0515大气式燃烧器稳定实验.docx

0515大气式燃烧器稳定实验.docx

《0515大气式燃烧器稳定实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《0515大气式燃烧器稳定实验.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

0515大气式燃烧器稳定实验

大气式燃烧器稳定性范围

实验指导书

江油子耀科教设备有限公司

网址：

2015年05月

大气式燃烧器稳定性范围实验

一、实验目的及要求

引射式大气式燃烧器是一种利用燃气的压力吸入一部分空气预先混合、然后送至燃烧火孔处去燃烧的燃烧器。

大气式燃烧器的稳定工作范围决定了燃烧器正常工作的运行区间，是指导燃烧器稳定工作的依据。

本节采用一定的实验方法测定大气式燃烧器的稳定工作范围。

要求理解离焰、回火、黄焰等基本概念，能够正确测定燃烧器的离焰、回火、黄焰及CO的界限流速曲线，从而确定出其稳定工作范围。

二、基本原理

燃气与一次空气混合物自燃烧火孔流出点燃后，即产生一个双层的大气式火焰（内焰、外焰），一次空气系数α在0.40~0.75之间。

1．离焰与回火

当燃气与一次空气的混合气流在燃烧火孔出口处的速度增加时，火焰高度随之增大。

当混合气流速度大到一定程度后，火焰开始离开燃烧火孔，即发生离焰现象如图9-1。

（a）离焰前稳定状态（b）离焰状态

图9-1离焰现象

此时燃烧火孔出口处混合气流速度称为离焰界限流速。

离焰时，有部分燃气未燃烧而流出，所以它不属于稳定工作范围，是正常工作所不能允许的。

图9-2燃烧器燃烧稳定曲线图

逐渐减小燃烧火孔出口处的混合气流速度，火焰高度也慢慢降低。

当混合气流速度小到一定程度后，火焰窜入燃烧火孔，即发生回火现象。

此时燃烧火孔出口处混合气流速度称为回火界限流速。

回火时，有大量未完全燃烧产物，亦属于不稳定工作范围。

2．黄焰（或光焰）

逐渐减小一次空气时（α值逐渐减小），火焰变软并加长。

当达到一定界限值时，火焰的局部会发生黄焰（通常在焰尖上发生），甚至会产生游离碳，说明有燃烧不完全的现象。

此现象称为黄焰，也属于不稳定工作状态，为正常工作所不允许（工业炉中特殊要求除外）。

产生黄焰时的燃烧火孔出口处混合气流速度称为黄焰界限流速。

3．CO含量标准

对于大气式火焰，一般以烟气中CO含量值（COα=1）来评价其卫生标准。

改变燃烧火孔出口处气流速度时，会使烟气中CO含量改变。

当COα=1达到标准值时的燃烧火孔出口处混合气流速度，称为CO界限流速。

当然超过CO标准值时，也是正常稳定工作所不允许的。

4．大气式燃烧器的稳定工作曲线

离焰、回火、黄焰及CO界限流速值受一次空气系数α的影响。

对于某一种燃烧器，燃烧某种固定的燃气时，以α为横坐标、燃烧火孔出口处混合气流速度W0为纵坐标，可以通过实验测出离焰、回火、黄焰及CO的界限流速曲线（图9-2的1、2、3及4），这四条曲线所包围的区域即为稳定工作区。

此曲线图称为该燃烧器燃烧某种固定燃气的稳定曲线图。

当燃气性质及混合气流的温度改变时，稳定曲线要改变；当燃烧器结构型式及尺寸改变时，也要影响稳定曲线。

为了设计、计算方便，常用燃烧火孔热强度来代替燃烧火孔出口处的混合气流速度，它们之间的关系为：

（1）

（2）

式中：

Rq——燃烧火孔热强度（kJ/mm2·h）；

W0——燃烧火孔出口处混合气流速度（Nm3/s）；

QD——燃气低位发热量（kJ/Nm3）

α——一次空气系数；

V0——理论空气需要量（Nm3/Nm3）；

F0——燃烧火孔总面积（mm2）；

I——燃烧器热负荷（kW）。

稳定曲线是设计工作所依据的基本参数，测试时要有足够精确度，并且在绘出稳定曲线后，必须要注明燃气成分、燃烧器的火孔型式和尺寸、燃烧器的火孔间距、以及混合气流温度等条件因素。

三、测试系统

测试稳定曲线的方法很多，图9-3是民用大气式燃烧器稳定曲线的测试系统图。

燃气经过干燥器后，通过调压器分为两路：

一路去热量计、比重计及燃气成分分析仪，用来测定燃气性质；另一路接到本实验装置，经过转子流量计，进入燃烧器。

在实验时应对环境温度、大气压力、燃气热值、相对密度或燃气成分进行分析。

如对学生进行教学实验，可以由教师预先测试后给出。

空气依靠空气泵供给，经过干燥器及流量计，进入燃烧器。

燃气与空气在燃烧器中混合后，自燃烧火孔流出，并被点燃，调节燃气与空气的流量与比例，即可测出各条界限流速曲线。

在燃烧器上安置装有水的铝锅，按照《家庭炊事灶测试方法》抽取烟气样，并进行烟气分析。

铝锅底距燃烧器的距离，要保持使火焰尖刚好扫到锅底。

烟气分析采用燃烧效率分析仪，以便进行连续烟气自动分析。

热电偶温度计是为了监测混合气流在燃烧器头部的温度，以保证各测试结果均在同一温度条件下。

在燃烧器喉部处加金属网，可防止火焰回窜。

巡检仪各通道号：

CH1——测头部混合气流温度；CH2——燃气压力；CH3——空气压力；CH4——燃气压力

9-3大气式燃烧器稳定范围实验系统图

四、实验准备工作

1．准备及校正仪器、仪表

（1）转子流量计因为离焰与回火都处于不稳定状态，采用转子流量计可以读出燃气与空气的瞬时流量，可以提高精度与节省时间。

因为转子流量计的量程范围小，所以在测回火界限流速时，使用小型的转子流量计。

（2）热电偶温度计测头部混合气流温度可以采用镍铬-康铜热电偶温度计。

在安装时，热端可采用小型的防辐射罩。

2．安装测试系统

按照图9-3安装测试系统。

当燃气成分会发生变化时，测试时应保证燃气成分稳定。

五、实验步骤

1.开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄漏造成人员伤害；

2．系统气密性检验要求在1.5倍工作压力的气压下，持续1分钟，U形压力计上压力不下降。

3．燃气成分分析及发热量和比重的测定。

4．测量燃烧火孔尺寸

要求精确地测量燃烧火孔的几何尺寸，包括燃烧火孔截面尺寸、孔深、孔间距及孔个数。

5．测量离焰界限流速

（1）在一定燃气流量下，点燃燃烧器。

此时为扩散火焰，采用大流量计测量流量。

（2）逐渐混入空气，当达到离焰时，记录燃气与空气的流量计读数、温度及压力，同时观测燃烧器头部混合气流温度。

（3）分若干次减少燃气流量，重复以上步骤，即可得到一组测量值。

6．测量回火界限流速

当测试火焰传播速度较慢的燃气时，应选择对应的燃烧器，否则回火曲线不易测出。

（1）在较小的燃气流量下，点燃燃烧器。

（2）逐渐加大空气流量，当发现回火时，记录燃气与空气流量计读数、温度与压力，同时观测燃烧器头部混合气流温度。

（3）分若干次增加燃气流量，重复以上步骤。

（4）当燃气量增加到一定程度后，增加空气量后会发生离焰，这说明α值已接近于1。

这时只要再稍减少一些燃气，即可发生回火现象。

整个过程：

先逐步增加燃气，相应地增加空气量，得到α=0～1间的数个测量点，然后再逐步减小燃气量，相应地减小空气量，就可以得到α>1的数个测量点，从而得到整个曲线。

7．测量黄焰界限流速

（1）在一定燃气流量下，点燃燃烧器。

（2）慢慢混入空气，观察火焰。

当黄焰刚刚消失后，再减小一点空气量，记录刚刚出现黄焰时的燃气与空气的流量计、温度及压力读数。

同时记录燃烧器头部混合气流温度。

（3）改变燃气流量，重量以上步骤。

8．测量CO界限流速

（1）安装铝锅及烟气采样、测量系统。

（2）在一定燃气流量下，点燃燃烧器。

（3）逐渐加大空气量直到黄焰界限时，抽取并分析烟气成分。

通常这时的COα=1值超过标准允许值。

（4）再加大空气量，直到烟气中CO含量降低到标准值时，记录燃气与空气的流量计读数、温度及压力。

同时观测燃烧器头部混合气流温度。

（5）改变燃气流量，重复以上步骤。

9．注意事项

（1）因燃烧器上所有火孔不允许同时离焰或回火，所以测试时，可以按1/4数目以上的火孔发生离焰或回火时为标准。

（2）CO含量允许标准也可以用CO/CO2来确定。

（3）测试各界限速度时，要求燃烧器头部混合气流温度不变。

在测试回火界限流速时，更要注意此项要求，因为回火会引起混合气流温度升高。

当发现温度升高时，应停止测试，待温度恢复后再测试。

六、实验数据处理

1．混合气体总流量

因为采用转子流量计，所以应先记录流量计读数，然后根据实测的密度、温度与压力进行折算，分别求出燃气流量及空气流量，二者之和即为混合气体的总流量。

浮子流量计折算关系式

（3）

式中：

——分度标定状态下气体的体积流量（m3/s）20℃、1.01×105Pa

——使用状态下气体的体积流量（m3/s）

——分度标定时气体介质的密度（20℃时空气的密度=1.2045kg/m3）

——被测气体介质的密度（kg/m3）

——分度标定状态下气体的绝对温度（293K）

——使用状态下气体的绝对温度（K）

——分度标定状态下气体的绝对压力（Pa）

——使用状态下气体的绝对压力（Pa）

2．一次空气系数

求得燃气流量与空气流量后，可算出一次空气系数α。

理论空气需要量可用如下公式估算：

当

（4）

当

（5）

式中：

——理论空气需要量（Nm3/Nm3）

QD——燃气低位发热值（kJ/Nm3）

也可根据燃气成分的体积百分数由下式计算理论空气需要量：

（6）

一次空气系数

（7）

式中：

——空气流量（Nm3/h）；

——燃气流量（Nm3/h）。

3.火孔面积计算

Fout=0.785d2Fz=Fout×n

式中：

Fout——单个火孔面积（mm2）；n——火孔数量；Fz——火孔总面积（mm2）

4．燃烧火孔出口处气流速度及热强度

求得混合气体总流量后，即可根据燃烧火孔的总面积算出其在燃烧火孔出口处的流速W0。

并可根据式

（1）、

（2）算出热强度Rq。

附表9-1大气式燃烧器稳定范围实验记录表

姓名：

日期：

指导教师：

燃烧器型号：

燃烧火孔尺寸：

燃烧火孔深度：

燃烧火孔间距：

燃烧火孔个数：

燃烧火孔总面积：

项目

结果

室内参数

干球温度（℃）

湿球温度（℃）

相对湿度（%）

大气压力（Pa）

燃气性质

低位热值（kJ/Nm3）

比重

燃气成分

理论空气需要量

（Nm3/Nm3）

燃烧状态

（测试时达到的界限状态）

离焰

回火

CO标准

黄焰

燃气参数

转子流量计读数

指示流量

压力（Pa）

温度（℃）

折算系数

燃气流量（Nm3/h）

空气参数

转子流量计读数

指示流量

压力（Pa）

温度（℃）

折算系数

空气流量（Nm3/h）

总流量（Nm3/h）

一次空气系数

界限流速

（m/s）

界限火孔热强度（kJ/mm2·h）