燃?xì)馊紵c應(yīng)用chap7

第七章大氣式燃燒器第一節(jié)大氣式燃燒器的構(gòu)造及特點第二節(jié)大氣式燃燒器的頭部計算第三節(jié)低壓引射器的計算第四節(jié)低壓引射大氣式燃燒器的計算一、大氣式燃燒器的構(gòu)造及工作原理按照部分預(yù)混式燃燒方法設(shè)計；一次空氣系數(shù)0<α’<1;主要組成：引射器+頭部；常見α’＝0.45～0.75；過?？諝庀禂?shù)1.3～1.8；第一節(jié)大氣式燃燒器的構(gòu)造與特點一次空氣入口引射器喉部調(diào)風(fēng)板火孔噴嘴燃?xì)庠趬毫ψ饔孟?，高速流出噴嘴；靠速度產(chǎn)生的能量吸入一次空氣；燃?xì)猓淮慰諝饣旌?，自頭部火孔流出，進(jìn)行燃燒；產(chǎn)生Benson火焰。(一)引射器利用高能量燃?xì)獾膭幽?，引射低能量氣體；使二者混合均勻；在引射器末端形成剩余壓力，以克服頭部阻力損失，使空氣－燃?xì)饣旌衔镌诨鹂壮隹讷@得一定的速度；輸送所需的燃?xì)饬?，保持其熱?fù)荷；根據(jù)燃?xì)鈮毫Φ母叩?，引射器分為兩種：低壓引射器：燃?xì)鈮毫π∮?0000Pa；高壓引射器：燃?xì)鈮毫Υ笥?0000Pa；引射器結(jié)構(gòu)組成1——噴嘴；2——吸氣收縮段；3——混合管；4——擴(kuò)壓管；噴嘴流量計算

低壓下不考慮可壓縮性時：燃?xì)鈮毫?Pa)燃?xì)獗戎貒娮熘睆?mm)流量系數(shù)：取決于結(jié)構(gòu)、噴嘴直徑大小等?？卓诔隽骰竟剑问?。。。固定式噴嘴——結(jié)構(gòu)

出口斷面積保持不變；結(jié)構(gòu)簡單；阻力小；引射空氣性能較好；燃?xì)饬髁繜o法改變，不能適應(yīng)氣種變化。

燃?xì)庠睿阂夯蜌鈊=0.9~1.0mm;人工煤氣d=2.4mm,小火d=1.2mm.

固定式噴嘴——流量系數(shù)μl/dl/d=0~2,流量系數(shù)隨l/d增大而增大；l/d>2,流量系數(shù)隨l/d增大而減??；最佳l/d隨著壓力H增大而減小。通常l/d=1~2;β<60o,流量系數(shù)隨著β變化不大；通常β=60o；隨噴嘴直徑d的增大而增大。d=1~2.5mm,=0.7~0.78;d>2.5mm,=0.78~0.80噴嘴收縮角β噴嘴直徑d噴嘴前壓力H可調(diào)噴嘴

固定部件+活動部件；活動部件的前后移動可以改變噴嘴的有效流通面積；可適應(yīng)氣源的變化；

‘=15o,=60o,流量系數(shù)=0.6~0.7；計算噴嘴出口面積時，計算流量應(yīng)比額定流量大30%~50%。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，阻力大，引射空氣性能較差。吸氣收縮管

減少空氣進(jìn)入時的阻力；常為錐型或流線型；收縮角25o時阻力最??；進(jìn)口直徑為2.5倍的喉部直徑。一次空氣吸入口

設(shè)在吸氣收縮管上，面積為1.25~2.25倍的火孔面積；吸入口流速小于1.5m/s；

側(cè)面進(jìn)風(fēng)、端面進(jìn)風(fēng)兩種。端面進(jìn)風(fēng)側(cè)面進(jìn)風(fēng)喉部直徑大于噴嘴外徑l=(1.0~1.5)dtl’=(0~0.5)D’噴嘴與喉部的相對位置二者間的距離對一次空氣引射有影響。噴嘴中心與混合管的中心應(yīng)嚴(yán)格一致，避免偏心。一次空氣量的調(diào)節(jié)

適應(yīng)氣源成分的輕微變化、保證穩(wěn)定性；安裝調(diào)風(fēng)板；混合管內(nèi)安裝調(diào)節(jié)螺絲、彎曲鋼條。移動式調(diào)風(fēng)板切口旋轉(zhuǎn)式調(diào)風(fēng)板調(diào)節(jié)螺絲彎曲鋼條調(diào)節(jié)螺絲混合管進(jìn)行空氣、燃?xì)獾某浞只旌?；漸縮管——有利于速度均勻、不利濃度/溫度的均勻；漸擴(kuò)管——有利于濃度/溫度均勻、不利于速度均勻；常采用圓柱形；有時不用；長度(1~5)dt,常用(1~3)dt。擴(kuò)壓管

使部分動壓變?yōu)殪o壓，提高氣體壓力。促進(jìn)空氣-燃?xì)獾倪M(jìn)一步混合均勻。擴(kuò)張角6~8o，阻力損失最小。常用7o.(1.4~1.8)dt(4~6)dt(二)燃燒器頭部BurnerHead將燃?xì)?空氣混合物均勻分配到火孔上；穩(wěn)定地、完全地燃燒；要求：1、頭部各點壓力相等；2、二次空氣的供應(yīng)均勻、暢通；3、體積不能過大、熄火噪聲問題。多火孔頭部(multi-port)、單火孔頭部(single-port)多火孔頭部(一)多火孔頭部(二)調(diào)風(fēng)板噴嘴引射器長方形頭部有凸緣火孔鑄鐵鍋爐用大氣式燃燒器火孔的形狀——圓火孔二次空氣供應(yīng)較方火孔差；直接鉆制、加工方便；有凸緣、無凸緣。火孔的形狀——方火孔二次空氣接觸較好；適合理論空氣量大的燃?xì)?，LPG；適合可拆卸的頭部。條形火孔(口琴式)布置時的面積比圓形火孔小；結(jié)構(gòu)緊湊；適用于燃?xì)饬髁看?、加熱面積小的場合；容易產(chǎn)生黃焰、不易脫火。帶穩(wěn)焰孔的火孔主火孔+輔助火孔；燃?xì)獾幕鹧嫠俣瓤鞎r，主火孔不回火；燃?xì)獾娜紵俣嚷龝r，輔助火孔不脫火。主火孔輔助火孔主火焰輔助火焰有穩(wěn)焰孔的離焰曲線無穩(wěn)焰孔的離焰曲線火孔的工作范圍大量吸入空氣滿負(fù)荷無空氣吸入部分負(fù)荷回火曲線單火孔頭部多用于工業(yè)燃燒器；要求火力集中、火孔熱強(qiáng)度高的場合；火道式穩(wěn)焰孔式火道式單火孔燃燒器火孔二次空氣口引射器火道穩(wěn)焰孔式單火孔燃燒器火孔二次空氣口穩(wěn)焰孔引射器小孔穩(wěn)焰孔火焰加熱主火孔根部二、大氣式燃燒器的特點與應(yīng)用比自然引風(fēng)式擴(kuò)散燃燒器火焰短、火力強(qiáng)、燃燒溫度高；燃燒比較完全、效率較高、CO排放量低；使用低壓燃?xì)狻＿m應(yīng)性強(qiáng)、可滿足多種工藝需要火孔熱強(qiáng)度比自然引風(fēng)式高，但仍受限制。熱負(fù)荷大時，結(jié)構(gòu)笨重。（多火孔燃燒器）應(yīng)用范圍家庭與公用事業(yè)中的灶具…熱水器、沸水器、食堂灶具…(單火孔燃燒器)小型燃?xì)忮仩t、工業(yè)爐...應(yīng)用范圍非常廣泛第二節(jié)大氣式燃燒器的頭部計算設(shè)計原則、要求：

保證燃燒穩(wěn)定(不回火、不離焰、無黃焰)；火焰特性滿足工藝要求。設(shè)計內(nèi)容：

選擇頭部形式、火孔形狀…

計算火孔尺寸、間距、排數(shù)…

頭部容積、頭部靜壓...一、火孔尺寸含H2較多的燃?xì)?煉焦煤氣)，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，防止回火為主——火孔尺寸較小。含CH4/CO2/N2較多的燃?xì)?，防止脫火為主——采取大孔徑。但需注意二次空氣供?yīng)量減少，需增大一次空氣量。防止污染、堵塞，孔徑不宜小于2mm。條形火孔寬度為圓火孔直徑的2/3。大氣式燃燒器常用設(shè)計參數(shù)二、火孔深度增加孔深可增加脫火極限，但超過13~15mm后，效果不明顯；增加孔深、降低回火極限。但孔深增加、阻力增大、不利于一次空氣吸入?？咨顚S焰極限無影響?？捎糜型咕壍幕鹂讈碓黾涌丈?、節(jié)約金屬。一般取孔深h=(2~3)dp火孔深度對脫火極限的影響三、火孔間距火孔間距較大時，對脫火、黃焰極限無影響；孔距減小到一定程度，火焰靠近/合并，提高了脫火極限；但二次空氣供給受影響，必須增加一次空氣?？紤]傳火迅速，孔距不宜太大。一般取孔距為(2~3)dp四、火孔排數(shù)四排以內(nèi)時，排數(shù)對脫火極限無影響；隨著排數(shù)增多，二次空氣的供應(yīng)受影響。一般不超過兩排。需兩排以上時：火孔應(yīng)叉排；每增加一排，一次空氣系數(shù)增加5~7%。五、火孔傾角火孔傾角減小，二次空氣接觸越充分，CO含量越低；火孔傾角增大，CO含量越高、但熱效率增加。一般可取30o；六、鍋架高度鍋架高、二次空氣充分、燃燒完全、CO含量低；但效率下降；鍋架低、二次空氣供應(yīng)減少、CO含量增加；熱效率提高。根據(jù)火焰內(nèi)錐高度、火孔傾角確定；一般20~30mm；七、火孔燃燒能力、火孔面積火孔熱強(qiáng)度qp——能穩(wěn)定、完全地燃燒的燃?xì)饬浚?kW/mm2)火孔出口速度vp：(Nm/s)kW/mm2低熱值(kJ/Nm3)一次空氣系數(shù)理論空氣量(Nm3/Nm3)qp的確定原則Vp>回火極限速度，Vp<脫火極限速度；據(jù)穩(wěn)定范圍曲線，在選定的一次空氣系數(shù)下，在離焰極限速度和回火極限速度之間選擇；H2含量高的燃?xì)?，離回火極限遠(yuǎn)些；CH4/CO2/N2含量高的燃?xì)猓x脫火極限遠(yuǎn)些。確定火孔面積FpVp確定后，可以計算火孔總面積Fp；熱負(fù)荷(kW)表7-1中查取八、燃燒器頭部靜壓流動阻力P1；混合物受熱、氣流加速的能量損失P2

；火孔出口的動壓頭P3；保證混合物從火孔中出流的能量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃?xì)?空氣混合物的密度(kg/Nm3)火孔阻力系數(shù)火孔的流量系數(shù)在進(jìn)口混合物溫度為0oC時，穿過火孔、受熱膨脹、加速產(chǎn)生的能量損失?；鹂壮隹诘膭訅侯^損失頭部的靜壓力為：頭部能量損失系數(shù)一般取t=50~150oC，民用燃燒器K1=2.7~2.9九、頭部截面積/頭部容積保證氣流均勻分布、火焰高度一致——頭部截面積/容積大一些；減小點火、熄火噪聲——頭部截面積小一些。一般：頭部截面積=2倍的火孔總面積；頭部較長時，沿氣流方向做成漸縮型、減少金屬耗量。十、二次空氣口二次空氣過多，降低效率、吹熄火焰；二次空氣不足，不完全燃燒；二次空氣流速：不大于0.5m/s；二次空氣口面積(mm2)熱負(fù)荷(kW)十一、火焰高度(內(nèi)錐)內(nèi)錐高度取決于燃?xì)庑再|(zhì)、一次空氣系數(shù)、火孔尺寸、火孔熱強(qiáng)度；與火孔間距、深度無關(guān)；受熱面與火焰的距離會影響CO、煙怠等排放，也影響效率等指標(biāo)。一次空氣增加，內(nèi)錐高度降低；一次空氣超過80%，內(nèi)錐高度隨之增大。內(nèi)錐高度的計算單個火孔的面積(mm2)火孔熱強(qiáng)度(kW/mm2)與燃?xì)庑再|(zhì)、一次空氣系數(shù)有關(guān)的系數(shù)燃?xì)夥N類α'0.10.20.30.40.50.60.70.80.90.95丁烷———0.280.230.190.160.130.11—天然氣—0.260.220.180.160.150.130.100.08—煉焦煤氣0.230.190.160.120.090.070.060.060.070.08外錐高度的計算

與燃?xì)庑再|(zhì)、火孔熱強(qiáng)度、火孔直徑、排數(shù)、火孔間距有關(guān)；受周圍空氣流動狀態(tài)影響很大，常閃爍。火孔排數(shù)火孔凈距對外錐高度的影響系數(shù)與燃?xì)庑再|(zhì)有關(guān)的系數(shù)天然氣：n1=1.0;丁烷：n1=1.08;煉焦煤氣：dp=2mm,n1=0.5;dp=3mm,n1=0.6;dp=4mm,n1=0.77~0.78第三節(jié)低壓引射器的設(shè)計計算低壓引射器壓力<20000Pa不考慮可壓縮性高中壓引射器壓力>20000Pa考慮可壓縮性第一類引射器(負(fù)壓吸氣)吸氣收縮管較小吸入段阻力損失較大第二類引射器(常壓吸氣)吸氣收縮管較大吸入段阻力損失較小一、引射器工作原理燃?xì)馑俣认陆担豢諝馑俣壬?；吸氣收縮管質(zhì)量流量mg的燃?xì)?、在壓力P1下進(jìn)入噴嘴；壓力下降為P2≈P0;速度升高為v1;高速流動的燃?xì)鈩恿繉a的空氣以v2吸入；有一個動量交換的過程；混合管燃?xì)獾乃俣葀g繼續(xù)下降——動量轉(zhuǎn)移給空氣、克服流動阻力、轉(zhuǎn)換為靜壓；空氣流速va繼續(xù)上升；混合管出口處vg=va=v3；混合管出口處的靜壓恢復(fù)為P3;恢復(fù)的靜壓h1=P3-P2擴(kuò)壓管混合氣體速度由v3下降v4;靜壓由P3上升到P4；在擴(kuò)壓管內(nèi)恢復(fù)的靜壓為h2=P4-P3；擴(kuò)壓管出口總靜壓：h=h1+h2二、引射器基本方程對A-A、B-B斷面列動量方程：關(guān)鍵是求解h/H的關(guān)系動量平均速度v’速度場不均勻系數(shù)1流量平均速度vV’=1V由質(zhì)量守恒，可得定義：無因次面積動量守恒方程的左端已全部轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾膮?shù)質(zhì)量引射系數(shù)u；容積引射系數(shù)us現(xiàn)在來考慮動量方程右端的各項：混合管內(nèi)的摩擦阻力損失混合管長度摩擦系數(shù)擴(kuò)壓管的摩擦阻力損失擴(kuò)壓管出口面積混合管喉部面積對噴嘴建立能量方程最終，得到其中的能量損失系數(shù)為描述了頭部的靜壓h與噴嘴前的燃?xì)鈮毫之比，與引射器的幾何尺寸(F=Ft/Fj)、工作參數(shù)u之間的關(guān)系。Note:僅適用于空氣吸入速度很小的情況。此時，吸入段的壓力保持不變，且等于大氣壓。最佳工況——h/H最大？在給定的工作參數(shù)u下，怎樣的F可獲得最大的h/H?令最佳無因次面積對應(yīng)地，最大的無因次壓力：Note：在推導(dǎo)過程中，假設(shè)，K為常數(shù)；當(dāng)實際工況與最佳工況不符時，，K會發(fā)生變化；公式的準(zhǔn)確性會下降，但在工程上已足夠準(zhǔn)確。三、引射器形狀/能量損失系數(shù)混合管摩擦阻力系數(shù)：與混合管內(nèi)的氣流狀態(tài)、加工質(zhì)量、長度有關(guān)；通常取0.06~0.121混合管長度為直徑的5~6倍時，為1.02~1.04；混合管較長，1較小。1、擴(kuò)壓管效率，與擴(kuò)張度n、擴(kuò)張角、入口速度不均勻系數(shù)有關(guān)；2、最有利擴(kuò)張角6~8o；3、大氣式燃燒器n=2~3。三種常用的引射器Ⅰ型K＝1.5Ⅱ型K＝2.1Ⅲ型K＝3.0第四節(jié)低壓引射式大氣燃燒器的計算頭部能量損失方程一、大氣式燃燒器的自動調(diào)節(jié)特性其中又一個無因次面積引射器特性方程得到對比，可得燃燒器基本方程燃燒器的引射能力燃燒器的結(jié)構(gòu)結(jié)論：1、燃燒器的引射能力只與燃燒器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與燃燒器的構(gòu)造狀況無關(guān)?。∵@一特性稱作引射式燃燒器的自動調(diào)節(jié)特性。2、實際上，K/K1會隨著工作狀況而有所變化；當(dāng)實際工作狀況偏離設(shè)計工況較遠(yuǎn)時，自動調(diào)節(jié)特性將被破壞。二、燃燒器判別式合理的燃燒器設(shè)計，應(yīng)使燃燒器的最佳工況與引射器的最佳工況相一致。引射器的最佳無因次面積代入到燃燒器基本方程，得到定義燃燒器基本方程成為：燃燒器判別式1、A>1;無解；燃燒器不能保證所要求的壓力；2、A＝1;燃燒器計算工況與最佳工況一致；3、A<1;F1<F1op,h/H不是最大值；可降低燃燒器壓力或采用較大阻力系數(shù)的引射器；燃燒器設(shè)計（一）按最佳工況設(shè)計；提供相適應(yīng)的壓力H設(shè)計步驟：1、進(jìn)行頭部計算，確定α’/u/dp/Fp/K1:確定α’：人工煤氣0.55－0.60；天然氣、LPG：0.6－0.65；計算質(zhì)量引射系數(shù)；選取火孔直徑；計算火孔總面積；確定火孔數(shù)量、間距、排數(shù)等；計算頭部能量損失系數(shù)：2、引射器計算選取引射器形式，確定K值；計算最佳燃燒器參數(shù)F1op;計算喉部面積Ft;依dt確定引射器各部分尺寸；A=1,X=13、噴嘴截面積計算確定所需燃?xì)鈮毫NOTE:燃燒器在最佳情況下工作；噴嘴前壓力是設(shè)計人員提出的。燃燒器設(shè)計（二）在給定的燃燒器壓力下，設(shè)計燃燒器的尺寸設(shè)計步驟：1、進(jìn)行頭部計算，確定α’/u/dp/Fp/K1:確定α’：人工煤氣0.55－0.60；天然氣、LPG：0.6－0.65；計算質(zhì)量引射系數(shù)；選取火孔直徑；計算火孔總面積；確定火孔數(shù)量、間距、排數(shù)等；計算頭部能量損失系數(shù)：燃燒器不在最佳情況下工作3、引射器計算2、噴嘴尺寸計算或者選取引射器形式，確定K值；計算A值；計算X值；計算F1;計算Ft;dt三、燃燒器常數(shù)C問題的背景燃?xì)獾某煞?壓力發(fā)生變化時，工作狀況如何變化？將噴嘴的流量計算公式代入到引射器的自動調(diào)節(jié)特性方程中得到燃燒器常數(shù)C與燃燒器的幾何尺寸(Ft/Fp)有關(guān)；與阻力特性(K/K1/)有關(guān);燃燒器常數(shù)與噴嘴截面積無關(guān)；

當(dāng)燃?xì)鈮毫、成分、比重s、引射系數(shù)u發(fā)生變化時，燃燒器常數(shù)C會如何變化呢？若燃?xì)獬煞肿兓?s/V0/Hl/‘),噴嘴進(jìn)行調(diào)整以保持熱負(fù)荷不變，燃燒器其余的結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，如何確定新的工作參數(shù)呢？問題一若燃?xì)獬煞肿兓?s/V0/Hl/‘),噴嘴進(jìn)行調(diào)整以保持熱負(fù)荷不變，燃燒器其余的結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，如何確定新的工作參數(shù)呢？燃燒器的幾何結(jié)構(gòu)未變化燃燒器常數(shù)C不變新情況下的燃?xì)赓|(zhì)量流量Lg=Q/Hl可求出u引射系數(shù)新情況下的噴嘴面積新情況下的火孔出口速度之后，可與原來的火孔出口速度對比；也可與該新氣種的穩(wěn)定燃燒時的火孔出口速度相比，看是否處于穩(wěn)定燃燒區(qū)域？這也是燃?xì)饣Q性的內(nèi)在機(jī)制！新情況下的一次空氣系數(shù)問題二若燃?xì)鈮毫變化，成分(s/V0/Hl/‘)不變,對噴嘴進(jìn)行調(diào)整以保持熱負(fù)荷不變，燃