第七章 大气式燃烧器

1、 第七章第七章 大气式燃烧器大气式燃烧器 大气式燃烧器的定义大气式燃烧器的定义 大气式燃烧器的构造和工作原理大气式燃烧器的构造和工作原理 大气式燃烧器的特点及应用范围大气式燃烧器的特点及应用范围 大气式燃烧器的设计计算大气式燃烧器的设计计算 大气式燃烧器的定义大气式燃烧器的定义 按照部分预混燃烧方法设计的燃烧器称为大气按照部分预混燃烧方法设计的燃烧器称为大气式燃烧器，其一次空气系数式燃烧器，其一次空气系数0101。 实际应用中，大气式燃烧器的一次空气系数实际应用中，大气式燃烧器的一次空气系数通常为通常为0.450.450.750.75，过剩空气系数，过剩空气系数通常在通常在1.3 1.3 1.

2、8 1.8范围内变化。范围内变化。 大气式燃烧器的构造及工作原理大气式燃烧器的构造及工作原理 大气式燃烧器通常由引射器及头部两部分组成大气式燃烧器通常由引射器及头部两部分组成 1 1调风板；调风板；2 2一次空气口；一次空气口；3 3引射器喉部；引射器喉部；4 4喷嘴；喷嘴；5 5火孔火孔 引射器引射器 1 1. 引射器的结构引射器的结构 图图7-27-2所示为引射器，燃气在一定压力下，以所示为引射器，燃气在一定压力下，以一定流速从喷嘴流出，进入吸气收缩管，燃气靠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。在引射器的混合管内本身的能量吸入一次空气。在引射器的混合管内燃气和

3、一次空气混合，然后，经头部火孔流出进燃气和一次空气混合，然后，经头部火孔流出进行燃烧。行燃烧。 2. 2. 引射器的作用引射器的作用 以高能量的气体引射低能量的气体，并使两者混以高能量的气体引射低能量的气体，并使两者混合均匀；合均匀； 在引射器末端形成所需的剩余压力，用来克服气在引射器末端形成所需的剩余压力，用来克服气流在燃烧器头部的阻力损失，使燃气流在燃烧器头部的阻力损失，使燃气- -空气混合物在空气混合物在火孔出口获得必要的速度；火孔出口获得必要的速度； 输送一定的燃气量，以保证燃烧器所需的热负荷。输送一定的燃气量，以保证燃烧器所需的热负荷。 3. 3. 引射器的工作原理引射器的工作原理

4、常压吸气低压引射器的工作原理如图常压吸气低压引射器的工作原理如图7-217-21所所示。示。 图图7-21 7-21 常压吸气低压引射器的工作原理常压吸气低压引射器的工作原理 1 1喷嘴；喷嘴；2 2吸气收缩管；吸气收缩管；3 3喉部；喉部；4 4混合管；混合管；5 5扩压管扩压管 图图7-23 7-23 常用的三种常压引射器常用的三种常压引射器 4. 4. 引射器的形式引射器的形式 n 常用的三种引射常用的三种引射器的形状及尺寸比例如图器的形状及尺寸比例如图7-7-2323所示。其中所示。其中1 1型引射器为最佳，能量损失系数型引射器为最佳，能量损失系数K K值最小，但引射器最长。值最小，但

5、引射器最长。2 2型和型和3 3型引射器阻力型引射器阻力较大，但长度较短。当喷嘴前燃气压力较高，较大，但长度较短。当喷嘴前燃气压力较高，允许有较大的能量损失时，可采用后两种形式。允许有较大的能量损失时，可采用后两种形式。n 图图7-23 7-23 常用的三种常压引射器常用的三种常压引射器 5. 5.常压吸气低压引射器的基本方程常压吸气低压引射器的基本方程n 引射器计算的基础是动量定理、连续性方引射器计算的基础是动量定理、连续性方程及能量守恒定律。程及能量守恒定律。a.a. 喷嘴方程喷嘴方程 式（式（7-277-27）式中式中 H H喷嘴前燃气压力，喷嘴前燃气压力，PaPa； 喷嘴流量系数；喷嘴

6、流量系数； v v1 1喷嘴出口的燃气速度，喷嘴出口的燃气速度，m/sm/s； p pg g燃气密度，燃气密度，kg/mkg/m3 3。 b. b. 引射器特性方程式引射器特性方程式 式（式（7-307-30） 式中式中 h h引射器出口的静压力，引射器出口的静压力，PaPa； F F无因次面积，为喉部面积无因次面积，为喉部面积F Ft t和喷嘴出口面积和喷嘴出口面积F Fj j的比，即的比，即F=FF=Ft t/F/Fj j，它是引射器计算的基本参数；，它是引射器计算的基本参数； 质量引射系数，质量引射系数，=m=ma a/m/mg g为燃气与引射空气的质量为燃气与引射空气的质量流量之比；流

7、量之比； ss容积引射系数，容积引射系数，s s为燃气相对密度；为燃气相对密度； K K能量损失系数。能量损失系数。 c.c.引射器最佳工况所对应的最佳无因次面积引射器最佳工况所对应的最佳无因次面积 式（式（7-327-32）最大无因次压力最大无因次压力 式（式（7-337-33） 燃烧器的头部燃烧器的头部 1. 1. 燃烧器头部的形式燃烧器头部的形式 燃烧器头部的作用是将燃气一空气混合物均燃烧器头部的作用是将燃气一空气混合物均匀地分布到各火孔上，并进行稳定和完全燃烧。匀地分布到各火孔上，并进行稳定和完全燃烧。 为此要求头部各点混合气体的压力相等，要为此要求头部各点混合气体的压力相等，要求二次

8、空气能均匀地畅通到每个火孔上。求二次空气能均匀地畅通到每个火孔上。 如图如图7-107-10所示为铸铁锅炉上使用的典型大所示为铸铁锅炉上使用的典型大气式燃烧器。气式燃烧器。 2. 2. 燃烧器头部的基本方程燃烧器头部的基本方程 混合物从头部逸出时的能量损失由流动阻力损失、气流通过混合物从头部逸出时的能量损失由流动阻力损失、气流通过火孔被加热而产生气流加速的能量损失及火孔出口动压头损失火孔被加热而产生气流加速的能量损失及火孔出口动压头损失三部分组成。头部必须具有的静压力可以表示为三部分组成。头部必须具有的静压力可以表示为: : 式（式（7-97-9） 式中式中 hh头部必须具有的静压力（引射器出

9、口的静压力），头部必须具有的静压力（引射器出口的静压力），PaPa； P P1 1流动阻力损失，流动阻力损失，PaPa； P P2 2因气体膨胀而产生气流加速的能量损失，因气体膨胀而产生气流加速的能量损失，PaPa； P P3 3火孔出口动压力损失，火孔出口动压力损失，PaPa； K K1 1燃烧器头部的能量损失系数；燃烧器头部的能量损失系数； v vp p火孔出口气流速度（火孔出口气流速度（Nm/sNm/s）；）； 0mix0mix燃气燃气空气混合物的密度（空气混合物的密度（kg/Nmkg/Nm3 3） 式（式（7-107-10） P P火孔阻力系数；火孔阻力系数；tt混合气体通过火孔被加热

10、的温度，大多数情况下混合气体通过火孔被加热的温度，大多数情况下 t=50100t=50100。 式（式（7-67-6） n p p火孔流量系数，与火孔的结构特性有关。火孔流量系数，与火孔的结构特性有关。 质量引射系数；质量引射系数； ss燃气的相对密度。燃气的相对密度。 低压引射大气式燃烧器的基本方程低压引射大气式燃烧器的基本方程 由喷嘴方程及头部特性方程可得低压引射式大由喷嘴方程及头部特性方程可得低压引射式大气燃烧器特性方程：气燃烧器特性方程： 式（式（7-377-37） 22112(1)(1)uus FhKHF式中式中 F F1 1燃烧器参数；燃烧器参数； h h引射器出口的静压力，引射器

11、出口的静压力，PaPa； F F无因次面积，为喉部面积无因次面积，为喉部面积F Ft t和喷嘴出口面和喷嘴出口面积积F Fj j的比；的比； 质量引射系数；质量引射系数； ss容积引射系数，容积引射系数，s s为燃气相对密度；为燃气相对密度；K K能量损失系数。能量损失系数。 式（式（7-397-39） 从式（从式（7-37-3）可以看出燃烧器的引射能力只可以看出燃烧器的引射能力只与燃烧器的结构有关，而与燃烧器的工作状态无与燃烧器的结构有关，而与燃烧器的工作状态无关，即引射系数不随燃烧器热负荷的变化而变化。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的自动调节特性。这一

12、特性称为引射式燃烧器的自动调节特性。21 12(1)(1)FuusKK F燃烧器的最佳工况（燃烧器的最佳工况（F F1 1=F=Floplop）相应于引射）相应于引射器的最佳工况（器的最佳工况（F=FF=Fopop）。）。最佳燃烧器参数：最佳燃烧器参数：式（式（7-407-40） 令令 可得可得 如果如果A=1A=1，则，则X=1X=1，即，即F1=FlopF1=Flop，表明燃烧器计算工况与最佳工况，表明燃烧器计算工况与最佳工况一致。一致。 如果如果A1A1，则，则X X无实数解，表明燃烧器不能保证所要求的引射能无实数解，表明燃烧器不能保证所要求的引射能力。力。 如果如果A1A1，则表明燃烧

13、器有多余的燃气压力。为了缩小燃烧器尺，则表明燃烧器有多余的燃气压力。为了缩小燃烧器尺寸，可以非最佳工况作为计算工况或采用长度较短的引射器。寸，可以非最佳工况作为计算工况或采用长度较短的引射器。 大气式燃烧器的特点及应用范围大气式燃烧器的特点及应用范围优点：优点：a a比自然引风扩散式燃烧器火焰短、火力强、燃烧温度高；比自然引风扩散式燃烧器火焰短、火力强、燃烧温度高；b.b.燃烧各种性质的燃气，燃烧比较完全，燃烧效率比较燃烧各种性质的燃气，燃烧比较完全，燃烧效率比较高；高；c.c.可燃用低压燃气；可燃用低压燃气；d.d.适用性强。适用性强。缺点：缺点：a.a.火孔热强度、燃烧温度满足不了某些工艺

14、的要求；火孔热强度、燃烧温度满足不了某些工艺的要求；b. b. 当热负荷较大时，多火孔燃烧器的机构比较笨重。当热负荷较大时，多火孔燃烧器的机构比较笨重。应用范围：应用范围： 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，如家用热家庭及公用事业中的燃气用具，如家用热水灶、热水器、沸水器及食堂灶上用得最水灶、热水器、沸水器及食堂灶上用得最多，在小型锅炉及工业炉上也有应用。单多，在小型锅炉及工业炉上也有应用。单火孔大气式燃烧器在中小型锅炉及某些工火孔大气式燃烧器在中小型锅炉及某些工业炉上也广泛应用。业炉上也广泛应用。设计需确定的参数设计需确定的参数:

15、 火孔直径火孔直径 火孔间距火孔间距 火孔数目火孔数目 燃烧器前燃气所需要的压力燃烧器前燃气所需要的压力 燃气分配管直径燃气分配管直径大气式燃烧器的设计计算大气式燃烧器的设计计算 燃烧器头部的设计计算燃烧器头部的设计计算 燃烧器引射器的设计计算燃烧器引射器的设计计算 火焰高度的火焰高度的计算计算大气式大气式燃烧器头部的设计计算燃烧器头部的设计计算设计需确定的参数设计需确定的参数: 火孔直径火孔直径 火孔间距及深度火孔间距及深度 火孔数目火孔数目 燃气分配管直径燃气分配管直径 n大气式燃烧器常用设计参数大气式燃烧器常用设计参数 表表7-17-1 1. 火孔直径火孔直径 查表查表7-17-1选取选

16、取 2. 2. 火孔间距及深度火孔间距及深度 查表查表7-17-1计算计算3. 3. 火孔数目火孔数目 q qP P由表查出由表查出pPQFqPPFnf214PPfd4 4头部截面积计算头部截面积计算 通常取头部截面积为火孔总面积的两倍以上。通常取头部截面积为火孔总面积的两倍以上。 大气式大气式燃烧器引射器的设计计算燃烧器引射器的设计计算设计需确定的参数设计需确定的参数: 喷嘴直径喷嘴直径 选取引射器形式选取引射器形式 喉部直径喉部直径 计算引射器各部分尺寸计算引射器各部分尺寸 引射器的设计计算引射器的设计计算1.1. 喷嘴直径的计算喷嘴直径的计算 1) 1) 喷嘴直径喷嘴直径 式中式中 dd

17、喷嘴直径，喷嘴直径，mmmm； L Lg g燃气流量，燃气流量，m m3 3/h/h； 喷嘴流量系数；喷嘴流量系数； ss燃气的相对密度；燃气的相对密度； PP喷嘴前燃气压力，喷嘴前燃气压力，PaPa。其中：其中： 燃气流量燃气流量L Lg g式中式中 L Lg g燃气流量，燃气流量，m m3 3/h/h； Q Q燃烧器热负荷，燃烧器热负荷，kW;kW; H Hl l燃气低热值，燃气低热值，kJ/mkJ/m3 3。质量引射系数质量引射系数 式中式中 质量引射系数；质量引射系数； V V0 0理论空气需要量，理论空气需要量，m m3 3/ m/ m3;3; s s燃气的相对密度燃气的相对密度.

18、. 2.2. 选取引射器形式选取引射器形式 根据图根据图7-237-23选取一种引射器形式，确选取一种引射器形式，确定能量损失系数定能量损失系数K K。 3. 计算计算喉部直径喉部直径 a.a.计算最佳燃烧器参数计算最佳燃烧器参数b. 计算计算A A值值c. 计算计算X X值值d.d.计算引射器喉部计算引射器喉部直径直径 tlopPFX FF4ttdF 4. 按照所选引射器类型确定引射器其他部位尺按照所选引射器类型确定引射器其他部位尺寸。寸。 5.5. 绘制燃烧器图。绘制燃烧器图。 火焰高度火焰高度的的计算计算 1.1.内焰高度内焰高度 式（式（7-147-14）式中式中 h hicic火焰的

19、内焰高度，火焰的内焰高度，mmmm； f fP P 一个火孔的面积，一个火孔的面积，mmmm2 2； q qp p 火孔热强度，火孔热强度，kW/mmkW/mm2 2; ;30.8610icPPhKf qK K与燃气性质及一次空气系数有关的系数，与燃气性质及一次空气系数有关的系数，见表见表7-27-2。 2.2.外焰高度外焰高度 式（式（7-157-15）式中式中 h hOcOc火焰的外焰高度，火焰的外焰高度，mmmm； nn火孔排数；火孔排数； n n1 1表示燃气性质对外锥高度影响的系数：表示燃气性质对外锥高度影响的系数： 对天然气，对天然气，n n1 1=1.0=1.0；对丁烷；对丁烷,

20、 n, n1 1=1.08=1.08; ; 310.8610PPocPsf qhnnd n f fP P一个火孔的面积，一个火孔的面积，mmmm2 2；n q qp p火孔热强度，火孔热强度，kW/mmkW/mm2 2; ;n d dP P火孔直径，火孔直径，mmmm； n s s表示火孔净距对外锥高度影响的系数，参表示火孔净距对外锥高度影响的系数，参见表见表7-37-3 例例7-17-1 设计一双眼灶用的燃烧器设计一双眼灶用的燃烧器 已知：燃烧器热负荷已知：燃烧器热负荷Q=2.8kWQ=2.8kW，燃烧某城市，燃烧某城市燃气，燃气热值燃气，燃气热值H Hl l=13423kJ/m=13423

21、kJ/m3 3, ,燃气密度燃气密度g g=0.71kg/m=0.71kg/m3 3，相对密度，相对密度s=0.55s=0.55，理论空气需，理论空气需要量要量V V0 0=3.25m=3.25m3 3/m/m3 3, ,燃气压力燃气压力P=800PaP=800Pa。 解解 ( (一一) )头部计算头部计算1 1计算火孔总面积计算火孔总面积F FP P 选取火孔直径选取火孔直径d dP P=2.8mm,=2.8mm,次空气系数次空气系数=0.6,=0.6,相对的火孔热强度相对的火孔热强度q qp p=11.6X10=11.6X10-3-3kW/mmkW/mm2 2 2. 2. 计算火孔数目计算

22、火孔数目n n d dP P=2.8mm=2.8mm时时, ,一个火孔的面积一个火孔的面积f fP P =6.15mm =6.15mm2 2 3. 3. 火孔排列火孔排列 火孔布置成两排。火孔布置成两排。 内圈孔数内圈孔数n n1 1=9=9孔，外圈孔数孔，外圈孔数n n2 2=30=30孔。孔。 内圈火孔和内圈火孔和外圈火孔轴线与燃烧器平面夹角为外圈火孔轴线与燃烧器平面夹角为6060。 火孔间距为火孔间距为: :4 4计算火孔深度计算火孔深度h h5 5确定头部尺寸确定头部尺寸 头部截面积头部截面积F Fh h 相应的头部气流分配管直径相应的头部气流分配管直径 D Dh h=18mm=18m

23、m6 6计算头部能量损失系数计算头部能量损失系数K K1 1 选取火孔流量系数选取火孔流量系数P P=0.8,=0.8,火孔阻力系数火孔阻力系数 混合气体在火孔出口的温度混合气体在火孔出口的温度 t=100t=100。 按式（按式（7-107-10）计算）计算K K1 1( (二二) )引射器计算引射器计算1 1按式（按式（7-127-12）计算引射系数）计算引射系数2 2选取引射器形式选取引射器形式 选取图选取图7-237-23中的中的型引射器，其能量损失系数型引射器，其能量损失系数K=1.5K=1.53. 3. 按式按式(7-1)(7-1)计算喷嘴直径计算喷嘴直径 燃气流量为燃气流量为 4

24、. 按式（按式（7-40）计算最佳燃烧器参数）计算最佳燃烧器参数 5. 5. 按式（按式（7-427-42）计算）计算A A值值 A1A1，说明燃气压力有剩余，故以非最佳工况作为，说明燃气压力有剩余，故以非最佳工况作为计算工况。计算工况。 6. 6. 按式（按式（7-427-42）计算）计算X X值值 7. 7. 按式（按式（7-417-41）计算引射器喉部面积）计算引射器喉部面积 取喉部直径取喉部直径 d dt t=9mm=9mm 8. 8. 引射器其它尺寸见图引射器其它尺寸见图( (三三) ) 火焰高度计算火焰高度计算 1 1火焰内锥高度火焰内锥高度 根据炼焦煤气，根据炼焦煤气，=0.6=0.6，从表，从表7-27-2查得查得 K=0.07 K=0.07 2 2火焰外锥高度火焰外锥高度 由表由表7-37-3查得查得 s=1.20s=1.20 已知燃气的组分、压力以及燃烧器的热负已知燃气的组分、压力以及燃烧器的热负荷，根据燃烧器的工作条件及燃烧稳定性选出荷，根据燃烧器的工作条件及燃烧稳定性选出合理的设计参数，确定燃