燃烧技术第三章

2、喷射式烧咀的结构
(6)混合管：产生抽力，完成燃气与空气的混 合，常为圆形。 (7)扩压管：降速增压，增大抽力，提高效率。 (8)喷头：均匀出口流速，增大流速，收缩状。
喷射器的分类
按被引射空气的吸入速度分： 常压吸气式喷射器 负压吸气式喷射器 按喷射介质的压力大小分： 低压喷射器 高压喷射器
一、预混火焰的传播
火焰传播速度与燃料种类，燃气与空气的比 例，混气的压力和温度有关。湍流燃烧时， 还与湍流参数(湍流强度，湍流尺度等)有关。 火焰在管内传播时，还与管径大小有关：管 径越小，火焰传播速度越慢(冷却效应使混气 温度降低，化学反应速度减慢)，当管径减小 到某一数值时，火焰不能继续燃烧，这一直 径称为火焰传播的临界直径，有称熄火直径。
1、喷射器的原理
喷射器由粗细两根管子组成，喷射介质以w1 的速度从F1的细管高速流出，引射环境介质 从环形面积F2中以w2进入混合器，在混合管 进口处形成负压p2，两种介质在混合器内混 合后，以平均流速W3流出，静压由p2增大到 p3 (p3>p2)。
1、喷射器的原理
根据动量定理，喷射器内部流动的基本方程 为：
三、喷射式烧咀
工程上常用的预混式燃烧器式喷射时烧咀， 它利用燃气作为喷射介质，从环境中引进空 气后形成混气，然后燃烧。 喷射式烧咀有喷射器和喷头组成。
三、喷射式烧咀
主要内容： 1、喷射器的原理 2、喷射式烧咀的结构 3、喷射器中的气体流 动基本方程 4、喷射器的效率 5、喷射式烧咀的设计 6、喷射式烧咀的喷射 比 7、喷射式烧咀的比调 特性 8、喷射式烧咀的使用 范围
5、喷射式烧咀的设计
喷射器末端加装一个喷头就成了喷射式烧咀， 喷头的作用是使气流均匀，防止回火。 喷射式烧咀的喷射效率为：
2 5 w5 V2 ( p5 p0 ) 2g 2 1w12 5 w5 V1 ( p5 p 2 ) 2g 2g
2、防止脱火的措施
关键：在燃烧器出口附近有低速区或有稳定 的点火源。主要措施有： (1)设置火焰稳定器，在稳定器后形成烟气回 流区。 (2)旋流燃烧器后方形成回流区稳定火焰。 (3)在燃烧器出口附近设置稳焰孔。当可燃气 从稳焰孔流出时形成稳定的辅助火焰，可点 燃高速流动的可燃混合气。
预混燃烧方式的特点
4、由于燃烧前，燃料和空气预混，因此有 回火的危险，应严格控制预热温度； 5、对于喷射式烧咀，要求煤气有足够的压 力，以免引起回火或因风量不足而出现燃烧 不完全的现象。 返回
§3-2 气体燃料的预混燃烧
一、预混火焰的传播 二、预混火焰的稳定 三、喷射式烧咀 四、喷射式平焰烧咀 五、助喷式烧咀
§3-1 气体燃料燃烧特点
气体燃料有：天然气、煤气（焦炉、高炉、 发生炉等）、液化气等。 一、优点 二、缺点 三、气体燃料的燃烧特点
一、优点
1、燃烧方法简单，易于实现自动化； 2 、点火、停炉操作简单，可以冷炉点火； 3、燃烧温度打，容积热负荷高，可以实现无 焰燃烧； 4、过量空气系数低，排烟损失少，无灰渣， 利于环保； 5，利用回收余热，预热燃料，降低能耗； 6，适应各种加热工艺的要求，易于调节炉内 温度，炉内气氛和火焰长度。
一、预混火焰的传播
烟气取样分析时，取样管的直径应小于熄火 直径，以免烟气中的可燃成分在取样管中继 续燃烧，看取样管直径较大，因采用水冷却 措施。
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火焰传播速度
二、预混火焰的稳定
脱火(熄火)：预混可燃气燃烧时，如果火焰 传播速度小于气流在火焰面法向分速，则火 焰将脱离喷咀而熄火(脱火)。 回火：如果可燃混气在火焰面法线方向的气 流分速小于火焰传播速度，则火焰缩进燃烧 器内部，出现回火。 在燃烧过程中，上述两种情况都不允许产生， 回火会产生爆炸。
扩散燃烧方式的特点
(1)、燃烧速度慢，火焰较长，燃烧速度取决于 混合速度： (2)、要求较大，一般 =1.15~1.25，以减少 不完全燃烧损失。 (3)、高温下重碳氢化合物易裂解，生成碳焦， 造成不完全燃烧损失，碳焦使火焰黑度增大， 辐射增强；
扩散燃烧方式的特点
(4)、无回火和爆炸危险，因此可预热燃料和 空气到较高温度，利于提高炉温和节能。 (5)、燃烧作需的空气由风机供给，不需要很 高的气压力。 (6)、烧咀能力大，结构紧凑，容易布置。 返回
2、预混燃烧
燃料和空气在进入炉膛前，已在烧咀内均匀 混合，燃烧时火焰透明，无明显轮廓，亦称 “无焰燃烧”。
预混燃烧方式的特点
1、燃烧速度快，火焰短，燃烧空间小，容 积热负荷大，高温区集中，燃烧速度取决于 化学法应速度(温度) 2、燃烧所需的小，一般 =1.05~1.1,燃烧温 度高，排烟损失小。 3、火焰黑度小，不发光，为蓝色透明体(燃 料不分解，游离C少)，可人为地加入重油、 煤粉、焦末、木炭粉等以形成发光火焰，增 加火焰辐射能力。
2g
4 2
4、喷射器的效率
所以求最大值，只要求 ( p 4 p0 ) 0就行了 opt 2 k )m n (1 k 2 )( m 1)( n 1 （ ） 此时，得到喷射器的最大抽力为
p 4 p0
1w12
opt 2 g
常压吸气式喷射器
当喷射器的吸气收缩管尺寸较大，并逐渐过 渡到圆拴形混和管时，被吸入的气体在吸入 收缩管内的流速很小，可以忽略不计，这样 的喷射器称为常压吸气式喷射器。
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负压吸气式喷射器
如果吸气收缩管尺寸较小时，被吸入空气的 流速较大，气流在收缩管内发生强烈扰动， 这时在吸气收缩管内的气体流速不能忽略， 而在混合管进口处压力为负压，这种喷射器 称为负压吸气式喷射器。 返回
3、喷射器中的气体流动基本方程
还可以引出其它关系式 ： G2 n 1， G1 w3 m ， w1 V2 m 1 V1 w2 m 1 w1
3 n ， 1 m
2 n 1 1 m 1
有上述两式可以看出，喷式器所产生的抽力 是与喷射介质出口动能成正比，其比值与喷 射器的结构尺寸和喷射比m，n有关。
二、预混火焰的稳定
熄火现象在预混和扩散火焰中均可能出现， 而回火只可能出现于预混火焰中。 如何防止回火和脱火呢？ 1、防止回火的措施 2、防止脱火的措施
1、防止回火的措施
(1)在燃烧器出口加收缩段，使气流均匀；使 喷口表面光滑，清扫喷口表面的结焦或积碳 使流速大于火焰传播速度。 (2)燃烧器喷口按最小负荷设计(对应的流速 最小)，喷口截面设计成可调节的。 (3)冷却燃烧器头部以降低火焰传播速度。 (4)用若干个小口径燃烧器代替大型燃烧器， 因为大口径燃烧器稳定性好，回火可能性小
二、缺点
1、价格贵，储存和运输困难。 2、泄漏会引起中毒。
三、气体燃料的燃烧特点
气体燃料燃烧一般包括三个基本过程： （1）燃料与空气混合 （2）混合气体升温与着火 （3）混合气体的燃烧 根据燃料与空气的混合方式，燃烧可分为 1、扩散燃烧 2、预混燃烧 返回
1、扩散燃烧
燃料和空气在入炉前不预先混合，分别送入 炉膛，在炉内边混合，边燃烧，火焰很亮， 有明显的轮廓。亦称“有焰燃烧”。
燃烧技术
燃烧技术
清华大学 工程力学系 钟北京
课程内容目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 绪论 燃料及燃烧计算 气体燃料燃烧技术 液体燃料燃烧技术 固体燃料燃烧技术 燃烧污染和防治 燃烧试验和模化
第三章 气体燃料的燃烧性质
本章主要内容： §3-1 气体燃料燃烧特点 §3-2 气体燃料的预混燃烧 §3-3 气体燃料的扩散燃烧
1、喷射器的原理
如果不考虑气体的压缩性，则气体连续性方 程有：
1 F1 2 F2 2 F3
对于柱状混合管，有：F3 F1 F2
2、喷射式烧咀的结构
(1)出口处流速应大于火焰传播速度，以防止回火。 可加装散热片或水冷却装置，以降低火焰传播速度。
2、喷射式烧咀的结构
(2)燃烧坑道：用耐火砖砌成，形成烟气回流， 点燃可燃混气。 (3)吸气收缩管：减小吸气时的阻力损失，做 成锥形，进口直径比混合管直径大于2.2倍。 (4)煤气喷咀：收缩形，增大喷射速度，使出 口气流速度均匀。 (5)空气调节阀：轴向移动挡板，调节。
5、喷射式烧咀的设计
式中：p5 , w5 喷头出口混气压力和流速 对于喷头写出柏努利方程： p4
4w
2g
2 4
p5
5w
2g
2 5
K5
5w
2g
2 5
整理为：
2 5 w5 4 w4 2 p5 p4 ( ) 1 Βιβλιοθήκη BaiduK5 2 g 5 w5
一、预混火焰的传播
预混气的燃烧状态可分为：缓燃和爆震。
爆震波在混气中的传播是由于激波压缩使未 燃混气温度升高而着火。爆震燃烧时，火焰 传播速度极快(1000~3000m/s)，温度极高(可 达6000K)，压力极大(可达20个大气压)，在 工业燃烧设备中无法应用。
一、预混火焰的传播
正常火焰传播(即缓燃)是指可燃混气在着火 浓度界限范围内，混气在某个局部被点燃后， 火焰向混气的整个空间传播，在未然与已燃 气体之间形成一个火焰面，该火焰的移动称 为火焰的传播。 正常的火焰传播速度：是指火焰面相对于未 然气体在法线方向上的移动速度。
4、喷射器的效率
指的是被引射的介质在喷射器中获得的有效 机械能与喷射介质在喷射器中所消耗的机械 能之比，即： 2 4 4

V2 ( p4 p0 2g ) 112 V1 ( p4 p2 ) 2g
4、喷射器的效率
设计喷射器就是要求得最大时的结构尺寸， 最关键的是F2/F1，对上述求极值就可以了。 由于喷射器的作用主要是使被引射的介质升 压，而并不要求它的流速，就象排烟喷射器 一样，不要求烟气有很大流速，只要排出炉 膛就行了。 w4 0 因此对上式，令 112 喷射介质的动能 const ( p p )
G1w1 G2 w2 G3 w3 ( P3 P2 ) F3 g g g
1、喷射器的原理
式中： G1、w1 喷射气体的质量流量和流速
G2、w2 被引射气体的质量流量和流速 G3、w3 混合气体的质量流量和流速
当流体稳定流过混合管时，混合管两端所形 成的压差应等于流体的动量变化。
低压和高压喷射器
低压喷射器： 喷射介质压力低于 2000mmH2O柱 高压喷射器： 喷射介质压力高于 2000mmH2O柱
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3、喷射器中的气体流动基本方程
忽略推导过程(详见《燃烧技术》p.76~79)基 本方程可写成：
2 2 ( 2 k )m n 2(m 1)( n 1) v1w1 p4 p2 2 2 2g 2 ( 2 k )m n (1 k 2 )( m 1)( n 1) v1w12 p4 p2 2 2 2g
式中： p4 扩压管出口压力
3、喷射器中的气体流动基本方程
p2 混和管入口压力，一般为负压； p0 被引射介质的压力，一般为大气压 F3 混和管和喷射管面积比 F1 G3 n 重量喷射比 G1 V3 m 体积喷射比 V1
3、喷射器中的气体流动基本方程
F3 2 k 1 ( ) K 3 扩压管效率，表示扩压 F4 管增加的压力与扩压管进口截面的动压头之比 F3 , F4 扩压管入口，出口截面积 K 3 扩压管和混合管的中阻力系数 K 2 喷气收缩管的阻力系数