全預混燃燒課件

第四章全預混燃燒技術一、燃氣全預混燃燒的特點1.燃氣全預混燃燒是指燃氣在燃燒器前與足夠的空氣進行充分混合，在燃燒的過程中不再需要供給空氣的燃燒方式。全預混燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，燃燒室容積熱強度很高，一般可達28~56x103kW/m2或更高，且能在很小的過?？諝庀禂?shù)下達到完全燃燒（通常α=1.05~1.1），幾乎不存在化學不完全燃燒現(xiàn)象。因此，燃燒溫度很高，但火焰穩(wěn)定性較差，易發(fā)生回火。為防止回火，應盡可能使氣流速度場均勻，保證在最低負荷下燃燒器上各點的氣流速度均大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?。同時，氣流分布均勻也保證了燃燒器表面火焰的均勻，避免在燃燒器表面上火焰過長，接觸到換熱器表面導致不完全燃燒。2.全預混燃燒方式有效降低污染物的排放1）全預混燃燒降低了氮氧化物的排放首先，全預混燃燒不產(chǎn)生燃料型氮氧化物；其次，全預混燃燒不產(chǎn)生快速型氮氧化物；最后，全預混燃燒降低了溫度型CompanyLogo氮氧化物的生成濃度。2）全預混燃燒降低了CO濃度由CO的生成機理可知，CO是由含碳燃料氧化而產(chǎn)生的一種中間產(chǎn)物，燃料中最初所含有的碳都將先被氧化成CO，再進一步被氧化成CO2。實驗證明，在火焰溫度下，如果有充分的氧氣和停留時間，CO的濃度就會在反應之后降至很低的程度。由于全預混燃燒在燃燒前已經(jīng)完成了燃氣與過?？諝獾木鶆蚧旌?，可以在很大程度上保證每一個燃氣分子周圍都有充分的氧氣分子存在。因此全預混燃燒的CO排放濃度很低。CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo對流換熱的概念對流換熱是指流體流經(jīng)固體時流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象。對流換熱是指流體與固體表面的熱量傳輸。對流換熱是在流體流動進程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是依靠流體質(zhì)點的移動進行熱量傳遞的，與流體的流動情況密切相關。當流體作層流流動時，在垂直于流體流動方向上的熱量傳遞，主要以熱傳導（亦有較弱的自然對流）的方式進行。對流換熱與熱丟劉不同，既有熱對流，也有導熱；不是基本傳熱方式。對流換熱的特點：(1)導熱與熱對流同時存在的復雜熱傳遞過程。(2)必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運動；也必須有溫差。輻射換熱的概念兩個溫度不同且互不接觸的物體之間通過電磁波進行的換熱過程，是傳熱學的重要研究內(nèi)容之一CompanyLogo考慮到燃燒的穩(wěn)定性，燃燒器火孔熱強度應適當。以某一個24kW天然氣全預混燃燒器為例，使用不銹鋼圓筒形燃燒頭，其火孔總面積為1175.8mm2，則其火孔熱強度為：再如，另一個金屬纖維表面的全預混燃燒器，輸入功率為33.5kW，金屬纖維表面積為37680mm2，則計算得到燃燒器表面熱強度為0.89W/mm2。CompanyLogo2）機械式燃氣/空氣比例控制技術。目前在冷凝式燃氣壁掛爐中廣泛使用的是第二種技術，即利用風壓變化自動調(diào)節(jié)燃氣流量的機械式燃氣/空氣等比例控制技術，原理圖如下：機械式燃氣/空氣等比例調(diào)節(jié)技術2.風機的選擇1）風機所用的電機燃燒器上的風機使用的電機一般有三種形式：罩極式電機、通用電機和無刷直流電機。CompanyLogo罩極式電機的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單和價格低廉，但其操作效率低（一般只有20%~40%），且只有1~2檔速度，其套筒軸承的工作壽命大約只有25000h。通用電機的速度很高，通?？梢允褂猛饧涌刂破鲗λ俣冗M行控制，但其內(nèi)部電刷的壽命一般只有10000h。另外，射頻干擾（RFI）使其在某些場合的使用受到限制。RFI是射頻干擾（RadioFreqencyInterference）的英文簡寫。射頻是一種高頻交流電,也就是通常所說的電磁波.射頻干擾就是電磁波所帶來的干擾.如兩個頻率相差不多的電磁波會同時被接收機接收造成干擾.在離發(fā)射臺近的地方會有諧波干擾.干擾其他的接收設備.發(fā)射相同頻率的電磁波可干擾敵人的電臺.無刷直流（BLDC）電機使用低壓直流電源（12V~48V）。新型的設計集成了全橋整流電路部分，將交流電壓（220V）直接轉(zhuǎn)換為電機需要的直流電壓。BLDC電機的操作效率高，一般可達60%~85%，電機的壽命可達40000h。但缺點就是價格很高。CompanyLogo另外，由于是用于全預混燃燒系統(tǒng)，因此從防爆的角度考慮，風機采用抗靜電葉輪。這種風機比普通型壁掛爐中使用的風機具有更高的揚程，因為在冷凝式壁掛鍋爐中使用鼓風式全預混燃燒系統(tǒng)要克服比普通型壁掛爐更高的阻力；其次，燃氣比例調(diào)節(jié)閥在工作時需要較高的空氣壓力驅(qū)動。四、文丘里型混合器在全預混燃燒系統(tǒng)中，一般采用文丘里混合裝置來保證燃氣與空氣的充分混合。燃氣與空氣的混合可以在風機出口進行（后預混），也可在風機入口進行（前預混）。1.后預混型文丘里混合器CompanyLogo上圖為混合氣的結(jié)構(gòu)，空氣流過文丘里混合氣，將在文丘里管喉部產(chǎn)生負壓，燃氣從文丘里管喉部進入后與空氣混合。在文丘里管入口處設有取壓環(huán)室，取出的靜壓用于控制燃氣調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)燃氣流量與空氣流量的同步調(diào)節(jié)，并保持恒定比例，后預混式混合器的負荷調(diào)節(jié)范圍一般為1：5。下圖給出了兩種不同型號混合氣的特性曲線。從曲線上可以看出，當提高風機進口壓力時，在保持混合比不變的情況下增大了負荷。文丘里混合氣安裝在風機出口。CompanyLogo后預混方式與前預混方式相比，由于是在風機出口處混合，因此對風機的防爆要求比前預混低。CompanyLogo混合器一側(cè)的空氣吸入口3的開度可通過調(diào)節(jié)環(huán)4進行調(diào)節(jié)，其完全打開時，對應混合器所能適用的最大輸入功率；當其完全關閉時，對應混合器所能適用的最小輸入功率。最大和最小輸入功率與燃燒裝置的特性密切相關。CompanyLogo下面的曲線圖給出了在燃燒裝置不同的額定輸入功率下，且燃氣進口壓力降為50Pa時的文丘里混合裝置的調(diào)節(jié)范圍。CompanyLogo1）文丘里混合器的恒混合比原理：根據(jù)伯努利方程，流過文丘里混合器的空氣流量為：CompanyLogo式中Va——空氣流量，m3/hа——文丘里混合器流量系數(shù)Aa——文丘里混合器過流面積，m2Pa1——文丘里混合器前靜壓，PaPa2——文丘里混合器喉部靜壓，Paρa——空氣密度，kg/m3Ka——混合器阻力系數(shù)。進入文丘里混合管的燃氣流量為：式中Vg——燃氣流量，m3/hβ——燃氣噴嘴流量系數(shù)Ag——燃氣噴嘴面積，m2Pg——燃氣噴嘴前靜壓，PaPa2——文丘里混合器喉部靜壓，Paρg——燃氣密度，kg/m3Kg——噴嘴系數(shù)。CompanyLogo1-燃氣進口；2-安全電磁閥；3-調(diào)節(jié)閥；4、6、9-聯(lián)通孔；5-伺服電磁閥；7-指揮閥；8-指揮閥膜片；10-調(diào)節(jié)閥膜片；11-比例調(diào)節(jié)閥；12-鼓風壓力信號管；13-燃氣噴嘴；14-空氣進口；15-文丘里混合器；16-混合氣（燃氣+空氣）出口；17-零點調(diào)節(jié)螺絲；18-比例調(diào)節(jié)螺絲CompanyLogo當需要提高燃燒負荷時，首先提高風機轉(zhuǎn)速，使風量增加，此時文丘里混合器入口靜壓Pa1增加，經(jīng)空氣取壓管12，使得膜片8上側(cè)壓力增加，指揮閥的閥口7被關小。其結(jié)果使得原經(jīng)過指揮閥閥口7、聯(lián)通孔6的燃氣泄流阻力增加，進而使得經(jīng)聯(lián)通孔9導入調(diào)節(jié)閥膜片10下側(cè)的壓力增加，調(diào)節(jié)閥3被開大，燃氣流量增加，此時建立的壓力平衡關系為：Pint=調(diào)節(jié)閥膜片10下側(cè)壓力=膜片8下側(cè)壓力=膜片8上側(cè)壓力Pa1+彈簧力Os即：Pint=Pa1+Os由于在變負荷過程中膜片8上側(cè)彈簧的位移很小，因此認為彈簧的彈性力Os恒定不變。由式（3-4-1）可知，此時無論風量如何變換（Pa1變換），均能保持Pint與Pa1的比例關系。通過零點調(diào)節(jié)螺絲17可以改變Os值，稱為“零點遷移”，如下圖所示。CompanyLogo前預混系統(tǒng)與后預混原理基本相同。前預混系統(tǒng)所使用的文丘里型混合器安裝在風機入口，文丘里管的前壓Pa1為大氣壓，即Pa1=0。因此，無需空氣取壓管，閥上的取壓口位置直通大氣即可。Pa2為文丘里混合器出口壓力，即風機進口壓力，運行原理與后預混相同。CompanyLogoCompanyLogo2）使煙氣產(chǎn)生強烈的紊流。對于提高傳熱系數(shù)，它的作用與方法一是相同的，目的是打破煙氣通道中的溫度梯度。使用矩形（或扁圓形）不銹鋼管盤成螺旋形，煙氣從螺旋形的中心，通過螺旋間距只有0.8mm的狹長縫隙徑向沖刷不銹鋼螺旋管。煙氣在這些縫隙中形成薄片狀層流，大大提高了傳熱系數(shù)。煙氣經(jīng)過36mm長的縫隙，溫度即可從較高溫度被降到50℃CompanyLogo2.換熱器中的煙氣流程CompanyLogo上圖中所示為煙氣在不銹鋼徑向換熱器中的流程，換熱器被絕熱隔板分割成兩部分，相當于將換熱器分為一級換熱與二級換熱。在一級換熱中，煙氣從中心沿徑向向外沖刷盤管；二