燃气燃烧与设备设计

目录

1设计原始资料 (1)

1.1气源 (1)

1.2设计热负荷 (1)

2燃气燃烧计算 (1)

2.1燃气的热值 (1)

2.2华白数 (2)

2.3理论空气量 (4)

2.4过剩空气系数 (4)

2.5实际空气量 (5)

2.6烟气量 (5)

3大气式燃烧器 (7)

3.1大气式燃烧器的工作原理 (7)

3.2设计计算 (7)

3.3火焰高度 (12)

总结 (14)

参考资料 (14)

1设计原始资料

1.1气源

天然气3T0成分见表1-1

表1-1 燃气成分

类别体积分数

(%) 相对密

度

热值

/(3

m

MJ)

华白数

/(3

m

MJ)

燃烧势

p

c

理论干烟

气中

2

CO

体积分数

(%) 1

H

h

H

1

W

h

W

3T0

CH4=32.5

空气=67.5

0.88511.0612.2811.9513.2822.011.74

1.2设计热负荷

本设计热负荷为：4.2kW燃气压力：2000Pa

2燃气燃烧计算

2.1燃气的热值

气体中的可燃成分在一定条件下与氧气发生氧化作用，并产生大量的热和光的物理化学反应过程成为燃烧。

3T0燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热值，单位为千焦每标准立方米。

热值可以分为高热值和低热值。高热值是指3T0燃气完全燃烧后其烟气被冷至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量；低热值是指3T0燃气完全燃烧后其烟气被冷至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。

实际使用的燃气是含有多种组分的混合气体，混合气体的热值可以直接用热量计测定，也可以有各单一气体的热值根据混合法则按下时进行计算：

n n 2211r ......r r H H H H +++= （2-1） 式中：H —燃气（混合气体）的高热值或低热值（()

3m N kJ ∙）；

n H —燃气中各燃组分的高热值或低热值（()

3m N kJ ∙）

，由《燃气燃烧与应用》附录2查得；

r n —燃气中各可燃组分的容积成分。

查附录得该燃气组分热值见表2-1：

表2-1 各个组分的热值

燃气组分

甲烷

空气 高热值（()3m N kJ ∙） 95998 126915 低热值（(

)

3m N kJ ∙） 88390

117212

则该设计的热值分别为:

高热值为：h H =0.325×95998+0.675×126915= 116866.975()

3m N kJ ∙ 低热值为：1H =0.325×88390+0.675×117212=107844.85()

3m N kJ ∙

2.2华白数

当以一种燃气置换另一种燃气时，首先应保证燃具热负荷（kW ）在互换前后不发生大的改变。以民用燃具为例，如果热负荷减少太多，就达不到烧煮食物的工艺要求，烧煮时间也要加长；如果热负荷增加太多，就会使燃烧工况恶化。

当燃烧器喷嘴前压力不变时，燃具热负荷Q 与燃气热值H 成正比，与燃气相对密度的平方根成反比，而称为华白数：

S H

W =

（2-2）

式中:W —华白数，或称热负荷指数； H —燃气热值；

S —燃气相对密度（设空气的s=1）。 因此，燃具热负荷与华白数成正比：

KW Q = （2-3）

式中:K —比例常数。

华白数是代表燃气特性的一个参数。如果两种燃气的热值和密度均不同，但 只要它们的华白数相等，就能在同一燃气压力下和同一燃具上获得同一热负荷。

欲求华白数，必先求出燃气的相对密度。 燃气的平均分子量可由下式求得：

n n 2211y ......y y M M M M +++= （2-4）

式中：M —混合气体的平均分子量；

错误！未指定书签。、2y ……错误！未指定书签。—各单一气体容积成分（%）； 错误！未指定书签。、错误！未指定书签。……错误！未指定书签。—各单一气体分子量，可由《燃气燃烧与应用》附录2查得，结果见表2-2中；

表2-2 各个组分的密度

燃气组分 甲烷 空气 分子量

44.0970

58.1240

则该设计燃气的平均分子量为：

M =0.325×44.0970+0.675×58.1240=53.6（mol g ）

燃气的相对密度：

混合气体的相对密度按下式计算：

=

S a

M M

（2-5）错误！未指定书签。

式中：a M —空气的平均分子量（mol g ），a M =29 相对密度为： =

S 85.129

6

.53=

则华白数W 的值为： 85

.185

.107844=

W =79289 3m MJ

2.3理论空气量

理论空气量是指每立方米（或千克）燃气燃料按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需要的空气量，单位为标准立方米每标准立方米或者标准立方米每千克。理论空气量也是燃气完全燃烧所需要的最小空气量。

当燃气组成已知，可按下式计算燃气燃烧所需的理论空气量：

⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛

+++=

∑22n m 205.14n m 5.05.0211O S H H C CO H V （2-6）

式中:V 0—理论空气需要量；

H 2、CO 、C m H n 、H 2S —燃气中各种可燃组分的容积成分；

O 2—燃气中氧气的容积成分。

则3T0天然气的理论空气量为：

⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯+⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯+⨯=

005.15.6741045.3248305.005.02110V

=28.633m m

2.4过剩空气系数

理论空气需要量是燃气完全燃烧所需的最小空气量。由于燃气与空气存在混合不均匀性，如果在实际燃烧装置中只供给理论空气量，则很难保证燃气与空气的充分混合，因而不能完全燃烧。因此实际供给的空气量应大于理论空气量，即要供应一部分过剩空气。过剩空气的存在增加了燃气分子和空气分子碰撞的可能性，增加了其相互作用的机会，从而促使完全燃烧。

实际供给的空气量V 与理论供给的空气量V 0之比称为过剩空气系数，即

0V V

=

α （2-7）

通常α＞1。α值的大小决定于燃气燃烧方法及燃烧设备的运行工况。在民