燒層燃式燃燒是將燃料塊置于固定的或移動的爐篦上面，讓空氣通過燃料層使其燃燒。(2)沸騰式燃燒沸騰式燃燒如圖6-37所示。(3)懸浮式燃燒懸浮式燃燒是先將固體燃料磨成細(xì)粉，然后隨空氣一同流向爐膛內(nèi)呈懸浮狀態(tài)進(jìn)行燃燒。1)能獲得最大的熱密度，即在單位體積的燃燒室內(nèi)，同時存在于爐膛中的燃料量最大；2)在防止燃料粉末飛失的條件下，有可能大大增加鼓風(fēng)；3)熱惰性大，對燃料供給與鼓風(fēng)之間協(xié)調(diào)性的偏離敏感性差，故燃燒過程比較穩(wěn)定，而且4)逆流式對燃

12、料的熱準(zhǔn)備過程比較有利，而順流式的熱準(zhǔn)備過程就沒有像逆流式那樣進(jìn)行得充分；5)層燃式燃燒在小型和中型動力裝置中占有重要地位，但隨著現(xiàn)代動力工業(yè)的發(fā)展，已不能適用于大型動力裝置的機械化和自動化控制。圖6-36層燃式燃燒圖6-37沸騰式燃燒1)可以在單位面積的爐篦上獲得很大的熱負(fù)荷；2)由于燃料顆?；旌陷^好，使燃料層沿層高的溫度分布比較均勻，對氣化過程中CO2的吸熱還原反應(yīng)提供了有利條件；3)燃料顆粒在不斷的流體動力作用下混合，互相碰撞，有利于破壞顆粒的外層灰殼，阻礙燃料的粘結(jié)和結(jié)渣，可減輕熔渣產(chǎn)生的故障；4)它還可以低溫燃燒，減少氮氧化物的發(fā)生量，有利于控制大氣污染；5)易造成機械未完全燃燒損失

13、，有可能使灰分和未燃顆粒等與氣體一起大量從爐中流出，故需要將帶出的未燃的細(xì)料用除塵器捕集下來，并返回到燃燒室中繼續(xù)燃燒。圖6-38懸浮式燃燒a)懸浮式直流燃燒b)懸浮式渦流燃燒1)用于大型燃燒爐時，與層燃式相比較具有不易結(jié)渣、設(shè)備費用增加不多、對負(fù)荷的變動適應(yīng)性好等優(yōu)點，所以可適用于大型動力裝置；2)由于燃料粉末處于懸浮狀態(tài)時反應(yīng)表面積大，所以可得到比層燃式氣化塊狀燃料時高得多的氣化效率；3)可以用比層燃式小的空氣比而得到較高的燃燒效率；4)可以燃燒含有大量粉末的劣質(zhì)煤、水分多的煤或灰分多的煤，如泥煤、無煙煤屑、不結(jié)焦的瘦煤、含任何水分的褐煤、鏟切泥煤或選煤副產(chǎn)品等；5)燃燒過程可全部實現(xiàn)機械

14、化和自動化操作，可大大改善工人的操作環(huán)境；6)由于懸浮式燃燒時爐壁積灰多，故不適用于小型燃燒爐。6.3液體燃燒器6.3.1雙筒型煤油燃燒器6.3.2釜式燃燒器6.3.3蒸發(fā)燃燒器6.3.4噴霧燃燒器圖6-39雙筒型燃燒器燃燒系統(tǒng)圖6-40釜式燃燒器燃燒釜圖6-41加壓式蒸發(fā)燃燒器6.3.4噴霧燃燒器1.油噴嘴2.配風(fēng)器1.油噴嘴(1)機械霧化油噴嘴機械霧化是依靠機械力，使油滴旋轉(zhuǎn)，從而破碎成小顆粒的方法。(2)氣流霧化油噴嘴氣流霧化是依靠壓力為0.31.2MPa的蒸汽或壓縮空氣把油霧化的方法。(3)聯(lián)合霧化油燃燒器聯(lián)合氣流機械霧化油噴嘴是同時有機械霧化和氣流霧化的一種噴嘴。6Z42.tif圖6

15、-42切向槽式簡單壓力霧化油噴嘴a)霧化片b)旋流片c)分流片1霧化片2旋流片3分流片圖6-43切向孔式球形簡單機械霧化噴嘴圖6-44切向孔式柱形簡單機械霧化噴嘴圖6-45內(nèi)回油式簡單機械霧化噴嘴圖6-46轉(zhuǎn)杯式簡單機械霧化噴嘴1空心軸2轉(zhuǎn)杯3 一次風(fēng)導(dǎo)流片4 一次風(fēng)機5電動機6帶輪7軸承 圖6-47外混式氣流霧化油噴嘴1油管2氣流套管 圖6-48內(nèi)混式油噴嘴1內(nèi)噴嘴2外噴嘴3混合室圖6-49中間混合式氣流霧化油噴嘴1噴頭2分流器3氣進(jìn)口4混合物噴嘴5油進(jìn)口圖6-50聯(lián)合氣流機械霧化油噴嘴1油管2氣流套管3分油配氣嘴4氣孔5氣槽6混合室頭部7油孔8噴孔2.配風(fēng)器(1)旋流式配風(fēng)器旋流式配風(fēng)器根

16、據(jù)葉片形式不同，主要包括軸向可動葉片旋流式配風(fēng)器、固定切向葉片旋流式配風(fēng)器和可動切向葉片旋流式配風(fēng)器，它們的結(jié)構(gòu)如圖6-51、圖6-52和圖6-53所示。(2)直流式配風(fēng)器圖6-54和圖6-55為兩種直流式配風(fēng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6-51軸向可動葉片旋流式配風(fēng)器1進(jìn)油口2回油口3點火器4葉輪5穩(wěn)焰器6環(huán)形風(fēng)門7圓筒形風(fēng)門8 一次風(fēng)管圖6-52固定切向葉片旋流式配風(fēng)器1直流空氣2旋流空氣3中心空氣4多孔板5油噴嘴6噴口圖6-53可動切向葉片旋流式配風(fēng)器1進(jìn)油管2中心風(fēng)進(jìn)口3切向葉片4文丘里管5穩(wěn)焰器圖6-54直管型直流式配風(fēng)器1油噴嘴2穩(wěn)焰器3大風(fēng)箱圖6-55文丘里管型直流式配風(fēng)器1油噴嘴2穩(wěn)焰器

17、3大風(fēng)箱4圓筒形風(fēng)門6.4氣體燃燒器6.4.1擴(kuò)散式燃燒器6.4.2大氣式燃燒器6.4.3完全預(yù)混式燃燒器6.4.4其他氣體燃料燃燒器6.4.1擴(kuò)散式燃燒器1.自然引風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器2.鼓風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器1.自然引風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器(1)管式燃燒器分單管式和多管式。(2)圓環(huán)形燃燒器該燃燒器屬環(huán)形供氣，故而壓力分布均勻，火焰高度整齊。(3)沖焰式燃燒器該燃燒器采用兩個擴(kuò)散火焰相撞的方法來增強氣流擾動，增加燃?xì)馀c空氣之間的紊流混合，提高燃燒穩(wěn)定性，強化燃燒過程，如圖6-60所示。(4)多縫式燃燒器在多縫式燃燒器中，氣體燃料進(jìn)入到燃燒器外殼與內(nèi)管間的環(huán)形通道，從內(nèi)管上的縫口進(jìn)入爐內(nèi)，燃?xì)馊紵璧目諝庖徊?/p>

18、分從內(nèi)管進(jìn)入，一部分從燃燒器外套管進(jìn)入，它們的空氣量依靠空氣調(diào)節(jié)板來調(diào)節(jié)。圖6-56直管式擴(kuò)散燃燒器圖6-57排管式擴(kuò)散燃燒器圖6-58渦管式擴(kuò)散燃燒器圖6-59圓環(huán)形燃燒器圖6-60沖焰式擴(kuò)散燃燒器圖6-61多縫式燃燒器1 一次空氣調(diào)節(jié)板2二次空氣調(diào)節(jié)板3頭部4燃?xì)夤?支撐圖6-62單套管燃燒器2.鼓風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器(1)套管式燃燒器該燃燒器由大管和小管相套形成的。(2)旋流式燃燒器本身帶有旋流器，空氣在旋流器的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，而燃?xì)鈴姆至髌鞯膰娍字辛鞒觥?3)平流式燃燒器平流式燃燒器是在前兩種鼓風(fēng)式燃燒器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型燃燒器。圖6-63管群式燃燒器圖6-64導(dǎo)流葉片式旋流燃燒器1節(jié)流

19、閥2導(dǎo)流葉片3燃?xì)庑髌?噴口圖6-65環(huán)縫旋流式燃燒器1燃?xì)膺M(jìn)口2空氣進(jìn)口3環(huán)縫4耐火磚圖6-66周邊供氣渦殼式燃燒器1渦殼配風(fēng)器2燃燒分配室3冷空氣室4火道圖6-67中心供氣渦殼式燃燒器圖6-68多槍平流式燃燒器6.4.2大氣式燃燒器1.環(huán)形大氣燃燒器2.棒形燃燒器圖6-69大氣燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖1調(diào)風(fēng)板2 一次空氣入口3引射器喉部4噴嘴5火孔圖6-70立式小型鍋爐燃?xì)馊紵?噴嘴2引射器3調(diào)風(fēng)板4頭部圖6-71鑄鐵鍋爐燃?xì)馊紵?噴嘴2引射器3調(diào)風(fēng)板4頭部圖6-72棒形大氣式燃燒器1噴嘴2支撐3調(diào)風(fēng)套4頭部5堵板6.4.3完全預(yù)混式燃燒器1.引射式單火道完全預(yù)混燃燒器2.H型引射式燃燒器3.B型引射式燃燒器4.B型引射式燃燒器圖6-73直管型引射式單火道完全預(yù)混燃燒器1燃?xì)鈬娮?進(jìn)風(fēng)碗3調(diào)風(fēng)碗4引射器5噴頭6火道圖6-74彎管型引射式單火道完全預(yù)混燃燒器圖6-75H型引射式燃燒器圖6-76B型引射式燃燒器圖6-77B型引射式燃燒器6.4.4其他氣體燃料燃燒器1.平焰燃燒器2.脈沖燃燒器3.催化燃燒器4.浸沒式燃燒器61.平焰燃燒器(1)引射式平焰燃燒器它由引射器、噴頭