第四节 大气式燃烧器

（二）低压引射器的基本方程
取A-A、B-B两截面建立动量方程：
qm, g1 qmmix3 Ft ( pJ1 pmix ) Ft ( pJ pJ2 pmix )
其中 qm,g qV,g g 1 Fj a
qm,mix qV,mix mix 3 Ft mix

设
F1 X , F1op
A
K1 (1 u)(1 us) Fj F1op Fp

则可将燃烧器计算公式改写为：
AX 2 2 X A 0

1 1 A2 求解得X A
如果A=1，则X=1，即F1= F1op 如果A>1，则X无实数解，表明燃烧器不能保 证所需的引射能力。 如果A<1，则表明燃烧器有剩余压力。 4 dt Ft 则 F1 X F1op Ft F1 Fp 其他尺寸按选择的引射器型号比例计算


2、在混合管段
气流进入混合管，在流动过程中燃气动压头进一步减小，其中一 部分传给空气使空气动压增大，一部分用来克服流动中的阻力损 失，另一部分则转化为静压力h1。经过混合管内的充分混合，在 混合管出口，速度场呈均匀分布，燃气-空气混合物的速度都达 到υ3 。


3、在扩压管段
在扩压管内，混合气体的动压进一步转化为静压，速度从υ3降至υ4 ， 压力从p3 升至p4。在扩压管出口，混合气体总的静压力为h 。该静压
K1
P
2
2
mix
K1——燃烧器头部的能量损失系数。
K1 p
Tp 288
2 (
Tp 288
) 1
燃气-空气混合物的密度
燃气的相对密度
mix
qm,mix qV,mix
1 u g 1 us
引射器的质量引射系数
g s a qm,a V0 u qm,g s

二次空气不足将出现不完全燃烧，过多会降低 热效率，气流过大会吹熄或吹斜火焰。
(－ )V0 Ta 6 F 10 a Hl 288
11、火焰高度

火焰内锥高度
hin 0.86Kf p qp 10
hout 0.86 nn1 sf p qp dp
3
火焰外锥高度
10 3
p2 (
火孔出口动压头所需的能量消耗
Tp 288
1)
2
p
2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2
mix
Tp 288
p3
p
2
mix
头部必须的静压力为：
pJ p1 p2 p3 P
P 2
2
mix
TP TP P 2 TP P 2 ( 1) mix m 288 288 2 288 2
2
引射式燃烧器的自动调节特性：

从上式可以看出燃烧器的引射能力（质量
引射系数u，或一次空气系数α′）只与
燃烧器的结构有关，而与燃烧器的工作状
况无关，即引射系数不随燃烧器热负荷的
变化而变化。这一特性称为引射式燃烧器
的自动调节特性。
燃烧器的最佳结构参数

根据节能要求，引射器应按最佳工况设计，即 对应于给定的引射系数u，应获得最大的值。 pJ d pg 2 2 2 K (1 u )(1 us)2 F 2 0 4 dF F F
所以头部所需静压力可写成：
2 pJ (1 u )(1 us ) F 1 2 K1 pg F2 Ft F 其中 1 Fp

对于引射器，所产生的静压力为：
pJ 2 2 K 2 (1 u)(1 us) pg F F2

则结合上两式可得燃烧器的基本计算公式：
(1 u)(1 us) 2F K K1 F1

（1）火孔热强度或火孔出口速度 选取原则是保证火焰稳定、完全燃烧以及 必要的燃烧强度。
qp
Hl vp (1 V0 )
'
10
6


（2）火孔直径dp：太大易回火，太小易脱火。
（3）一次空气系数：太大不利于火焰稳定，
太小易出现不完全燃烧。

2、火孔深度ｈ：ｈ=（2～3） dp，太浅的火孔
大气式燃烧器的特点



6、引射式燃烧器具有自动调节特性。 7、与全预混燃烧器相比，大气式燃烧器热负 荷调节范围宽，适应性强，可以满足较多工艺 的需要。 8、大气式燃烧器的火焰稳定性不及扩散式燃 烧器，且不适应正压炉膛。 9、当热负荷较大时，多火孔燃烧器的机构比 较笨重。
大气式燃烧器的应用
多火孔大气式燃烧器应用非常广泛，在 家庭及公用事业中的燃气用具如家用燃 气灶、热水器、采暖炉、沸水器及食堂 灶上用得最多，在小型锅炉及工业炉上 也有应用。 单火孔大气式燃烧器在中小型锅炉及某 些工业炉上也被广泛应用。
二、 低压引射器的计算
（一）低压引射器的工作原理



引射器工作原理
1、在空气吸入段
压力为 p1（燃气压力H）、质量流量为mg的燃气以υ1的速度通过 喷嘴后，压力由p1降至p2 （在此为大气压）。高速燃气具有很 大的动能，由于气流的动量交换，将质量流量为ma的一次空气以 υ2的速度吸进引射器。动量交换使燃气流速降低，空气流速增 高。
第四节 大气式燃烧器


一、 大气式燃烧器的构造以及特点 二、 大气式燃烧器的设计
一、 大气式燃烧器的构造以及特点

（一）大气式燃烧器的构造
1、引射器的结构
引射器的作用
引射器由喷嘴和引射管组成，引射器的作用： 第一、以高动能的气体引射低动能的气体 ，并使两者混合均匀。 第二、在引射器末端形成所需的剩余压力 ，用来克服气流在燃烧器头部的阻力损失，使 燃气-空气混合物在火孔出口获得必要的速度， 以保证燃烧器稳定工作。 第三、输送一定量的燃气，以保证燃烧器 所需的热负荷。
喷嘴出口截面应该与喉部的距离对一次空气的影响
调风板
（a） 移动式调风板
（b ）
切口旋转式调风板
（2）吸气收缩管

一次空气入口至喉部为吸气收缩部。 作用是减少空气进入时的阻力损失。 吸气收缩管的进口截面积一般比出口截面 积（喉部）大4～6倍。


（3）混合管
作用是使燃气与空气充分混合。
9、头部截面积与头部容积




为了使气流均匀分布到每个火孔上，希望头部 流通截面积和容积大些。 但大容积头部容易产生点火和灭火噪声。头部 容积过大还会增加金属耗量。 通常燃烧器头部流通截面积为其后火孔总面积 的两倍。 当头部较长时，为了减少头部容积，头部流通 截面沿气流方向可做成渐缩形。
10、二次空气口
32
将以上式子带入动量方程得到低压引射器的计 算公式： pJ 2 2 K 2 (1 u)(1 us) pg F F2

其中
K 2 mix
n2 1 d 2 n
扩压管静压恢复计算公式推导
取扩压管进出口两截面建立能量方程：
32
2
mix pJ2 d
课堂作业：

设计一天然气锅炉用大气式燃烧器。 已知条件：燃烧器热负荷30kW；天 然气为四川干气；燃气压力2000Pa。
pJ K1 vp2 2
0 mix

而火孔出口速度及混合气密度为：
p
qV,g (1 us) Fp
0 mix
(1 u ) 0 g (1 us)

则头部所需静压力为：
pJ K1 qV,g 2 (1 u )(1 us) 0g Fp 2 2

因为
2 v pg 2 1 g 2
32
2
mix
42
2
mix
1 Ft 4 3 3 n Fd
pJ2
32
2 2 2n n2 1 2 32 mix 2 d F n
mix d
32
mix
32
2
mix
三、 低压引射大气式燃烧器的计算

对于燃烧器头部，所需静压力为：

（二）大气式燃烧器的头部计算
1、根据表5-6选取火孔热强度或火孔出口 速度、火孔尺寸、一次空气系数
燃气种类 圆孔dp 火孔尺寸/mm 方孔 炼焦煤气 2.5～3.0 2.0×1.2 1.5×5.0 天然气 2.9～3.2 2.0×3.0 2.4×1.6 液化石油气 2.9～3.2 2.0×3.0 2.4×1.6

6、火孔总面积Ｆp

(1 V0 ) 6 或 Fp 10 Hlp 4FP 7、火孔数目ｎ： n 2 d P
'
Fp qp
8、燃烧器头部所需的静压力 pJ＝∆p１＋ ∆ p ２＋ ∆ p
３
流动阻力损失
p1 P
P
2
2
mix
Tp 288
气体膨胀所需的能量消耗（火孔进出口动能的增加量）
Ft 此时 K (1 u )(1 us) Fj
得引射器结构参数F的最佳值 Fop K (1 u)(1 us)
最大无因次静压力
pJ 2 ( )max pg Fop

燃烧器的最佳工况相应于引射器的最佳工 况，因此将引射器的最佳结构参数带入燃 烧器的基本计算式
2F (1 u )(1 us) 2 K K 1F 1
火焰不稳定，能量损失大。

３、火孔间距ｓ：ｓ=（2～3） dp，太大不利
于传火，太小不利于二次空气的供给。

４、火孔排数：一般不能超过两排，每增加一
排需提高５％～７％的一次空气。
5．火孔倾角锅支架高度



火孔倾角——火孔中心线与水平面的夹角。 倾角越小，火焰越趋向水平，火焰与二次空气 的接触越充分，燃烧性能越好，CO排放减少， 但与被加热面的传热受到影响，热效率下降。 设计时一般取30˚倾角。 在燃烧空间充分的情况，比如热水器等用燃烧 器，火孔一般垂直向上布置。 锅支架高度，应考虑最有效传热及完全燃烧的 要求，配合火焰内锥高度及火孔倾角选取锅支 架高度，家用灶一般取20～30mm。
1）喷嘴

（1）作用：输送所要求的燃气量。
g （2）流量系数的确定（P135）
qV,g 0.004 d j
2
Pg

（3）结构形式：固定喷嘴，可调喷嘴
2）引射管


（1）一次空气进口 （2）吸气收缩管 （3) 混合管 (4) 扩压管
2）引射管

（1）一次空气吸入口 一次空气吸入口开口面积一般为燃烧器火 孔总面积的1.25～2.25倍，吸入口处的空 气流速不超过1.5m/s。
火孔中心间距s/mm
火孔深度h/mm 额定火孔热强度qp/（W／mm2） 额定火孔出口流速 p/（m／s） 一次空气系数 11.6～19.8 2.1～3.7 0.55～0.60
（2～3）dp
（2～3）dp 5.8～8.7 1.1～1.4 0.60～0.65 7.0～9.3 1.3～1.6 0.60～0.65


（4）扩压管
使混合气体的部分动压转变为静压。
2、燃烧器头部

（1）多火孔头部（头部分配室+火孔）
家用灶用燃烧器
热水器用燃烧器
大锅灶用燃烧器
圆形火孔
a、无凸缘火孔
b、有凸缘火孔
方火孔
条形火孔
大气式燃烧器的特点





1、大气式燃烧器比自然引风扩散式燃烧器火焰 短、火力强、燃烧温度高。 2、可以燃烧各种性质的燃气，燃烧比较完全， 燃烧效率比较高。 3、可燃用低压燃气。 4、由于空气依靠燃气引射吸入，所以不需要送 风设备。 5、与鼓风扩散式燃烧器相比，节省动力，调节 方便。
又 即
qm,mix qm,g qm,a qm,g (1 u)
qV,mix qV,g qV,a qV,g (1 us)
mix
1 u g 1 us
2 v 2 1 p g 又，对于喷嘴： g 2
n2 1 对于扩压管（推导见下页）： pJ2 mix 2 d 2 n Ft F 其中 Fj
即可得最佳燃烧器结构参数 F1op
Ft 此时 Fp K K1
K K1
设计引射式大气燃烧器的步骤





第一种情况是确定燃烧器的几何尺寸并计算所 需的燃气压力，其计算步骤是： 1、进行头部计算以确定头部及火孔尺寸。 2、根据最佳工况计算F1op，确定引射器尺寸。 3、通过Fop计算喷嘴尺寸，然后计算所需燃气压 力。 另一种是在给定燃气压力下，确定燃烧器的几 何尺寸，其计算步骤如下： 1、根据燃气压力及流量计算喷嘴尺寸。 2、进行头部计算头部及火孔尺寸。 3、通过以下步骤确定引射器尺寸：