第四节 大气式燃烧器

1、第四节第四节 大气式燃烧器大气式燃烧器l一、一、 大气式燃烧器的构造以及特点大气式燃烧器的构造以及特点l二、二、 大气式燃烧器的设计大气式燃烧器的设计一、一、 大气式燃烧器的构造以及特点大气式燃烧器的构造以及特点l（一）大气式燃烧器的构造（一）大气式燃烧器的构造1、引射器的结构、引射器的结构引射器的作用引射器的作用引射器由引射器由喷嘴喷嘴和和引射管引射管组成，引射器的作用：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。，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第二、在引射器末端形成所需的剩余压力，用来克服气流在

2、燃烧器头部的阻力损失，使，用来克服气流在燃烧器头部的阻力损失，使燃气燃气- -空气混合物在火孔出口获得必要的速度，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。以保证燃烧器稳定工作。 第三、输送一定量的燃气，以保证燃烧器第三、输送一定量的燃气，以保证燃烧器所需的热负荷。所需的热负荷。 1 1）喷嘴）喷嘴l（1 1）作用：）作用：输送所要求的燃气量。输送所要求的燃气量。l（2 2）流量系数的确定（）流量系数的确定（P135P135）l（3 3）结构形式：）结构形式：固定喷嘴，可调喷嘴固定喷嘴，可调喷嘴g2V,gjg0.004Pqdl（1 1）一次空气进口）一次空气进口l（2 2）吸气

3、收缩管）吸气收缩管l（3) 3) 混合管混合管l (4) (4) 扩压管扩压管2 2）引射管引射管l（1 1）一次空气吸入口）一次空气吸入口l一次空气吸入口开口面积一般为燃烧器火一次空气吸入口开口面积一般为燃烧器火孔总面积的孔总面积的1.251.252.252.25倍，吸入口处的空倍，吸入口处的空气流速不超过气流速不超过1.51.5m/sm/s。 2 2）引射管引射管喷嘴出口截面应该与喉部的距离对一次空气的影响喷嘴出口截面应该与喉部的距离对一次空气的影响 调风板调风板（a a） 移动式调风板移动式调风板 （b b） 切口旋转式调风板切口旋转式调风板l一次空气入口至喉部为吸气收缩部。一次空气入口

4、至喉部为吸气收缩部。l作用是减少空气进入时的阻力损失。作用是减少空气进入时的阻力损失。l吸气收缩管的进口截面积一般比出口截面吸气收缩管的进口截面积一般比出口截面积（喉部）大积（喉部）大4 46 6倍。倍。 l（2 2）吸气收缩管）吸气收缩管l（3 3）混合管混合管l作用是使燃气与空气充分混合。作用是使燃气与空气充分混合。l（4 4）扩压管扩压管l使混合气体的部分动压转变为静压。使混合气体的部分动压转变为静压。2、燃烧器头部、燃烧器头部l（1 1）多火孔头部（头部分配室多火孔头部（头部分配室+ +火孔）火孔）家用灶用燃烧器家用灶用燃烧器 热水器用燃烧器热水器用燃烧器大锅灶用燃烧器大锅灶用燃烧器圆

5、形火孔圆形火孔a a、无凸缘火孔、无凸缘火孔 b b、有凸缘火孔、有凸缘火孔方火孔方火孔条形火孔条形火孔大气式燃烧器的特点大气式燃烧器的特点l1 1、大气式燃烧器比自然引风扩散式燃烧器火焰、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。短、火力强、燃烧温度高。l2 2、可以燃烧各种性质的燃气，燃烧比较完全，、可以燃烧各种性质的燃气，燃烧比较完全，燃烧效率比较高。燃烧效率比较高。l3 3、可燃用低压燃气。、可燃用低压燃气。l4 4、由于空气依靠燃气引射吸入，所以不需要送、由于空气依靠燃气引射吸入，所以不需要送风设备。风设备。l5 5、与鼓风扩散式燃烧器相比，节省动力，调节、与鼓风

6、扩散式燃烧器相比，节省动力，调节方便。方便。大气式燃烧器的特点大气式燃烧器的特点l6 6、引射式燃烧器具有自动调节特性。、引射式燃烧器具有自动调节特性。l7 7、与全预混燃烧器相比，大气式燃烧器热负、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，可以满足较多工艺荷调节范围宽，适应性强，可以满足较多工艺的需要。的需要。l8 8、大气式燃烧器的火焰稳定性不及扩散式燃、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。烧器，且不适应正压炉膛。l9 9、当热负荷较大时，多火孔燃烧器的机构比、当热负荷较大时，多火孔燃烧器的机构比较笨重。较笨重。大气式燃烧器的应用大气式燃烧器的应用

7、l多火孔大气式燃烧器应用非常广泛，在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庭及公用事业中的燃气用具如家用燃家用燃气灶、热水器、采暖炉、沸水器及食堂气灶、热水器、采暖炉、沸水器及食堂灶上用得最多灶上用得最多，在小型锅炉及工业炉上，在小型锅炉及工业炉上也有应用。也有应用。l单火孔大气式燃烧器在中小型锅炉及某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。些工业炉上也被广泛应用。 （二）（二）大气式燃烧器的头部计算大气式燃烧器的头部计算燃气种类燃气种类炼焦煤气炼焦煤气天然气天然气液化石油气液化石油气火孔尺寸火孔尺寸/mm圆孔圆孔dp2.53.02.93.22.93

8、.2方孔方孔2.01.22.03.02.03.01.55.02.41.62.41.6火孔中心间距火孔中心间距s/mm（23）dp火孔深度火孔深度h/mm（23）dp额定火孔热强度额定火孔热强度qp/（Wmm2）11.619.85.88.77.09.3额定火孔出口流速额定火孔出口流速 p/（m ms）2.13.71.11.41.31.6一次空气系数一次空气系数 0.550.600.600.650.600.651 1、根据表、根据表5-65-6选取火孔热强度或火孔出口选取火孔热强度或火孔出口速度、火孔尺寸、一次空气系数速度、火孔尺寸、一次空气系数l（1 1）火孔热强度或火孔出口速度）火孔热强度或火

9、孔出口速度l选取原则是保证火焰稳定、完全燃烧以及选取原则是保证火焰稳定、完全燃烧以及必要的燃烧强度。必要的燃烧强度。6010)1 (VvHqplpl（2 2）火孔直径）火孔直径d dp p：太大易回火，太小易脱火。太大易回火，太小易脱火。l（3 3）一次空气系数：）一次空气系数：太大不利于火焰稳定，太大不利于火焰稳定，太小易出现不完全燃烧。太小易出现不完全燃烧。l2 2、火孔深度：、火孔深度：= =（2 23 3） dpdp，太浅的火孔，太浅的火孔火焰不稳定，能量损失大。火焰不稳定，能量损失大。l、火孔间距：、火孔间距：= =（2 23 3） dpdp，太大不利，太大不利于传火，太小不利于二次

10、空气的供给。于传火，太小不利于二次空气的供给。l、火孔排数：、火孔排数：一般不能超过两排，每增加一一般不能超过两排，每增加一排需提高的一次空气。排需提高的一次空气。 5 5火孔倾角锅支架高度火孔倾角锅支架高度l火孔倾角火孔倾角火孔中心线与水平面的夹角。火孔中心线与水平面的夹角。l倾角越小，火焰越趋向水平，火焰与二次空气倾角越小，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，的接触越充分，燃烧性能越好，COCO排放减少，排放减少，但与被加热面的传热受到影响，热效率下降。但与被加热面的传热受到影响，热效率下降。l设计时一般取设计时一般取3030倾角。倾角。l在燃烧空间充分的情况，比如热

11、水器等用燃烧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。器，火孔一般垂直向上布置。l锅支架高度，应考虑最有效传热及完全燃烧的锅支架高度，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，家用灶一般取架高度，家用灶一般取2030mm。 l6 6、火孔总面积、火孔总面积p p或或l7 7、火孔数目：、火孔数目：2PPd4Fn8 8、燃烧器头部所需的静压力、燃烧器头部所需的静压力p pJ Jp p p p p p 60pp(1)10lVFHppFq2pP1Pmix2288Tp流动阻力损失流动阻力损失2pp2mix

12、(1)2882Tp气体膨胀所需的能量消耗（火孔进出口动能的增加量）气体膨胀所需的能量消耗（火孔进出口动能的增加量）火孔出口动压头所需的能量消耗火孔出口动压头所需的能量消耗2pp3mix2288Tp头部必须的静压力为：头部必须的静压力为： 222PPPPPPJ123Pmixmixmix(1)22882882288 2TTTpppp 2P1mix2KK1燃烧器头部的能量损失系数。燃烧器头部的能量损失系数。 pp1p2 () 1288288TTK 燃气燃气-空气混合物的密度空气混合物的密度m,mixmixgV,mix11ququs燃气的相对密度燃气的相对密度 gas引射器的质量引射系数引射器的质量引

13、射系数 m,a0m,gqVuqs9、头部截面积与头部容积、头部截面积与头部容积l为了使气流均匀分布到每个火孔上，希望头部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。流通截面积和容积大些。l但大容积头部容易产生点火和灭火噪声。头部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。容积过大还会增加金属耗量。l通常燃烧器头部流通截面积为其后火孔总面积通常燃烧器头部流通截面积为其后火孔总面积的两倍的两倍。l当头部较长时，为了减少头部容积，头部流通当头部较长时，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。截面沿气流方向可做成渐缩形。 10、二次空气口二次空气口

14、l二次空气不足将出现不完全燃烧，过多会降低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。热效率，气流过大会吹熄或吹斜火焰。60a()10288alVTFH11、火焰高度火焰高度l火焰内锥高度 3ppin1086. 0qKfh火焰外锥高度3ppp1out1086. 0dqsfnnh二、二、 低压引射器的计算低压引射器的计算（一）低压引射器的工作原理（一）低压引射器的工作原理l引射器工作原理引射器工作原理l1 1、在空气吸入段、在空气吸入段l压力为压力为 p p1 1（燃气压力（燃气压力H H）、质量流量为）、质量流量为m mg g的燃气以的燃气以1 1的速度通过的速度

15、通过喷嘴后，压力由喷嘴后，压力由p p1 1降至降至p p2 2 （在此为大气压）。高速燃气具有很（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，将质量流量为大的动能，由于气流的动量交换，将质量流量为m ma a的一次空气以的一次空气以2 2的速度吸进引射器。动量交换使燃气流速降低，空气流速增的速度吸进引射器。动量交换使燃气流速降低，空气流速增高。高。l2 2、在混合管段、在混合管段l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部分传给空气使空气动压增大，一

16、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失，另一部分则转化为静压力h h1 1。经过混合管内的充分混合，在。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空气混合物的速度都达到到3 3 。l3 3、在扩压管段、在扩压管段l在扩压管内，混合气体的动压进一步转化为静压，速度从在扩压管内，混合气体的动压进一步转化为静压，速度从3 3降至降至4 4 ，压力从压力从p p3 3 升至升至p p4 4。在扩压管出口，混合气体总的静压力为。在扩压管出口，混合气体总的静压力为h h 。该静压。该静压力即为头部所需的静压力。力

17、即为头部所需的静压力。（二）低压引射器的基本方程（二）低压引射器的基本方程取取A-AA-A、B-BB-B两截面建立动量方程：两截面建立动量方程：m,1m3J1JJ2()()gmixtmixtmixqqF ppF pppm,gV,gg1jaqqFm,mixV,mixmix3tmixqqFm,mixm,gm,am,g(1)qqqquV,mixV,gV,aV,g(1)qqqqusmixg11uus其中其中又又即即221gg2vp对于扩压管（推导见下页）：223J2mixd212npn又，对于喷嘴：其中其中jtFFF 将以上式子带入动量方程得到将以上式子带入动量方程得到低压引射器的计低压引射器的计算公

18、式：算公式：22J2g2(1)(1)pKuuspFFl其中其中2212nnKdmix扩压管静压恢复计算公式推导扩压管静压恢复计算公式推导223mixd22n1nF222334mixJ2dmixmix222p43tdFF222333J2mixdmixmix2222pn31n取扩压管进出口两截面建立能量方程：取扩压管进出口两截面建立能量方程：三、三、 低压引射大气式燃烧器的计算低压引射大气式燃烧器的计算l对于燃烧器头部，所需静压力为：对于燃烧器头部，所需静压力为：2J102pmixvpKV,g(1us)ppqFl则头部所需静压力为则头部所需静压力为：2V,g0gJ12p(1)(1)2quuspKF

19、l而火孔出口速度及混合气密度为：而火孔出口速度及混合气密度为：us)1 ()u1 (g0mix0l所以头部所需静压力可写成：所以头部所需静压力可写成：l对于引射器，所产生的静压力为：对于引射器，所产生的静压力为：l因为因为l则结合上两式可得燃烧器的基本计算公式：则结合上两式可得燃烧器的基本计算公式：2112)1)(1 (FKKFusul其中其中t1pFFF221gg2vp22J112g(1)(1)puus FKpF22J2g2(1)(1)pKuuspFF引射式燃烧器的自动调节特性：引射式燃烧器的自动调节特性：l从上式可以看出燃烧器的引射能力（质量从上式可以看出燃烧器的引射能力（质量引射系数引射

20、系数u u，或一次空气系数，或一次空气系数）只与）只与燃烧器的结构有关，而与燃烧器的工作状燃烧器的结构有关，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变化而变化。这一特性称为引射式燃烧器的自动调节特性。的自动调节特性。 燃烧器的最佳结构参数燃烧器的最佳结构参数l根据节能要求，引射器应按最佳工况设计，即根据节能要求，引射器应按最佳工况设计，即对应于给定的引射系数对应于给定的引射系数u u，应获得最大的值。应获得最大的值。J22g242(1)(1)20pdpKuusFdFFF 得引射器结构参数得引射器结构参数F F的最佳值的最佳值op(1)(1)FKuus最大无因次静压力最大无因次静压力2Jmaxgop()ppF(1)(1)tjFKuusF此时l燃烧器的最佳工况相应于引射器的最佳工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烧器的基本计算式1op1KFK即可得最佳燃烧器结构参数即可得最佳燃烧器结构参数2112)1)(1 (FKKFusutp1FKFK此时设计引射式大气燃烧器的步骤设计引射式大气燃烧器的步骤l第一种情况是确定燃烧器的几何尺