燃?xì)馊紵c設(shè)備設(shè)計(jì)

1、目 錄1設(shè)計(jì)原始資料11.1氣源11.2設(shè)計(jì)熱負(fù)荷12燃?xì)馊紵?jì)算12.1燃?xì)獾臒嶂?2.2華白數(shù)22.3理論空氣量42.4過?？諝庀禂?shù)42.5實(shí)際空氣量52.6煙氣量53大氣式燃燒器73.1大氣式燃燒器的工作原理73.2設(shè)計(jì)計(jì)算73.3火焰高度12總結(jié)14參考資料141設(shè)計(jì)原始資料1.1氣源天然氣3T0成分見表1-1表1-1 燃?xì)獬煞诸悇e體積分?jǐn)?shù)(%)相對(duì)密度熱值/()華白數(shù)/()燃燒勢(shì)理論干煙氣中體積分?jǐn)?shù)(%)3T0CH4=32.5空氣=67.50.88511.0612.2811.9513.2822.011.741.2設(shè)計(jì)熱負(fù)荷本設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為：4.2 燃?xì)鈮毫Γ?0002燃?xì)馊紵?jì)算2.1

2、燃?xì)獾臒嶂禋怏w中的可燃成分在一定條件下與氧氣發(fā)生氧化作用，并產(chǎn)生大量的熱和光的物理化學(xué)反應(yīng)過程成為燃燒。3T0燃?xì)馔耆紵懦龅臒崃糠Q為該燃?xì)獾臒嶂?，單位為千焦每?biāo)準(zhǔn)立方米。熱值可以分為高熱值和低熱值。高熱值是指3T0燃?xì)馔耆紵笃錈煔獗焕渲猎紲囟?，而其中的水蒸氣以凝結(jié)水狀態(tài)排出時(shí)所放出的熱量；低熱值是指3T0燃?xì)馔耆紵笃錈煔獗焕渲猎紲囟?，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸汽狀態(tài)時(shí)所放出的熱量。實(shí)際使用的燃?xì)馐呛卸喾N組分的混合氣體，混合氣體的熱值可以直接用熱量計(jì)測(cè)定，也可以有各單一氣體的熱值根據(jù)混合法則按下時(shí)進(jìn)行計(jì)算： （2-1）式中：H 燃?xì)猓ɑ旌蠚怏w）的高熱值或低熱值（）； 燃?xì)庵懈魅冀M

3、分的高熱值或低熱值（），由燃?xì)馊紵c應(yīng)用附錄2查得；rn燃?xì)庵懈骺扇冀M分的容積成分。 查附錄得該燃?xì)饨M分熱值見表2-1：表2-1 各個(gè)組分的熱值燃?xì)饨M分甲烷空氣高熱值（）95998126915低熱值（）88390117212則該設(shè)計(jì)的熱值分別為: 高熱值為：=0.325×95998+0.675×126915= 116866.975 低熱值為：=0.325×88390+0.675×117212=107844.852.2華白數(shù)當(dāng)以一種燃?xì)庵脫Q另一種燃?xì)鈺r(shí)，首先應(yīng)保證燃具熱負(fù)荷（）在互換前后不發(fā)生大的改變。以民用燃具為例，如果熱負(fù)荷減少太多，就達(dá)不到燒煮食物的

4、工藝要求，燒煮時(shí)間也要加長(zhǎng)；如果熱負(fù)荷增加太多，就會(huì)使燃燒工況惡化。當(dāng)燃燒器噴嘴前壓力不變時(shí)，燃具熱負(fù)荷Q與燃?xì)鉄嶂礖成正比，與燃?xì)庀鄬?duì)密度的平方根成反比，而稱為華白數(shù)： （2-2）式中:W華白數(shù)，或稱熱負(fù)荷指數(shù)； H燃?xì)鉄嶂担?S燃?xì)庀鄬?duì)密度（設(shè)空氣的s=1）。因此，燃具熱負(fù)荷與華白數(shù)成正比： （2-3）式中:K比例常數(shù)。 華白數(shù)是代表燃?xì)馓匦缘囊粋€(gè)參數(shù)。如果兩種燃?xì)獾臒嶂岛兔芏染煌?，?只要它們的華白數(shù)相等，就能在同一燃?xì)鈮毫ο潞屯蝗季呱汐@得同一熱負(fù)荷。欲求華白數(shù)，必先求出燃?xì)獾南鄬?duì)密度。燃?xì)獾钠骄肿恿靠捎上率角蟮茫?（2-4）式中：混合氣體的平均分子量；、各單一氣體容積成分（%）；

5、、各單一氣體分子量，可由燃?xì)馊紵c應(yīng)用附錄2查得，結(jié)果見表2-2中；表2-2 各個(gè)組分的密度燃?xì)饨M分甲烷空氣分子量44.097058.1240則該設(shè)計(jì)燃?xì)獾钠骄肿恿繛椋?0.325×44.0970+0.675×58.1240=53.6（）燃?xì)獾南鄬?duì)密度：混合氣體的相對(duì)密度按下式計(jì)算： （2-5）式中：空氣的平均分子量（），=29相對(duì)密度為： 則華白數(shù)W的值為： =79289 2.3理論空氣量理論空氣量是指每立方米（或千克）燃?xì)馊剂习慈紵磻?yīng)計(jì)量方程式完全燃燒所需要的空氣量，單位為標(biāo)準(zhǔn)立方米每標(biāo)準(zhǔn)立方米或者標(biāo)準(zhǔn)立方米每千克。理論空氣量也是燃?xì)馔耆紵枰淖钚】諝饬俊．?dāng)燃

6、氣組成已知，可按下式計(jì)算燃?xì)馊紵璧睦碚摽諝饬浚?（2-6）式中:V0理論空氣需要量；H2、CO、CmHn、H2S燃?xì)庵懈鞣N可燃組分的容積成分；O2燃?xì)庵醒鯕獾娜莘e成分。則3T0天然氣的理論空氣量為： =28.62.4過?？諝庀禂?shù)理論空氣需要量是燃?xì)馔耆紵璧淖钚】諝饬?。由于燃?xì)馀c空氣存在混合不均勻性，如果在實(shí)際燃燒裝置中只供給理論空氣量，則很難保證燃?xì)馀c空氣的充分混合，因而不能完全燃燒。因此實(shí)際供給的空氣量應(yīng)大于理論空氣量，即要供應(yīng)一部分過?？諝狻＿^?？諝獾拇嬖谠黾恿巳?xì)夥肿雍涂諝夥肿优鲎驳目赡苄裕黾恿似湎嗷プ饔玫臋C(jī)會(huì)，從而促使完全燃燒。實(shí)際供給的空氣量V與理論供給的空氣量V0之比稱

7、為過剩空氣系數(shù)，即 （2-7）通常1。值的大小決定于燃?xì)馊紵椒叭紵O(shè)備的運(yùn)行工況。在民用燃具中一般控制在1.31.8。本設(shè)計(jì)中取值為=1.5。過?？諝獾拇嬖谠黾恿巳?xì)夥肿雍涂諝夥肿优鲎驳目赡苄裕黾恿似湎嗷プ饔玫臋C(jī)會(huì)，從而促使燃燒完全。在燃燒過程中，正確選擇和控制是十分重要的，過小和過大都將導(dǎo)致不良后果；前者使燃料的化學(xué)熱不能充分發(fā)揮，后者使煙氣的體積增大，燃燒室內(nèi)溫度下降，增加排煙的熱損失，其結(jié)果都將使加熱設(shè)備的熱效率下降。因此，先進(jìn)的燃燒設(shè)備應(yīng)在保證完全燃燒的前提下，盡量使值趨近于1。2.5實(shí)際空氣量 如前所述，理論空氣量是燃?xì)馔耆紵枰淖钚】諝饬?，為了保證燃?xì)馔耆紵?，因此?shí)際

8、供給的空氣量應(yīng)大于理論空氣量。 由過?？諝庀禂?shù)的關(guān)系可知，實(shí)際的空氣量為： （2-8）則實(shí)際空氣量為：=1.5×28.6=42.902.6煙氣量燃?xì)馊紵蟮漠a(chǎn)物就是煙氣。當(dāng)只供給理論空氣量時(shí)，燃?xì)馔耆紵螽a(chǎn)生的煙氣量稱為理論煙氣量。理論煙氣量的組成時(shí)CO2、SO2、N2和H2O。前三者組分合在一起稱為干煙氣。包括H2O在內(nèi)的煙氣稱為濕煙氣。當(dāng)有過?？諝鈺r(shí)，煙氣中除上述組分外尚含有過?？諝猓@時(shí)的煙氣量稱為實(shí)際煙氣量。如果燃燒不完全，則除上述組分外還將出現(xiàn)CO、CH4、H2等可燃組分。在實(shí)際的運(yùn)用中，由于為了使燃?xì)饽軌虺浞秩紵?，則過?？諝庀禂?shù)1，因此煙氣必為實(shí)際煙氣量。對(duì)于該設(shè)計(jì)中成

9、分已知的燃?xì)猓細(xì)庵懈骺扇冀M分單獨(dú)燃燒后產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量可通過燃燒反應(yīng)方程式來確定。（一） 按燃?xì)饨M分計(jì)算(1)實(shí)際煙氣量（1）三原子氣體的體積 （2-9） =0.01×（0+0+3×32.5+4×67.5+0）=3.675 干燃?xì)馑魵怏w積 （2-10） =0.010+0+4×32.5+5×67.5+126.6×（0+42.90×0.01)=5.22 干燃?xì)?氮?dú)怏w積，按下式求得 （2-11） =0.79×42.90+0.01×0=33.891 干燃?xì)?過剩氧氣體積 （2-12） 式中：實(shí)際煙氣中過剩氧

10、氣體積（干燃?xì)猓?=0.21×（1.5-1） （2-13） =3.00 干燃?xì)?實(shí)際煙氣總體積 （2-14） 式中：實(shí)際煙氣量（干燃?xì)猓?=3.675+5.22+33.891+3.00=45.786 干燃?xì)?2)對(duì)于液化石油氣也可采用下式計(jì)算: （2-15） 帶入低熱值，得： =×107844.85+4.5+（1.5-1）×28.6=45.98 干燃?xì)?大氣式燃燒器3.1大氣式燃燒器的工作原理根據(jù)部分預(yù)混燃燒方法設(shè)計(jì)的燃燒器稱為大氣式燃燒器，其一次空氣系數(shù)為0<<1。大氣式燃燒器由頭部及引射器兩部分組成，工作原理是：燃?xì)庠谝欢▔毫ο拢砸欢魉購膰娮炝?/p>

11、出，進(jìn)入吸氣收縮管，燃?xì)饪勘旧淼哪芰课胍淮慰諝狻Ｔ谝淦鲀?nèi)燃?xì)夂鸵淮慰諝饣旌?，然后，?jīng)頭部火孔流出，進(jìn)行燃燒，形成本生火焰。大氣式燃燒器的一次空氣系數(shù)為通常為,被設(shè)計(jì)取為0.60。根據(jù)燃燒室工作狀況的不同，過?？諝庀禂?shù)通常變化在1.31.8之間，本設(shè)計(jì)取=1.5。3.2設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容是確定燃燒器各部件的界面尺寸，并根據(jù)數(shù)據(jù)確定各部件的長(zhǎng)度等尺寸。本設(shè)計(jì)燃燒器熱負(fù)荷Q=4.2 燃?xì)獾蜔嶂礖l=107844.85 相對(duì)密度S=0.885，理論空氣需要量V0=28.6,燃?xì)鈮毫?000。最佳工況 引射定量空氣而燃?xì)鈮毫p失最小的工況稱為最佳工況，此時(shí)獲得最高頭部靜壓力。選取型的引射器，可使

12、引射器的尺寸最小，其能量損失系數(shù)K=3。(1)計(jì)算燃?xì)饬髁?（3-1）=0.140 式中：燃?xì)饬髁浚?燃燒器熱負(fù)荷， 燃?xì)獾蜔嶂担?2)計(jì)算噴嘴直徑 （3-2） =1.1 式中：噴嘴直徑，； 噴嘴流量系數(shù)，=0.70.8，取值0.75.故噴嘴的面積：=0.95(3)計(jì)算混合管截面積與火孔總面積 =19.39 （3-3） =1110.86 （3-4） =1055.317 （3-5）故，混合管直徑=54式中： F1op-最佳燃燒器參數(shù) -引射器能力損失系數(shù)，=3 -頭部能力損失系數(shù)，=2.8 （3-6） =1019.53 （3-7）(4)計(jì)算火孔出口速度 一般家用燃具的火孔出口速度可按下表所列范圍

13、取值，在這個(gè)范圍內(nèi)是可采取提高噴嘴前燃?xì)鈮毫蜻m當(dāng)減少一次空氣系數(shù)以增大火孔出口速度。家用燃具火孔出口速度見表3-1 表3-1 家用燃具火孔出口速度 燃?xì)饨範(fàn)t煤氣天然氣液化石油氣火孔出口速度2.03.51.01.31.21.5 （3-8）=0.69 (5)核算最佳工況 在最終確定混合管截面積與火孔總面積后，由此兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行最佳工況核算。工況判別系數(shù)A可以判別引射式燃燒器工況，當(dāng)A=1為最佳工況，當(dāng)A1時(shí)為非最佳工況，A不可能大于1。 （3-9）=1(6)確定火孔尺寸與個(gè)數(shù) 圓火孔最容易加工，被廣泛采用?？咨钤黾涌蓽p少回火與離焰，在圓火孔周沿制成凸緣形，不但增加孔深，還利于二次空氣供給給

14、予冷卻頭部，一般孔深與火孔中心距為23倍孔徑，凸緣圓孔孔深大于12時(shí)易出現(xiàn)黃焰。家用燃具火孔出口速度見表3-2：表3-2 家用燃具火孔出口速度燃?xì)饨範(fàn)t煤氣天然氣液化石油氣直徑（）2.53.02.93.22.93.2大氣式燃燒器常用設(shè)計(jì)參數(shù)見表3-3：表3-3 大氣式燃燒器常用設(shè)計(jì)參數(shù)燃?xì)夥N類煉焦煤氣天然氣液化石油氣火孔尺寸圓孔方孔2.0×1.21.5×5.02.0×3.02.4×1.62.0×3.02.4×1.6火孔中心間距（2-3）火孔深度（2-3）額定火孔熱強(qiáng)度額定火孔出口口風(fēng)速一次空氣系數(shù)本設(shè)計(jì)取火孔的直徑=3.0，故單火孔面積

15、為： （3-10）=7.07則共有 （3-11）=144一般孔深與火孔中心距為23孔徑，本設(shè)計(jì)取=2.5=2.5×3.0=7.5，=6.5火孔排數(shù)不宜大于兩排，且各排火孔交叉排列，當(dāng)兩排以上時(shí)，每增加一排，一次空氣系數(shù)需增加5%7%。據(jù)此，本設(shè)計(jì)采用兩排布置的形式，其中外排=65，內(nèi)排=16。外圈頭部尺寸確定?；鹂字行木嗳紵鬟吘壍木嚯x為10。 注：燃燒器頭部壁厚=3頭部?jī)魧?=20-2×3=14由于氣流在該處分成了兩部分，故：頭部?jī)舾?=73 （3-12）內(nèi)圈頭部采用圓蓋構(gòu)造，火孔外緣距燃燒器邊緣距離為5。其尺寸確定如下：頭部直徑 =53頭部?jī)舾?=15(7)擴(kuò)壓管尺寸計(jì)

16、算 擴(kuò)壓管進(jìn)口截面積與混合管截面積相同 （3-13）=2.5×519=2638.3 故，擴(kuò)壓管出口直徑=75 式中：-擴(kuò)壓管出口截面積， n-擴(kuò)壓管擴(kuò)張度，n=23，本設(shè)計(jì)取n=2.0。擴(kuò)壓管的長(zhǎng)度取決于擴(kuò)張角，長(zhǎng)度按下列公式計(jì)算： （3-14） =802式中：a-擴(kuò)壓管擴(kuò)張角，一般a=68°，本設(shè)計(jì)取a=7°。(8)其他結(jié)構(gòu)參數(shù)見表3-4：表3-4 其他結(jié)構(gòu)參數(shù)名稱結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值吸氣收縮管一般采用錐形收縮管，進(jìn)口截面積為混合段截面積的46倍，吸氣入口面積為火孔總面積的1.252.25倍，對(duì)熱值高的燃?xì)馊〈笾担湛s管安裝長(zhǎng)度由安裝長(zhǎng)度確定。=58燃?xì)鈬娮熘睆脚c孔深之

17、比d/l=0.51.0，=60°。當(dāng)一次空氣口位于收縮管端部，噴嘴出口至混合段進(jìn)口距離為混合段直徑的1.01.5倍。噴嘴軸線應(yīng)在混合管軸線上。D/l=0.75=26混合管長(zhǎng)度為直徑的13倍50頭部進(jìn)口截面積為火孔總面積的2倍以上，沿氣流方向?yàn)闇p縮形，以保持壓力均勻，任意截面積為其后火孔總面積的2倍以上。(9)核算一次空氣系數(shù) 設(shè)計(jì)計(jì)算中一次空氣系數(shù)作為已知的設(shè)計(jì)參數(shù)出現(xiàn)在質(zhì)量引射系數(shù)中，其影響燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸，因此當(dāng)燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸正確時(shí)，由燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算而得的一次空氣系數(shù)應(yīng)與事先確定的數(shù)值一致，由下式確定： =60% （3-15）故，設(shè)計(jì)合適3.3火焰高度火焰內(nèi)錐與冷表面接觸時(shí)，由

18、于焰面溫度突然下降，燃燒反應(yīng)中斷，便形成化學(xué)不完全燃燒。這時(shí)對(duì)于民用燃具是不允許的。在設(shè)計(jì)燃燒器頭部時(shí)，計(jì)算火焰高度是十分重要的。 （1）火焰內(nèi)錐高度主要取決于燃?xì)庑再|(zhì)、一次空氣系數(shù)、火孔尺寸和火孔熱強(qiáng)度，而與火孔間距及孔深無關(guān)?；鹧鎯?nèi)錐的高度由可下式計(jì)算： （3-16） =0.86×0.15×7.07×7.77 =7.1式中：火焰內(nèi)錐高度（） 單個(gè)火孔的面積（） 火孔熱強(qiáng)度（） 與燃?xì)庑再|(zhì)及一次空氣系數(shù)有關(guān)的系數(shù)。本設(shè)計(jì)中使用的天然氣3T0的值見表3-5中：表3-5 天然氣3T0的值燃?xì)夥N類一次空氣系數(shù)0.20.30.40.50.60.70.80.9天然氣3T00.260.220.180.160.150.130.100.08（2）火焰外錐高度受周圍空氣流動(dòng)狀態(tài)的影響很大，主要取決于燃?xì)庑再|(zhì)、火孔熱強(qiáng)度、火孔直徑、火孔排數(shù)及火孔間距。