擴散式燃燒器主要尺寸和運行參數(shù)的計算

1、擴散式燃燒器主要尺寸和運行參數(shù)的計算如本章第一節(jié)所述，燃燒裝置與器具的類型很多。本節(jié)重點介紹氣體燃料典型燃燒器主要尺寸和運行參數(shù)的確定與計算。6.4.1.1 管式擴散燃燒器的計算管式擴散燃燒器結(jié)構(gòu)主要尺寸和運行參數(shù)的確定與計算，是以動量定理、連續(xù)性方程及火焰的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，以確定燃燒器的火孔直徑、火孔數(shù)目、頭部燃氣分配管截面積及燃燒器前燃氣所需要的壓力等，其計算步驟如下：1)選擇火孔直徑dp，及間距S 一般取dp=14mm，火孔太大不容易燃燒完全，火孔太小容易堵塞：火孔間距S，一般取S=(813)dp，以保證順利傳火和防止火焰合并為原則。2)火孔熱強度的選擇和火孔出口速度vp的計算 火孔熱強度

2、qp的選擇應根據(jù)火孔直徑大小和燃燒不同性質(zhì)燃氣種類對火焰狀況的影響分析選擇。在此基礎(chǔ)上，再按式(6-91）計算火孔出口速度vp：（6-91）式中 vp為火孔出口速度，Nm/s；qp為火孔熱強度，kW/mm2；HL為燃氣低熱值，kJ/mm3。3)計算火孔總面積Fp（6-92）式中 Fp為火孔總面積，mm2；Q為燃燒器熱負荷，kW。4)計算火孔數(shù)目n（6-93）5)計算燃燒器頭部燃氣分配管截面積Fg為使燃氣在每個火孔上均勻分布，以確保每個火孔的火焰高度一致，通常頭部截面積不小于火孔總面積的2倍，即（6-94）6)計算燃燒器前燃氣所需要的壓力H通常燃氣在頭部流動的方向與火孔垂直，故燃氣在頭部的動壓不

3、能利用，這時頭部所需要的壓力h為：（6-95）式中 h為燃燒器頭部所需燃氣壓力，Pa；p為火孔流量系數(shù)，與火孔結(jié)構(gòu)有關(guān)：在管子上直接鉆孔時，p=0.650.70。對于直徑小，而孔深淺的火孔，p取較小值，反之亦然；g為燃氣密度，kg/Nm3； Tg為火孔前燃氣溫度，K；h為爐膛壓力，Pa。當爐膛為負壓時，h取負值。為保證火孔的熱強度，即保證火孔出口速度vp，燃燒器前燃氣壓力必須等于頭部所需的壓力h，故H=h。若Hh，可用閥門或一節(jié)流圈減壓?！纠?-7】 設(shè)計一直管式擴散燃燒器已知：燃氣熱值HL=16850kJ/Nm3，燃氣壓力H=800Pa，燃氣密度g=0.46kg/Nm3，火孔前燃氣溫度Tg=

4、308K，燃燒器熱負荷Q=23.4kW，爐膛壓力h=O。【解】1)選擇火孔直徑dp=2mm，火孔間距S=8d0=16mm。2)選取火孔熱強度qp=0.5kW/mm2，然后按式(6-91)計算火孔出口速度：3)按式(6-92)計算火孔總面積：4)按式(6-3)計算火孔數(shù)目：5)按式(6-94)計算頭部燃氣分配管截面積：頭部燃氣分配管內(nèi)徑：6)按式(6-95)計算燃燒器所需壓力，取P=O.77)設(shè)計為一直管式擴散燃燒器，則火管長Lp為6.4.1.2 鼓風式擴散燃燒器的計算鼓風式擴散燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸及運行參數(shù)的確定與計算與自然引風式擴散燃燒器不同之處是燃燒所需空氣靠強制鼓風供給。故此燃燒器的燃燒強度與

5、火焰長度均由燃氣與空氣的混合強度決定。所以，燃燒器的計算內(nèi)容就包括空氣系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)兩部分。下面介紹鼓風式蝸殼燃燒器的設(shè)計計算步驟。(1)空氣系統(tǒng)的計算1)計算空氣通道面積Fp和直徑Dp（6-96）式中 Fp為空氣通道面積，m2；Q為燃燒器熱負荷，kW；qp噴頭熱強度，kW/m2。通常取qp=(3540)kW/m2。2)確定蝸殼結(jié)構(gòu)比ab/Dp2 蝸殼式燃燒器供給空氣的形式分等速蝸殼供氣和切向供氣兩種，如圖6-62所示：目前以等速蝸殼供氣應用較多?？諝獾男D(zhuǎn)程度與蝸殼結(jié)構(gòu)比有關(guān)：ab/Dp2 越小，空氣的旋轉(zhuǎn)程度就越大，但阻力損失也將增大，通常卑ab/Dp2 =0.250.40。圖6-62 蝸

6、殼式燃燒器供空氣的形式（a）等速蝸殼供氣；（b）切向供氣3)確定空氣實際通道的寬度 由于空氣的旋轉(zhuǎn)，空氣在通道內(nèi)是呈螺旋形向前流動的。因此，在圓柱形通道中心形成了個回流區(qū)。又由于回流區(qū)的存在，使空氣并非沿整個圓柱形通道向前流動，而是沿邊緣環(huán)形通道向前流動，其環(huán)形通道的寬度可按下式計算：式中 為環(huán)形通道寬度，cm；（6-98）式中，為環(huán)行通道寬度，cm；Dbf為回流區(qū)直徑，cm。4)計算空氣的實際流速a空氣在環(huán)形通道內(nèi)呈螺旋形流動，其流動速度按下式計算：（6-99）式中 va為空氣螺旋運動的實際速度，m/s；為過?？諝庀禂?shù)；V0為燃氣燃燒理論空氣需用量，Nm3/Nm3Lg為燃氣耗量，Nm3/h；

7、Tg為空氣溫度，K；為空氣螺旋運動的平均上升角，其值與蝸殼供氣方式有關(guān)。5)計算燃燒器前空氣所需的壓力Ha（6-100）式中Ha為燃燒器前空氣所需的壓力，Pa；為空氣人口動壓下的阻力系數(shù)，其值與供氣方式和蝸殼結(jié)構(gòu)比有關(guān)：對于蝸殼供氣，當ab/Dp2 =0.35時，=2.82.9對于切向供氣，當ab/Dp2 =0.35時，=1.82.0vin為燃燒器人口的空氣流速，m/s；且（6-101）式中 a、b為空氣人口幾何尺寸，mm；(2)燃燒系統(tǒng)的計算合理的燃燒器結(jié)構(gòu)應使燃氣射流均勻分布在空氣流中，應嚴格防止燃氣射流在空氣流中相互重疊，否則會使燃氣-空氣混合過程惡化。1)計算燃氣分配室截面積Fg（6-

8、102）式中 Fg為燃氣分配室截面積，mm2；vg為燃氣分配室內(nèi)燃氣流速，m/s，一般vg=1520m/s。2)計算旋空氣流中燃氣射流的穿透深度 燃氣孔口一般排成兩列，于是可得h2=0.36(6-103)h1=0.13(6-104)式中 h1、h2分別為燃氣孔口第一、第二排的射流穿透深度，mm；為回流區(qū)環(huán)形道邊寬度，mm。3)計算每排燃氣孔口的最大數(shù)目Zmax和孔口直徑d2(d2為大直徑孔口的直徑)(6-105)式中 (Dp-2h2)為燃氣射流穿透深度為h時，每排燃氣射流軸心所在圓的周長，mm；S2為燃氣射流穿透深度時的射流間距，通常取S2=2.5h2，mm。(6-106)式中 Ks為系數(shù)，與

9、孔口相對間距S/d有關(guān)，可通過查Ks與S/d關(guān)系圖求得：F為壓縮系數(shù)(在標準狀態(tài)下)；Z2為大直徑孔口的數(shù)目，個。4)計算燃氣孔口的出口速度vg(6-107)5)計算燃氣孔口的總面積F(6-108)6)計算燃燒器前燃氣所需壓力Hg(6-109)式中 Hg為燃燒器前燃氣所需壓力，Pa；H為壓縮系數(shù)(考慮了然氣的可壓縮性面引入的校正值)；g為燃氣孔口流量系數(shù)。【例6-8】 計算一邊緣供燃氣的鼓風式蝸殼擴散燃燒器的結(jié)構(gòu)尺寸和運行參數(shù)。已知：燃氣耗量Lg=200Nm3/h，燃氣熱值HL=36000kJ/Nm3，燃氣密度g=0.70kg/m3，理論空氣需用量V0=9.4Nm3/Nm3，燃氣溫度Tg=29

10、3K，空氣溫度Ta=293K，過?？諝庀禂?shù)=1.1(采用蝸殼供氣)?！窘狻?空氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸和運行參數(shù)計算：1)計算空氣通道面積FP和直徑Dp，取qp=35103kW/m2，則取Dp=250mm取蝸殼結(jié)構(gòu)比ab/Dp2 =0.35，并取b=Dp=250mm則2)計算環(huán)形通道寬度及空氣實際速度va當ab/Dp2 =0.35時，由表6-10查得回流區(qū)直徑Dbf為按式（6-98）計算的環(huán)形通道寬度為當ab/Dp2 =0.35時，由表6-10查得=29度，則實際空氣流速va為3)計算空氣入口速度vin4)計算燃燒器前所需空氣壓力Ha取阻力系數(shù)=2.9，則燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸和運行參數(shù)計算：1)計算燃氣分配

11、室截面積Fg取vg=15m/s，則2)計算旋轉(zhuǎn)空氣流中燃氣射流的穿透深度h1、h23)計算大直徑孔口在射流穿透深度時射流間距S2和大直徑孔口數(shù)目Z2和直徑d2取Z2=10個取F=0.98，Ks=1.7，則大直徑孔的直徑d2為4)計算燃氣出口速度vg和孔口的總面積F5)計算燃燒器前燃氣所需壓力 Hg取H=0.94，g=0.7大氣式燃燒器主要尺寸和運行參數(shù)的計算由于大氣式燃燒器的構(gòu)造是由頭部和引射器兩部分組成，故結(jié)構(gòu)尺寸和運行參數(shù)也應分別計算。(1)大氣式燃燒器頭部計算大氣式燃燒器頭部計算應以火焰?zhèn)鞑ズ腿紵€(wěn)定理論為計算基礎(chǔ)。在選定頭部形式及火孔形狀的前提下，對頭部火孔尺寸、間距、孔深、火孔捧數(shù)、

12、火孔熱強度、火孔總面積、二次風截面積及火焰高度應進行計算。1)火孔尺寸可根據(jù)文獻9中表8-1選定，火孔間距及火孔排數(shù)可根據(jù)文獻9選定。2)頭部火孔熱強度qp的計算 火孔熱強度是火孔燃燒能力大小的指標：燃氣性質(zhì)、一次空氣系數(shù)及火孔尺寸均對火孔燃燒能力產(chǎn)生影響，且：（6-110）式中 qp為火孔熱強度，kW/mm2；HL為燃氣低熱值，kJ/mm3；為一次空氣系數(shù)；V0為理論空氣需用量，Nm3/Nm3；vp為火孔出口氣流速度，Nm/s。3)頭部靜壓力h的計算 為保證在選定的火孔出口速度和火孔熱強度，燃氣和空氣混合物在頭部必須具有一定的靜壓力，以克服混合物從頭部逸出時的能量損失。而能量損失包括混合物流

13、動阻力損失、氣體加熱膨脹而產(chǎn)生氣流加速的能量損失及火孔出口動壓頭損失三部分，故頭部靜壓力h為：（6-111）式中 h為燃燒器頭部的靜壓力，Pa；h1為流動阻力損失，Pa；h2為氣體膨脹而產(chǎn)生氣流加速的能量損失，Pa；h3為火孔出口動壓頭損失，Pa；K1為頭部的能量損失系數(shù)，且式中 p為火孔阻力系數(shù)；t為棍合氣通過火孔被加熱的溫度，；omix為燃氣-空氣混合物的密度，kg/Nm3。且式中 S為燃氣的相對密度(空氣=1)；u為質(zhì)量引射系數(shù)。4)敞開燃燒的大氣式燃燒器二次空氣口截面積F的計算（6-112）式中 F為二次空氣口的截面積，mm2；Q為燃燒器的熱負荷，kW。5)火焰高度的計算 大氣式燃燒器

14、燃氣燃燒時的火焰有明顯的內(nèi)、外焰錐，故其火焰高度有內(nèi)、外錐焰之分?；鹧娓叨韧ǔＳ脤嶒瀮x器測定，也可根據(jù)經(jīng)驗公式計算：（6-113）式中 hic為火焰的內(nèi)錐高度，mm；fp為一個火孔的面積，mm2；qp為火孔熱強度，kW/mm2；K為系數(shù)，與燃氣性質(zhì)和一次空氣系數(shù)有關(guān)。（6-114）式中 hoc為火焰外錐高度，mm；n為火孔排數(shù)；n1為表示燃氣性質(zhì)對外錐焰高度影響的系數(shù)：對于丁烷，當dp=2mm時，nl=0.5；對于天然氣，當dp=3mm時，n1=0.6；對于焦爐煤氣，當dp=4mm時，n1=0.770.79。S為表示火孔凈距對火焰外錐高度影響的系數(shù)。(2)大氣式燃燒器引射器的計算引射器的計算是

15、以動量定理、連續(xù)性方程及能量守恒定律為基礎(chǔ)，主要對混合管進行計算。1)引射器出口的靜壓力hh=h1+h2（6-115）式中 h為引射器出口的靜壓力，Pa；h1為混合管中恢復的靜壓力，Pa；h2為擴壓管恢復的靜壓力，Pa。2)引射器混合管的摩擦阻力損失hmix的計算（6-116）式中 hmix為引射器混合管的摩擦阻力損失，Pa；mix為引射器中混合氣的密度，kg/Nm3；v3為引射器喉部混合氣的速度，m/s；mix為引射器中混合氣的摩擦阻力系數(shù)，且（6-117）式中 為摩擦系數(shù)；dt為混合管喉部直徑，mm；lmix為混合管長度，mm。 3)對低壓大氣式燃燒器噴嘴燃氣流量Lg、噴嘴截面積Fj及噴嘴直徑d的計算由于燃燒器處于低壓下工作，故不考慮氣體的可壓縮性，且（6-118）式中 Lg為引射器噴嘴(圓形)的燃氣流量，Nm3/h；為噴嘴流量系數(shù)，可用實驗方法求得；d為圓形噴嘴直徑，mm；H為燃氣壓力，Pa；S為燃氣相對密度(空氣=1)；Q為燃燒器熱負荷，kW；Hl為燃氣低熱值，kJ/Nm3。（6-119）式中 Fj為噴嘴截面積，cm2。（6-120）4)引射器的質(zhì)量引射系數(shù)u（6-121）式中 u為質(zhì)量引射系數(shù)?！纠?-9】 計算大氣式燃燒器頭部的火孔總