第5章燃气燃烧器

2015/11/91第五章燃气燃烧器第一节燃烧器的分类与技术要求一、燃烧器的分类（一）按一次空气系数分类1.扩散式燃烧器2.大气式燃烧器3.完全预混式燃烧器0'=α10'α1'≥α2015/11/92（二）按空气的供给方式分类1.引射式燃烧器2.鼓风式燃烧器3.自然引风式燃烧器（三）按燃气的压力分类1.低压燃烧器：燃气压力在5000Pa以下2.高（中）压燃烧器:燃气压力在5000Pa-3×105Pa之间2015/11/93二、对燃烧器的技术要求1.燃烧比较完全；2.在额定压力下燃烧器达到额定热负荷；3.燃烧效率高；4.燃烧稳定；5.结构紧凑、调节方便、无噪音。2015/11/94对工业燃烧器的另外技术要求:1.严格按照要求的燃烧方法进行燃烧，并建立炉内所需要的气氛（氧化、还原、中性）；2.火焰特性符合要求（温度、高度等）；3.配备必要的自动调节和自动安全装置。2015/11/95第二节扩散式燃烧器扩散式燃烧器自然引风式扩散燃烧器强制鼓风式扩散燃烧器一、自然引风式扩散燃烧器（一）构造及工作原理2015/11/96节流圈或阀门燃气2015/11/971.管式扩散燃烧器（1）排管式扩散燃烧器2015/11/98（2）涡卷式扩散燃烧器集气管涡卷形管子特点:a.节省炉膛所占有的面积;b.在组成的平面上火孔分布均匀;c.空气流畅。2015/11/992.扇形火焰扩散燃烧器特点:a.火孔呈缝隙状;b.火焰与空气接触面大;c.燃烧快，火焰短。2015/11/9103.冲焰扩散燃烧器特点:火焰相撞增加了混合强度，提高了燃烧的稳定性。2015/11/9114.炉底（床）扩散式燃烧器夹角：900-1800直管管径d：50-100mm火孔直径dp：2-4mm火孔中心距：(6-10)dp2015/11/912（二）自然引风式扩散燃烧器火孔热强度火孔热强度:1mm2火孔面积在单位时间内所放出的热量。单位：W/mm2(J/mm2h)2015/11/913不同燃气的火孔热强度对火焰的影响：层流黄焰火软层流黄焰火硬过渡区蓝色紊流离焰烟炱2015/11/914（三）自然引风式扩散燃烧器特点和应用范围1.优点（1）燃烧稳定，不回火，运行可靠；（2）结构简单，制造方便；（3）操作简单，易点火；（4）可以利用低压燃气；（5）不需要鼓风设备。2015/11/9152.缺点3.应用范围（1）燃烧强度低，火焰长，燃烧室大；（2）容易产生不完全燃烧；（3）过剩空气系数大，燃烧温度低。要求温度不高，但是温度分布均匀、火焰稳定的场合。例如：沸水器、热水器、纺织工业烧毛、食品工业的加热、小型采暖锅炉、点火器、指示性燃烧器等。2015/11/916二、鼓风式扩散燃烧器强化燃气与空气混合的措施：¾将燃气分成多股细流射入空气中；¾采用空气旋流。鼓风式燃烧器形式:¾套管式;¾旋流式;¾平流式等。2015/11/917（一）鼓风式燃烧器的构造和工作原理1.套管式燃烧器优点：（1）结构简单；（2）工作稳定，不回火。缺点：燃气、空气为同心平行流，混合强度弱，火焰较长。2015/11/9182.旋流式燃烧器（1）导流叶片式旋流燃烧器2015/11/919燃气喷嘴2015/11/920（2）中心供气蜗壳式旋流燃烧器2015/11/921（二）鼓风式燃烧器的特点和应用范围1.优点（1）与热负荷相同的引射式燃烧器相比，其结构紧凑、体形轻巧，占地面积小；（2）热负荷调节范围大，调节系数一般大于5；（3）可以预热空气或预热燃气；（4）要求燃气压力较低；（5）容易实现煤粉—燃气、油—燃气联合燃烧。2015/11/9223.应用范围2.缺点（1）需要鼓风，耗费电能；（2）燃烧室容积热强度通常比完全预混燃烧器小，火焰较长，因此需要较大的燃烧室容积；（3）不具备燃气与空气成比例变化的自动调节特性，最好能配置自动比例调节装置。主要用于各种工业炉及锅炉中。2015/11/923第三节大气式燃烧器大气式燃烧器:10'α一、大气式燃烧器的构造和工作原理2015/11/92475.0~45.0'=α8.1~3.1=α（一）引射器1.引射器的作用（1）以高能量的燃气引射低能量的空气，并使两者混合均匀；（2）在引射器的末端形成所需要的静压，以克服头部阻力损失，使火孔处气流出口速度达到必要数值；（3）输送一定量的燃气，保证燃烧器达到额定热负荷。2015/11/9252.引射器的组成引射器由喷嘴、吸气收缩管、混合管、扩压管四部分组成。2015/11/926（1）喷嘴①喷嘴作用输送燃气，并将燃气势能转变为动能以引射空气。②喷嘴流量计算SHdLg20035.0μ=2015/11/927③喷嘴结构形式喷嘴结构形式分：固定喷嘴和可调喷嘴两种。¾固定喷嘴特点：加工简单，造价低廉,只适用于一种燃气。060=β2~1=dl参数：2015/11/928¾可调喷嘴特点：结构复杂，造价高，阻力较大，引射空气性能较差，可适用于多种燃气。060=β参数：0'15=β2015/11/929（2）吸气收缩管①吸气收缩管作用减少空气进入时的阻力②吸气收缩管形式锥形Ddtdt流线形DtdD2.2=2015/11/930（3）一次空气吸入口①空气吸入形式()tdl5.1~0.1=()'5.0~0Dl=pF）（吸入口开口面积25.2~51.2=2015/11/9312015/11/932②一次空气量的调节¾在一次空气吸入口外面安装调风板2015/11/933¾在混合管内安装调节螺丝或弯曲钢条2015/11/934（4）混合管①混合管的作用使气体的速度场、浓度场趋于均匀。②混合管的形式lmixdt()tmixdl3~1=2015/11/935（5）扩压管①扩压管的作用把气体的动压变成静压，另外使燃气-空气进一步混合。②扩压管的形式张角:60--80张角l长度l=(3.5-4)dt2015/11/936（二）燃烧器头部1.头部的作用将燃气—空气混合物均匀地分配到各个火孔上，以实现稳定和完全燃烧。2.头部的要求（1）各个火孔压力相同，保证火焰同高；（2）能很好地组织二次空气均匀流畅通过各个火孔；（3）头部容积不宜过大，避免熄火噪音。3.头部的形式2015/11/937（1）多火孔头部2015/11/9382015/11/939①圆火孔加工简单，二次空气供给不佳，冷却火孔不佳加工复杂，节省金属,二次空气供给和冷却火孔均佳2015/11/9402015/11/941②方火孔（矩形或梯形）特点：制造复杂，与二次空气的接触面积比圆火孔大，适用于液化石油气和天然气。2015/11/9422015/11/943③条形火孔横向横向纵向特点:在热负荷相同时,条形火孔所占据的面积比圆火孔和方火孔少。但是，二次空气与火焰接触面小，易出现黄焰。适用于燃气量大、加热面积较小的地方。如，燃气热水器。2015/11/9442015/11/945④带稳焰火孔的火孔2015/11/946（2）单火孔头部2015/11/947二、大气式燃烧器的特点及应用范围（一）大气式燃烧器的优点1.与自然引风式扩散燃烧器比较，其火力强，火焰短，燃烧温度高；2.可以烧不同性质的燃气，燃烧较完全，烟气中一氧化碳含量较少；3.可用于低压燃气，不用鼓风；4.适应性强，可满足多种工艺需要。2015/11/948（二）大气式燃烧器的缺点1.火孔热强度、燃烧温度仍受限制，不能满足某些工艺的要求；2.当热负荷较大时，结构较笨重。（三）大气式燃烧器的应用范围家用燃气用具、小型工业锅炉及工业炉。2015/11/949第四节完全预混式燃烧器一、完全预混式燃烧器的构造和工作原理完全预混式燃烧器:1'≥=αα（一）完全预混式燃烧器的结构完全预混式燃烧器由:混合装置和头部组成。2015/11/950（二）完全预混式燃烧器的种类1.按燃气压力分：低压和高中压两种。2.按燃气-空气混合方式分：（1）加压混合；（2）引射混合。3.按头部结构分：2015/11/951（1）无火道头部结构2015/11/952（2）有火道头部结构2015/11/9532015/11/9542015/11/955（3）用金属或陶瓷稳焰器做成的头部结构2015/11/9562015/11/9574.其他种类完全预混式燃烧器2015/11/9582015/11/9592015/11/9602015/11/9612015/11/962二、完全预混式燃烧器的特点及应用范围（一）完全预混式燃烧器的优点1.燃烧完全；2.燃烧温度高，能满足高温工艺要求；3.过剩空气少，可用于直接加热金属，不会引起工件过分氧化；4.火道式的燃烧容积热强度大，燃烧室小、紧凑；5.容易使用低热值燃气；6.不需鼓风设备，节约电能。2015/11/963（二）完全预混式式燃烧器的缺点1.容易或回火,调节范围小,头部结构笨重；2.要求燃气的质量恒定;3.热负荷大的燃烧器,结构笨重;4.噪音大。（三）完全预混式燃烧器的应用范围工业加热装置。2015/11/964节能环保燃烧技术及装置----特种燃烧器介绍2015/11/965节能环保燃烧技术及装置„一种理想的燃烧技术，在满足不同工艺需要的前提下，应该是既节能又环保的，这也是燃烧技术发展的方向。本节从节能、环保两个方面介绍燃气燃烧器的技术关键，有许多措施是具有多种效果的，例如许多节能措施也同时有利于降低污染物排量。这些技术在不断的改进和发展中，因此也可通称为新型燃烧技术及装置。2015/11/966一、低污染燃烧技术及装置„低污染燃烧技术研究的主要内容是控制NOx。„几种常用的低NOx燃烧技术及装置介绍。2015/11/9671．分段燃烧技术及装置„分段燃烧方法是分段供给燃料或空气以降低NOx产生的方法。在工业炉、锅炉得到广泛采用，在内燃机、燃气轮机上也获得实用。„分段供给燃烧用空气，第一段燃烧在一次空气系数小于1下进行，此时氧浓度小及燃烧温度低，所以NOx产生量低；第二段燃烧是剩余燃气与二次空气接触后进行，此时由于烟气的稀释，温度及氧浓度均低，故NOx生成也受到抑制。2015/11/9682015/11/969(1)促进混合型低NOX燃烧器2015/11/970(2)分割火焰型低NOX燃烧器2015/11/971(3)烟气自身循环型低NOX燃烧器2015/11/972(4)阶段燃烧型低NOX燃烧器分段燃烧型低NOx燃烧器2015/11/973民用本生燃烧器分段燃烧2015/11/9742、烟气再循环燃烧技术及装置„烟气再循环燃烧技术分为自身烟气再循环和风机引入烟气再循环。„目前进口的锅炉用全自动燃气（油）燃烧器上，采用了许多烟气再循环专利技术，以满足日益迫切的环保要求。2015/11/975（1）自身烟气再循环燃烧器„是利用高温高速的燃烧气体的引射作用，使烟气回流到燃气中，增加燃烧区惰性气体的含量，以降低火焰温度和氧气浓度，从而抑制NOx的生成。2015/11/976(2)民用燃烧器烟气循环„利用燃气的引射作用，使烟气回流到燃气空气混合气体中，增加混合气体中惰性气体的含量，消除本生火焰的局部高温，抑制NOx生成。2015/11/9773、设置火焰冷却体„该方法多用于民用燃烧器，是在火焰的高温区安装冷却体，将高温区的热量通过传导或辐射散失掉，使火焰得到冷却，从而抑制NOx的生成。2015/11/978民用燃烧器头部加冷却棒示意图2015/11/9794．浓淡燃烧技术„浓淡燃烧，是使燃烧设备上的燃烧器分为两组，一组在燃料过剩的情况下燃烧，另一组在燃料不足的情况下燃烧，这两种情况的燃烧温度都低，从而抑制NOx生成。浓淡燃烧技术工业炉、锅炉、燃气轮机上都有应用。2015/11/9805．催化燃烧技术及装置„催化燃烧是多相反应中的完全氧化反应，可燃气体借助催化剂的作用，使反应的活化能降低，加速反应速度，能在低温下完全氧化。从而可达到CO、NOx的超低排放。„催化燃烧技术应用广泛，可用于民用、工业加热、燃气轮机、燃料电池、尾气处理等。2015/11/981可燃气体在铂催化剂上的起燃温度与热力着火温度可燃气体催化起燃温度（K）热力着火温度（K）氢气一氧化碳