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。