热质交换原理与设备第6章

1、第6章6.1空气射流的热质交换 6.2燃料熄灭时的热质交换6.3液体熄灭器6.4气体熄灭器.6.1空气射流的热质交换 6.1.1空气射流的种类6.1.2送风口方式与送风参数6.1.3回风口空气流动规律和回风口方式.6.1.1空气射流的种类1.等温自在射流2.非等温自在射流3.受限射流4.平行射流5.旋转射流.图6-1自在射流表示图.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

2、温度边境层与速度边境层的对比 .图6-3弯曲射流的轴线轨迹表示图.图6-4贴附射流表示图.图6-5非贴附射流的气流分布表示图.图6-6平行射流.图6-7旋转射流速度图.6.1.2送风口方式与送风参数1.送风口方式2.送风形状.1.送风口方式(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假设干小孔的孔板而进入房间，这种风口方式叫孔板送风口。(4)放射式送风口放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方式。.图6-8放射式送风口a)圆形喷口b)球形转动风

3、口.图6-9旋流送风口1出风格栅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燃料熄灭时的热质交换6.2.1气体燃料的熄灭方法6.2.2液体燃料的熄灭方法6.2.3固体燃料的熄灭方法.6.2.1气体燃料的熄灭方法1.分散式熄灭2.部分预混式熄灭3.完全预混式熄灭4.熄灭的强化.1.分散式熄灭(1)分散式熄灭的机理在这种熄灭方式中，气体燃料一边熄灭，一边与空气混合，熄灭速度慢，火焰较长、较亮堂，并且有明显的轮廓，所以又称有焰熄

4、灭。(2)分散式熄灭的火焰火焰长度与燃气流出火孔的速度有关，如图6-15所示为不同形状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)分散熄灭的稳定性熄灭的稳定性是指熄灭过程不发生脱火、回火和光焰景象。(4)分散式熄灭的特点分散熄灭的优点是熄灭稳定，不会发生回火景象；脱火极限值很大，不易脱火，易于着火熄灭。.图6-14层流分散火焰的构造1外侧混合区(熄灭产物+空气)2内侧混合区(熄灭产物+燃气)燃气浓度熄灭产物浓度氧气浓度.图6-15不同形状下的分散火焰长度1火焰长度终端曲线2层流火焰终端曲线.图6-16分散火焰的温度分布.图6-17脱火极限曲线1天然气2焦炉

5、煤气.2.部分预混式熄灭(1)部分预混式熄灭的机理在普通情况下，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熄灭会出现脱火和回火景象。(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，其火焰构造如图6-20所示。(4)部分预混式熄灭的特点部分预混式熄灭由于预混了部分空气，所以熄灭温度和熄灭的完全程度有所提高；中选取适宜的一次空气系数时，熄灭过程仍属稳定。.图6-18本生火焰图.图6-19天然气和空气的混合物的熄灭稳定范围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紊流火焰的构造1焰核2焰面

6、3燃尽区.图6-21用辅助火焰作点火源1熄灭器火孔2小孔3环形缝隙.3.完全预混式熄灭(1)完全预混式熄灭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，使熄灭区内坚持稳定高温的一种熄灭方法。(2)完全预混式熄灭火焰的稳定性由于=1，因此熄灭的稳定范围减小了，而熄灭的完全程度却提高了。(3)完全预混式熄灭的特点完全预混式熄灭的优点是：热强度非常高，每立方米熄灭室容积每小时可达(4.18641.86)108J，相当于分散熄灭法的1001000倍；熄灭温度高，接近于实际熄灭温度；熄灭的完全程度高，几乎不存在化学未完全熄灭；熄灭过程的过剩空气量很少，普通=1.05，热

7、效率非常高；但熄灭火焰的稳定性较差，容易产生脱火和回火景象。.图6-22无焰熄灭任务原理1混合物扩张区2火道边境3回流区4回流边境外表喷口直径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各种外形的钝体稳焰器.图6-25稳焰器的物理模型.4.熄灭的强化(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熄灭室中的气流速度，并

8、在入口处采用一些阻力较大的挡板等，构成撞击混合，从而添加气流的紊动。(3)预热燃气和空气预热燃气和空气可以提高火焰传播速度，添加反响区内的反响速度，提高熄灭温度，从而添加熄灭强度。.(4)烟气再循环将燃气熄灭所产生的一部分高温烟气引向熄灭器内，使之与尚在着火的或正在熄灭的燃气空气混合物相混合，可提高反响区的温度，从而添加熄灭强度。(5)运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液体燃料的熄灭方法1.液面熄灭2.灯芯熄灭3.蒸发熄灭4.喷雾熄灭.图6-27釜式熄灭图.图6-28灯芯熄灭.图6-29蒸发熄灭

9、.4.喷雾熄灭(1)使液体燃料从喷嘴高速喷出(2)使燃料作回转运动，然后从孔口以液膜形状喷出如图6-32所示的涡流放射器，先使液体燃料以切线方向送入放射器的盘旋室中，由此燃料作盘旋运动并以液膜形状喷出孔口。(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所示的二流体放射器，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所示的旋转放射器，设计中把风机的出风口和转杯设在同一轴线上。.图6-30喷雾熄灭的四种物理模型.图6-31单口放射器.图6-32涡旋放射器.图6-33离心式放射的雾

10、化原理图a)放射压力小时b)放射压力大时.图6-34二流体放射器.图6-35旋转放射器.6.2.3固体燃料的熄灭方法1.按熄灭景象分类的熄灭方法2.按熄灭方式分类的熄灭方法.1.按熄灭景象分类的熄灭方法(1)外表熄灭外表熄灭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展的，通常以为：碳分子和碳外表上吸附的氧发生反响，其熄灭产物能够同时有CO2和CO，CO2还能够与碳发生复原反响而生成CO。(2)蒸发熄灭蒸发熄灭是熔点比较低的固体燃料在熄灭之前先熔融成液体形状，然后液体受热而蒸发所产生的气体与空气中氧接触而进展熄灭，如常见的蜡烛熄灭就属此类。(3)分解熄灭分解熄灭是分解温度低的固体

11、燃料由于加热而产生热分解，它的易挥发的组别分开固体外表时与氧气反响所产生的熄灭景象。.(4)冒烟熄灭冒烟熄灭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外表熄灭景象。.2.按熄灭方式分类的熄灭方法(1)层燃式熄灭层燃式熄灭是将燃料块置于固定的或挪动的炉篦上面，让空气经过燃料层使其熄灭。(2)沸腾式熄灭沸腾式熄灭如图6-37所示。(3)悬浮式熄灭悬浮式熄灭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形状进展熄灭。.1)能获得最大的热密度，即在单位体积的熄灭室内，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

12、能够大大添加鼓风；3)热惰性大，对燃料供应与鼓风之间协调性的偏离敏感性差，故熄灭过程比较稳定，而且4)逆流式对燃料的热预备过程比较有利，而顺流式的热预备过程就没有像逆流式那样进展得充分；5)层燃式熄灭在小型和中型动力安装中占有重要位置，但随着现代动力工业的开展，已不能适用于大型动力安装的机械化和自动化控制。.图6-36层燃式熄灭.图6-37沸腾式熄灭.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的吸热复原反响提供了有利条件；3)燃料颗粒在不断的流体动力作用下混合，相互碰撞，有利于破坏颗粒的外层灰壳，妨碍燃料的粘结和结

13、渣，可减轻熔渣产生的缺点；4)它还可以低温熄灭，减少氮氧化物的发生量，有利于控制大气污染；5)易呵斥机械未完全熄灭损失，有能够使灰分和未燃颗粒等与气体一同大量从炉中流出，故需求将带出的未燃的细料用除尘器捕集下来，并前往到熄灭室中继续熄灭。.图6-38悬浮式熄灭a)悬浮式直流熄灭b)悬浮式涡流熄灭.1)用于大型熄灭炉时，与层燃式相比较具有不易结渣、设备费用添加不多、对负荷的变动顺应性好等优点，所以可适用于大型动力安装；2)由于燃料粉末处于悬浮形状时反响外表积大，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熄灭效率；4)可以熄灭含有大量粉末的劣质煤、水

14、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)熄灭过程可全部实现机械化和自动化操作，可大大改善工人的操作环境；6)由于悬浮式熄灭时炉壁积灰多，故不适用于小型熄灭炉。.6.3液体熄灭器6.3.1双筒型煤油熄灭器6.3.2釜式熄灭器6.3.3蒸发熄灭器6.3.4喷雾熄灭器.图6-39双筒型熄灭器熄灭系统.图6-40釜式熄灭器熄灭釜.图6-41加压式蒸发熄灭器.6.3.4喷雾熄灭器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托机械力，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托压力为0.31.2MPa

15、的蒸汽或紧缩空气把油雾化的方法。(3)结合雾化油熄灭器结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6-42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

16、物喷嘴5油进口.图6-50结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据叶片方式不同，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，它们的构造如图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构造表示图。.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

17、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3大风箱4圆筒形风门.6.4气体熄灭器6.4.1分散式熄灭器6.4.2大气式熄灭器6.4.3完全预混式熄灭器6.4.4其他气体燃料熄灭器.6.4.1分散式熄灭器1.自然引风式分散熄灭器2.鼓风式分散熄灭器.1.自然引风式分散熄灭器(1)管式熄灭器分单管式和多管式。(2)圆环形熄灭器该熄灭器属环形供气，故而压力分布均匀，火焰高度整齐。(3)冲焰式熄灭器该熄灭器采用两个分散火焰相撞的方法来加强气流扰动，添加燃气与空气之间的紊流混合，提

18、高熄灭稳定性，强化熄灭过程，如图6-60所示。(4)多缝式熄灭器在多缝式熄灭器中，气体燃料进入到熄灭器外壳与内管间的环形通道，从内管上的缝口进入炉内，燃气熄灭所需的空气一部分从内管进入，一部分从熄灭器外套管进入，它们的空气量依托空气调理板来调理。.图6-56直管式分散熄灭器.图6-57排管式分散熄灭器.图6-58涡管式分散熄灭器.图6-59圆环形熄灭器.图6-60冲焰式分散熄灭器.图6-61多缝式熄灭器1 一次空气调理板2二次空气调理板3头部4燃气管5支撑.图6-62单套管熄灭器.2.鼓风式分散熄灭器(1)套管式熄灭器该熄灭器由大管和小管相套构成的。(2)旋流式熄灭器本身带有旋流器，空气在旋流

19、器的作用下产生旋转，而燃气从分流器的喷孔中流出。(3)平流式熄灭器平流式熄灭器是在前两种鼓风式熄灭器的根底上开展起来的新型熄灭器。.图6-63管群式熄灭器.图6-64导流叶片式旋流熄灭器1节流阀2导流叶片3燃气旋流器4喷口.图6-65环缝旋流式熄灭器1燃气进口2空气进口3环缝4耐火砖.图6-66周边供气涡壳式熄灭器1涡壳配风器2熄灭分配室3冷空气室4火道.图6-67中心供气涡壳式熄灭器.图6-68多枪平流式熄灭器.6.4.2大气式熄灭器1.环形大气熄灭器2.棒形熄灭器.图6-69大气熄灭器构造表示图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立式小型锅炉燃气熄灭器1喷嘴2引射器

20、3调风板4头部.图6-71铸铁锅炉燃气熄灭器1喷嘴2引射器3调风板4头部.图6-72棒形大气式熄灭器1喷嘴2支撑3调风套4头部5堵板.6.4.3完全预混式熄灭器1.引射式单火道完全预混熄灭器2.H型引射式熄灭器3.B型引射式熄灭器4.B型引射式熄灭器.图6-73直管型引射式单火道完全预混熄灭器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熄灭器.图6-75H型引射式熄灭器.图6-76B型引射式熄灭器.图6-77B型引射式熄灭器.6.4.4其他气体燃料熄灭器1.平焰熄灭器2.脉冲熄灭器3.催化熄灭器4.浸没式熄灭器6.1.平焰熄灭器(1)引射式平焰熄灭器它由引射器、