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第七章、大气式燃烧器Atmospheric Aerated Burners7-1.大气式燃烧器的构造及特点7-2.Burner Design Principles 7-3.头部计算7-4.低压引射器的计算7-5.低压引射大气式燃烧器的计算7-6.Air Blast Burners定义：按照部分预混式燃烧方法设计的燃烧器称为“大气式燃烧器”，其02，为保持完全燃烧，每增加一排，为保持完全燃烧，每增加一排，5%7%，且应叉排。，且应叉排。五五.火孔倾角火孔倾角，燃烧完全，但，燃烧完全，但；，CO，。一一般般=30。六六.锅支架高度锅支架高度 h=2030mm，h，CO；h，CO。七.火孔燃烧能力及火孔总面积620101lpppHqqkw mmV，p回离焰06110pplppQVQFFHq，火孔能稳定和完全燃烧的燃气量称为火孔的燃烧能力。常用火孔能稳定和完全燃烧的燃气量称为火孔的燃烧能力。常用qp或或vp表示之，表示之，二者的关系为：二者的关系为：正确选择之重要！可防止回火和离焰。正确选择之重要！可防止回火和离焰。易回火的燃气、易离焰的燃气远离之易回火的燃气、易离焰的燃气远离之qp、vp选好后（表选好后（表7-1中有，最好做实验），可计算中有，最好做实验），可计算Fp八.头部静压力 为保证vp或qp，燃气-空气混合物在头部应保证有一定的静压力，由引射器提供，克服头部能量损失。由三部分组成：2210212pPPmixPpP，流动阻力：p:按式（6-5）选 P11822027312732PmixtP2302732273PmixtP2123102PmixhPPPK127321273ptK 011.2931mixusus0Vus气体被加热，膨胀产生加速的能量损失：火孔出口动压头损失 K1燃烧器头部的能量损失系数当t=50150时，K1=2.72.9u质量引射系数 九九.头部截面积及头部容积头部截面积及头部容积 均匀分布均匀分布截面积、容积大一些截面积、容积大一些 但太大但太大点火、灭火噪音大，且耗钢量点火、灭火噪音大，且耗钢量，故不能太大。一般取故不能太大。一般取F头头2Fp十十.二次空气口二次空气口二次空气小二次空气小不完全燃烧，二次空气大不完全燃烧，二次空气大，吹熄、吹斜火焰吹熄、吹斜火焰一般敞开燃烧时：一般敞开燃烧时：QF)7500055000(十一十一.火焰高度火焰高度 1、内锥高度、内锥高度燃气性质，一次空气系数，火孔尺寸，火孔热强度，与间距及孔深无关焦炉煤气30.8610icpphKf qmmfp一个火孔的面积一个火孔的面积K与燃气性质和与燃气性质和有关的系数，表有关的系数，表7-2查得查得，K；但对炼焦煤气，当；但对炼焦煤气，当0.8时，时，Kn火孔排数火孔排数n1与燃气性质有关的系数。对天然气，与燃气性质有关的系数。对天然气，n1=1.0；对丁烷，；对丁烷，n1=1.08；对炼焦煤气：对炼焦煤气：111,0.5,0.6,0.770.78pppdmm ndmm ndmm n234s与火孔净距有关的系数，表与火孔净距有关的系数，表73净距净距，s，当净距，当净距20时，时，s=const。2、外锥高度、外锥高度 燃气性质，火孔热强度，燃气性质，火孔热强度，直径，直径，排数，排数，间距间距311086.0pppocdqsfnnh7-4.低压引射器的计算低压引射器的计算 引射器：引射器：低压低压P20KPa 高（中）压高（中）压P20KPa考虑气体的压缩性考虑气体的压缩性按引射气体的吸入速度分：按引射气体的吸入速度分：常压吸气常压吸气第二类引射器：第二类引射器：吸气收缩管很大，吸气收缩管很大，vain很小，可忽略，很小，可忽略，P=Po；按自由射流规律计算按自由射流规律计算负压吸气负压吸气第一类引射器第一类引射器 ：吸气收缩管较小，吸气收缩管较小，vain较大，不可忽略，扰动大，较大，不可忽略，扰动大，vg与与va较小，若其形状合理，其引射效率高，否较小，若其形状合理，其引射效率高，否则附加损失。则附加损失。一一.引射器的工作原理引射器的工作原理工作原理：工作原理：mg在在P1P2，流速，流速v0v1质量交换，引射质量交换，引射ma空气，空气，v1，v2，第二类引射器，第二类引射器P2=Po=const。进入混合管后，速度场很不均匀，。进入混合管后，速度场很不均匀，v1，动压，动压：1、传给空气；、传给空气；2、克服阻力、克服阻力hmix；3、转化为静压、转化为静压h1。出。出口时口时v2=v1=v3，静压力，静压力P2升高到升高到P3=h1。在扩压管，混合物的动压进一。在扩压管，混合物的动压进一步转化成为静压，速度从步转化成为静压，速度从v3降至降至v4，压力从，压力从P3升至升至P4=h（增加（增加h2）。）。在扩压管入口处速度应均匀，否则降低扩压管的效率。在扩压管入口处速度应均匀，否则降低扩压管的效率。二.常压吸气低压引射器的基本方程式 动量定理 连续性方程 能量守恒 混合管内燃气与空气，混合过程复杂，属非弹性撞击的阻力性质。取吸气压缩管入口AA，混合管出口BB，中间过程可以不考虑，建立动量方程11 312gmixmixmmF hhh 1速度场不均匀系数1v=vV-动量平均速度 v流量平均速度对抛物线分布速度场，1=1.33，对稳定的紊流速度场1=1.02，对矩形1=1。故喷嘴 1=1，v1=v1，BB截面速度场不均匀，v3=1v3。在AA截面上v2=0，故忽略之。低压燃气忽略其压缩性，存在：131111gggjamixmixmixtmixmixgagmixgagmixmixgmixagagmLFmLFmmmmuLLLLusmuLusmumLusL质量引射系数；容积引射系数211211212gmixuushhhFFtjFFF232m ixm ixm ixh2232212mixdnhndtFnF2232212mixmixmixdnhhn将代入整理得：-无因次面积，引射器的结构参数，也是一个基本参数 又 扩压管的扩张程度；223121122mixguusF2212gH212212112mixdnuusnhFF21212mixdnKn引射器的能量损失系数令 又 将代入得 自己推 222112KuushHFF整理得：引射器的特征方程式条件：常压吸气P2=Po=const，低压引射器 P13时，）这时,d=0.050.15.从以上分析可知，K值与引射器形状、尺寸及阻力特性有关。一般通过实验确定。书中给了三种引射器形状及尺寸比例。1型好，K小，但长19tLd，.；2、3型差，K大，但短。236.32.1;5.6,3;ttLdLd K，压力较高时可采用后两种 实际上K值有10%波动，也有变化，式中认为K，=const。故其为近似计算公式，但在工程上已够。7-5.低压引射大气式燃烧器的计算一、大气式燃烧器的自动调节特性2102pmixhK222112KuushHFF01111gpmixggjpLusuLFFus又，22211101121122ptmixgpuus FFhKhKFFF代入整理得燃烧器的参数头部静压力为：引射器特性方程为：21 1211FuusKKF分析之可以看出，u只与F、F1结构参数有关，与燃烧器的工作状态无关，即u不随热负荷的变化而变化。称为引射式燃烧器的自动调节性能。当然这仅是一个近似，K、K1与工作状态有点关系，故当偏离过远时，其自调特性会破坏！dCdpCfNFdrrAoAp1二.燃烧器计算的判别式及计算步骤11opFFKuus11opKFK1.判别式，燃烧器的最佳工况对应于引射器的最佳工况，即：最佳工况时211112110tjFKuus FFKuusFF将式变形为：211211FuusKK F11211211111121 11211111120111120jjopjpoppopoppopjopjopppopopFKuus FFKuus FFFF FF FFF FKuus FFKuus FAKKFAFF FFXAXXAF两侧同乘以，则：令，则上式为：211AXA这是燃烧器的一个判别式 当A=1X=1F1=F1op最佳工况。当A1,无实根，表示燃烧器保证不了其u（引射能力）。2.计算步骤两种情况 第一种情况：燃气压力未知，计算燃烧器尺寸及所需燃气压力。第一步.头部计算，、u、dp、Fp、K1值的确定。第二步.计算F1op（选择一种引射器，最佳工况设计），Ft确定引射器的尺寸；2110.0035topgjFHFKuusLdFS，第三步.计算喷嘴d，及H 第二种情况：已知燃气压力，计算燃烧器尺寸第一步.头部计算，、u、dp、Fp、K1；第二步.计算喷嘴d、Fj；第三部.选择一种引射器K，计算F1opAXF1Ft确定引射器尺寸。三、燃烧器常数C当燃气成分或压力改变时，燃烧器工作状况是否变化？即燃气Lg、S、H变化时，燃烧器工作参数的变化情况如何？或只改变喷嘴尺寸，其工作参数的变化情况？2112112.23211110.9gjtjgtLSFHFFuusFKK FFLuusSFCKK FH代入燃烧器特性方程中，整理后得：燃烧器常数11gLuusSHC与燃烧器的几何尺寸Ft、Fp和阻力特性K、K1、有关，与喷嘴Fj无关，Fj改变时，燃烧器工作参数改变，但C值不变，故 不变。当实际情况中S、H、Fj改变时，可用上式重新计算新的工作参数。四，大气式燃烧器一次空气引射能力的实验公式四，大气式燃烧器一次空气引射能力的实验公式mbaSLgTHSFKFR45.0497.430025.0R每1立方燃气的燃气空气混合物体积K与喉部尺寸和混和管锥度有关的修正系数Fa 与（FtFp）有关的修正系数Fb与火孔尺寸和孔深有关的修正系数H 喷嘴前燃气压力S燃气相对密度Sm燃气空气混合物的相对密度Lg燃气流量T燃气空气混合物的相对密度四，大气式燃烧器一次空气引射能力的实验公式四，大气式燃烧器一次空气引射能力的实验公式四，大气式燃烧器一次空气引射能力的实验公式四，大气式燃烧器一次空气引射能力的实验公式五，影响一次空气引射能力的因素五，影响一次空气引射能力的因素1，FaFp五，影响一次空气引射能力的因素五，影响一次空气引射能力的因素2，FpFj五，影响一次空气引射能力的因素五，影响一次空气引射能力的因素3，TjTp7-6.Air Blast Burners7-6.Air Blast Burners1,Stoichiometric proportions are easily attained2,Control of air/gas ratio is relatively simple and precise3,The system is inherently self-proportioning if the gas is entrained from a supply at atmospheric or combustion chamber pressure4,Throughput can be varied by a single control valve on the air supply5,High mixture pressure are obtained using modest air supply pressures thereby resulting in high turndown ratios6,High burner port loadings can be achieved7,Easy interchangeability of fuel gases7-6.Air Blast BurnersBurner Design Principles Air Orifice designWhere:Va air flowrate m3/sr air/gas ratio Vg gas flowrate m3/sAao air injector orifice area mm2Cdo orifice discharge coefficient,Turbulent,for orifice length to diameter ration close to unity and an approach angle between 30-60 0,0.85-0.95.Laminar,-0.6Pao static air pressure at orifice Pad-gas relative densitydPaoCdoAaorVgVa/255.1dPaoCdoAaorVgVa/255.1dPaoCdoAaorVgVa/255.1dPaoCdoAaorVgVa/255.17-6.Air Blast BurnersBurner Design Principles Injector designdPaoCdoAaorVgVa/255.1dPaoCdoAaorVgVa/255.1dPaoCdoAaorVgVa/255.1Where:Pg static gas pressure PaPf combustion chamber pressure PaAt throat area mm2Ap burner port area mm2 Ao injector orifice area mm2r air/gas ratiod relative density of gasCf total friction loss coefficient Cdp burner port discharge coefficient,01115.022222otptdpfagtfgAdAAACCdrrVAPP7-6.Air Blast BurnersAir Blast BurnersdPaoCdoAaorVgVa/255.1dPaoCdoAaorVgVa/255.1dPaoCdoAaorVgVa/255.1High Velocity Tunnel Burners;Jet Burner;High Intensity Combustor7-6.Air Blast BurnersAir Blast BurnersdPaoCdoAaorVgVa/255.1dPaoCdoAaorVgVa/255.1dPaoCdoAaorVgVa/255.1
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