热质交换原理与设备课件第章

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8°～12°

矩形短管

带有可动导向叶片的喷嘴

活动百叶风格0．066

0．076

0．09

0．1

0．2

0．16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0．108

0．115

0．155图6-2温度边界层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平行行射流图6-7旋转转射流速速度图6.1.2送送风口形形式与送送风参数数1.送风风口形式式2.送风风状态1.送风风口形式式(1)侧侧送风口口在房房间内横横向送出出气流的的风口叫叫侧送风风口。(2)散散流器散散流器器是安装装在顶棚棚上的送送风口，，自上而而下送出出气流。。(3)孔孔板送风风口空空气经过过开有若若干小孔孔的孔板板而进入入房间，，这种风风口形式式叫孔板板送风口口。(4)喷喷射式送送风口喷喷射式式送风口口是一个个渐缩圆圆锥台形形短管，，如图6-8所所示。(5)旋旋流送风风口图图6-9是旋流流送风口口的一种种形式。。图6-8喷射射式送风风口a)圆形形喷口b)球球形转动动风口图6-9旋流流送风口口1—出风风格栅2—集集尘箱3—旋旋流叶片片表6-2送风风温差室温允许波动范围/℃送风温差/℃＞±1．0≤15±1．06～10±0．53～6±(0．1～0．2)2～3图6-10回回风点汇汇图图6-11回回风口速速度分布布图图6-12矩矩形网式式回风口口图6-13活活动篦板板式回风风口6.2燃燃料燃燃烧时的的热质交交换6.2.1气气体燃料料的燃烧烧方法6.2.2液液体燃料料的燃烧烧方法6.2.3固固体燃料料的燃烧烧方法6.2.1气气体燃料料的燃烧烧方法1.扩散散式燃烧烧2.部分分预混式式燃烧3.完全全预混式式燃烧4.燃烧烧的强化化1.扩散散式燃烧烧(1)扩扩散式燃燃烧的机机理在在这种燃燃烧方式式中，气气体燃料料一边燃燃烧，一一边与空空气混合合，燃烧烧速度慢慢，火焰焰较长、、较明亮亮，并且且有明显显的轮廓廓，所以以又称有有焰燃烧烧。(2)扩扩散式燃燃烧的火火焰火火焰长度度与燃气气流出火火孔的速速度有关关，如图图6-15所示示为不同同状态下下火焰长长度的变变化情况况，图中中横坐标标为燃气气从喷口口中流出出的速度度，纵坐坐标为火火焰长度度。(3)扩扩散燃烧烧的稳定定性燃燃烧的稳稳定性是是指燃烧烧过程不不发生脱脱火、回回火和光光焰现象象。(4)扩扩散式燃燃烧的特特点扩扩散燃烧烧的优点点是燃烧烧稳定，，不会发发生回火火现象；；脱火极极限值很很大，不不易脱火火，易于于着火燃燃烧。图6-14层层流扩散散火焰的的结构1—外侧侧混合区区(燃烧烧产物+空气)2—内侧侧混合区区(燃烧烧产物+燃气)—燃气气浓度—燃燃烧产物物浓度—氧氧气浓度度图6-15不不同状态态下的扩扩散火焰焰长度1—火焰焰长度终终端曲线线2—层流流火焰终终端曲线线图6-16扩扩散火焰焰的温度度分布图6-17脱脱火极限限曲线1—天然然气2—焦炉炉煤气2.部分分预混式式燃烧(1)部部分预混混式燃烧烧的机理理在一一般情况况下，根根据气体体燃料的的性质，，一次空空气系数数取α′=0.4～0.7。。(2)部部分预混混层流火火焰的稳稳定性部部分预预混式燃燃烧会出出现脱火火和回火火现象。。(3)部部分预混混合紊流流火焰的的稳定性性由于于预混紊紊流火焰焰比层流流火焰明明显缩短短，焰面面由光滑滑变为皱皱曲，其其火焰结结构如图图6-20所示示。(4)部部分预混混式燃烧烧的特点点部分分预混式式燃烧由由于预混混了部分分空气，，所以燃燃烧温度度和燃烧烧的完全全程度有有所提高高；当选选取适宜宜的一次次空气系系数时，，燃烧过过程仍属属稳定。。图6-18本本生火焰焰图图6-19天天然气和和空气的的混合物的的燃烧稳稳定范围围1—光焰焰曲线2—脱脱火曲线线3——回火曲曲线4—光焰焰区5—脱火火区6—回火火区图6-20紊紊流火焰焰的结构构1—焰核核2——焰面3—燃燃尽区图6-21用用辅助火火焰作点点火源1—燃烧烧器火孔孔2——小孔3—环环形缝隙隙3.完全全预混式式燃烧(1)完完全预混混式燃烧烧的机理理燃气气和空气气在着火火前预先先按化学学当量比比混合均均匀，即即α=α′≥1，，并在在专门设设置的火火道，使使燃烧区区内保持持稳定高高温的一一种燃烧烧方法。。(2)完完全预混混式燃烧烧火焰的的稳定性性由于于α=α′≥1，，因此燃燃烧的稳稳定范围围减小了了，而燃燃烧的完完全程度度却提高高了。(3)完完全预混混式燃烧烧的特点点完全全预混式式燃烧的的优点是是：热强强度非常常高，每每立方米米燃烧室室容积每每小时可可达(4.186～41.86)××108J，相当当于扩散散燃烧法法的100～1000倍；燃燃烧温度度高，接接近于理理论燃烧烧温度；；燃烧的的完全程程度高，，几乎不不存在化化学未完完全燃烧烧；燃烧烧过程的的过剩空空气量很很少，一一般α=1.05，热热效率非非常高；；但燃烧烧火焰的的稳定性性较差，，容易产产生脱火火和回火火现象。。图6-22无无焰燃烧烧工作原原理1—混合合物扩张张区2—火道道边界3—回流流区4—回流流边界表表面—喷口口直径D—火火道直径径图6-23火火道中的的温度变变化和燃燃气的燃燃尽曲线线(喷口直直径25mm；；火道直直径65mm；；火道长度度311mm；；α=1.15)图6-24各各种形状状的钝体体稳焰器器图6-25稳稳焰器的的物理模模型4.燃烧烧的强化化(1)改改善气流流相遇条条件可可以将燃燃气与空空气分成成细流，，增大两两股气流流的接触触面积，，使两股股气流具具有一定定的速度度差并成成一定交交角，或或将一股股气流穿穿过并淹淹没在另另一股气气流中，，通常是是使气体体燃料淹淹没在空空气气流流中。(2)加加强紊动动在火火焰稳定定性允许许的范围围内尽量量提高入入口或燃燃烧室中中的气流流速度，，并在入入口处采采用一些些阻力较较大的挡挡板等，，构成撞撞击混合合，从而而增加气气流的紊紊动。(3)预预热燃气气和空气气预热热燃气和和空气可可以提高高火焰传传播速度度，增加加反应区区内的反反应速度度，提高高燃烧温温度，从从而增加加燃烧强强度。(4)烟烟气再循循环将将燃气燃燃烧所产产生的一一部分高高温烟气气引向燃燃烧器内内，使之之与尚在在着火的的或正在在燃烧的的燃气——空气混混合物相相混合，，可提高高反应区区的温度度，从而而增加燃燃烧强度度。(5)应应用旋转转气流在在气体体从喷口口喷出以以前，使使其产生生旋转运运动，导导致气流流的径向向和轴向向压力梯梯度的产产生而影影响流场场。图6-26热热分解的的影响6.2.2液液体燃料料的燃烧烧方法1.液面面燃烧2.灯芯芯燃烧3.蒸发发燃烧4.喷雾雾燃烧图6-27釜釜式燃烧烧图图6-28灯灯芯燃烧烧图6-29蒸蒸发燃烧烧4.喷雾雾燃烧(1)使使液体燃燃料从喷喷嘴高速速喷出(2)使使燃料作作回转运运动，然然后从孔孔口以液液膜状态态喷出如如图6-32所示的的涡流喷喷射器，，先使液液体燃料料以切线线方向送送入喷射射器的回回旋室中中，由此此燃料作作回旋运运动并以以液膜状状态喷出出孔口。。(3)以以空气或或蒸汽等等气体为为喷雾的的媒介质质将液体体燃料雾雾化如如图6-34所所示的二二流体喷喷射器，，使燃料料和空气气(或或蒸汽)分别别从不同同的喷口口喷出，，然后两两者在喷喷嘴口混混合而喷喷出。(4)从从旋转的的圆板或或杯子的的外周以以离心力力将液体体燃料甩甩出和分分散如如图6-35所所示的旋旋转喷射射器，设设计中把把风机的的出风口口和转杯杯设在同同一轴线线上。图6-30喷喷雾燃烧烧的四种种物理模模型图6-31单单口喷射射器图6-32涡涡旋喷射射器图6-33离离心式喷喷射的雾雾化原理理图a)喷射射压力小小时b)喷射射压力大大时图6-34二二流体喷喷射器图6-35旋旋转喷射射器6.2.3固固体燃料料的燃烧烧方法1.按燃燃烧现象象分类的的燃烧方方法2.按燃燃烧方式式分类的的燃烧方方法1.按燃燃烧现象象分类的的燃烧方方法(1)表表面燃烧烧表面面燃烧是是在几乎乎不含有有挥发物物和易热热分解组组分而主主要由碳碳组成的的燃料中中进行的的，通常常认为：：碳分子子和碳表表面上吸吸附的氧氧发生反反应，其其燃烧产产物可能能同时有有CO2和CO，，CO2还可能与与碳发生生还原反反应而生生成CO。(2)蒸蒸发燃烧烧蒸发发燃烧是是熔点比比较低的的固体燃燃料在燃燃烧之前前先熔融融成液体体状态，，然后液液体受热热而蒸发发所产生生的气体体与空气气中氧接接触而进进行燃烧烧，如常常见的蜡蜡烛燃烧烧就属此此类。(3)分分解燃烧烧分解解燃烧是是分解温温度低的的固体燃燃料由于于加热而而产生热热分解，，它的易易挥发的的组分离离开固体体表面时时与氧气气反应所所产生的的燃烧现现象。(4)冒冒烟燃烧烧冒烟烟燃烧是是在容易易引起热热分解的的不稳定定物质中中，由于于热分解解产生的的挥发物物温度低低于其自自发着火火温度时时，往往往会引起起带有大大量浓烟烟的表面面燃烧现现象。2.按燃燃烧方式式分类的的燃烧方方法(1)层层燃式燃燃烧层层燃式燃燃烧是将将燃料块块置于固固定的或或移动的的炉篦上上面，让让空气通通过燃料料层使其其燃烧。。(2)沸沸腾式燃燃烧沸沸腾式燃燃烧如图图6-37所示示。(3)悬悬浮式燃燃烧悬悬浮式燃燃烧是先先将固体体燃料磨磨成细粉粉，然后后随空气气一同流流向炉膛膛内呈悬悬浮状态态进行燃燃烧。1)能获获得最大大的热密密度，即即在单位位体积的的燃烧室室内，同同时存在在于炉膛膛中的燃燃料量最最大；2)在防防止燃料料粉末飞飞失的条条件下，，有可能能大大增增加鼓风风；3)热惰惰性大，，对燃料料供给与与鼓风之之间协调调性的偏偏离敏感感性差，，故燃烧烧过程比比较稳定定，而且且4)逆流流式对燃燃料的热热准备过过程比较较有利，，而顺流流式的热热准备过过程就没没有像逆逆流式那那样进行行得充分分；5)层燃燃式燃烧烧在小型型和中型型动力装装置中占占有重要要地位，，但随着着现代动动力工业业的发展展，已不不能适用用于大型型动力装装置的机机械化和和自动化化控制。。图6-36层层燃式燃燃烧图6-37沸沸腾式燃燃烧1)可以以在单位位面积的的炉篦上上获得很很大的热热负荷；；2)由于于燃料颗颗粒混合合较好，，使燃料料层沿层层高的温温度分布布比较均均匀，对对气化过过程中CO2的吸热还还原反应应提供了了有利条条件；3)燃料料颗粒在在不断的的流体动动力作用用下混合合，互相相碰撞，，有利于于破坏颗颗粒的外外层灰壳壳，阻碍碍燃料的的粘结和和结渣，，可减轻轻熔渣产产生的故故障；4)它还还可以低低温燃烧烧，减少少氮氧化化物的发发生量，，有利于于控制大大气污染染；5)易造造成机械械未完全全燃烧损损失，有有可能使使灰分和和未燃颗颗粒等与与气体一一起大量量从炉中中流出，，故需要要将带出出的未燃燃的细料料用除尘尘器捕集集下来，，并返回回到燃烧烧室中继继续燃烧烧。图6-38悬悬浮式燃燃烧a)悬浮浮式直流流燃烧b)悬悬浮式涡涡流燃烧烧1)用于于大型燃燃烧炉时时，与层层燃式相相比较具具有不易易结渣、、设备费费用增加加不多、、对负荷荷的变动动适应性性好等优优点，所所以可适适用于大大型动力力装置；；2)由于于燃料粉粉末处于于悬浮状状态时反反应表面面积大，，所以可可得到比比层燃式式气化块块状燃料料时高得得多的气气化效率率；3)可以用用比层燃式式小的空气气比而得到到较高的燃燃烧效率；；4)可以燃燃烧含有大大量粉末的的劣质煤、、水分多的的煤或灰分分多的煤，，如泥煤、、无烟煤屑屑、不结焦焦的瘦煤、、含任何水水分的褐煤煤、铲切泥泥煤或选煤煤副产品等等；5)燃烧过过程可全部部实现机械械化和自动动化操作，，可大大改改善工人的的操作环境境；6)由于悬悬浮式燃烧烧时炉壁积积灰多，故故不适用于于小型燃烧烧炉。6.3液液体燃烧器器6.3.1双筒型型煤油燃烧烧器6.3.2釜式燃燃烧器6.3.3蒸发燃燃烧器6.3.4喷雾燃燃烧器图6-39双筒型型燃烧器燃燃烧系统图6-40釜式燃燃烧器燃烧烧釜图6-41加压式式蒸发燃烧烧器6.3.4喷雾燃燃烧器1.油喷嘴嘴2.配风器器1.油喷嘴嘴(1)机械械雾化油喷喷嘴机械械雾化是依依靠机械力力，使油滴滴旋转，从从而破碎成成小颗粒的的方法。(2)气流流雾化油喷喷嘴气流流雾化是依依靠压力为为0.3～～1.2MPa的蒸蒸汽或压缩缩空气把油油雾化的方方法。(3)联合合雾化油燃燃烧器联联合气流机机械雾化油油喷嘴是同同时有机械械雾化和气气流雾化的的一种喷嘴嘴。6Z42.tif图6-42切向槽槽式简单压压力雾化油油喷嘴a)雾化片片b)旋旋流片c)分流片片1—雾化片片2—旋旋流片3—分流片片图6-43切向孔孔式球形简简单机械雾雾化喷嘴图6-44切向孔孔式柱形简简单机械雾雾化喷嘴图6-45内回油油式简单机机械雾化喷喷嘴图6-46转杯式式简单机械械雾化喷嘴嘴1—空心轴轴2—转转杯3——一次风风导流片4—一一次风机5—电动动机6——带轮7—轴承图6-47外混式式气流雾化化油喷嘴1—油管2—气流流套管图6-48内混式式油喷嘴1—内喷嘴嘴2—外外喷嘴3—混合室室图6-49中间混混合式气流流雾化油喷喷嘴1—喷头2—分流流器3——气进口4—混合合物喷嘴5—油进进口图6-50联合气气流机械雾雾化油喷嘴嘴1—油管2—气流流套管3—分油配配气嘴4—气孔5—气槽槽6—混混合室头部部7—油油孔8——喷孔2.配风器器(1)旋流流式配风器器旋流式式配风器根根据叶片形形式不同，，主要包括括轴向可动动叶片旋流流式配风器器、固定切切向叶片旋旋流式配风风器和可动动切向叶片片旋流式配配风器，它它们的结构构如图6-51、图图6-52和图6-53所示示。(2)直流流式配风器器图6-54和图图6-55为两种直直流式配风风器的结构构示意图。。图6-51轴向可可动叶片旋旋流式配风风器1—进油口口2—回回油口3—点火器器4—叶叶轮5——稳焰器6—环形风风门7——圆筒形风风门8——一次风风管图6-52固定切切向叶片旋旋流式配风风器1—直流空空气2——旋流空气气3—中中心空气4—多孔板板5—图6-53可动切切向叶片旋旋流式配风风器1—进油管管2—中图6-54直管型型直流式图6-55文丘里里管型直流流式配风器器1—油喷嘴嘴2—稳稳焰器3—大风箱箱4—圆筒形形风门6.4气气体燃烧器器6.4.1扩散式式燃烧器6.4.2大气式式燃烧器6.4.3完全预预混式燃烧烧器6.4.4其他气气体燃料燃燃烧器6.4.1扩散1.自然引引风式扩散散燃烧器2.鼓风式式扩散燃烧烧器1.自然引引风式扩散散燃烧器(1)管式式燃烧器分分单管式式和多管式式。(2)圆环环形燃烧器器该燃烧烧器属环形形供气，故故而压力分分布均匀，，火焰高度度整齐。(3)冲焰焰式燃烧器器该燃烧烧器采用两两个扩散火火焰相撞的的方法来增增强气流扰扰动，增加加燃气与空空气之间的的紊流混合合，提高燃燃烧稳定性性，强化燃燃烧过程，，如图6-60所示示。(4)多缝缝式燃烧器器在多缝缝式燃烧器器中，气体体燃料进入入到燃烧器器外壳与内内管间的环环形通道，，从内管上上的缝口进进入炉内，，燃气燃烧烧所需的空空气一部分分从内管进进入，一部部分从燃烧烧器外套管管进入，它它们的空气气量依靠空空气调节板板来调节。。图6-56直管式式扩散燃烧烧器图6-57排管式式扩散燃烧烧器图6-58涡管式式扩散燃烧烧器图6-59圆环形形燃烧器图6-60冲焰式式扩散燃烧烧器图6-61多缝式式燃烧器1—一次次空气调节节板2——二次空气气调节板图6-62单单套管管燃烧烧器2.鼓鼓风式式扩散散燃烧烧器(1)套管管式燃燃烧器器该该燃烧烧器由由大管管和小小管相相套形形成的的。(2)旋流流式燃燃烧器器本本身带带有旋旋流器器，空空气在在旋流流器的的作用用下产产生旋旋转，，而燃燃气从从分流流器的的喷孔孔中流流出。。(3)平流流式燃燃烧器器平平流式式燃烧烧器是是在前前两种种鼓风风式燃燃烧器器的基基础上上发展展起来来的新新型燃燃烧器器。图6-63管管群式式燃烧烧器图6-64导导流叶叶片式式旋流流燃烧烧器1—节节流阀阀2—导导流叶叶片3——燃气气旋流流器4——喷口口图6-6图6-66周周边供供气涡涡壳式式燃烧烧器1—涡涡壳配配风器器2—燃燃烧分分配室室3—冷冷空气气室4——火道道图6-67中中心供供气涡涡壳式式燃烧烧器图6-68多多枪平平流式式燃烧烧器6.4.2大大气式式燃烧烧器1.环环形大大气燃燃烧器器2.棒棒形燃燃烧器器图6-69大大气燃燃烧器器结构构示意意图1—调调风板板2—一一次次空气气入口口3—引引射器器喉部部4—喷喷嘴5——火孔孔图6-70立立式小小型锅锅炉燃燃气燃燃烧器器1—喷喷嘴2——引射射器3——调风风板4——头部部图6-71铸铸铁锅锅炉燃燃气燃燃烧器器1—喷喷嘴2——引射射器3——调风风板4——头部部图6-72棒棒形大大气式式燃烧烧器1—喷喷嘴2——支撑撑3—调调风套套4—头头部5——堵板板6.4.3完完全全预预混混式式燃燃烧烧器器1.引引射射式式单单火火道道完完全全预预混混燃燃烧烧器器2.H型型引引射射式式燃燃烧烧器器3.BΠΠ型型引引射射式式燃燃烧烧器器4.B型型引引射射式式燃燃烧烧器器图6-73直直管管型型引引射射式式单单火火道道完完全全预预混混燃燃烧烧器器1——燃燃气气喷喷嘴嘴2——进进风风碗碗3——调调风风碗碗4——引引射射器器5——喷喷头头6——火火道道图6-74弯弯管管型型引引射射式式单单火火道道完完全全预预混混燃燃烧烧器器图6-75H型型引引射射式式燃燃烧烧器器图6-76BΠΠ型型引引射射式式燃燃烧烧器器图6-77B型型引引射射式式燃燃烧烧器器6.4.4其其他他气气体体燃燃料料燃燃烧烧器器1.平平焰焰燃燃烧烧器器2.脉脉冲冲燃燃烧烧器器3.催催化化燃燃烧烧器器4.浸浸没没式式燃燃烧烧器器［6］］1.平平焰焰燃燃烧烧器器(1)引引射式平平焰燃烧烧器它它由引射射器、喷喷头和梅梅花形火火道砖构构成，如如图6-78所所示。(2)双双旋平焰