燃烧原理与设备4

1、中南大学能源科学与工程学院燃烧原理与设备Combustion Principle and Equipment第四篇第四篇 燃烧方法与燃烧装置燃烧方法与燃烧装置中南大学能源科学与工程学院中南大学能源科学与工程学院中南大学能源科学与工程学院概概 述述燃烧装置：燃烧装置：用来实现燃料燃烧过程的装置。在炉膛中用来实现燃料燃烧过程的装置。在炉膛中合理组织燃料的燃烧过程，以保证炉子的工作合乎工艺、合理组织燃料的燃烧过程，以保证炉子的工作合乎工艺、技术和经济的要求技术和经济的要求气体燃料的燃烧：三阶段气体燃料的燃烧：三阶段气体燃料的燃烧方法气体燃料的燃烧方法: :（1 1）有焰燃烧法）有焰燃烧法（2 2）无

2、焰燃烧法）无焰燃烧法（3 3）半无焰燃烧法）半无焰燃烧法有焰燃烧的特点：有焰燃烧的特点：无焰燃烧的特点：无焰燃烧的特点：中南大学能源科学与工程学院第二节第二节 有焰燃烧有焰燃烧l煤气和空气的混合条件的改善：煤气和空气的混合条件的改善：（1 1）多股细流）多股细流（2 2）空气和煤气成角度相遇）空气和煤气成角度相遇（3 3）旋流装置）旋流装置l有焰烧嘴的种类：有焰烧嘴的种类：（1 1）按煤气发热量分类；（）按煤气发热量分类；（2 2）按烧嘴燃烧能力分类；）按烧嘴燃烧能力分类；（3 3）按火焰长度分类；）按火焰长度分类； （4 4）按火焰长度的可调性分类；）按火焰长度的可调性分类；（5 5）按混合

3、方法分类；）按混合方法分类； （6 6）按混合地点分类；）按混合地点分类；（7 7）按煤气与空气配比的调节方法分类；）按煤气与空气配比的调节方法分类；（8 8）按流股的形状分类；（）按流股的形状分类；（9 9）按空气与煤气的预热情况分类；）按空气与煤气的预热情况分类；（1010）按燃料的使用范围分类）按燃料的使用范围分类中南大学能源科学与工程学院主要有焰烧嘴介绍主要有焰烧嘴介绍1 1、套管、套管( (筒筒) )式燃烧器式燃烧器 热负荷小热负荷小 燃烧缓慢、火焰长燃烧缓慢、火焰长 结构简单结构简单 不回火不回火 流阻小（燃料与空气的流阻小（燃料与空气的供给压力低）供给压力低）中南大学能源科学与工

4、程学院主要有焰烧嘴介绍主要有焰烧嘴介绍2 2、低压涡流式烧嘴、低压涡流式烧嘴 热负荷热负荷大，放热集大，放热集中；中； 燃烧迅速、火焰燃烧迅速、火焰短；短； 有回火的可有回火的可能能空气空气和和煤气混合好，火焰短，煤气混合好，火焰短，设计煤气压力设计煤气压力800Pa800Pa，空气压力空气压力2000Pa; 2000Pa; 适适合清洁的发生炉煤气，合清洁的发生炉煤气，混合煤气和焦炉煤气混合煤气和焦炉煤气 ，以及天然以及天然气。气。中南大学能源科学与工程学院主要有焰烧嘴介绍主要有焰烧嘴介绍低压涡流烧嘴的燃烧能力低压涡流烧嘴的燃烧能力P P152152表表13-113-1下列情况燃烧能力要修正：

5、下列情况燃烧能力要修正：（1 1）煤气压力变化）煤气压力变化（2 2）煤气或空气预热）煤气或空气预热中南大学能源科学与工程学院主要有焰烧嘴介绍主要有焰烧嘴介绍 空气和煤气混合好空气和煤气混合好火焰很短，为出口火焰很短，为出口直径的直径的6 6 8 8倍。倍。 适合发热量在适合发热量在5435-8400kJ/m35435-8400kJ/m3的的发生炉煤气和混合发生炉煤气和混合煤气，燃烧能力见煤气，燃烧能力见表表13-313-33 3、扁缝涡流式烧嘴、扁缝涡流式烧嘴中南大学能源科学与工程学院主要有焰烧嘴介绍主要有焰烧嘴介绍适合清洗过的发生适合清洗过的发生炉煤气、混合煤气炉煤气、混合煤气3800-9

6、2000kJ/m3800-92000kJ/m3 3煤气和空气压力约煤气和空气压力约为为2000 2000 4000Pa4000Pa出口速度控制在出口速度控制在1010 20m/s20m/s。4 4、环缝涡流式烧嘴、环缝涡流式烧嘴中南大学能源科学与工程学院主要有焰烧嘴介绍主要有焰烧嘴介绍5 5、火焰长度可调式烧嘴、火焰长度可调式烧嘴工作原理是改变煤气与空气的混合。工作原理是改变煤气与空气的混合。6 6、烧脏煤气的烧嘴、烧脏煤气的烧嘴防止煤气喷口堵塞，断面较大防止煤气喷口堵塞，断面较大7 7、天然气烧嘴、天然气烧嘴空气需要量大，要求混合好空气需要量大，要求混合好中南大学能源科学与工程学院主要有焰烧

7、嘴介绍主要有焰烧嘴介绍8 8、平焰烧嘴、平焰烧嘴圆盘形火焰，强化圆盘形火焰，强化辐射换热，改善加辐射换热，改善加热质量，提高生产热质量，提高生产率和降低燃料消耗。率和降低燃料消耗。SPMSPM平焰燃烧器平焰燃烧器中南大学能源科学与工程学院主要有焰烧嘴介绍主要有焰烧嘴介绍9 9、高速烧嘴、高速烧嘴 SGMSGM型燃气低压型燃气低压高速燃烧器高速燃烧器带缩口燃烧室带缩口燃烧室的高速燃烧器的高速燃烧器中南大学能源科学与工程学院主要有焰烧嘴介绍主要有焰烧嘴介绍1010、自身预热式烧嘴、自身预热式烧嘴1111、蓄热式烧嘴、蓄热式烧嘴1212、油、油- -气两用烧嘴气两用烧嘴中南大学能源科学与工程学院主要

8、有焰烧嘴介绍主要有焰烧嘴介绍中南大学能源科学与工程学院低氮氧化物燃烧低氮氧化物燃烧中南大学能源科学与工程学院中南大学能源科学与工程学院燃烧器燃烧器中南大学能源科学与工程学院中南大学能源科学与工程学院燃烧器燃烧器中南大学能源科学与工程学院燃烧器燃烧器中南大学能源科学与工程学院燃烧器燃烧器中南大学能源科学与工程学院燃烧器燃烧器中南大学能源科学与工程学院有焰烧嘴的计算有焰烧嘴的计算 定型的烧嘴可以根据其使用性能和尺寸选用现成的产品，但定型的烧嘴可以根据其使用性能和尺寸选用现成的产品，但在下列两种情况下，要通过计算来确定烧嘴的尺寸和性能。在下列两种情况下，要通过计算来确定烧嘴的尺寸和性能。 （1 1）

9、设计新烧嘴）设计新烧嘴 在设计新烧嘴前，需要知道的参数有：煤气热值；煤气工在设计新烧嘴前，需要知道的参数有：煤气热值；煤气工作压力；烧嘴燃烧能力。作压力；烧嘴燃烧能力。 计算内容有：煤气喷口、空气喷口和混合气体喷口尺寸；计算内容有：煤气喷口、空气喷口和混合气体喷口尺寸；烧嘴前空气压力烧嘴前空气压力中南大学能源科学与工程学院有焰烧嘴的计算有焰烧嘴的计算 （2 2）验算旧烧嘴）验算旧烧嘴 主要内容有：根据已知烧嘴尺寸和煤气压力计算烧嘴燃烧主要内容有：根据已知烧嘴尺寸和煤气压力计算烧嘴燃烧能力；根据已知的烧嘴尺寸和所需燃烧能力计算应有的煤能力；根据已知的烧嘴尺寸和所需燃烧能力计算应有的煤气和空气压力

10、气和空气压力 有焰烧嘴计算表见有焰烧嘴计算表见P165P165表表13-513-5 在进行烧嘴计算时，所需煤气压力和空气压力，必须根据在进行烧嘴计算时，所需煤气压力和空气压力，必须根据烧嘴的最大负荷来确定，并保留烧嘴的最大负荷来确定，并保留15 15 20%20%的后备压力，烧嘴的后备压力，烧嘴的最大负荷一般取为正常燃烧能力的的最大负荷一般取为正常燃烧能力的2.52.5倍。倍。中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 无焰燃烧无焰燃烧一、喷射式无焰燃烧的特点一、喷射式无焰燃烧的特点 燃气燃气为喷射介质，空气为被为喷射介质，空气为被喷射介质（少数情况下喷射介质（少数情况下也以也以空气空气为喷射介质

11、），二者通过喷射器为喷射介质），二者通过喷射器达到均匀混合。达到均匀混合。1.1.烧烧嘴结构嘴结构2.2.煤气煤气喷口喷口3.3.空气空气调节器调节器4.4.空气吸入口空气吸入口5.5.混合混合管管6.6.扩扩压管压管7.7.喷头喷头8.8.燃烧燃烧坑道坑道中南大学能源科学与工程学院引射式烧嘴优点引射式烧嘴优点1. 1. 吸入吸入的空气量随煤气量的变化自动按比例改变的空气量随煤气量的变化自动按比例改变，因此，因此喷射系数（空气喷射系数（空气过剩系数过剩系数）能自动保持恒定，具有自）能自动保持恒定，具有自调性；调性；2 2. . 混合混合装置简单可靠，煤气空气在混合管内即装置简单可靠，煤气空气在

12、混合管内即达到均匀达到均匀混合，只要给予混合，只要给予2-5%2-5%的过剩空气就可以保证完全的过剩空气就可以保证完全燃烧；燃烧；3. 3. 燃烧速度燃烧速度快；快；4. 4. 不不需要风机，管路设置也较简单，因此烧嘴的调节和需要风机，管路设置也较简单，因此烧嘴的调节和自动控制系统都比有焰烧嘴简单。自动控制系统都比有焰烧嘴简单。中南大学能源科学与工程学院引射式烧嘴缺点引射式烧嘴缺点1. 1. 大型喷射式烧嘴外形尺寸大，占地大，安装操作不便；大型喷射式烧嘴外形尺寸大，占地大，安装操作不便；2. 2. 需要较高的煤气压力（需要较高的煤气压力（10000Pa10000Pa以上），煤气系统阻以上），煤

13、气系统阻力消耗大；力消耗大；3. 3. 空气和煤气的预热温度受到限制；空气和煤气的预热温度受到限制；4. 4. 烧嘴负荷调节比小，即燃烧能力不如有焰烧嘴；烧嘴负荷调节比小，即燃烧能力不如有焰烧嘴；5. 5. 对煤气发热量、预热温度、炉压等波动非常敏感；烧对煤气发热量、预热温度、炉压等波动非常敏感；烧嘴的喷射比（自调性）在实际情况偏离设计条件时便嘴的喷射比（自调性）在实际情况偏离设计条件时便不能保持。不能保持。中南大学能源科学与工程学院引射器工作原理引射器工作原理中南大学能源科学与工程学院引射器工作原理引射器工作原理克服流动阻力克服流动阻力克服热阻克服热阻获得所要求的流出速度获得所要求的流出速度

14、h h4 4的大小决定了混合气体从头部火孔的喷射速度，的大小决定了混合气体从头部火孔的喷射速度，是引射式大气燃烧器的重要设计参数。是引射式大气燃烧器的重要设计参数。 h h4 4消耗于三个消耗于三个方面：方面：中南大学能源科学与工程学院引射器工作原理引射器工作原理20121pmixpup22)1 (ppp流动阻力流动阻力 火孔阻力系数火孔阻力系数混气密度混气密度火孔出口气流速度火孔出口气流速度火孔流量系数火孔流量系数中南大学能源科学与工程学院引射器工作原理引射器工作原理热阻热阻21273273022mixputp温升温升2273273023mixputp流出动能流出动能中南大学能源科学与工程学

15、院引射器工作原理引射器工作原理127327321tKp201421pmixuKh3214ppph燃烧器头部的能量损失系数燃烧器头部的能量损失系数民用燃烧器民用燃烧器K K1 1=2.7 =2.7 2.92.9中南大学能源科学与工程学院引射器组成与结构参数引射器组成与结构参数燃料喷嘴、吸气收缩管、混合管和扩压管。燃料喷嘴、吸气收缩管、混合管和扩压管。 引射器一般由四部分组成引射器一般由四部分组成: :流量系数流量系数=0.7=0.70.780.78喷孔直径喷孔直径:1:12.5mm2.5mm长径比长径比=1=12 2锥角锥角=90 =90 120120)/(21smpuf)/(004. 0360

16、024322hmpdpdVfjfjf中南大学能源科学与工程学院引射器组成与结构参数引射器组成与结构参数圆锥形圆锥形进口面积与出口面积之比一般为进口面积与出口面积之比一般为4 46 6 一次空气的进风面积一般为燃烧器火孔总面积的一次空气的进风面积一般为燃烧器火孔总面积的1.251.252.252.25倍，吸入风速不超过倍，吸入风速不超过1.5m/s 1.5m/s 中南大学能源科学与工程学院引射器组成与结构参数引射器组成与结构参数使燃料与空气进行充分的混合，并使混合气体在使燃料与空气进行充分的混合，并使混合气体在其出口处达到速度、温度和浓度的均匀分布。通常采其出口处达到速度、温度和浓度的均匀分布。

17、通常采用圆柱形混合管，根据经验，其长度为用圆柱形混合管，根据经验，其长度为tmixdl)31 (将混合气体的动能转变为压力能，以便获得流过将混合气体的动能转变为压力能，以便获得流过火孔所需的压力头。经验表明，最有利的扩张角为火孔所需的压力头。经验表明，最有利的扩张角为6 68 8，出口面积与进口面积之比为，出口面积与进口面积之比为2 23 3。 中南大学能源科学与工程学院引射式大气燃烧器的特点及引射式大气燃烧器的特点及应用范围应用范围引射式大气燃烧器有下列特点：引射式大气燃烧器有下列特点：和扩散式燃烧器相比，引射式大气燃烧器的火焰温和扩散式燃烧器相比，引射式大气燃烧器的火焰温度比较高，火焰短，

18、火力强，燃烧比较安全，烟气中含度比较高，火焰短，火力强，燃烧比较安全，烟气中含量较少；但结构复杂，燃烧稳定性较差。量较少；但结构复杂，燃烧稳定性较差。与鼓风式燃烧器相比，引射式大气燃烧器不必鼓风，与鼓风式燃烧器相比，引射式大气燃烧器不必鼓风，投资少，不耗电；但热负荷不宜太大，否则结构相当笨投资少，不耗电；但热负荷不宜太大，否则结构相当笨重。重。和火道式无焰燃烧器相比，引射式大气燃烧器热和火道式无焰燃烧器相比，引射式大气燃烧器热负荷调节范围宽广，可燃烧低压煤气；但热强度较低。负荷调节范围宽广，可燃烧低压煤气；但热强度较低。一次空气过量系数基本上不随煤气压力而变化。因此，一次空气过量系数基本上不随

19、煤气压力而变化。因此，这类燃烧器具有可贵的自动调节性能。这类燃烧器具有可贵的自动调节性能。中南大学能源科学与工程学院燃烧器燃烧器中南大学能源科学与工程学院燃烧器燃烧器中南大学能源科学与工程学院燃烧器燃烧器中南大学能源科学与工程学院燃烧器燃烧器中南大学能源科学与工程学院第四节第四节 其它煤气烧嘴其它煤气烧嘴半喷射式天然气烧嘴半喷射式天然气烧嘴大气式煤气烧嘴大气式煤气烧嘴辐射墙式无焰烧嘴辐射墙式无焰烧嘴管群式燃烧器管群式燃烧器周边供气蜗壳式燃烧器周边供气蜗壳式燃烧器平流式燃烧器平流式燃烧器燃气内燃机供气方式燃气内燃机供气方式燃气轮机的燃气喷嘴燃气轮机的燃气喷嘴中南大学能源科学与工程学院l燃气炉具的

20、燃烧方式分为：扩散燃烧、大气式燃烧、部分燃气炉具的燃烧方式分为：扩散燃烧、大气式燃烧、部分预混式燃烧、鼓风式燃烧。在我们现在的灶具产品上通常预混式燃烧、鼓风式燃烧。在我们现在的灶具产品上通常采用的燃烧方式为大气式燃烧。采用的燃烧方式为大气式燃烧。l大气式燃烧器的主要特点是燃气在着火前已与一次空气混大气式燃烧器的主要特点是燃气在着火前已与一次空气混合，而一次空气的供给是靠燃气引射四周空气实现的。所合，而一次空气的供给是靠燃气引射四周空气实现的。所以，大气式燃烧器又称大气引射式燃烧器，这种燃烧过程以，大气式燃烧器又称大气引射式燃烧器，这种燃烧过程的组织方式称大气燃烧或局部预混燃烧。的组织方式称大气

21、燃烧或局部预混燃烧。l大气式燃烧器的主要优点是燃烧工况易于调节，燃烧充分大气式燃烧器的主要优点是燃烧工况易于调节，燃烧充分、温度较高、一次空气供给靠燃气射流卷吸四周空气，不、温度较高、一次空气供给靠燃气射流卷吸四周空气，不需要外部动力，因而结构简单，制作方便，在燃气灶具上需要外部动力，因而结构简单，制作方便，在燃气灶具上应用广泛。应用广泛。第四节第四节 其它煤气烧嘴其它煤气烧嘴中南大学能源科学与工程学院中南大学能源科学与工程学院中南大学能源科学与工程学院练习一练习一l设计低压涡流烧嘴，使用煤气成分为（设计低压涡流烧嘴，使用煤气成分为（% %）：）：COCO9.19.1，H H2 257.357

22、.3，CHCH4 426.026.0，C C2 2H H4 42.52.5， COCO2 23.03.0，O O2 20.50.5，N N2 21.61.6，煤气温度，煤气温度t t煤煤=20=20，烧嘴，烧嘴正常燃烧能力为正常燃烧能力为50m50m3 3/h/h，空气消耗系数，空气消耗系数n=1.1n=1.1，烧，烧嘴前煤气压力嘴前煤气压力P P煤煤=800Pa=800Pa，空气温度，空气温度t t空空=20=20。中南大学能源科学与工程学院第十四章第十四章 液体燃料的燃烧液体燃料的燃烧中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 燃料油的燃烧过程燃料油的燃烧过程 轻质液体燃料的气化过程是一个纯物

23、理过程，而重质液轻质液体燃料的气化过程是一个纯物理过程，而重质液体燃料的气化，还要经历化学裂解过程，裂解成轻质可燃气体燃料的气化，还要经历化学裂解过程，裂解成轻质可燃气化物和碳质残渣，所以液体燃料可分为易于蒸发和难于蒸发化物和碳质残渣，所以液体燃料可分为易于蒸发和难于蒸发两类。两类。 例如汽车发动机燃用的汽油，在其引入燃烧室之前，先例如汽车发动机燃用的汽油，在其引入燃烧室之前，先在汽化器中雾化蒸发并与空气混合形成均匀可燃混合气，然在汽化器中雾化蒸发并与空气混合形成均匀可燃混合气，然后送入发动机中燃烧，因此这种可燃混合气的燃烧就如均匀后送入发动机中燃烧，因此这种可燃混合气的燃烧就如均匀预混气体燃

24、烧一样。预混气体燃烧一样。中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 燃料油的燃烧过程燃料油的燃烧过程 对于较难蒸发的燃油在燃烧过程中边蒸发边燃烧，液体对于较难蒸发的燃油在燃烧过程中边蒸发边燃烧，液体燃料在其表面产生一层蒸气，蒸气与空气混合加热着火燃烧燃料在其表面产生一层蒸气，蒸气与空气混合加热着火燃烧，形成火焰，液面从火焰中吸收热量，促使蒸发大大加速，形成火焰，液面从火焰中吸收热量，促使蒸发大大加速，直到建立稳定状态：燃料的燃烧速度和蒸发速度相等，在这直到建立稳定状态：燃料的燃烧速度和蒸发速度相等，在这个过程中，燃烧速度取决于液体从其表面蒸发的速度。个过程中，燃烧速度取决于液体从其表面蒸发的速度

25、。 见见P126P126图图11-711-7油粒燃烧示意图油粒燃烧示意图油粒完全烧掉所需时间与油粒半径的平方成正比；油粒完全烧掉所需时间与油粒半径的平方成正比； 周围介质的温度越高，越有利于加速油的燃烧。周围介质的温度越高，越有利于加速油的燃烧。中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 燃料油的燃烧过程燃料油的燃烧过程中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 液体燃料燃烧过程液体燃料燃烧过程l液体燃料燃烧系统液体燃料燃烧系统1 1、供油系统、供油系统 2 2、供气系统、供气系统3 3、燃烧系统、燃烧系统中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 液体燃料燃烧过程液体燃料燃烧过程l液体燃料燃烧特点液体燃

26、料燃烧特点1 1、扩散燃烧、扩散燃烧 2 2、非均相燃烧、非均相燃烧l液体燃料燃烧过程液体燃料燃烧过程1 1、雾化、雾化2 2、蒸发、蒸发3 3、热解和裂化、热解和裂化4 4、混合、混合5 5、燃烧、燃烧中南大学能源科学与工程学院练习一练习一l设计低压涡流烧嘴，使用煤气成分为（设计低压涡流烧嘴，使用煤气成分为（% %）：）：COCO9.19.1，H H2 257.357.3，CHCH4 426.026.0，C C2 2H H4 42.52.5， COCO2 23.03.0，O O2 20.50.5，N N2 21.61.6，煤气温度，煤气温度t t煤煤=20=20，烧嘴，烧嘴正常燃烧能力为正常

27、燃烧能力为50m50m3 3/h/h，空气消耗系数，空气消耗系数n=1.1n=1.1，烧，烧嘴前煤气压力嘴前煤气压力P P煤煤=800Pa=800Pa，空气温度，空气温度t t空空=20=20。中南大学能源科学与工程学院第二节油的雾化n燃油雾化现象中南大学能源科学与工程学院第二节油的雾化第二节油的雾化l燃油雾化现象燃油雾化现象中南大学能源科学与工程学院第二节油的雾化第二节油的雾化构成液体燃料射流破碎的雾化过程主要有：构成液体燃料射流破碎的雾化过程主要有：1 1）射流在长度和宽度上发展）射流在长度和宽度上发展2 2）射流由于碰撞和摩擦而破裂）射流由于碰撞和摩擦而破裂3 3）表面张力所引起的破裂）

28、表面张力所引起的破裂4 4）在射流内部所产生的湍流运动所引起的破裂）在射流内部所产生的湍流运动所引起的破裂5 5）液滴由于碰撞而聚合和破裂）液滴由于碰撞而聚合和破裂中南大学能源科学与工程学院第二节油的雾化第二节油的雾化我们分析油滴在气体介质中飞行时受到的力，可分为：我们分析油滴在气体介质中飞行时受到的力，可分为： （见（见P192 P192 19393）1 1、外力，是由油压形成的向前推进力、气体的阻力，油滴本、外力，是由油压形成的向前推进力、气体的阻力，油滴本身的重力作用组成。其作用是使油滴变形。身的重力作用组成。其作用是使油滴变形。2 2、内力，是由内摩擦力（宏观表现为粘性）和表面张力。其

29、、内力，是由内摩擦力（宏观表现为粘性）和表面张力。其作用是使油滴维持原状。作用是使油滴维持原状。 当内力和外力达到平衡时雾化过程终止。当内力和外力达到平衡时雾化过程终止。中南大学能源科学与工程学院第二节油的雾化第二节油的雾化可以看出提高雾化品质的方法有：可以看出提高雾化品质的方法有：（1 1）要求燃油具有一定的喷射压力，压力越高雾化越细；）要求燃油具有一定的喷射压力，压力越高雾化越细；（2 2）要求燃油具有较小的粘度和表面张力。提高油温，可降）要求燃油具有较小的粘度和表面张力。提高油温，可降 低燃油的粘度和表面张力，燃油预热是在使用粘度较大低燃油的粘度和表面张力，燃油预热是在使用粘度较大 重质

30、燃油时提高雾化质量的必要措施。重质燃油时提高雾化质量的必要措施。（3 3）要有一定的气体阻力，提高油滴相对空气的运动速度。）要有一定的气体阻力，提高油滴相对空气的运动速度。中南大学能源科学与工程学院雾化质量的评定雾化质量的评定1 1、雾化角：雾化锥的张角。重要参数。、雾化角：雾化锥的张角。重要参数。R=100mm中南大学能源科学与工程学院雾化质量的评定雾化质量的评定2 2、雾化细度、雾化细度 雾化后产生的油滴的大小。雾化后产生的油滴的大小。由于雾化后液滴的大小极不均匀，最大和最小相差由于雾化后液滴的大小极不均匀，最大和最小相差5050100100倍，我们只能用液滴的平均直径表示液滴的颗粒细度。

31、倍，我们只能用液滴的平均直径表示液滴的颗粒细度。油粒的直径分布油粒的直径分布：质：质量中间直径量中间直径d d5050 或或dmdm：大于和小于：大于和小于直直径径d d5050的颗粒质的颗粒质量各量各占占50%50%。索太尔平均直径。索太尔平均直径d d3232或或d dSMDSMD：i2ii3i32NdNdd中南大学能源科学与工程学院雾化质量的评定雾化质量的评定3 3、雾化均匀度、雾化均匀度 表示雾化后油滴粒径的分布。表示雾化后油滴粒径的分布。目前使用较多的是目前使用较多的是Rossin-RammlerRossin-Rammler关系式：关系式：式中：式中：R R：尺寸大于：尺寸大于did

32、i的油滴占全部油滴质量的百分数的油滴占全部油滴质量的百分数 ：尺寸常数：尺寸常数 n n：均匀性指数：均匀性指数 %dd100expRnid中南大学能源科学与工程学院雾化质量的评定雾化质量的评定 2121in1mmiidlgdlgR1lnlgR1lnlgn ddlgR1lnlgn ln2dd%50R dd%8 .36R dd中南大学能源科学与工程学院雾化质量的评定雾化质量的评定4 4、流量密度分布、流量密度分布 ：指在单位时间内通过以燃料喷射方：指在单位时间内通过以燃料喷射方向相垂直的单位截面上燃油质量（容积）沿半径的分布向相垂直的单位截面上燃油质量（容积）沿半径的分布规律。重要指标，决定与空

33、气的混合（规律。重要指标，决定与空气的混合（见见P190P190图图14-714-7） 5 5、喷雾炬长度、喷雾炬长度 油雾射程（不能等同于火焰长度）油雾射程（不能等同于火焰长度） 假设：喷雾炬是具有半球形推进锋面的锥形喷雾；喷雾假设：喷雾炬是具有半球形推进锋面的锥形喷雾；喷雾炬是固定不变的；在喷射期间，喷射压力和液体在喷口炬是固定不变的；在喷射期间，喷射压力和液体在喷口处的速度不变。处的速度不变。中南大学能源科学与工程学院雾化质量的评定雾化质量的评定25 . 105 . 004 . 21ddtuLcacacacPPu20中南大学能源科学与工程学院第二节油的雾化第二节油的雾化l雾化方式雾化方式

34、按照用于破碎液体射流的一次能源的不同划分：按照用于破碎液体射流的一次能源的不同划分：1 1）附加介质能量使油雾化（空气、蒸汽、煤气或燃烧产物）附加介质能量使油雾化（空气、蒸汽、煤气或燃烧产物） 高压雾化高压雾化 100kPa100kPa以上以上 中压雾化中压雾化 10-100kPa10-100kPa 低压雾化低压雾化 3-10kPa3-10kPa2 2）油压式（或机械式）雾化）油压式（或机械式）雾化中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴一、重油烧嘴基本要求一、重油烧嘴基本要求二、重油烧嘴分类二、重油烧嘴分类中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴1 1、离心式

35、机械雾化器的设计计算、离心式机械雾化器的设计计算（1 1）雾化器出口截面上切向速度分布）雾化器出口截面上切向速度分布12rarc中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴假设：燃油无粘性，看作理想流体；假设：燃油无粘性，看作理想流体； 在雾化器内流动时无摩在雾化器内流动时无摩擦损耗，且与外界无热交换。擦损耗，且与外界无热交换。雾化器进出口两截面的伯努力方程为：雾化器进出口两截面的伯努力方程为： 22t22n221121ww21Pw21Pzzg常数22t22n2211ww21Pw21P中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴根据无摩擦损耗的理想流体动量矩守恒可知：根

36、据无摩擦损耗的理想流体动量矩守恒可知： 分析方程，当分析方程，当r0r0，如果，如果2 2截面充满流体，截面充满流体，w wt t，则，则P P2 2-，不可能，不可能，P P2 2只能降到周围介质的压力只能降到周围介质的压力P P0 0，如果低，如果低于于P P0 0 ，周围气体会挤入喷口中心部位流体的位置，形成半，周围气体会挤入喷口中心部位流体的位置，形成半径为径为r ra a的空气旋涡，其压力为的空气旋涡，其压力为P P0 0 。燃油是从空气旋涡和喷口内圆之环状截面喷出，这是离心式燃油是从空气旋涡和喷口内圆之环状截面喷出，这是离心式机械喷嘴的一个主要工作特点。机械喷嘴的一个主要工作特点。

37、常数rwt中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴喷口有效截面系数：喷口有效截面系数：r rc crra a，w wt t逐渐增大，取平均：逐渐增大，取平均：2ca2c2a2crr1rrrtctatmww21w中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴（2 2）雾化器出口截面轴向速度分布）雾化器出口截面轴向速度分布 在喷口截面取一宽度为在喷口截面取一宽度为drdr的微元圆环，其内外两侧的微元圆环，其内外两侧单位面积上压力差单位面积上压力差dpdp由离心力产生：由离心力产生：另对伯努力方程求导：另对伯努力方程求导：drrwdP2t常数2wP2中南大学能源科学与工程学

38、院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴0drdw21drdP1rwdrdP22t常数常数n2nt2t22nw 0drdwrw 0drrwd2r1drdw21中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴（3 3）喷油量计算）喷油量计算由于喷口截面任一半径处燃油轴向速度为定值，由于喷口截面任一半径处燃油轴向速度为定值，对于已知结构特性的雾化器的喷油量：对于已知结构特性的雾化器的喷油量：式中式中 和和w wa a为未知量，利用进出口伯努利方程为未知量，利用进出口伯努利方程n2crrnwrrdrw2Qca中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴r1w1a2ta2naa211ww2

39、1Pw21Pnna02211wwPPw21PH2ta0nwPH2w中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴hbnf fQ wrwrw111ata2a1202crrfQPH2rQ02cPH2rQ中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴frrA A1111c122 ：流量系数：流量系数 A A：雾化器的几何特性参数：雾化器的几何特性参数对一定结构尺寸的雾化器，对一定结构尺寸的雾化器，A A为一确定值；为一确定值； 是是 的的函数，函数， 为未知数。为未知数。中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴 当当 取某一值时，取某一值时， 最大，在给定喷油压差

40、和结最大，在给定喷油压差和结构尺寸条件下，喷油量也为最大值，也就是最大流构尺寸条件下，喷油量也为最大值，也就是最大流量工作状态。最大流量工作状态最稳定，过大或过量工作状态。最大流量工作状态最稳定，过大或过小的小的 值都会使流量不稳定，而有自动恢复到稳定状值都会使流量不稳定，而有自动恢复到稳定状态的趋势。这就是最大流量原理。此时：态的趋势。这就是最大流量原理。此时：稳定流动状态下，稳定流动状态下， 、 可由可由A A确定确定-2 21A 0dd33中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴（4 4）雾化角的确定）雾化角的确定引入平均雾化角的概念：按喷口截面平均半径处的引入平均雾化角

41、的概念：按喷口截面平均半径处的切向分速计算雾化角。切向分速计算雾化角。式中式中w wtmtm为半径为半径r rm m=(r=(rc c+r+ra a)/2)/2处切向分速。处切向分速。ntmmww2tg111w2rrwwtamatatm中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴1Awwrwr wfwwrQtanata111n2c1118ww2tgntmm1118arctg2m中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴（5 5）考虑到燃油的粘性的影响，实际喷油量）考虑到燃油的粘性的影响，实际喷油量和雾化角比理论计算值要小。工程设计中，一和雾化角比理论计算值要小。工程设

42、计中，一般是在雾化器设计制造完成后，实验测定般是在雾化器设计制造完成后，实验测定 、 和其它特性，对理论计算校正。和其它特性，对理论计算校正。中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴2 2、可调离心式机械雾化器、可调离心式机械雾化器 P P203203离心式机械雾化器有很多优点：离心式机械雾化器有很多优点：(1)(1)在一般压力下可得到足够好的雾化质量；在一般压力下可得到足够好的雾化质量；(2)(2)消耗能量少，运行经济性较高；消耗能量少，运行经济性较高；(3)(3)系统结构简单，噪音小，操作检修方便；系统结构简单，噪音小，操作检修方便；(4)(4)易实现燃烧自动控制。易实现燃

43、烧自动控制。但在运行中也存在一些问题：主要是在低负荷时由于油压下但在运行中也存在一些问题：主要是在低负荷时由于油压下降而导致雾化恶化和负荷的调节受到限制。降而导致雾化恶化和负荷的调节受到限制。中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴油箱油箱油泵油泵加热器加热器油压阀油压阀雾化器雾化器回油阀回油阀中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴3 3、气体介质雾化喷嘴、气体介质雾化喷嘴 又称为二流体喷头，就是用第二种流体使油雾化，作为第又称为二流体喷头，就是用第二种流体使油雾化，作为第二流体，是在压缩时能够储备大量能量的气体，如空气、蒸二流体，是在压缩时能够储备大量能量的

44、气体，如空气、蒸汽或其他压缩性气体。汽或其他压缩性气体。（1 1）分类）分类 如果两种流体在喷头内混合的称作内混型，与此相反，如果两种流体在喷头内混合的称作内混型，与此相反，称作外混型；称作外混型； 根据气液汇合时液体的形态，可以分为液柱雾化式和液根据气液汇合时液体的形态，可以分为液柱雾化式和液膜雾化式；膜雾化式； 根据雾化剂的压力大小，又可分为低压和高压，低压喷根据雾化剂的压力大小，又可分为低压和高压，低压喷嘴雾化剂流量大，高压比较少。嘴雾化剂流量大，高压比较少。中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴（2 2）流动特性）流动特性外混型流动特性比较简单，液体油的喷出时压力和流

45、量的关外混型流动特性比较简单，液体油的喷出时压力和流量的关系：系：雾化气体必须作为可压缩性流体对待，喷出速度：雾化气体必须作为可压缩性流体对待，喷出速度：121)P2(PAQK1K1211PP11KKP2u中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴内混型射流没有理论方面的研究，不过可以这样认为，液体内混型射流没有理论方面的研究，不过可以这样认为，液体燃料的容积和雾化用气体相比，其容积可以忽略不计，密度燃料的容积和雾化用气体相比，其容积可以忽略不计，密度表示为：表示为：机械气动混合型喷嘴：混合型喷嘴液体燃料首先被机械压力机械气动混合型喷嘴：混合型喷嘴液体燃料首先被机械压力雾化，然后

46、再被空气或蒸汽射流雾化。雾化，然后再被空气或蒸汽射流雾化。aafamQQQ中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴4 4、旋转型喷雾器、旋转型喷雾器 是把液体供给旋转体，借助于离心力或周围空气形成的空是把液体供给旋转体，借助于离心力或周围空气形成的空气动力使液体雾化的装置。它可以得到比较均匀的液滴，不气动力使液体雾化的装置。它可以得到比较均匀的液滴，不会产生喷嘴那样的磨损和堵塞，而且不需要高压泵等设备。会产生喷嘴那样的磨损和堵塞，而且不需要高压泵等设备。（1 1）种类）种类旋转型喷雾器大体可以分为旋转型喷雾器大体可以分为旋转体型和旋转喷口型旋转体型和旋转喷口型旋转体型按旋转体的

47、形状可分为旋转体型按旋转体的形状可分为转板型和转杯型转板型和转杯型中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴（2 2）流动特性）流动特性以简单的转板型为例：以简单的转板型为例：222rzvrRzxhv中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴 实验表明，液体不一定扩展为均匀的液膜，当液量很实验表明，液体不一定扩展为均匀的液膜，当液量很少以及粘度非常小的情况下，液体在转板上呈现为许多根丝少以及粘度非常小的情况下，液体在转板上呈现为许多根丝状流动。若要得到微细雾滴，其运转条件是一定要使转板边状流动。若要得到微细雾滴，其运转条件是一定要使转板边缘形成液膜而不能形成丝状。缘

48、形成液膜而不能形成丝状。（3 3）雾化特性）雾化特性 通过旋转体使液体雾化有两种作用：由界面空气阻力通过旋转体使液体雾化有两种作用：由界面空气阻力所支配的速度雾化和由离心力所支配的离心力雾化。它们都所支配的速度雾化和由离心力所支配的离心力雾化。它们都因旋转速度而不同因旋转速度而不同。中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴喷雾粒径：喷雾粒径：d dm m平均粒径平均粒径 cmcm 角速度角速度 弧度弧度/s/s 表面张力表面张力 达因达因/cm/cmDD旋转体直径旋转体直径 cm K=4.5cm K=4.5由于空气流动引起的分裂现象和液体粘性等复杂因素的影响，由于空气流动引起的

49、分裂现象和液体粘性等复杂因素的影响，具体烧嘴特性以实验测定为准。具体烧嘴特性以实验测定为准。lmDKd中南大学能源科学与工程学院第三节第三节 燃油烧嘴燃油烧嘴4 4、油烧嘴的计算、油烧嘴的计算计算需要的已知条件是：计算需要的已知条件是：1 1）烧嘴的燃烧能力；）烧嘴的燃烧能力；2 2）油温、油）油温、油压、油的密度；压、油的密度；3 3）雾化剂的种类、温度、压力和密度。）雾化剂的种类、温度、压力和密度。计算的主要尺寸是：计算的主要尺寸是：1 1）重油导管的直径）重油导管的直径D D；2 2）雾化剂导管的）雾化剂导管的直径直径D Dw w；3 3）油喷口的断面积）油喷口的断面积A Ay y或直径

50、或直径d dy y；4 4）雾化剂喷口的断）雾化剂喷口的断面积面积A Aw w或直径或直径d dw w。中南大学能源科学与工程学院第四节第四节 油的蒸发油的蒸发油的蒸发可分为低温蒸发和高温蒸发。油的蒸发可分为低温蒸发和高温蒸发。1 1、低温蒸发、低温蒸发（1 1）静止状态，扩散方程式）静止状态，扩散方程式得质量蒸发率为：得质量蒸发率为：LangmuirLangmuir方程式，计算静止环境中液滴蒸发率。液滴直径大方程式，计算静止环境中液滴蒸发率。液滴直径大于于2020 m m上式和实验相符。上式和实验相符。22rCrDtC中南大学能源科学与工程学院第四节第四节 油的蒸发油的蒸发（2 2）在对流气

51、体中）在对流气体中等温蒸发引起直径平方的变化和蒸发时间成正比（等温蒸发引起直径平方的变化和蒸发时间成正比（直径平方直径平方直线规律直线规律）nsReSc1rDC4msnsls202ReSc18DCkktdd中南大学能源科学与工程学院第四节第四节 油的蒸发油的蒸发2 2、高温蒸发、高温蒸发在喷雾火焰中蒸发过程是在高温条件下进行的，这时蒸发不在喷雾火焰中蒸发过程是在高温条件下进行的，这时蒸发不仅被分子扩散控制，而且还决定于液滴表面和周围介质的仅被分子扩散控制，而且还决定于液滴表面和周围介质的温差，高温蒸发过程十分复杂。不过我们可以应用公式：温差，高温蒸发过程十分复杂。不过我们可以应用公式：在相对运

52、动下，在相对运动下，k k1 1变为变为k k1 1tkdd1202ns11ReSc1kk中南大学能源科学与工程学院第四节第四节 油的蒸发油的蒸发3 3、整体蒸发、整体蒸发4 4、油雾燃烧、油雾燃烧P141 P141 P143P143图图12-1612-16和图和图12-1712-175 5、其他油燃烧技术、其他油燃烧技术中南大学能源科学与工程学院第五节第五节 燃油碳黑燃油碳黑 燃烧液体燃料，极容易产生碳黑，从能源的角度看是一种能燃烧液体燃料，极容易产生碳黑，从能源的角度看是一种能源浪费，同时还会产生对大气、土壤产生污染，对人的身体健源浪费，同时还会产生对大气、土壤产生污染，对人的身体健康造成

53、损害。康造成损害。1 1、种类、种类生成的碳黑一般认为有以下两种形态：生成的碳黑一般认为有以下两种形态：1 1）是由于炉内高温部位以及油滴周围的传热，燃料油蒸发时，）是由于炉内高温部位以及油滴周围的传热，燃料油蒸发时，在低于蒸发温度的条件下分解而形成的碳黑，称为残碳型碳在低于蒸发温度的条件下分解而形成的碳黑，称为残碳型碳黑黑；2 2）是已经蒸发的燃料气，在空气不足的状态下升至高温，由气）是已经蒸发的燃料气，在空气不足的状态下升至高温，由气相分解而形成的碳黑，称为气相析出型碳黑。相分解而形成的碳黑，称为气相析出型碳黑。中南大学能源科学与工程学院第五节第五节 燃油碳黑燃油碳黑2 2、碳黑特性、碳黑

54、特性（1 1）残碳型碳黑，直径为）残碳型碳黑，直径为10 10 300300微米，近似球状，空隙率大微米，近似球状，空隙率大于于96%96%；（2 2）气相析出型碳黑非常细小，近似球状，）气相析出型碳黑非常细小，近似球状，0.020.02 0.05 0.05微米，微米，这种粒子连接成带，相互交织，形成棉状碳黑，空隙率达这种粒子连接成带，相互交织，形成棉状碳黑，空隙率达98%98%以以上。上。（3 3）化学组成一般认为是碳元素，实际上是由多种成分组成，）化学组成一般认为是碳元素，实际上是由多种成分组成，例如燃烧重油从烟囱排出的碳黑成雪片状，分析其成分：例如燃烧重油从烟囱排出的碳黑成雪片状，分析其

55、成分：C C：2020 50%50%、 H H：1%1/1/K1/，此时燃烧速度决定，此时燃烧速度决定于化学反应速度，固体表面的氧气浓度近似等于于化学反应速度，固体表面的氧气浓度近似等于C C；2 2）扩散区，温度很高，）扩散区，温度很高，K K很大很大1/K1/1/K1/，此时燃烧速度决定，此时燃烧速度决定于物质扩散速度，固体表面的氧气浓度几乎为零；于物质扩散速度，固体表面的氧气浓度几乎为零；3 3）过渡区，）过渡区，K K和和大小差不多，只能采用原式。大小差不多，只能采用原式。中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 碳的燃烧化学动力学碳的燃烧化学动力学2 2、碳的燃烧化学反应、碳的燃烧化学

56、反应分析碳的燃烧，可以作为焦碳燃烧的理想物理模型。分析碳的燃烧，可以作为焦碳燃烧的理想物理模型。碳和氧相遇首先发生的化学反应是：碳和氧相遇首先发生的化学反应是：4C+3O22CO+2CO2或或3C+2O22CO+CO2产生的产生的CO和和CO2可能和可能和C和和O2发生二次反应：发生二次反应：气化反应气化反应 C+CO22CO气相氧化反应气相氧化反应 2CO+O22CO2中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 碳的燃烧化学动力学碳的燃烧化学动力学普遍接受的观点碳的反应具体可分为：普遍接受的观点碳的反应具体可分为：1 1）石墨晶格的吸附）石墨晶格的吸附2 2）碳和氧的反应）碳和氧的反应 a a、

57、低于、低于1300 b1300 b、高于、高于160016003 3）C C和和COCO2 2的反应的反应中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 碳的燃烧化学动力学碳的燃烧化学动力学研究碳的氧化反应和气化反应速度是热能燃烧技术非常感兴研究碳的氧化反应和气化反应速度是热能燃烧技术非常感兴趣的一个问题。趣的一个问题。如果不考虑如果不考虑O O2 2和和COCO2 2的浓度的影响，比较两个反应的速度常数的浓度的影响，比较两个反应的速度常数lnK1/TlnK1/T。lnK1/T中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 碳的燃烧化学动力学碳的燃烧化学动力学3 3、碳粒燃烧速度与燃尽时间、碳粒燃烧速度与燃尽

58、时间1 1）最早对碳粒燃烧速度和燃尽时间计算的是）最早对碳粒燃烧速度和燃尽时间计算的是NusseltNusselt，假设：假设：a a、燃烧反应处于扩散区，表面氧浓、燃烧反应处于扩散区，表面氧浓C Cb b=0=0；b b、碳球表面的化学反应是、碳球表面的化学反应是C+OC+O2 2COCO2 2c c、碳粒和周围气体无相对运动、碳粒和周围气体无相对运动Re=0Re=0d d、碳球周围气体浓度分布均匀，传质努谢尔特数、碳球周围气体浓度分布均匀，传质努谢尔特数2DdNuD中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 碳的燃烧化学动力学碳的燃烧化学动力学得到：得到：称为碳球燃烧的直径平方直线规律。称为碳

59、球燃烧的直径平方直线规律。碳球的燃尽时间：碳球的燃尽时间：r202/8mDCKKtddK/dt20r中南大学能源科学与工程学院第一节第一节 碳的燃烧化学动力学碳的燃烧化学动力学2 2）实际上碳球的燃烧反应是多个反应在不同温度下的多种组）实际上碳球的燃烧反应是多个反应在不同温度下的多种组合。合。WcT70013004C+3O22CO+2CO2C+CO22CO中南大学能源科学与工程学院第二节第二节 煤粒的燃烧过程煤粒的燃烧过程天然煤粒的燃烧过程比碳粒的燃烧过程复杂得多。天然煤粒的燃烧过程比碳粒的燃烧过程复杂得多。水分、挥发分、灰分水分、挥发分、灰分和固定碳和固定碳煤粒的燃烧过程：煤粒的燃烧过程：首

60、先首先被预热干燥，蒸发出水分；被预热干燥，蒸发出水分；然后然后析出挥发分，足够高的温度下与周围的氧作用，在煤粒周析出挥发分，足够高的温度下与周围的氧作用，在煤粒周围燃烧，形成光亮火焰；围燃烧，形成光亮火焰；挥发物析出和燃尽后挥发物析出和燃尽后，煤焦足够热，可以和扩散进来的氧进行，煤焦足够热，可以和扩散进来的氧进行燃烧反应，挥发物的可见火焰渐渐被煤焦的无焰燃烧代替。燃烧反应，挥发物的可见火焰渐渐被煤焦的无焰燃烧代替。中南大学能源科学与工程学院第二节第二节 煤粒的燃烧过程煤粒的燃烧过程2 2、煤的燃烧特性、煤的燃烧特性 现代的研究工作，在煤的各种特性中寻找能预测燃烧过现代的研究工作，在煤的各种特性