燃气燃烧技术与设备_Chap6

第六章扩散式燃烧器

第一节燃烧器的分类与技术要求

一、燃烧器的分类

(一) 按一次空气系数分类

α=。

1. 扩散式燃烧器燃气和空气不预混，一次空气系数'0

α=。

2. 大气式燃烧器燃气和一部分空气预先混合，'0.2~0.8

α≥。

3. 完全预混式燃烧器燃气和空气完全预混，'1

(二) 按空气的供给方法分类

1．引射式燃烧器空气被燃气射流吸入或者燃气被空气射流吸入。

2．鼓风式燃烧器用鼓风设备将空气送入燃烧系统。

3．自然引风式燃烧器靠炉膛中的负压将空气吸入燃烧系统。

(三) 按燃气压力分类

1．低压燃烧器燃气压力在5000Pa以下。

2．高(中)压燃烧器燃气压力在5000Pa至3?105Pa之间。

更高压力的燃烧器目前尚未使用。

第二节自然引风式扩散燃烧器

按照扩散式燃烧方法设计的燃烧器称为扩散式燃烧器。扩散式燃烧器的一次空气系数α=，燃烧所需要的空气在燃烧过程中供给。

'0

一、自然引风式扩散燃烧器的构造及工作原理Array

(三) 冲焰式扩散燃烧器

(四) 炉床式扩散燃烧器

二、自然引风式扩散燃烧器的火孔热强度

(一) 炼焦煤气

四、自然引风式扩散燃烧器的计算

(一)管式扩散燃烧器的计算

p 6

p 10l

q v H

(6-1)

式中 p v ——火孔出口速度(Nm/s)；

p q ——火孔热强度(kW/mm 2)；

l H ——燃气低热值(kJ/Nm 3)

p p

Q F q =

(6-2)

式中 p F ——火孔总面积(mm 2)； Q ——燃烧器热负荷(kW)。

p

2

p 4

F n d π

=

(6-3)

g p 2F F ≥ (6-4)

2

p

g g 2p 12288

v T h h ρμ=?+? (6-5)

式中 h ——头部所需压力(Pa)；

p μ——火孔流量系数，与火孔的结构特性有关。在管子上直接打孔时，p μ=0.65~0.70。

在管子上直接钻直径较小的孔时(p d =1~1.5mm)，当

p

h

d =0.75，p μ=0.77；当

p h d =1.5，p μ=0.85(h —火孔深度)。对于管嘴，当p

h d =2~4时，p μ=0.75~0.82，对于直径小、孔深浅的火孔，p μ取较小值；

p v ——火孔出口速度(Nm/s)；

g ρ——燃气密度(kg/Nm 3)； g T ——火孔前燃气温度(K)；

h ?——炉膛压力(Pa)，当炉膛为负压时，h ?取负值。

(二)炉床式扩散燃烧器的计算

g

g g

10.0036L F v =

(6-6)

式中 g F ——燃气分配管截面积(mm 2)；

g v ——分配管内燃气的流速(m/s)，一般取15~20m/s ； g L ——一个燃烧器的燃气耗量(Nm 3/h) 。

a v μ=(6-7)

式中 a v ——空气流经火道最小截面的速度(m/s)； h ?——炉膛负压(Pa)； a ρ——空气密度(kg/Nm 3)； a μ——流量系数，一般取a μ=0.7。

0g a

out g a 13600288

g V L T b d l v α=

+

(6-8)

式中 b ——火道宽度(m)； α——过剩空气系数；

g l ——燃气分配管长度(m)； a T ——空气温度(K)； out g d ——燃气分配管外径(m)。

g g a

1288

3600l l L H l q T ?=

(6-9)

式中 l H ——燃气低热值(kJ/Nm 3)；

l q ——长度热强度(kW/m)，对小型采暖锅炉， l q =230~460kW/m ， 对燃烧室高度小于3.0m 的小型工业锅炉， l q =1150~1750kW/m ， 对燃烧室高度大于3.0m 的中型工业锅炉， l q = 2300~3560kW/m ， out

1.3752

b d h -=

(6-10)

或

out 0.364()h b d =-

s p sin h

K d α= (6-11)

式中p d ——火孔直径(mm)；

s K ——系数，按图3-10查得；

α——燃气射流与空气流的交角；

p v ——火孔出口的燃气流速(m/s)；

g ρ——燃气密度(kg/m 3)。

0.75(2~5)mm s h =+

(6-12)

()'23g p p 0.0036

m /h 4

L d v π

=

(6-13)

火孔数目n 为：

g 'g

L n L

= (6-14)

()g 1

mm 2

n l s +=

? (6-15)

2

2

p

p g 2p

g 1+2F v H F ξρμ????

??=

? ?????

?

?

∑ (6-16)

式中 H ——燃气所需要的压力(Pa)；

p μ——火孔流量系数，按式(6-5)取用；

ξ∑——从燃气阀门到火孔的总阻力系数，通常取

ξ

∑=2.5；

p F ——总的火孔截面积(mm 2)； g F ——燃气分配管截面积(mm 2)；

p v ——火孔出口速度(m/s)。

第三节 鼓风式扩散燃烧器

一、鼓风式燃烧器的构造和工作原理 (一)套管式燃烧器

(二)旋流式燃烧器

三、鼓风式燃烧器的计算

(一)蜗壳式燃烧器(图6-17)的设计计算方法：

p p

Q

F q =

(6-17)

式中 p F ——空气通道面积(m 2)； Q ——燃烧器热负荷(kW)；

p q ——喷头热强度，通常=(35~40)?103(kW/m 2)。

2

p ab

D =0.35时天然气蜗壳燃烧器的火焰近似长度 表6-1

蜗壳供空气时的回流区尺寸 表6-2

蜗壳结构比2p

ab D

0.6 0.45 0.35 0.2

回流区直径与喷头直径比

①

bf

p

D D 0.41 0.41 0.47 0.69

回流区面积与喷头面积比2

bf

p D

D ?? ? ???

0.167 0.167 0.22 0.48

① 这种燃烧器的喷头直径等于空气通道直径。

p bf

2

D D -?=

(6-18)

式中 △——环形通道宽度(cm)；

bf D ——回流区直径(cm)。

0g a

a 22p bf

110.36sin 288

()4

V L T v D D απβ=

-

(6-19)

式中 a v ——空气螺旋运动的实际速度(m/s)，其气流轴线与燃烧器轴线的交角为90β?-；

α——过剩空气系数；

0V ——理论空气需要量(Nm 3/Nm 3)； g L ——燃气耗量(Nm 3/h)；

a T ——空气温度(K)；

β——空气螺旋运动的平均上升角，其值与蜗壳结构有关，按表6-3确定。

空气螺旋运动的平均上升角β 表6-3

22

a in

a a a (1)22

v v H ρξρ=+-

(6-20)

式中 a H ——燃烧器前空气所需的压力(Pa)；

ξ——空气入口动压的阻力系数，对蜗壳供气，

2

p ab

D =0.35时，ξ=2.8~2.9；对切向供气，

2p

ab

D =0.35时，ξ=1.8~2.0； in v ——燃烧器入口的空气流速(m/s)。

0g a

in 10.0036288

V L T v ab α=

(6-21)

式中 a 、b ——空气入口尺寸(mm)。 2．燃气系统计算

g

'g '

g

10.0036L F v =

(6-22)

式中 '

g F ——燃气分配室截面积(mm 2)；

'g v ——燃气分配室内燃气的流速(m/s)，一般取'

g v =15~20m/s 。

11

22

d h d h ≈ max 0.5 1.375h h D h =+=

(6-23)

式中 m a x

h

——射流边界最大穿透深度；

h ——射流穿透深度；

D ——射流直径。

max 20.5h =?，20.5

0.361.375

h =

?=? (6-24)

max max

12220.8()0.8(1.3750.75)0.18h h D h =-=-=?

10.13h =?

(6-25)

0.75sin h

D β=

(6-26)

min 0.75sin h

s β

≥

(6-27)

max min

(2)

p D h Z s π-≤

(6-28)

2

22

0.74

d F z π= (6-29)

F g

g

L F v ε=

(6-30)

式中 F ε——压缩系数(按式(4-34)计算)

F g

g 222

0.9

L v z d ε= (6-31)

20.9s

d K =(6-32)

2

g

g g 2

H g 112

v H ρεμ= (6-33)

式中 g H ——燃气所需压力(Pa)；

H ε——压缩系数(按式(4-38)计算)；

g μ——燃气孔口流量系数，按式(6-5)选用。

(二)套管式燃烧器(图6-11)的设计计算方法：

g o v

或a o v =

(6-34)

式中 g o v 、a o v ——燃气、空气在出口截面的流速(m/s);

P ——燃烧器前燃气压力或空气压力(Pa)；

0ρ——燃气或空气的密度(kg/m 3); T ——燃气或空气的温度(K);

ξ——燃烧器阻力系数，对图6-11所示结构形式a ξ=1.0；g ξ=1.5。

g g g

0.0036L F v =

a

a a

0.0036L F v =

式中 g F ——燃气喷口截面积(mm 2);

a F ——空气套管截面积(mm 2); g L ——燃气用量 (m 3/h);

a L ——空气量(m 3/h)。

g d =

a d =

式中 g d ——燃气喷口直径(mm);

a d ——空气套管直径(mm)。

3．计算燃气和空气在出口截面上的实际流速

g g

0o T v v T = a a

o T v v T =

d=

m

L——燃气-空气混合物流量(m3/s);

式中

m

v——燃气-空气混合物出口速度(m/s);

m

d——燃烧器出口直径(mm)

m