扩散式燃烧器主要尺寸和运行参数的计算

扩散式燃烧器主要尺寸和运行参数的计算

如本章第一节所述，燃烧装置与器具的类型很多。本节重点介绍气体燃料典型燃烧器主要尺寸和运行参数的确定与计算。

6.4.1.1 管式扩散燃烧器的计算

管式扩散燃烧器结构主要尺寸和运行参数的确定与计算，是以动量定理、连续性方程及火焰的稳定性为基础，以确定燃烧器的火孔直径、火孔数目、头部燃气分配管截面积及燃烧器前燃气所需要的压力等，其计算步骤如下：

1)选择火孔直径d p，及间距S 一般取d p=1～4mm，火孔太大不容易燃烧完全，火孔太小容易堵塞：火孔间距S，一般取S=(8～13)d p，以保证顺利传火和防止火焰合并为原则。

2)火孔热强度的选择和火孔出口速度v p的计算火孔热强度qp的选择应根据火孔直径大小和燃烧不同性质燃气种类对火焰状况的影响分析选择。在此基础上，再按式(6-91）计算火孔出口速度v p：

（6-91）

式中 v p为火孔出口速度，Nm/s；q p为火孔热强度，kW/mm2；H L为燃气低热值，kJ/mm3。

3)计算火孔总面积F p

（6-92）

式中 F p为火孔总面积，mm2；Q为燃烧器热负荷，kW。

4)计算火孔数目n

（6-93）

5)计算燃烧器头部燃气分配管截面积F g为使燃气在每个火孔上均匀分布，以确保每个火孔的火焰高度一致，通常头部截面积不小于火孔总面积的2倍，即

（6-94）

6)计算燃烧器前燃气所需要的压力H 通常燃气在头部流动的方向与火孔垂直，故燃气在头部的动压不能利用，这时头部所需要的压力h为：

（6-95）

式中 h为燃烧器头部所需燃气压力，Pa；μp为火孔流量系数，与火孔结构有关：在管子上直接钻孔时，μp=0.65～0.70。对于直径小，而孔深浅的火孔，μp取较小值，反之亦然；ρg为燃气密度，kg/Nm3； T g为火孔前燃气温度，K；Δh为炉膛压力，Pa。当炉膛为负压时，Δh取负值。

为保证火孔的热强度，即保证火孔出口速度v p，燃烧器前燃气压力必须等于头部所需的压力h，故H=h。若H>h，可用阀门或一节流圈减压。

【例6-7】设计一直管式扩散燃烧器

已知：燃气热值H L=16850kJ/Nm3，燃气压力H=800Pa，燃气密度ρg=0.46kg/Nm3，火孔前燃气温度T g=308K，燃烧器热负荷Q=23.4kW，炉膛压力Δh=O。

【解】

1)选择火孔直径d p=2mm，火孔间距S=8d0=16mm。

2)选取火孔热强度q p=0.5kW/mm2，然后按式(6-91)计算火孔出口速度：

3)按式(6-92)计算火孔总面积：

4)按式(6-3)计算火孔数目：

5)按式(6-94)计算头部燃气分配管截面积：

头部燃气分配管内径：

6)按式(6-95)计算燃烧器所需压力，取μP=O.7

7)设计为一直管式扩散燃烧器，则火管长L p为

6.4.1.2 鼓风式扩散燃烧器的计算

鼓风式扩散燃烧器结构尺寸及运行参数的确定与计算．与自然引风式扩散燃烧器不同之处是燃烧所需空气靠强制鼓风供给。故此燃烧器的燃烧强度与火焰长度均由燃气与空气的混合强度决定。所以，燃烧器的计算内容就包括空气系统和燃烧系统两部分。下面介绍鼓风式蜗壳燃烧器的设计计算步骤。

(1)空气系统的计算

1)计算空气通道面积F p和直径D p

（6-96）

式中 F p为空气通道面积，m2；Q为燃烧器热负荷，kW；q p喷头热强度，kW/m2。通常取q p=(35～40)kW/m2。

2)确定蜗壳结构比ab/D p2蜗壳式燃烧器供给空气的形式分等速蜗壳供气和切向供气两种，如图6-62所示：目前以等速蜗壳供气应用较多。

空气的旋转程度与蜗壳结构比有关：ab/D p2越小，空气的旋转程度就越大，但阻力损失也将增大，通常卑ab/D p2 =0.25～0.40。

图6-62 蜗壳式燃烧器供空气的形式

（a）等速蜗壳供气；（b）切向供气

3)确定空气实际通道的宽度由于空气的旋转，空气在通道内是呈螺旋形向前流动的。因此，在圆柱形通道中心形成了—个回流区。又由于回流区的存在，使空气并非沿整个圆柱形通道向前流动，而是沿边缘环形通道向前流动，其环形通道的宽度Δ可按下式计算：式中Δ为环形通道宽度，cm；

（6-98）

式中，Δ为环行通道宽度，cm；D bf为回流区直径，cm。

4)计算空气的实际流速a空气在环形通道内呈螺旋形流动，其流动速度按下式计算：

（6-99）

式中 v a为空气螺旋运动的实际速度，m/s；α为过剩空气系数；V0为燃气燃烧理论空气需用量，Nm3/Nm3L g为燃气耗量，Nm3/h；T g为空气温度，K；β为空气螺旋运动的平均上升角，其值与蜗壳供气方式有关。

5)计算燃烧器前空气所需的压力H a

（6-100）

式中H a为燃烧器前空气所需的压力，Pa；ζ为空气人口动压下的阻力系数，其值与供气方式和蜗壳结构比有关：

对于蜗壳供气，当ab/D p2 =0.35时，ζ=2.8～2.9

对于切向供气，当ab/D p2 =0.35时，ζ=1.8～2.0

v in为燃烧器人口的空气流速，m/s；且

（6-101）

式中 a、b为空气人口几何尺寸，mm；

(2)燃烧系统的计算

合理的燃烧器结构应使燃气射流均匀分布在空气流中，应严格防止燃气射流在空气流中相互重叠，否则会使燃气-空气混合过程恶化。

1)计算燃气分配室截面积F g′

（6-102）

式中 F g′为燃气分配室截面积，mm2；v g′为燃气分配室内燃气流速，m/s，一般v g′=15～20m/s。