热质交换原理与设备课件第6章

1、第6章6.1空气射流的热质交换 6.2燃料燃烧时的热质交换6.3液体燃烧器6.4气体燃烧器6.1空气射流的热质交换 6.1.1空气射流的种类6.1.2送风口形式与送风参数6.1.3回风口空气流动规律和回风口形式6.1.1空气射流的种类1.等温自由射流2.非等温自由射流3.受限射流4.平行射流5.旋转射流图6-1自由射流示意图表6-1喷嘴紊流系数a值紊流系数a圆断面射流收缩极好的喷嘴圆 管扩散角812矩形短管带有可动导向叶片的喷嘴活动百叶风格006600760090102016平面射流收缩极好的平面喷嘴平面壁上的锐缘斜缝具有导叶加工磨圆边口的通风管纵向缝010801150155图6-2温度边界层

2、与速度边界层的对比 图6-3弯曲射流的轴线轨迹示意图图6-4贴附射流示意图图6-5非贴附射流的气流分布示意图图6-6平行射流图6-7旋转射流速度图6.1.2送风口形式与送风参数1.送风口形式2.送风状态1.送风口形式(1)侧送风口在房间内横向送出气流的风口叫侧送风口。(2)散流器散流器是安装在顶棚上的送风口，自上而下送出气流。(3)孔板送风口空气经过开有若干小孔的孔板而进入房间，这种风口形式叫孔板送风口。(4)喷射式送风口喷射式送风口是一个渐缩圆锥台形短管，如图6-8所示。(5)旋流送风口图6-9是旋流送风口的一种形式。图6-8喷射式送风口a)圆形喷口b)球形转动风口图6-9旋流送风口1出风格

3、栅2集尘箱3旋流叶片表6-2送风温差室温允许波动范围/送风温差/1015106100536(0102)23图6-10回风点汇图图6-11回风口速度分布图图6-12矩形网式回风口图6-13活动篦板式回风口6.2燃料燃烧时的热质交换6.2.1气体燃料的燃烧方法6.2.2液体燃料的燃烧方法6.2.3固体燃料的燃烧方法6.2.1气体燃料的燃烧方法1.扩散式燃烧2.部分预混式燃烧3.完全预混式燃烧4.燃烧的强化1.扩散式燃烧(1)扩散式燃烧的机理在这种燃烧方式中，气体燃料一边燃烧，一边与空气混合，燃烧速度慢，火焰较长、较明亮，并且有明显的轮廓，所以又称有焰燃烧。(2)扩散式燃烧的火焰火焰长度与燃气流出火

4、孔的速度有关，如图6-15所示为不同状态下火焰长度的变化情况，图中横坐标为燃气从喷口中流出的速度，纵坐标为火焰长度。(3)扩散燃烧的稳定性燃烧的稳定性是指燃烧过程不发生脱火、回火和光焰现象。(4)扩散式燃烧的特点扩散燃烧的优点是燃烧稳定，不会发生回火现象；脱火极限值很大，不易脱火，易于着火燃烧。图6-14层流扩散火焰的结构1外侧混合区(燃烧产物+空气)2内侧混合区(燃烧产物+燃气)燃气浓度燃烧产物浓度氧气浓度图6-15不同状态下的扩散火焰长度1火焰长度终端曲线2层流火焰终端曲线图6-16扩散火焰的温度分布图6-17脱火极限曲线1天然气2焦炉煤气2.部分预混式燃烧(1)部分预混式燃烧的机理在一般

5、情况下，根据气体燃料的性质，一次空气系数取=0.40.7。(2)部分预混层流火焰的稳定性部分预混式燃烧会出现脱火和回火现象。(3)部分预混合紊流火焰的稳定性由于预混紊流火焰比层流火焰明显缩短，焰面由光滑变为皱曲，其火焰结构如图6-20所示。(4)部分预混式燃烧的特点部分预混式燃烧由于预混了部分空气，所以燃烧温度和燃烧的完全程度有所提高；当选取适宜的一次空气系数时，燃烧过程仍属稳定。图6-18本生火焰图图6-19天然气和空气的混合物的燃烧稳定范围1光焰曲线2脱火曲线3回火曲线4光焰区5脱火区6回火区图6-20紊流火焰的结构1焰核2焰面3燃尽区图6-21用辅助火焰作点火源1燃烧器火孔2小孔3环形缝

6、隙3.完全预混式燃烧(1)完全预混式燃烧的机理燃气和空气在着火前预先按化学当量比混合均匀，即=1 ，并在专门设置的火道，使燃烧区内保持稳定高温的一种燃烧方法。(2)完全预混式燃烧火焰的稳定性由于=1，因此燃烧的稳定范围减小了，而燃烧的完全程度却提高了。(3)完全预混式燃烧的特点完全预混式燃烧的优点是：热强度非常高，每立方米燃烧室容积每小时可达(4.18641.86)108J，相当于扩散燃烧法的1001000倍；燃烧温度高，接近于理论燃烧温度；燃烧的完全程度高，几乎不存在化学未完全燃烧；燃烧过程的过剩空气量很少，一般=1.05，热效率非常高；但燃烧火焰的稳定性较差，容易产生脱火和回火现象。图6-

7、22无焰燃烧工作原理1混合物扩张区2火道边界3回流区4回流边界表面喷口直径D火道直径图6-23火道中的温度变化和燃气的燃尽曲线(喷口直径25mm；火道直径65mm；火道长度311mm；=1.15)图6-24各种形状的钝体稳焰器图6-25稳焰器的物理模型4.燃烧的强化(1)改善气流相遇条件可以将燃气与空气分成细流，增大两股气流的接触面积，使两股气流具有一定的速度差并成一定交角，或将一股气流穿过并淹没在另一股气流中，通常是使气体燃料淹没在空气气流中。(2)加强紊动在火焰稳定性允许的范围内尽量提高入口或燃烧室中的气流速度，并在入口处采用一些阻力较大的挡板等，构成撞击混合，从而增加气流的紊动。(3)预

8、热燃气和空气预热燃气和空气可以提高火焰传播速度，增加反应区内的反应速度，提高燃烧温度，从而增加燃烧强度。(4)烟气再循环将燃气燃烧所产生的一部分高温烟气引向燃烧器内，使之与尚在着火的或正在燃烧的燃气空气混合物相混合，可提高反应区的温度，从而增加燃烧强度。(5)应用旋转气流在气体从喷口喷出以前，使其产生旋转运动，导致气流的径向和轴向压力梯度的产生而影响流场。图6-26热分解的影响6.2.2液体燃料的燃烧方法1.液面燃烧2.灯芯燃烧3.蒸发燃烧4.喷雾燃烧图6-27釜式燃烧图图6-28灯芯燃烧图6-29蒸发燃烧4.喷雾燃烧(1)使液体燃料从喷嘴高速喷出(2)使燃料作回转运动，然后从孔口以液膜状态喷

9、出如图6-32所示的涡流喷射器，先使液体燃料以切线方向送入喷射器的回旋室中，由此燃料作回旋运动并以液膜状态喷出孔口。(3)以空气或蒸汽等气体为喷雾的媒介质将液体燃料雾化如图6-34所示的二流体喷射器，使燃料和空气 (或蒸汽) 分别从不同的喷口喷出，然后两者在喷嘴口混合而喷出。(4)从旋转的圆板或杯子的外周以离心力将液体燃料甩出和分散如图6-35所示的旋转喷射器，设计中把风机的出风口和转杯设在同一轴线上。图6-30喷雾燃烧的四种物理模型图6-31单口喷射器图6-32涡旋喷射器图6-33离心式喷射的雾化原理图a)喷射压力小时b)喷射压力大时图6-34二流体喷射器图6-35旋转喷射器6.2.3固体燃

10、料的燃烧方法1.按燃烧现象分类的燃烧方法2.按燃烧方式分类的燃烧方法1.按燃烧现象分类的燃烧方法(1)表面燃烧表面燃烧是在几乎不含有挥发物和易热分解组分而主要由碳组成的燃料中进行的，通常认为：碳分子和碳表面上吸附的氧发生反应，其燃烧产物可能同时有CO2和CO，CO2还可能与碳发生还原反应而生成CO。(2)蒸发燃烧蒸发燃烧是熔点比较低的固体燃料在燃烧之前先熔融成液体状态，然后液体受热而蒸发所产生的气体与空气中氧接触而进行燃烧，如常见的蜡烛燃烧就属此类。(3)分解燃烧分解燃烧是分解温度低的固体燃料由于加热而产生热分解，它的易挥发的组分离开固体表面时与氧气反应所产生的燃烧现象。(4)冒烟燃烧冒烟燃烧

11、是在容易引起热分解的不稳定物质中，由于热分解产生的挥发物温度低于其自发着火温度时，往往会引起带有大量浓烟的表面燃烧现象。2.按燃烧方式分类的燃烧方法(1)层燃式燃烧层燃式燃烧是将燃料块置于固定的或移动的炉篦上面，让空气通过燃料层使其燃烧。(2)沸腾式燃烧沸腾式燃烧如图6-37所示。(3)悬浮式燃烧悬浮式燃烧是先将固体燃料磨成细粉，然后随空气一同流向炉膛内呈悬浮状态进行燃烧。1)能获得最大的热密度，即在单位体积的燃烧室内，同时存在于炉膛中的燃料量最大；2)在防止燃料粉末飞失的条件下，有可能大大增加鼓风；3)热惰性大，对燃料供给与鼓风之间协调性的偏离敏感性差，故燃烧过程比较稳定，而且4)逆流式对燃

12、料的热准备过程比较有利，而顺流式的热准备过程就没有像逆流式那样进行得充分；5)层燃式燃烧在小型和中型动力装置中占有重要地位，但随着现代动力工业的发展，已不能适用于大型动力装置的机械化和自动化控制。图6-36层燃式燃烧图6-37沸腾式燃烧1)可以在单位面积的炉篦上获得很大的热负荷；2)由于燃料颗粒混合较好，使燃料层沿层高的温度分布比较均匀，对气化过程中CO2的吸热还原反应提供了有利条件；3)燃料颗粒在不断的流体动力作用下混合，互相碰撞，有利于破坏颗粒的外层灰壳，阻碍燃料的粘结和结渣，可减轻熔渣产生的故障；4)它还可以低温燃烧，减少氮氧化物的发生量，有利于控制大气污染；5)易造成机械未完全燃烧损失

13、，有可能使灰分和未燃颗粒等与气体一起大量从炉中流出，故需要将带出的未燃的细料用除尘器捕集下来，并返回到燃烧室中继续燃烧。图6-38悬浮式燃烧a)悬浮式直流燃烧b)悬浮式涡流燃烧1)用于大型燃烧炉时，与层燃式相比较具有不易结渣、设备费用增加不多、对负荷的变动适应性好等优点，所以可适用于大型动力装置；2)由于燃料粉末处于悬浮状态时反应表面积大，所以可得到比层燃式气化块状燃料时高得多的气化效率；3)可以用比层燃式小的空气比而得到较高的燃烧效率；4)可以燃烧含有大量粉末的劣质煤、水分多的煤或灰分多的煤，如泥煤、无烟煤屑、不结焦的瘦煤、含任何水分的褐煤、铲切泥煤或选煤副产品等；5)燃烧过程可全部实现机械

14、化和自动化操作，可大大改善工人的操作环境；6)由于悬浮式燃烧时炉壁积灰多，故不适用于小型燃烧炉。6.3液体燃烧器6.3.1双筒型煤油燃烧器6.3.2釜式燃烧器6.3.3蒸发燃烧器6.3.4喷雾燃烧器图6-39双筒型燃烧器燃烧系统图6-40釜式燃烧器燃烧釜图6-41加压式蒸发燃烧器6.3.4喷雾燃烧器1.油喷嘴2.配风器1.油喷嘴(1)机械雾化油喷嘴机械雾化是依靠机械力，使油滴旋转，从而破碎成小颗粒的方法。(2)气流雾化油喷嘴气流雾化是依靠压力为0.31.2MPa的蒸汽或压缩空气把油雾化的方法。(3)联合雾化油燃烧器联合气流机械雾化油喷嘴是同时有机械雾化和气流雾化的一种喷嘴。6Z42.tif图6

15、-42切向槽式简单压力雾化油喷嘴a)雾化片b)旋流片c)分流片1雾化片2旋流片3分流片图6-43切向孔式球形简单机械雾化喷嘴图6-44切向孔式柱形简单机械雾化喷嘴图6-45内回油式简单机械雾化喷嘴图6-46转杯式简单机械雾化喷嘴1空心轴2转杯3 一次风导流片4 一次风机5电动机6带轮7轴承 图6-47外混式气流雾化油喷嘴1油管2气流套管 图6-48内混式油喷嘴1内喷嘴2外喷嘴3混合室图6-49中间混合式气流雾化油喷嘴1喷头2分流器3气进口4混合物喷嘴5油进口图6-50联合气流机械雾化油喷嘴1油管2气流套管3分油配气嘴4气孔5气槽6混合室头部7油孔8喷孔2.配风器(1)旋流式配风器旋流式配风器根

16、据叶片形式不同，主要包括轴向可动叶片旋流式配风器、固定切向叶片旋流式配风器和可动切向叶片旋流式配风器，它们的结构如图6-51、图6-52和图6-53所示。(2)直流式配风器图6-54和图6-55为两种直流式配风器的结构示意图。图6-51轴向可动叶片旋流式配风器1进油口2回油口3点火器4叶轮5稳焰器6环形风门7圆筒形风门8 一次风管图6-52固定切向叶片旋流式配风器1直流空气2旋流空气3中心空气4多孔板5油喷嘴6喷口图6-53可动切向叶片旋流式配风器1进油管2中心风进口3切向叶片4文丘里管5稳焰器图6-54直管型直流式配风器1油喷嘴2稳焰器3大风箱图6-55文丘里管型直流式配风器1油喷嘴2稳焰器

17、3大风箱4圆筒形风门6.4气体燃烧器6.4.1扩散式燃烧器6.4.2大气式燃烧器6.4.3完全预混式燃烧器6.4.4其他气体燃料燃烧器6.4.1扩散式燃烧器1.自然引风式扩散燃烧器2.鼓风式扩散燃烧器1.自然引风式扩散燃烧器(1)管式燃烧器分单管式和多管式。(2)圆环形燃烧器该燃烧器属环形供气，故而压力分布均匀，火焰高度整齐。(3)冲焰式燃烧器该燃烧器采用两个扩散火焰相撞的方法来增强气流扰动，增加燃气与空气之间的紊流混合，提高燃烧稳定性，强化燃烧过程，如图6-60所示。(4)多缝式燃烧器在多缝式燃烧器中，气体燃料进入到燃烧器外壳与内管间的环形通道，从内管上的缝口进入炉内，燃气燃烧所需的空气一部

18、分从内管进入，一部分从燃烧器外套管进入，它们的空气量依靠空气调节板来调节。图6-56直管式扩散燃烧器图6-57排管式扩散燃烧器图6-58涡管式扩散燃烧器图6-59圆环形燃烧器图6-60冲焰式扩散燃烧器图6-61多缝式燃烧器1 一次空气调节板2二次空气调节板3头部4燃气管5支撑图6-62单套管燃烧器2.鼓风式扩散燃烧器(1)套管式燃烧器该燃烧器由大管和小管相套形成的。(2)旋流式燃烧器本身带有旋流器，空气在旋流器的作用下产生旋转，而燃气从分流器的喷孔中流出。(3)平流式燃烧器平流式燃烧器是在前两种鼓风式燃烧器的基础上发展起来的新型燃烧器。图6-63管群式燃烧器图6-64导流叶片式旋流燃烧器1节流

19、阀2导流叶片3燃气旋流器4喷口图6-65环缝旋流式燃烧器1燃气进口2空气进口3环缝4耐火砖图6-66周边供气涡壳式燃烧器1涡壳配风器2燃烧分配室3冷空气室4火道图6-67中心供气涡壳式燃烧器图6-68多枪平流式燃烧器6.4.2大气式燃烧器1.环形大气燃烧器2.棒形燃烧器图6-69大气燃烧器结构示意图1调风板2 一次空气入口3引射器喉部4喷嘴5火孔图6-70立式小型锅炉燃气燃烧器1喷嘴2引射器3调风板4头部图6-71铸铁锅炉燃气燃烧器1喷嘴2引射器3调风板4头部图6-72棒形大气式燃烧器1喷嘴2支撑3调风套4头部5堵板6.4.3完全预混式燃烧器1.引射式单火道完全预混燃烧器2.H型引射式燃烧器3.B型引射式燃烧器4.B型引射式燃烧器图6-73直管型引射式单火道完全预混燃烧器1燃气喷嘴2进风碗3调风碗4引射器5喷头6火道图6-74弯管型引射式单火道完全预混燃烧器图6-75H型引射式燃烧器图6-76B型引射式燃烧器图6-77B型引射式燃烧器6.4.4其他气体燃料燃烧器1.平焰燃烧器2.脉冲燃烧器3.催化燃烧器4.浸没式燃烧器61.平焰燃烧器(1)引射式平焰燃烧器它由引射器、喷头