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燃气燃烧技术与设备Chap7
第七章大气式燃烧器
第一节大气式燃烧器的构造及特点
一、大气式燃烧器的构造及工作原理
根据部分预混燃烧方法设计的燃烧器称为大气式燃烧器,其一次空气系数。
图7-1大气式燃烧器示意图
1—调风板;2一次空气口;3—引射器喉部;4—喷嘴;5—火孔;
(一)引射器
图7-2引射器示意图
1—喷嘴;2—吸气收缩段;3—混合管;4—扩压管;
(7-1)
式中——圆形喷嘴的流量();
——喷嘴流量系数,与喷嘴的结构形式、尺寸和燃气压力有关,用实验方法求得;
——圆形喷嘴直径(mm);
——燃气压力(Pa);
图7-4可调喷嘴
1—固定部件;2—活动部件;
图7-3固定喷嘴
——燃气的相对密度(空气=1)。
图7-5一次空气吸入口及喷嘴的安装位置
(a)端部进风;(b)侧面进风
图7-6喷嘴出口截面到喉部的距离对一次空气系数的影响
图7-8调节螺丝和弯曲钢条
(a)调节螺丝;(b)弯曲钢条;
1—调节螺丝;2—弯曲钢条
图7-7调风板
(a)移动式调风板;(b)切口旋转式调风板;
(二)燃烧器头部
图7-9带有自动点火和安全装置的大气式燃烧器
图7-10铸铁锅炉上使用的大气式燃烧器
1—调风板;2—喷嘴;3—引射器;4—头部
图7-11圆火孔
(a)无凸缘的圆火孔;(b)有凸缘的圆火孔;
图7-12方火孔
1—火盖;2—火孔;3—头部;
多
图7-15带稳焰孔的火孔稳定曲线
1—有稳焰孔的离焰曲线;2—无稳焰孔的离焰曲线;3—火孔的工作范围;4—满负荷;5—无空气吸入;6—部分负荷;7—大量空气吸入;8—回火曲线;
图7-14带稳焰孔的火孔
1—主火孔;2—稳焰孔;3—主火焰;4—辅助火焰
图7-13条形火孔
图7-16单火孔大气式燃烧器
(a)火道式;(b)稳焰孔式
1—火孔;2—二次空气口;3—稳焰孔;4—引射器;5—火道;6—小孔;
第二节大气式燃烧器的头部计算
一、火孔尺寸
大气式燃烧器常用设计参数表7-1
燃起种类
炼焦煤气
天然气
液化石油气
火孔尺寸(mm)
圆孔
2.5~3.0
2.9~3.2
2.9~3.2
方孔
2.0×1.2
1.5×5.0
2.0×3.0
2.4×1.6
2.0×3.0
2.4×1.6
火孔中心间距s(mm)
(2~3)
火孔深度h(mm)
(2~3)
额定火孔热强度×103(kW/mm2)
11.6~19.8
5.8~8.7
7.0~9.3
额定火孔出流速度(Nm/s)
2.0~3.5
1.0~1.3
1.2~1.5
一次空气系数
0.55~0.60
0.60~0.65
0.60~0.65
喉部直径与喷嘴直径比
5~6
9~10
15~16
火孔面积与喷嘴面积比
44~50
240~320
500~600
二、火孔深度
图7-17孔深对脱火极限的影响
六、锅支架高度
图7-18火孔倾角对燃烧特性及热效率的影响图7-19锅支架高度对燃烧特性及热效率影响
七、火孔燃烧能力及火孔总面积
火孔能稳定和完全燃烧的燃气量称为火孔的燃烧能力。
通常用火孔热强度或燃气空气混合物离开火孔的速度来表示火孔的燃烧能力。
(7-2)
式中——火孔热强度(kW/mm2);
——燃气低热值(kJ/Nm3);
——一次空气系数;
——理论空气需要量(m3/m3);
——火孔出口气流速度(Nm/s)。
(7-3)
式中——火孔总面积(mm2);
——燃烧器热负荷(kW);
——火孔出口气流速度(Nm/s),按表7-1或有关设计手册查得。
(7-4)
式中——火孔热强度(kW/mm2),按表7-1或有关设计手册查得。
八、燃烧器头部的静压力
(7-5)
式中——流动阻力损失(Pa);
——火孔出口气流速度(Nm/s);
——在标准状态下燃气-空气混合物的密度(kg/Nm3);
——火孔阻力系数。
(7-6)
式中——火孔流量系数,按式(2-5)取用。
(7-7)
式中——因气体膨胀而产生气流加速的能量损失(Pa);
——混合气体通过火孔被加热的温度,这时近似假定火孔进口的混合气体温度为0℃。
(7-8)
(7-9)
式中——头部必须具有的静压力(Pa)
——燃烧器头部的能量损失系数。
(7-10)
混合气体通过火孔被加热的温度决定于燃烧器的结构、工作参数及燃烧室的构造,在大多数情况t=50~150℃。
对于民用燃烧器,通常=2.7~2.9。
(7-11)
式中——质量引射系数;
——燃气的相对密度(空气=1)。
(7-12)
十、二次空气口
(7-13)
式中——二次空气口的截面积(mm2);
——燃烧器热负荷(kW)。
十一、火焰高度
图7-20火焰内锥高度
(一)火焰内锥高度
(7-14)
式中——火焰的内锥高度(mm);
——一个火孔的面积(mm2);
——火孔热强度(kW/mm2);
——与燃气性质及一次空气系数有关的系数,查表7-2。
各种燃气的K值表7-2
燃气种类
一次空气系数
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.95
丁烷
天然气
炼焦煤气
-
-
0.23
-
0.26
0.19
-
0.22
0.16
0.28
0.18
0.12
0.23
0.16
0.09
0.19
0.15
0.07
0.16
0.13
0.06
0.13
0.10
0.06
0.11
0.08
0.07
-
-
0.08
(二)火焰外锥高度
(7-15)
式中——火焰外锥高度(mm);
——火孔排数;
——表示燃气性质对外锥高度影响的系数,
对天然气,=1.0;
对丁烷,=1.08;
对炼焦煤气,=2mm,=0.5
=3mm,=0.6
=4mm,=0.77~0.78
(热强度较大时取较大值);
——表示火孔净距对外锥高度影响的系数,见表7-3。
系数s表7-3
火孔净距(mm)
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
s
1.47
1.22
1.04
0.91
0.86
0.83
0.79
0.77
0.75
0.74
0.74
0.74
第三节低压引射器的计算
图7-21常压吸气低压引射器的工作原理
1—喷嘴;2—吸气收缩管;3—喉部;4—混合管;5—扩压管
一、引射器的工作原理
引射器按工质压力可分为低压及高(中)压两种;按被引射气体的吸入速度可分为常压吸气及负压吸气两种。
工质压力低于20000Pa,称为低压,高于20000Pa称为高(中)压。
二、常压吸气低压引射器的基本方程式
(7-16)
式中、——燃气和混合气体的质量流量(kg/s);
——喷嘴出口的燃气速度(m/s);
——引射器喉部的速度(m/s);
——引射器的出口静压力(Pa);
——扩压管恢复的静压力(Pa);
——混合管中的摩擦阻力损失(Pa);
——引射器喉部截面积(mm2);
——速度场不均匀系数。
(7-17)
式中——混合管中恢复的静压力(Pa)。
(7-18)
式中——动量平均速度;
——流量平均速度。
速度场不均习系数取决于速度场的分布状况,对于抛物线速度场,=1.33;对于稳定的紊流速度场(Re=10000),=1.02;对于矩形速度场,=l。
燃气流出喷嘴的速度场接近矩形,故取=1,因此;引射器喉部速度场具有不均匀性,故。
(7-19)
(7-20)
(7-21)
(7-22)
(7-23)
式中、、——燃气、空气及混合气体的体积流量(m3/s);
——空气的质量流量(kg/s);
——喷嘴出口截面积(m2);
、、——燃气、空气及混合气体的密度(kg/m3);
——燃气的相对密度;
——质量引射系数;
——容积引射系数。
(7-24)
式中F——无因次面积。
(7-25)
(7-26)
式中——摩擦阻力系数。
式中——摩擦系数;
——混合管长度;
——混合管喉部直径。
对喷嘴:
(7-27)
对扩压管:
(7-28)
式中H——喷嘴前燃气压力;
——喷嘴流量系数;
——扩压管的扩张程度;
——扩压管出口界面积;
——扩压管阻力损失系数,值相应于扩压管的进口速度。
(7-29)
(7-30)
式中K——能量损失系数。
(7-31)
(7-32)
(7-33)
三、引射器的形状及能量损失系数
(7-34)
式中——扩压管效率。
图7-23三种引射器
第四节低压引射大气式燃烧器的计算
一、大气式燃烧器的自动调节特性
(7-35)
(7-36)
式中——燃气密度。
(7-37)
式中F1——燃烧器参数。
(7-38)
((7-39)
二、燃烧器计算的判别式及计算步骤
(7-40)
(7-41)
或(7-42)
(7-43)
三、燃烧器常数C
(7-44)
式中——喷嘴面积;
——燃气流量;
s——燃气相对密度;
H——燃气压力(Pa);
——喷嘴流量系数。
(7-45)
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