扩散式燃烧器简易版Word下载.docx

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燃气在一定压力下进入管内，经火孔逸出时，相当于多股自由射流与周围空气扩散混合，经点火后，进行扩散燃烧。

其结构十分简单，但管内燃气压力不易均匀，火焰高度不一。

图3-6-1管式扩散燃烧器

　　（a）直管式；

（b）排管式；

（c）环管式；

（d）涡卷管式

　　排管燃烧器示于图3—6—1（b）。

它是由若干根钻有火孔的小管焊在一根集气管上制成的。

为了使燃烧所需的空气相对每一个火孔都畅通，要求排管间的净距离为其外径的0．6～1.0倍。

　　环管燃烧器示于图3—6—1（c）。

其头部呈环状，燃气压力分布较均匀，火焰高度较整齐。

　　图3—6—1（d）为涡卷管式燃烧器，其头部为若干根钻有火孔的涡卷形管子焊在一根集气管上。

这样，火孔布满了整个圆面，而且每个火焰都能充分接触空气，燃烧较完全。

火管一般由内径φ4～8mm的铜管或钢管制成，集气管的内截面积应大于各火管内截面积之和。

　　2．撞焰式扩散燃烧器

　　如图3—6—2所示，采用两个扩散火焰相撞的方法来加强气流扰动，强化燃气与空气的混合，从而提高燃烧稳定性和强化燃烧过程，提高燃烧温度。

两个火焰喷出方向的夹角θ一般为50°

～70°

，两根火管的中心距约为其外径的两倍。

为使燃气均匀地分布在各火孔上，火孔总面积必须小于管子截面积。

　　3．薄焰式扩散燃烧器

　　这种燃烧器的火孔一般用陶瓷制成，呈扇状扩散缝。

其火焰极薄，形似鱼尾，如图3—6—3所示，由于增加了火焰与空气的接触面积，使燃烧完全而稳定。

　　图3-6-2撞焰式扩散燃烧器

　　1-分配管；

2-管状火孔

　　图3-6-3薄焰自燃通风式扩散燃烧器

　　4．炉床式扩散燃烧器

　　这种燃烧器，主要用于小型燃煤锅炉改烧燃气。

其构造如图3—6—4，由直管式扩散燃烧器和火道组成。

该燃烧器工作时，空气靠炉内负压吸入，咀可用鼓风机供给。

燃气经火孔逸出后与空气成一定角度相遇，进行紊流扩散燃烧。

图3-6-4单管炉床式扩散燃烧器

　　1-炉箅；

2-火管；

3-砖隙

　　除上述几种型式外，自然引风扩散式燃烧器还有孔罩式、多缝式等。

（二）特点和应用范围

　　自然通风式扩散燃烧器结构简单，制造方便，容易点火，操作简单，便于调节；

燃烧火焰不会回火，燃烧稳定；

热负荷调节范围大，对烟气压力无特殊要求；

不需要鼓风，节省电能。

　　但一般燃烧热强度低，火焰长，需要较大的燃烧室；

容易产生不完全燃烧，甚至出现冒黑烟；

需较高的空气过剩系数（α=1.2～1.6），燃烧温度低，徘烟热损失较大。

这种燃烧器适用于湿度要求不高的设备。

　　二、鼓风式扩散燃烧器

　　在鼓风式扩散燃烧器中，燃气燃烧所儒的全部空气由鼓风机一次供给，这时燃烧强度与火焰长度均由燃气与空气的混合强度决定。

　　鼓风式扩散燃烧器主要由配风器、燃气分流器以及火道组成，如图3—6—5所示。

空气由鼓风供给，在配风器作用下，与从分流器流出的燃气混合，并进入火道或直接进入炉膛燃烧。

　　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。

例如，将燃气分成很多细小流束射人空气流中，或采用空气旋流等。

　　根据强化混合所采取的措施及对火焰的要求，鼓风式扩散燃烧器可分为套管式、旋流式、平流式等。

　　图3-6-5鼓风式扩散燃烧器示意图

　　1-配风器；

2-燃气分流器；

3-火道

　　1．套管鼓风式扩散燃烧器

　　在鼓风式扩散燃烧器中，应用最广泛，结构最简单，使用最可靠的是套管式燃烧器。

它由大管套小管组成，通常燃气从中间一根或数根小管流出，空气从大管子与小管子的夹套中流出。

两者在火道或燃烧室内边混合边燃烧。

　　圆套管式燃烧器，如图3—6—6。

它适用各种低压燃气，燃烧稳定；

但燃气与空气混合缓慢，火焰较长，需要较大的燃烧空间。

　　图3-6-6套管式燃烧器　　此外，还有扁套管式燃烧器，由一个扁火孔套着三根燃气管组成，如图3—6—7所示。

喷出的火焰呈扇状，适用于以炉底加热为主的锻工炉等。

　　还有群管式燃烧器、台式工灯等，使扩散燃烧过程能满足不同的工艺要求。

　　2．旋流式燃烧器

　　其结构特点是燃烧器本身带有旋流配风器，往往采用的是蜗壳或者是导流叶片。

空气在配风器作用下产生旋流，燃气则从分流器的喷孔或缝隙中喷出，二者强烈混合进入火道或炉膛中燃烧。

　　根据旋流器的结构和供气方式，这种燃烧器可做成多种形式。

如导流叶片旋流式燃烧器，可分为轴向叶片旋流和切向叶片族流，其中又都有中心供燃气和周边供燃气两种不同结构，如图3—6—8为中心供气导流叶片式。

　　图3-6-7扁套管式燃烧器

　　图3-6-8中心供气导流叶片旋流式燃烧器

　　1-节流圈；

2-导流叶片；

3-燃气旋流器；

4－喷口

　　空气以2000Pa的压力供入，经过导流叶片2形成旋流，并与中心孔口流出的燃气进行混合，然后经喷口4进入火道或燃烧室继续进行混合和燃烧。

使用人工燃气时，其压力约为800Pa；

使用天然气时，其压力约为3000Pa。

当使用天然气时，中心孔口需安装燃气旋流器，使燃气也形成旋流，以加强气流混合。

　　此外，还有蜗壳旋流式，分中心供燃气蜗壳旋流式（如图3—6—9）及周边供燃气蜗壳旋流式等。

　　3．平流式燃烧器

　　这种燃烧器在风道中心装有稳焰器。

稳焰器可以是一个直径较小的轴向叶片旋流器，也可以是1到2块多孔板等。

稳焰器能使一小部分空气形成旋流或低速回流，以稳定火焰；

大部分空气则平行流动，以较高的流速进入火道与燃气混合燃烧。

与旋流式比较，平流燃烧器更合理地组织了空气流动，空气通道阻力小，鼓风耗电也少。

　　多孔板式有单块和双块，这类燃烧器包括多孔板式、多枪式、文丘里管式等。

图3—6—10所示为单块多孔板子流式燃烧器。

燃气从中心管一端上的16个切向方孔喷出，大部分空气经导流片从周边流出与燃气混合，而少部分空气则经多孔稳焰板流出，空气与燃气混合后进入火道或炉膛燃烧。

由于通过小孔的空气产生紊流，形成了局部低速回流，使燃烧火焰稳定，火焰呈黄色，有较强辐射能力。

　　图3-6-9中心供气蜗壳旋流式燃烧器

　　1-调风板手柄；

2-观火孔；

3-蜗壳；

4-圆柱形空气通道；

5-燃气分配室；

6-火道

　　图3-6-10单块多孔板平流式燃烧器

（二）鼓风式燃烧器的特点和应用范围

　　鼓风式燃烧器热负荷调节范围大，调节系数一般大于5％，单体热负荷大时燃烧器结构紧凑；

可以预热空气或燃气，预热温度甚至可接近燃气着火温度，这对高温工业炉是很必要的；

可利用低压燃气；

能适应正压炉膛；

容易实现煤粉—燃气、油—燃气联合燃烧。

　　但它需要鼓风，消耗电能；

燃烧室容积热强度通常比完全预混燃烧器小，火焰较长，因而需要较大的燃烧室容积；

一般情况下，本身不具备燃、空混合比的自调性，需配置调节装置。

　　根据上述特点，鼓风式燃烧器主要用于各类工业炉及锅炉。

　　三、扩散式燃烧器的设计计算

　　如图3—6—5，鼓风式扩散燃烧器主要由配风器、燃气分流器及火道组成。

旋流配风器的结构有蜗壳和导流叶片两种。

下面以边缘供气蜗壳式燃烧器为例，阐述这类燃烧器的设计计算方法。

（一）空气系统计算

　　1．计算空气通道面积Fp

　　式中Q——燃烧器热负荷，kW；

　　Qp——喷头热强度，通常QP=（35～40）×

103

　　，kW/m²

　　2．确定蜗壳结构比

　　蜗壳供气的型式如图3—6—11，进风管截面积与蜗壳内圆直径平方之比即

称为蜗壳结构比。

它直接影响空气的旋流程度，a值越小，蜗壳结构比就越小，空气流相对于燃烧器中心轴线的力矩越大，旋转加剧，加快了气流混合，燃烧火焰亦短；

但阻力损失也将增大。

所以蜗壳结构比也不宜过小，通常取为0．35～0．4。

根据结构比，就可确定蜗壳尺寸。

　　图3-6-11蜗壳供气型式

　　（a）等速蜗壳供气；

（b）切向蜗壳供气

　　3．确定空气实际通道的宽度△

　　由于空气流的旋转，它在通道内是螺旋向前的，这样中心出现一个回流区，它是一个稳定的，强烈点火源。

　　所以，空气的实际通道只是沿着边缘的环形通道，其宽度，

　　式中Dbf——回流区直径，cm。

　　回流区的尺寸与蜗壳结构有关，可按表3—6—5确定。

　　表3-6-5蜗壳供气时的回流区尺寸

4．计算空气的实际流速va

　　空气在环形通道内螺旋运动，实际流速：

　　式中β——空气螺旋运动的平均上升角。

β值与蜗壳结构有关，可按表3—6—6确定。

空气螺旋运动的气流轴线与燃烧器轴线的交角为90°

-β

　　表3-6-6空气螺旋运动的平均上升角β　　5．计算燃烧器前空气所需的压力Ha

式中ζ——空气入口动压力下的阻力系数。

当蜗壳结构系数

　　=0.35时：

对等速蜗壳供气ζ=2．8～2．9；

对切向供气ζ=1．8～2.0。

　　　vin——燃烧器入口的空气流速：

（二）燃气系统计算

　　为了使燃气在空气流通截面上均匀分布，计算时把环形空气通道分成若干假想环，然后选取不同的燃气孔口直径和数目，使燃气按需要进入每个假想环中与空气混合。

　　1．计算燃气分配室截面积Fg′

　　式中vg′——燃气分配室内燃气的流速，一般取vg′=15～20m／s

　　2．计算燃气射流穿透深度h

　　在旋转气流中，从不同位置周边上、不同口径喷出的燃气细小流束，形成多股射流与受限气流的相交气流，如图3—6—12。

　　图3-6-12施转空气流中的燃气射流

　　根据相交气流的混合规律可知，改变孔口直径能使射流穿透深度发生变化。

用下角码表示孔口排列顺序，可有：

　　同时，燃气射流与空气混合的完善程度还取决于孔口到喷头的距离，距离愈远，混合愈均匀。

　　根据射流穿透深度A和直径D的关系D=0．75h，可得出，在射流边界上的最大穿透深度：

　　hmax=h+0．5D=1．375h

　　对于蜗壳旋流，空气的主要质量集中在环形通道的边缘上，其宽度约0．5△，因此燃气的主要质量也应分布于这一区域内。

一般将燃气孔口排成两圈，于是可得：

3．确定燃气孔口的数目

　　每圈燃气孔口的最多数目，以在射流达到穿透深度时，不使流束重叠为条件。

在上升角为β的旋转空气流中，燃气射流达到穿透深度时的射流直径为；

　　因此，为防止射流重叠，其最小间距smin应为：

　　每圈燃气孔口最多数为：

　　式中（Dp-2h）——燃气射流穿透深度达到h时，每圈燃气射流轴心所在的圆周长。

　　4．确定燃气孔口直径

　　燃气孔口一般为两圈，如图3—6—12，大直径孔口的燃气流量约占燃气总量的70％；

小直径孔口流量约占30％。

由于各圈孔口是均分在同一燃气分配室上，所以各圈孔口的燃气出口速度都相等，因此大直径孔口的面积也应占孔口总面积的70％：

小直径孔口面积占30％。

这样，对大直径孔口就有，F2=0.7F=Z2·

πd²

₂／4，燃气孔口总面积为，F=εpLg/vg，其中，εF为燃气的压缩系数。

推导可得，大直径孔口

　　式中Ks——多股射流在相交气流中混合的有关系数。

　　同理，按相交气流穿透深度公式，可计算小孔口直径d1再根据F1=0.3F计算小孔口数目，最后计算孔口间距，并校核流股是否合并。

　　5．计算燃烧器前所需燃气压力Hg

　　式中εH——考虑燃气可压缩性引入的校正系数；

　　μg——与孔口结构特性有关的燃气孔口流量系数。

对在分配室上直接钻；

μg=0．65～0．700

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