燃氣燃燒技術與設備-Chap11

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h第十章燃氣互換性華白數(shù)稱為華白數(shù)：(10-1)式中W——華白數(shù)，或稱熱負荷指數(shù)；H——燃氣熱值(kJ/Nm3)，按照各國習慣，有些取用高熱值，有些取用低熱值；s——燃氣相對密度（設空氣的s=l）。燃具熱負荷與華白數(shù)成正比：Q=KW(10-2)式中K——比例常數(shù)。廣義的華白數(shù)：(10-3)式中W1——廣義的華白數(shù)；——噴嘴前壓力(Pa)。當燃氣熱值、相對密度和噴嘴前壓力同時改變時，燃燒器熱負荷與廣義的華白數(shù)成正比：Q=K1W1(10-4)式中K1——比例常數(shù)。一次空氣系數(shù)α’就與華白數(shù)W成反比：(10-5)式中K2——比例常數(shù)。火焰特性對燃氣互換性的影響圖10-1燃燒特性曲線圖10-1燃燒特性曲線1-離焰曲線；2-回火曲線；3-黃焰曲線；4-CO極限圖10-2互換時燃具工作狀態(tài)的變化圖10-2互換時燃具工作狀態(tài)的變化圖10-3基準氣運行點的極限調(diào)整位置圖10-3基準氣運行點的極限調(diào)整位置圖10-4在人造燃氣中摻入各種氣體時回火傾向性的變化圖10-4在人造燃氣中摻入各種氣體時回火傾向性的變化第四節(jié)燃氣互換性的判定方法一、A.G.A.互換性判定法以a表示燃氣完全燃燒每釋放105kJ(100英熱單位)熱量所需消耗的理論空氣量：(10-6)式中——理論空氣需要量(Nm3/Nm3)；——燃氣高熱值(kJ/Nm3)；引入一次空氣因數(shù)f這個參數(shù)：(10-7)當置換氣與基準氣的a值相同時，成立：(10-8)當置換氣與基準氣的a值不同時，則成立：(10-9)由于一次空氣因數(shù)f與華白數(shù)W成反比，因此互換前后火孔熱強度q的變化應符合：(10-10)發(fā)現(xiàn)在燃燒器頭部溫度不變的情況下，所有離焰曲線都是相互平行的直線，其通式為：(10-11)式中q——火孔熱強度；——離焰時的一次空氣系數(shù)；m——直線斜率；K——離焰極限常數(shù)。圖10-5互換前后離焰工況的變化圖10-5互換前后離焰工況的變化以IL表示互換后火孔熱強度qs下的一次空氣系數(shù)α'與互換后qs下的離焰極限一次空氣系數(shù)α'sl之比，稱為離焰互換指數(shù)：(10-12)α'al可根據(jù)式(10-11)求得。將qa和α'al代入式(10-11)，得由于因此(10-13)互換后一次空氣系數(shù)α's與互換前一次空氣系數(shù)α'a之比應符合式(10-9)的關系：(10-14)(10-15)互換后火孔熱強度qs與互換前火孔熱強度qa之比應符合式(10-10)的關系：由于以基準氣調(diào)試時取qa=1，上式成為：(10-16)根據(jù)式(10-11)和式(10-16)，可求出α'sl：(10-17)將式(10-15)和式(10-17)代入式(10-12)，即得：(10-18)式中IL——離焰互換指數(shù)；Ka、Ks——基準氣和置換氣的離焰極限常數(shù)；fa、fs——基準氣和置換氣的一次空氣因數(shù)；aa、as——基準氣和置換氣完全燃燒每釋放105kJ(100英熱單位)熱量所需消耗的理論空氣量。通過A.G.A.控制燃燒器試驗，可得出各種單一氣體的離焰極限常數(shù)。多組分燃氣的離焰極限常數(shù)可按各組分的質(zhì)量成分用下式求得：(10-19)或(10-20)式中K——多組分燃氣（混合氣體）的離焰極限常數(shù)；K1、K2——各組分（單一氣體）的離焰極限常數(shù)；g1、g2——各組分的質(zhì)量成分；r1、r2——各組分的容積成分；s1、s2——各組分的相對密度；smix——多組分燃氣的相對密度。式(10-20)中各組分的K和s完全是各組分本身的特性，以F表示其乘積，稱為離焰常數(shù)：(10-21)將式(10-21)代人式(10-20)，得(10-22)實驗得出，離焰極限常數(shù)K與燃氣-空氣混合比為化學計量比時的燃燒速度Sn(cm/s)的關系為：Sn=1671gK+12(10-23)回火互換指數(shù)表達式：(10-24)式中IF一一回火互換指數(shù)；Ka、Ks一一基準氣和置換氣的離焰極限常數(shù)；fa、fs一一基準氣和置換氣的一次空氣因數(shù)；Hs一一置換氣高熱值(kJ/Nm3)圖10-6互換前后黃焰工況的變化黃焰互換指數(shù)：圖10-6互換前后黃焰工況的變化(10-25)互換后一次空氣系數(shù)與互換前一次空氣系數(shù)之比應符合式(10-9)的關系：將α'a=α'ay代入上式，得：(10-26)將式(10-26)代人式(10-25)，得:(10-27)式中IY——黃焰互換指數(shù)；fa、fs一一基準氣和置換氣的一次空氣因數(shù)；aa、as——基準氣和置換氣完全燃燒每釋放105kJ(100英熱單位)熱量所需消耗的理論空氣量；α'ay、α'sy——基準氣和置換氣的黃焰極限一次空氣系數(shù)。式(10-27)中的α'y值可用下式求得：(10-28)式中T1、T2……一一各單一氣體為消除黃焰而需的最小空氣量；r1、r2——各組分的容積成分；V0一一多組分燃氣的理論空氣需要量。修正后的ay值計算公式如下：(10-29)式中rin——燃氣中氮和二氧化碳的體積成分；rO2——燃氣中氧的體積成分。二、德爾布(Delburge)互換性判定法校正華白數(shù)W':W'=K1K2W(10-30)以圓形火孔為例，假定火孔截面速度場分布是均勻的，則內(nèi)焰高度為：(10-31)式中h——內(nèi)焰高度；r——火孔半徑；v——火孔氣流平均速度；Sn——燃氣-空氣混合物燃燒速度。由于比1大很多，因此式(10-31)可簡化為：(10-32)對于引射式大氣燃燒器，成立：(10-33)式中Vg——燃氣流量；R——燃氣一空氣混合物中空氣與燃氣的體積比；fp——火孔截面積。當燃燒器噴嘴前燃氣壓力不變時(10-34)(10-35)綜合式(10-32)、式(10-33)、式(10-34)和式(10-35)，得：(10-36)式中k1、k2——比例常數(shù)。德爾布經(jīng)過大量試驗數(shù)據(jù)的整理，確定該函數(shù)的形式如下：(10-37)式中Cp——燃燒勢；H2、CO、CH4、CmHn——燃氣中氫、一氧化碳、甲烷和碳氫化合物(除甲烷外)的體積成分；a、b、c、d——相應的系數(shù)；s——燃氣相對密度。在a、b、c、d四個系數(shù)中，有一個可以任選。德爾布選定a=1，然后在控制燃燒器上進行了一系列試驗，以確定其他系數(shù)。經(jīng)過多次修正，最后得出的燃燒勢計算公式如下：(10-38)式中k——各種CmHn的特定系數(shù)；u——由于燃氣中含氧量及含氫量不同而引入的系數(shù)；v——由于燃氣中含氫量不同而引入的系數(shù)。圖10-7德爾布互換圖圖10-7德爾布互換圖我國國家標準中采用的燃燒勢計算公式與式(10-38)不同，為簡化計算式：(10-39)其中K1——與燃氣O2含量有關的系數(shù)，；三、Weaver指數(shù)法熱負荷指數(shù)JH代表燃氣壓力不變時，置換前后的熱負荷變化，其值等于置換氣和基準氣的華白數(shù)之比：(10-40)式中、——分別為置換氣與基準氣的華白數(shù)(MJ/Nm3)；引射指數(shù)JA反映置換前后一次空氣系數(shù)的變化，計算式為：(10-41)式中、——分別為置換氣與基準氣的理論空氣量(Nm3/Nm3)；、——分別為置換氣與基準氣的相對密度(空氣為1)；回火指數(shù)的推導方法本質(zhì)上和AGA離焰指數(shù)是一致的，其最終表達式為：(10-42)式中S——為火焰速度指數(shù)，如下計算：(10-43)其中：——可燃組分的體積分數(shù)；——各可燃組分相應的火焰速度系數(shù)(表10-3)；——燃氣中惰性氣體的體積分數(shù)；——燃氣中O2的體積分數(shù)；表10-3單一氣體的火焰速度系數(shù)B和指數(shù)S可燃組分BSH2339100CO6118CH414814C2H277660C2H454529.6C2H630117C3H667430C3H839816C4H8——C4H1051316C6H692025脫火指數(shù)JL是對火焰速度和一次空氣系數(shù)進行經(jīng)驗關聯(lián)（假定火焰速度和一次空氣系數(shù)成線性關系），并考慮了燃氣中O2對理論空氣量的影響后提出。計算式為(10-44)CO生成指數(shù)JI也稱不完全燃燒指數(shù)，主要考慮一次空氣的供應對燃燒的影響，并增加了反映碳氫比的變量以與實驗數(shù)據(jù)相符。計算式為(10-45)式中R——燃氣中氫原子數(shù)與碳氫化合物中C碳原子數(shù)的比值。黃焰指數(shù)JY是對一次空氣系數(shù)進行經(jīng)驗修正，引入了與積碳相關的參數(shù)N后提出。計算式為：(10-46)式中N——每100個燃氣分子中燃燒時容易析出的碳原子數(shù)，其值等于烴分子中碳原子數(shù)減去飽和烴分子數(shù)。認為不飽和烴和環(huán)烴中每個碳原子均易析出，而每個飽和烴分子有一個碳原子不易析出。表10-4Weaver指數(shù)允許值指數(shù)完全互換極限值熱負荷JH=10.95~1.05引射空氣JA=1—回火JF=0<0.08脫火JL=1>0.64CO生成Ji=0<0黃焰JY=0<0.14表10-5PSE&G和AGA提出的Weaver互換性極限指數(shù)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第五節(jié)非燃燒類用