燃气燃烧器理论

第2章燃烧器

2.1燃烧器技术要求及分类2.2扩散式燃烧器2.3大气式燃烧器2.4完全预混式燃烧器2.5新型燃烧器2.6点火装置与燃具安全保护装置2021/5/912.1燃烧器技术要求及分类燃烧器：用来实现燃烧过程的装置的统称。基本用途：合理组织燃烧过程，以保证燃烧室的热工工作符合工艺、技术和经济的要求。技术要求满足加热所需热量或燃烧温度——具有一定热负荷；具一定火焰特性（着火浓度、温度，燃烧速度），火焰稳定燃烧效率高——燃烧完全燃烧器配备必要的自动调节、自动安全装置——自控烟气毒素少——安全、环保结构紧凑、安全可靠、成本低。燃烧好方便安全环保省地省钱2021/5/92分类按一次空气分：扩散式、大气式、完全预混式按空气供给方法分：引射式、鼓风式、自然引风式按燃气压力分：低压、高（中）压按火焰形状分：直焰、平焰、可调焰按火道处烟气出口速度分：低速（＜50m/s）、高速（200～300m/s）、2021/5/932.2扩散式燃烧器定义：按照扩散式燃烧方法设计的燃烧器分类：燃烧所需空气供给的动力自然引风式：依靠自然抽力、靠扩散作用供给空气，多用于民用——扩散式燃烧器。强制鼓风式：依靠鼓风机供给空气，多用于工业——鼓风式燃烧器2021/5/942.2.1自然引风扩散式燃烧器工作原理燃气在一定压力下进入管内，经火孔逸出后从周围空气中获得氧气而燃烧，形成扩散火焰。结构形式：2021/5/95特点：结构简单，制造方便燃烧稳定、不会回火；点火容易、调节方便可利用低压燃气（200～400Pa或更低），且不需鼓风，无动力消耗。燃烧热强度低，火焰长、需较大燃烧室。为使燃烧完全，必须供给较多的过剩空气（α=1.2～1.6）；燃烧温度低，排烟热损失大。2021/5/96应用范围适于：温度要求均匀、且不高，火焰稳定的场合。如：小型采暖锅炉的点火器、临时性加热设备。分类燃气流动状态分：层流和紊流扩散燃烧器层流扩散式燃烧器：—般不适用于天然气和液化石油气——燃气燃烧速度慢，易产生不完全燃烧和煤烟。设计计算目的：定火孔直径、数目、间距；燃烧器前所需燃气压力基础：动量定理、连续性方程、火焰稳定性2021/5/972.2.2鼓风扩散式燃烧器工作原理燃气燃烧所需全部空气均由鼓风机一次供给，但燃烧前燃气与空气并不顶混——燃烧过程属扩散燃烧。结构形式选择原因：为了强化燃烧过程和缩短火焰长度，常采用各种措施来加速燃气与空气的混合。具体形式：套管式、旋流式、平流式等。2021/5/98套管式燃烧器结构：由大管和小管相套而成。工作原理：燃气和空气在火道或燃烧室内边混合边燃烧特点：结构简单，工作稳定（不会回火）；燃气和空气属同心平行气流——混合差、火焰长。2021/5/99导流叶片旋流燃烧器2021/5/910蜗壳式旋流燃烧器调风板导流叶片2021/5/9112021/5/912特点与自然引风式比：燃烧热强度大，火焰长短可调节。与热负荷相同的引射式燃烧器比：结构紧凑，体形轻巧，占地面积小。与完全预混式燃烧器比：燃烧室容积热强度小，火焰较长——需较大的燃烧室容积。要求燃气压力低，热负荷调节范围大，能适应正压炉膛，容易实现粉煤-燃气或油-燃气联合燃烧。可预热空气或燃气，预热温度可接近燃气着火温度——极大地提高燃烧温度。需鼓风——耗电。需配自动比例（空气-燃气比例）调节装置。2021/5/913适用各种工业炉及锅炉中设计计算要求：空气、燃气两股气流在有限空间内充分混合。包括：空气系统、燃气系统的计算。2021/5/9142.3大气式燃烧器定义：按照部分预混燃烧方法设计的燃烧器。结构调风板2021/5/915分类：（据燃气压力分）

低压引射式——多用于民用燃具高(中)压引射式——多用于工业装置实际应用：一次空气系数=0.45～0.75；过量空气系数=1.3～1.8工作原理：

燃气在一定压力下，以一定速度从喷嘴喷出，依靠燃气动能产生的引射作用从一次空气口吸入一次空气，在引射器内燃气与一次空气混合，经头部火孔流出而燃烧。2021/5/916喷嘴作用：输送一定量的燃气，并将燃气的压力转换成动能，引射一定量的空气。结构形式

2021/5/917分类:固定喷嘴:结构简单、阻力较小，引射空气性能较好，但出口截面积不能调节——只能适应一种燃气。如果燃气性质改变，就需要更换喷嘴。可调喷嘴:结构复杂，阻力较大，引射空气的性能较差，但能适应燃气性质的变化。2021/5/918喷嘴孔径与燃具热负荷的关系2021/5/9192021/5/9202021/5/921

调风装置作用：保证燃烧器正常工作，获得预定的火焰特性——运行时需经常调节一次空气量。装置分类在一次空气吸入口外面安装调风板通过转动调风板来改变一次空气吸入口的有效流通截面，从而调节一次空气的吸入量——广泛应用。在引射器混合管内安装调节螺丝或弯曲钢条借助螺丝或钢条的上下运动来改变燃气射流的能量损失，从而调节一次空气吸入量。2021/5/9222021/5/923

引射器结构：工作原理

燃气在一定压力下以一定流速从喷嘴1喷出，进入吸气收缩管2，燃气靠自身动量传递来吸入一次空气；在混合管3内和一次空气的流速、成分充分混合均匀，然后，经扩压管4进一步匀速后，经燃烧器头部火孔流出燃烧。2021/5/924作用：①以高能量的气体引射低能量的气体，并使两者混合均匀。②在引射器末端形成所需剩余压力，保证燃烧器稳定工作。

——克服气流在燃烧器头部的阻力损失

——混合物在火孔出口获得必要的速度③输送一定的燃气量，以保证燃烧器所需的热负荷。2021/5/925形式1型——最佳，能量损失最小，但引射器最长。2型和3型——阻力较大、但长度较短。当喷嘴前燃气压力较高，允许有较大能量损失时，可采用。1型2型3型2021/5/926头部形式

2021/5/927作用

将燃气—空气混合物均匀地分布到各火孔上，并运行稳定、燃烧完全。①要求头部各点混合气体的压力相等；②要求二次空气能均匀地畅通到每个火孔上；③头部容积不宜过大，否则灭火噪声很大。分类——根据用途分

多火孔头部（民用燃具）—火孔形状影响燃烧状况。单火孔头部（工业燃具）—火力集中、火孔热强度高。2021/5/928多火孔大气式燃烧器2021/5/929单火孔大气式燃烧器火道稳焰孔二次空气当热负荷较大时，多火孔燃烧器头部比较笨重——单火孔头部。2021/5/930特点与扩散式燃烧器比：火焰短、火力强、燃烧温度高、稳定性较差与全预混燃烧器比：热负荷调节范围宽、适应性强可燃烧各种燃气和低压燃气，燃烧较完全、效率较高。引射式燃烧器：具有自动调节特性，调节方便；不需送风设备，节省动力不适应正压炉膛。2021/5/931应用范围多火孔大气式燃烧器——广泛应用在家庭及公用事业中的燃气用具单火孔大气式燃烧器——广泛应用在中小型锅炉及某些工业炉中。2021/5/9322.4完全预混式燃烧器定义按照完全预混燃烧方法设计的燃烧器。工作原理使燃气与空气充分预先混合，再经燃烧器火孔喷出进行燃烧。2021/5/933结构混合装置头部分类据燃烧器头部结构分：①有火道头部结构：（头部冷却—防回火；火道—防脱火）②无火道头部结构；③用金属网或陶瓷板稳焰器做成的头部结构。头部2021/5/934特点火焰短、燃烧热强度大、燃烧温度高——可缩小燃烧室体积、易满足高温工艺要求过剩空气少——不会引起直接加热工件的过分氧化易燃烧低热值的燃气燃烧完全，节约能源。可用引射器引射空气——不需鼓风、节省动力火焰稳定性差——调节范围较小。保证燃烧稳定，要求燃气热值及密度要稳定。为防止回火，头部结构比较复杂和笨重。火孔出口流量明显增大——噪声大。2021/5/935防止回火措施措施：①圆锥形喷口——尽可能使喷口气流速度均匀，以保证在最低负荷下各点的气流速度都大于火焰传播速度。②小火孔——增大火孔壁对火焰的散热，以降低火焰传播速度；广泛适用于热负荷不大的民用燃具上。③冷却燃烧器头部——加强对火焰的散热，以降低火焰传播速度；适用于热强度很大的工业燃烧器。2021/5/936小火孔——防回火2021/5/937防脱火措施工业上——常用一个紧接着的火道来稳焰。2021/5/938撞击式——防脱火2021/5/939应用范围主要应用于热强度大或高温工艺的工业加热装置上。设计计算头部计算引射器的计算2021/5/9402.5新型燃烧器平焰燃烧器高速燃烧器浸没燃烧器燃气辐射管脉冲燃烧器富氧燃烧器低NOx燃烧器蓄热式高温空气燃烧器2021/5/9411、平焰燃烧器火焰：是圆盘形的薄层火焰，它紧贴炉墙或炉顶向四周均匀伸展。

结构：由引射器、头部、烧嘴（火孔）三部分组成。工作原理：燃气经喷嘴吸入一次空气，混合后经头部条形火孔流出。二次空气依靠炉内负压吸入，在火孔出口处与燃气混合物相遇，二者边混合边进入烧嘴砖沟槽内进行燃烧，形成平展火焰。2021/5/9422021/5/943双旋平焰燃烧器特点加热均匀，防止局部过热——因火焰中心为一回流区，有稳焰、搅拌作用。火焰中心是回流区——强化燃烧、需过量空气少——降低烟气中NOx含量。炉子升温（对流、辐射传热加剧）、并且离受热件近——物料加热快，省燃气。炉内压力均匀（炉壁四周为正压区）——防冷风吸入。制造、安装要求高，布置方位受限，热负荷不能太大。2021/5/9442、高速燃烧器工作原理以对流传热为基础。燃气和空气在燃烧室内进行强烈混合、燃烧，完全燃烧的高温烟气以200—300m／s的高流速直接吹向物料表面，高速气流破坏物料表面的气体边界层，与物料进行强烈的对流换热。结构相当于一个鼓风式燃烧器出口增设一个带烟气喷嘴的燃烧室(火道)。2021/5/945特点炉体小、热强度大、加热快、热惯性小。负荷调节范围大——1：50可高温预热空气——低热值燃气可获高温炉内可调气氛（氧化、还原或中性）。需较高燃气和空气压力——耗能多燃烧室内要求耐高温、耐磨损材料噪声大—需采取消声措施。应用范围热处理炉、玻陶制品窑炉、金属熔化炉等高温工业炉。2021/5/9463、浸没燃烧器工作原理

将燃气与空气预先充分混合，送入燃烧室进行完全燃烧，燃烧产生的高温烟气直接喷入液体中，从而加热液体的方法。

属完全预混式燃烧、直接接触传热。结构燃烧装置、水槽、排烟装置三部分2021/5/9472021/5/948特点气、液直接接触—不存在传热面上的结晶、结垢、腐蚀等问题；高温烟气从液体中鼓泡后排出—气、液剧烈混合—强化传热。排烟温度低—热效率高、能耗少设备简单、投资少。应用范围广泛用于液体加热、各种酸洗液的加热、再生和浓缩，废水净化，液体气化，清洗储罐和管道等。2021/5/949结构管体、烧嘴、烟气废热回收装置4、燃气辐射管2021/5/9502021/5/951特点气、液直接接触—不存在传热面上的结晶、结垢、腐蚀等问题；高温烟气从液体中鼓泡后排出—气、液剧烈混合—强化传热。排烟温度低—热效率高、能耗少设备简单、投资少。应用范围广泛用于液体加热、各种酸洗液的加热、再生和浓缩，废水净化，液体气化，清洗储罐和管道等。2021/5/952工作原理

燃气经喷嘴进入内管，与从侧面进入的空气混合、完全燃烧，产生的高温烟气加热外管后预热空气，然后由排烟管排出。外管以辐射方式加热炉窑以及炉内待处理的工件等。2021/5/953特点烟气不进炉内—间接加热、炉内气氛易控制；炉内温度分布可调—调辐射管的配置；据炉子类型、用途选合适的辐射管形式便于废热回收—热效率高。应用范围用于需控制炉内气氛的热处理炉。要求炉内温度均匀的加热炉；不跟废气、废水直接接触的热处理炉等技术性能指标热效率、辐射管表面温度、辐射管使用寿命。2021/5/9545、脉冲燃烧器结构燃料供应系统、空气供应系统、燃气阀、空气阀、燃烧室、尾管(共振管)、点火器、进出口消音器等组成2021/5/955

燃烧过程：燃气—空气温合物由前一周期残存的高温烟气加热、燃烧——气体膨胀——燃烧室内压力急剧上升。

排气过程：燃烧室内压力升高——燃气和空气阀关闭——烟气从尾管排出——排气终了，靠惯性——燃烧室压力降至大气压力以下。吸气过程：燃烧室内形成负压——燃气和空气阀打开——燃气和空气被吸入燃烧室，同时部分烟气从排气管逆向流入燃烧室——将燃气—空气混合物点燃——开始下一个循环，如此自动进行下去。循环周期的三个过程将燃气供应系统与燃烧室中的气流振荡分隔开2021/5/956工作原理近似于内燃机的燃烧。燃烧和热量的释放是周期性进行的是一台靠自身动力驱动的共振器。燃料类型气体燃料、液体燃料、粉末状固体燃料。燃气和空气通过阀门进入燃烧室；液体和固体燃料，可以直接喷入燃烧室，也可随空气进入燃烧室。2021/5/957特点脉冲振动——燃气、空气混合均匀，燃烧加剧——热效高严重破坏了气流的传热边界层——传热系数大燃烧室容积热强度大——结构紧凑、体积小。易引起设备提前损坏。

正常运行时，点火和排烟不需外界能量——节能。正压排气——不需考虑烟囱的设置位置。调节比小——只有在一定的热负荷范围内才能保持良好的运行稳定性。污染——NOx排放量低——烟气回流，只有常规燃烧器的50％噪声大——需装消声器或隔声设备2021/5/9586、富氧燃烧器工作原理采用氧含量较高的空气作为助燃空气的燃烧方式。特点理论空气需要量少、排烟量减少、火焰温度高——氧浓度一般控制在28％以下为宜；烟温升高，当遇低温表面时，将放出大量分解热；NO2生成量增加；节能——火焰温度高、炉内温压大-辐射换热量增大；排烟量少-排烟热损失小——热效率高、损失小。2021/5/959一次空气一次空气二次空气2021/5/9602021/5/9617、低NOx燃烧器工作原理通过降低燃烧温度、降低燃烧区内O2浓度、缩短烟气在高温区的停留时间来控制温度型NO的产生。类型

1）烟气自身再循环型低NOx燃烧器

利用燃气和空气的喷射作用将炉内烟气吸入，使烟气在燃烧器内部进行循环。由于烟气混入，降低了燃烧过程中氧气的浓度，从而抑制了NOx的生成。2021/5/9622)阶段燃烧型低NOx燃烧器空气两段供给的阶段燃烧型低NOx燃烧器。一次燃烧——空气不足、燃气过浓，燃烧释放热量少，燃烧温度低——NOx生成受抑制。二次燃烧——一次燃烧产生的烟气的存在，使得二次燃烧过程的氧浓度与燃烧温度都低—抑制了NOx的生成。同理——可以将燃气分两次供给、实现阶段燃烧。一次空气二次空气一次燃烧二次燃烧2021/5/9633)浓淡火焰对冲型低N02燃烧器头部——有两种火孔，布置成呈一定角度相对的形式。一火孔燃烧——可燃气体混合物中燃气过浓，另一火孔燃烧——混合气体中空气过浓。两种火焰——对冲、混合后，一方过剩的燃气就在另一方过剩的空气中得以完全燃烧。浓谈火焰各在偏离化学计量比的情况下燃烧——燃烧温度较低，可以较好地抑制NOx的生成。2021/5/9644)组合型低NOx燃烧器组合型低NOx燃烧器是将促进阶段燃烧型、烟气自身再循环型、浓淡燃烧型、分割火焰型四种抑制原理部分或全部组合在一起形成的。结构更加复杂，效果则更好些。适用不同燃料、不同用途的低NO，工业燃烧器种类很多，它们大部分属于组合型。2021/5/9658、蓄热式高温空气燃烧器蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC）原理——通过高效蓄热材料将助燃空气从室温预热至前所未有的800℃高温，同时大幅度降低NOx排放量，使排烟温度控制在露点以上、150℃以下范围内，最大限度地回收烟气余热，使炉内燃烧温度更趋均匀。据燃料种类或热值分类：单蓄热——适于油类、高热值煤气及含焦油粉尘的发生炉煤气双蓄热——适于清洁的低热值燃料（高炉煤气、转炉煤气）2021/5/9662021/5/9672.6点火装置与燃具安全保护装置2.6.1自动点火装置1、电热丝点火工作原理：利用电流将电阻丝加热至炽热状态，使通过它的可燃混合气流被点燃特点：可实现连续点火、点火可靠。2、电火花点火工作原理：利用点火装置产生的高压电在两电极间产生的电火花来点燃燃气。点火方式分类：单脉冲和连续脉冲3、小火点火工作原理：先用电火花或电热丝等方式点燃小流量的点火燃烧器，形成小火焰，再用小火焰对主气流点火。适用范围：在功率较大的各类工业燃烧器上2021/5/968单脉冲点火装置工作原理每按一次点火开关，点火装置只产生一个电脉冲火花。适用范围主要用于小负荷的民用灶具。点火装置分类压电陶瓷电子线路电子线路单脉冲点火装置绝缘陶瓷高压导线压电陶瓷撞锤机构单脉冲陶瓷点火装置2021/5/969连续电脉冲点火装置工作原理按点火开关，点火装置可连续不断地放出电脉冲火花。特点

操作方便，点火着火率可达100％。适用范围主要用于燃气热水器。点火装置分类可控硅式电压开关式燃气灶脉冲点火器2021/5/9702.6.2自动控制装置1、燃气压力控制器作用避免管路燃气压力波动，影响燃烧装置的运行工况——保持燃烧器入口压力稳定。调压器工作原理图1-气孔；2-重块；3-薄膜；4-阀芯；5-导压管设备燃气调压器适用范围多数燃气工业炉窑、燃气锅炉、热水器安装位置：炉前2021/5/9712、燃气流量控制器作用：保持燃烧器入口流量稳定。节流原理：节流元件前后的压差与通过的流量成正比。

流量控制器工作原理：节流孔板1后与前的压力，分别作用在薄膜的上、下两侧，靠流量改变时产生的压差变化推动阀芯。当燃气流量超过设定值时，孔板前后的压差增大，薄膜因上下负荷变化而向下移动，阀口燃气流通面积减小，从而使燃气流量减小至设定值。2021/5/972适用范围：鼓风式燃烧器上分类：气动、电动、液动及机械等比例混合调节装置3、燃气-空气比例混合调节器MB-VEF系列比例式燃气多功能组合调节器2021/5/973工作原理：当阀门1关小，空气量减少，阀1后压力降低，通过脉冲管8经喷嘴7使薄膜上部空间受力也降低。调压器阀芯上升，燃气量随之减少，从而使两者按设定的比例混合。气动比例调节装置气量比例的平衡压力是靠节流装置6来实现的。燃气压力（量）完全取决于空气压力（量）的变化，因此燃烧器的热负荷随空气压力而变——必须保证鼓风机供气压力稳定；否则，燃烧工况就无法保持稳定2021/5/9742.6.3安全控制装置目的：保证燃烧安全、可靠，发生异常时及时切断燃气，以避免事故的发生。1、预防燃气压力不足的安全装置目的：燃气压力不足，易熄火；燃气继续流出，会积聚形成爆炸混合物——及时关闭燃气。2021/5/975工作原理：

当燃气量不足而压力下降时，靠重块使阀芯下降，关闭燃气通路，同时关闭后面的旋塞。燃气通过小孔流出，薄膜下压力逐渐升高而将阀芯重新打开。当燃气流量足够，即阀芯开度足够大时，阀后压力足够大时，旋塞才能打开。这样，燃气才能重新通过安全装置。如果旋塞不关闭，就没有足够的压力顶开阀芯，安全装置处于关闭状态，从而提供了双重保险。构造：阀芯薄膜小孔呼吸孔重块旋塞防止燃气压力不足的安全装置2021/5/9762、预防空气不足的安全装置目的：当鼓风机发生故障，空气中断或空气不足时、可关断燃气。电流中断：电磁阀直接切断燃气；电流恢复：电磁阀开，燃气通过。其作用与鼓风机的风量、风压无关2021/5/9772021/5/9783)浓淡火焰对冲型低N02燃烧器头部——有两种火孔，布置成呈一定角度相对的形式。一火孔燃烧——可燃气体混合物中燃气过浓，另一火孔燃烧——混合气体中空气过浓。两种火焰——对冲、混合后，一方过剩的燃气就在另一方过剩的空气中得以完全燃烧。浓谈火焰各在偏离化学计量比的情况下燃烧——燃烧温度较低，可以较好地抑制NOx的生成。2021/5/9793、止回阀及安全切断阀鼓风式燃烧器上

止回阀

当空气压力>燃气压力时，为防空气逆流进入燃气管道中形成爆炸混合物，在燃气管道上可设止回阀。

安全切断阀

在燃烧器前的燃气管路上设压力传感器，当压力太高或太低时，安全切断阀动作，切断燃气。安全阀2021/5/9804、水—气联动安全装置（热水器中）作用

——避免水量不足造成干烧而损坏燃具。

——断水的同时，切断燃气通路。工作原理

靠水的压力或水流过阻力元件后形成的压力差把燃气阀打开，一旦停水，该压力或压力差消失，燃气阀关闭。导压管2021/5/9815、熄火保护装置作用当燃烧设备内的火焰熄灭时，能自动切断燃气，防止未燃气体继续进入燃烧设备，避免发生爆炸事故。装置分类——根据检测原理不同①热电式熄火保护装置②光电式熄火保护装置③火焰离子探针熄火保护装置2021/5/982①热电式熄火保护装置组成：热电偶—火焰传感元件；电磁阀—执行元件。分类：直接关闭、隔膜阀式直接关闭式的工作原理：按下气阀钮—同时产生的电

火花点燃长明火种—直到热电偶产生的电流能激励电磁阀的铁芯和衔铁保持吸合—松开气阀钮。常明火种熄灭或其他原因造成热电偶感热部分温度下降—热电偶产生的电流降低到一定值—电磁阀的铁芯和衔铁脱离，在弹簧力的作用下，电磁阀的密封垫切断燃气通路。气阀钮长明火种热电偶高压放电针电磁阀直接关闭式熄火保护装置2021/5/983隔膜阀式熄火装置工作原理基本同直接关闭式唯一不同之处：利用塑料隔膜来切断气路。热电式熄火保护装置的缺点热电偶的热惯性较大．尤其是在有辐射热的炉膛中熄火后很久也不会冷却，因此负荷较大的工业燃烧器上很少使用。2021/5/984②光电式熄火保护装置过去：接受红外线辐射的火焰检测元件——由于灼热炉膛