第07章 大气式燃烧器

性能。
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第四节 低压引射大气式燃烧器的计算
• 燃烧器的最佳工况相应于引射器的最佳工 况，最佳燃烧器参数按下式求出：
• 令：
F1op =
X = F1 F1op
K K1
A = K (1 + u)(1 + us)Fj
Fp F1op
• 将X、A代入基本公式，得燃烧器判别式：
AX 2 − 2X + A = 0
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第四节 低压引射大气式燃烧器的计算
二、燃烧器计算的判别式及计算步骤 • 第二种情况：已知燃气压力，计算燃烧器
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
九、头部截面积及头部容积 • 均匀分布→截面积、容积大一些 • 但太大→点火、灭火噪音大，且耗钢量↑
，故不能太大。一般取F头≥2Fp 十、二次空气口 • 二次空气少→不完全燃烧，二次空气大
→η↓，吹熄、吹斜火焰 • 一般敞开燃烧时：
F‘‘＝（55000～75000）Q
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
（二）缺点 ¾只预混部分空气，故不能满足某些高温工
艺的要求； ¾热负荷大时，多火孔头部结构笨重。 （三）应用范围 ¾民用、公用事业、锅炉、工业炉等，应用
广泛。
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思考题
（1）什么是大气式燃烧器？ （2）大气式燃烧器由那几部分组成？ （3）引射器的作用是什么？ （4）引射器由哪几部分组成？各组成部分的
X = 1− 1− A2 A
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第四节 低压引射大气式燃烧器的计算
二、燃烧器计算的判别式及计算步骤 • 当A=1→X=1→F1=F1op→最佳工况。 • 当A<1，有解，表示有剩余压力。可以采取
设计的（Lmix及dt）↓，这样可以在非工况 下工作使燃烧器变小。 • 当A>1,无实根，表示燃烧器保证不了其u（ 引射能力）。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
（二）燃烧器头部 • 混合物均匀分布到火孔上，并进行稳定而
完全的燃烧。为此，头部不能太小，但也 不能太大→造价高，灭火噪音大。 • 头部分为：多火孔头部和单火孔头部
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
1、多火孔头部
特点：带自动点火和安全装置，辅助火孔和沟槽 用来点火和检测火焰。
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第三节 低压引射器的计算
• 设计引射器应按最佳工况设计，即当
F=Fop时，对给定的u，应获得最大的h/H 值。
最佳无因次面积：
Fop = K (1 + u)(1 + us)
最大无因次压力：
⎜⎛⎝
h H
⎟⎞ ⎠max
=
⎜⎜⎝⎛
μ2
Fop
⎟⎟⎠⎞
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第三节 低压引射器的计算
三、引射器的形状及能量损失系数
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第三节 低压引射器的计算
三、引射器的形状及能量损失系数
• 1型好，K小，但长
• 2、3型差，K大，但短。压力较高时可采 用后两种。
• 实际上K值有10%波动，μ也有变化
h = 2μ 2 − Kμ 2 (1 + u)(1 + us)
HF
F2
• 上式中认为K，μ=const。故其为近似计 算公式，但在工程上计算已够。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
特点：火道式——火焰长，适用于有炉膛的工业加 热设备；稳焰孔式——火焰加热了主火焰根部，防 止脱火。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
二、大气式燃烧器的特点及应用范围 （一）优点 • 比扩散式火焰短，火力强，燃烧温度高； • 燃烧完全，燃烧热效率高，CO排放量小； • 可用低压燃气，不需鼓风； • 适应性强，满足各种工艺要求。
作用是什么？ （5）大气式燃烧器的特点及应用范围是什么
？
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
• 大气式燃烧器头部的设计原则：保证稳定 燃烧，不离焰、不回火、不出现黄焰。
• 多火孔大气式燃烧器头部设计包括： ¾头部形式 ¾火孔形状、尺寸、间距、孔深、排数 ¾头部容积 ¾头部静压力
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
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第四节 低压引射大气式燃烧器的计算
二、燃烧器计算的判别式及计算步骤 • 第一种情况：燃气压力未知，计算燃烧器
尺寸及所需燃气压力。 第一步：头部计算，α’、u、dp、Fp、K1 值的确定。 第二步：计算F1op（选择一种引射器，最佳 工况设计），Ft→确定引射器的尺寸； 第三步：计算喷嘴d，及H
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
四、火孔排数 • n在四排以内，对v脱无影响。但是n↑，二
次空气供给困难，易出黄焰，为消除之。 应α’↑. • 故n≤2。 • 若n>2，为保持完全燃烧，每增加一排， α’↑5%～7%，且应叉排。
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
五、火孔倾角
•β ↓ ，燃烧 完全，但η↓；
第七章 大气式燃烧器
本章要点
• 大气式燃烧器：根据部分预混燃烧方法设计 的燃烧器称为大气式燃烧器，其0<α’<1 。
• 本章主要内容包括： ¾大气式燃烧器的构造及特点； ¾大气式燃烧器的头部计算； ¾低压引射器的计算； ¾低压引射大气式燃烧器的计算。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
一、大气式燃烧器的构造及工作原理 • 由引射器和头部组成，其工作原理：燃气在一
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
一、大气式燃烧器的构造及工作原理 （一）引射器 • 引射器的作用 高能量的气体引射低能量的气体，并使两
者混合均匀。 末端形成头部需要的压力，获得vp，克服阻
力损失，保证稳定工作。 输送一定量的燃气量，保证热负荷。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
一、大气式燃烧器的构造及工作原理 （一）引射器 • 引射器的组成：喷嘴、吸气收缩管、一次
定压力下，以一定流速从喷嘴流出，进入吸气 收缩管，燃气靠本身的能量吸入一次空气，在 引射器内燃气和一次空气混合，然后经头部火 孔流出，进行燃烧，形成本生火焰。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
一、大气式燃烧器的构造及工作原理 • 引射式燃烧：燃气引射空气，高压空气引
射燃气。 • 低压引射式—民用、高压引射式—工业 • 本节主要讨论低压引射式大气燃烧器。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
（3）条形火孔：易出黄焰，适用于热负荷 大，加热面小的地方。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
（4）带稳焰孔的火孔→扩大稳定工作范围
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
2、单火孔头部 • 火力集中、火孔热强度大的时候用→与二
次空气接触面积小，火焰长 • 易回火，为防止回火→vp≥多火孔头部 • 设置火道→防脱火 • 设稳焰孔的火孔→防脱火
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
十一、火焰高度 • 火焰内锥不允许与冷表面接触！计算火焰
高度重要 （一）火焰内锥高度 • 与燃气性质、一次空气系数、火孔尺寸和
火孔热强度有关。 （二）火焰外锥高度 • 与燃气性质、火孔热强度、火孔直径、火
孔排数及火孔间距有关。
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思考题
（1）大气式燃烧器的头部计算包括哪些 内容？
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第三节 低压引射器的计算
引射器分类： • 按压力：低压(<20000Pa)，高压(>20000Pa)。 • 按被引射气体的吸入速度可分为： ¾常压吸气：第二类引射器。吸气收缩管很大
，vain很小，可忽略，P=Po；按自由射流规 律计算。 ¾负压吸气：第一类引射器。吸气收缩管较小 ，vain较大，不可忽略，扰动大，vg与va较 小，若其形状合理，其引射效率高，否则附 加损失。
范围扩大。 • h=13～15mm后，v脱 =c；且阻力大，
α’↓，耗钢量↑，成本高，带凸缘的好 。 • 一般取2-3dp。
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
三、火孔间距 • S大时，改变S对v脱 及黄焰无影响 • 但当S小到某程度时，v脱↑，但火焰合并，
二次空气供给困难，易出黄焰，故S不能太 小。 • 另外考虑到传火特性，S又不能太大。 • 一般取 2～3dp。
• qp与vp之间的关系：
qp
=
Hlvp
(1 + α'V0
) 10−6
•火孔总面积：
Fp
=
Q(1 + α'V0
Hlvp
) 106
Fp
=
Q qp
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
八、燃烧器头部的静压力 • 为保证vp或qp，燃气—空气混合物在头部
应保证有一定的静压力，由引射器提供 ，克服头部能量损失。 • 由三部分组成： 流动阻力损失 气体被加热，膨胀产生加速的能量损失 火孔出口动压头损失
•β ↑ ， CO↑，η↑。
•一般情况： β=30°。
热效率
CO／CO2含量
第二节 大气式燃烧器的头部计算
六、锅支架高度
•h ↑， CO↓ η↓； •h↓→ CO↑ ， η↑。 •一般取： h=20～ 30mm
热效率
CO／CO2含量
第二节 大气式燃烧器的头部计算
七、火孔燃烧能力及火孔总面积
• 火孔燃烧能力：火孔能稳定和完全燃烧 的燃气量，用qp或vp来表示。
• 在扩压管，混合物的动压进一步转化成为静压， 速度从v3降至v4，压力从P3升至P4=h（增加h2） 。在扩压管入口处速度应均匀，否则降低扩压管 的效率。
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第三节 低压引射器的计算
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第三节 低压引射器的计算
二、常压吸气低压引射器的基本方程式
h H
=
2μ 2
F
−
Kμ 2 (1 + u)(1 + us)
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第四节 低压引射大气式燃烧器的计算
一、基本公式 根据基本公式：
h H
=
μ 2 K1
(1 + u)(1 + us)F12
F2
(1 +
u)(1 +
us) =
K
2F + K1F12
• 分析之可以看出，u只与F、F1结构参数有关， 与燃烧器的工作状态无关，即u不随热负荷的 变化而变化。→称为引射式燃烧器的自动调节
• 常见火盖形式
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
一、火孔尺寸 • 对易回火燃气，d↓ • 对易脱火燃气，d↑ • 要注意消除黄焰→较大的α’。 • 为防止堵塞→d不宜小于2.0。 • 条形火孔宽度为圆火孔直径的2/3。
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
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第二节 大气式燃烧器的头部计算
二、火孔深度 • h↑，脱火倾向↓，回火倾向↓。→工作
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第三节 低压引射器的计算
一、引射器的工作原理
• 工作原理：mg→在喷嘴P1→P2，流速v0→v1质 量交换，引射ma空气，v1↓，v2↑，第二类引射 器P2=P0=const。进入混合管后，速度场很不均 匀，v1↓，动压↓：1、传给空气；2、克服阻力 hmix；3、转化为静压h1。出口时v2=v1=v3，静 压力P2升高到P3=h1。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
2、吸气收缩管：减少空气进入时的阻力损失 • 流线性→阻力小 ； • 锥形→易加工； • 吸气收缩管进口直径d=2.2dt 。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
3、一次空气吸入口 • 开口面积：F＝1.25‾2.25Fp • 吸入口处的空气流速：Vin<1.5m/s • 喷嘴安装的同心度和前后位置→影响α’
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
特点：头部 长方形，为 保证燃烧， 布置火孔时 保证二次空 气从一侧供 给火孔。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
• 火孔形式可为：火盖式、直接钻孔式 （1）圆火孔 ：直接钻出，加工方便，可
分为：无凸缘和有凸缘（好）。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
（2）方火孔→不好加工，但和二次空气接 触面积大。
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
• 在一次空气吸入口安装调风板 • 工作时，需调节一次空气量→保证稳定完
全燃烧 • 如何调节，常见的两种：调风板，调节螺
丝或弯曲钢条
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
•在混合管内安装调节螺丝或弯曲钢条
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
4、混合管 • 充分混合 速度场 浓度场 温度场 均匀分布 • 渐缩→有利于速度场均匀 • 渐扩→有利于浓度场、温度场均匀 5、扩压管 • 获得静压，进一步混合均匀
F2
h — —引射器出口静压力， Pa； H — —喷嘴前燃气压力， Pa；
μ — —喷嘴流量系数；
s — —燃气相对密度； u — —质量引射系数， u = ma mg; us — —容积引射系数， us = La Lg; K — —引射器的能量损失系 数； F — —无因次面积，喉部面 积与喷嘴面积之比， F = Ft Fj
空气吸入口、混合管、扩压管
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
1、喷嘴：输送所需要的燃气量 （1）喷嘴流量计算
Lg = 0.0035μd 2
H s
其中：
μ — 喷嘴流量系数，与结构 、尺寸、压力有关
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第一节 大气式燃烧器的构造及特点
（2）喷嘴的结构形式
• 固定喷嘴：结构简单，阻力小，适应一种燃气 • 可调喷嘴：结构复杂，阻力大，适应燃气变化