燃气燃烧技术与设备-Chap11

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h第十章燃气互换性华白数称为华白数：(10-1)式中W——华白数，或称热负荷指数；H——燃气热值(kJ/Nm3)，按照各国习惯，有些取用高热值，有些取用低热值；s——燃气相对密度（设空气的s=l）。燃具热负荷与华白数成正比：Q=KW(10-2)式中K——比例常数。广义的华白数：(10-3)式中W1——广义的华白数；——喷嘴前压力(Pa)。当燃气热值、相对密度和喷嘴前压力同时改变时，燃烧器热负荷与广义的华白数成正比：Q=K1W1(10-4)式中K1——比例常数。一次空气系数α’就与华白数W成反比：(10-5)式中K2——比例常数。火焰特性对燃气互换性的影响图10-1燃烧特性曲线图10-1燃烧特性曲线1-离焰曲线；2-回火曲线；3-黄焰曲线；4-CO极限图10-2互换时燃具工作状态的变化图10-2互换时燃具工作状态的变化图10-3基准气运行点的极限调整位置图10-3基准气运行点的极限调整位置图10-4在人造燃气中掺入各种气体时回火倾向性的变化图10-4在人造燃气中掺入各种气体时回火倾向性的变化第四节燃气互换性的判定方法一、A.G.A.互换性判定法以a表示燃气完全燃烧每释放105kJ(100英热单位)热量所需消耗的理论空气量：(10-6)式中——理论空气需要量(Nm3/Nm3)；——燃气高热值(kJ/Nm3)；引入一次空气因数f这个参数：(10-7)当置换气与基准气的a值相同时，成立：(10-8)当置换气与基准气的a值不同时，则成立：(10-9)由于一次空气因数f与华白数W成反比，因此互换前后火孔热强度q的变化应符合：(10-10)发现在燃烧器头部温度不变的情况下，所有离焰曲线都是相互平行的直线，其通式为：(10-11)式中q——火孔热强度；——离焰时的一次空气系数；m——直线斜率；K——离焰极限常数。图10-5互换前后离焰工况的变化图10-5互换前后离焰工况的变化以IL表示互换后火孔热强度qs下的一次空气系数α'与互换后qs下的离焰极限一次空气系数α'sl之比，称为离焰互换指数：(10-12)α'al可根据式(10-11)求得。将qa和α'al代入式(10-11)，得由于因此(10-13)互换后一次空气系数α's与互换前一次空气系数α'a之比应符合式(10-9)的关系：(10-14)(10-15)互换后火孔热强度qs与互换前火孔热强度qa之比应符合式(10-10)的关系：由于以基准气调试时取qa=1，上式成为：(10-16)根据式(10-11)和式(10-16)，可求出α'sl：(10-17)将式(10-15)和式(10-17)代入式(10-12)，即得：(10-18)式中IL——离焰互换指数；Ka、Ks——基准气和置换气的离焰极限常数；fa、fs——基准气和置换气的一次空气因数；aa、as——基准气和置换气完全燃烧每释放105kJ(100英热单位)热量所需消耗的理论空气量。通过A.G.A.控制燃烧器试验，可得出各种单一气体的离焰极限常数。多组分燃气的离焰极限常数可按各组分的质量成分用下式求得：(10-19)或(10-20)式中K——多组分燃气（混合气体）的离焰极限常数；K1、K2——各组分（单一气体）的离焰极限常数；g1、g2——各组分的质量成分；r1、r2——各组分的容积成分；s1、s2——各组分的相对密度；smix——多组分燃气的相对密度。式(10-20)中各组分的K和s完全是各组分本身的特性，以F表示其乘积，称为离焰常数：(10-21)将式(10-21)代人式(10-20)，得(10-22)实验得出，离焰极限常数K与燃气-空气混合比为化学计量比时的燃烧速度Sn(cm/s)的关系为：Sn=1671gK+12(10-23)回火互换指数表达式：(10-24)式中IF一一回火互换指数；Ka、Ks一一基准气和置换气的离焰极限常数；fa、fs一一基准气和置换气的一次空气因数；Hs一一置换气高热值(kJ/Nm3)图10-6互换前后黄焰工况的变化黄焰互换指数：图10-6互换前后黄焰工况的变化(10-25)互换后一次空气系数与互换前一次空气系数之比应符合式(10-9)的关系：将α'a=α'ay代入上式，得：(10-26)将式(10-26)代人式(10-25)，得:(10-27)式中IY——黄焰互换指数；fa、fs一一基准气和置换气的一次空气因数；aa、as——基准气和置换气完全燃烧每释放105kJ(100英热单位)热量所需消耗的理论空气量；α'ay、α'sy——基准气和置换气的黄焰极限一次空气系数。式(10-27)中的α'y值可用下式求得：(10-28)式中T1、T2……一一各单一气体为消除黄焰而需的最小空气量；r1、r2——各组分的容积成分；V0一一多组分燃气的理论空气需要量。修正后的ay值计算公式如下：(10-29)式中rin——燃气中氮和二氧化碳的体积成分；rO2——燃气中氧的体积成分。二、德尔布(Delburge)互换性判定法校正华白数W':W'=K1K2W(10-30)以圆形火孔为例，假定火孔截面速度场分布是均匀的，则内焰高度为：(10-31)式中h——内焰高度；r——火孔半径；v——火孔气流平均速度；Sn——燃气-空气混合物燃烧速度。由于比1大很多，因此式(10-31)可简化为：(10-32)对于引射式大气燃烧器，成立：(10-33)式中Vg——燃气流量；R——燃气一空气混合物中空气与燃气的体积比；fp——火孔截面积。当燃烧器喷嘴前燃气压力不变时(10-34)(10-35)综合式(10-32)、式(10-33)、式(10-34)和式(10-35)，得：(10-36)式中k1、k2——比例常数。德尔布经过大量试验数据的整理，确定该函数的形式如下：(10-37)式中Cp——燃烧势；H2、CO、CH4、CmHn——燃气中氢、一氧化碳、甲烷和碳氢化合物(除甲烷外)的体积成分；a、b、c、d——相应的系数；s——燃气相对密度。在a、b、c、d四个系数中，有一个可以任选。德尔布选定a=1，然后在控制燃烧器上进行了一系列试验，以确定其他系数。经过多次修正，最后得出的燃烧势计算公式如下：(10-38)式中k——各种CmHn的特定系数；u——由于燃气中含氧量及含氢量不同而引入的系数；v——由于燃气中含氢量不同而引入的系数。图10-7德尔布互换图图10-7德尔布互换图我国国家标准中采用的燃烧势计算公式与式(10-38)不同，为简化计算式：(10-39)其中K1——与燃气O2含量有关的系数，；三、Weaver指数法热负荷指数JH代表燃气压力不变时，置换前后的热负荷变化，其值等于置换气和基准气的华白数之比：(10-40)式中、——分别为置换气与基准气的华白数(MJ/Nm3)；引射指数JA反映置换前后一次空气系数的变化，计算式为：(10-41)式中、——分别为置换气与基准气的理论空气量(Nm3/Nm3)；、——分别为置换气与基准气的相对密度(空气为1)；回火指数的推导方法本质上和AGA离焰指数是一致的，其最终表达式为：(10-42)式中S——为火焰速度指数，如下计算：(10-43)其中：——可燃组分的体积分数；——各可燃组分相应的火焰速度系数(表10-3)；——燃气中惰性气体的体积分数；——燃气中O2的体积分数；表10-3单一气体的火焰速度系数B和指数S可燃组分BSH2339100CO6118CH414814C2H277660C2H454529.6C2H630117C3H667430C3H839816C4H8——C4H1051316C6H692025脱火指数JL是对火焰速度和一次空气系数进行经验关联（假定火焰速度和一次空气系数成线性关系），并考虑了燃气中O2对理论空气量的影响后提出。计算式为(10-44)CO生成指数JI也称不完全燃烧指数，主要考虑一次空气的供应对燃烧的影响，并增加了反映碳氢比的变量以与实验数据相符。计算式为(10-45)式中R——燃气中氢原子数与碳氢化合物中C碳原子数的比值。黄焰指数JY是对一次空气系数进行经验修正，引入了与积碳相关的参数N后提出。计算式为：(10-46)式中N——每100个燃气分子中燃烧时容易析出的碳原子数，其值等于烃分子中碳原子数减去饱和烃分子数。认为不饱和烃和环烃中每个碳原子均易析出，而每个饱和烃分子有一个碳原子不易析出。表10-4Weaver指数允许值指数完全互换极限值热负荷JH=10.95~1.05引射空气JA=1—回火JF=0<0.08脱火JL=1>0.64CO生成Ji=0<0黄焰JY=0<0.14表10-5PSE&G和AGA提出的Weaver互换性极限指数PSE&GAGAJH0.95~1.030.95~1.05JA—0.80~1.20JF—≤0.26JL>0.64≥0.64JI<0.05≤0.05JY<0.30≤0.30第五节非燃烧类用