第2章_燃气燃烧器

1第2章燃烧器2.1燃烧器技术要求及分类2.2扩散式燃烧器2.3大气式燃烧器2.4完全预混式燃烧器2.5新型燃烧器2.6点火装置与燃具安全保护装置22.1燃烧器技术要求及分类燃烧器：用来实现燃烧过程的装置的统称。基本用途：合理组织燃烧过程，以保证燃烧室的热工工作符合工艺、技术和经济的要求。技术要求满足加热所需热量或燃烧温度——具有一定热负荷；具一定火焰特性（着火浓度、温度，燃烧速度），火焰稳定燃烧效率高——燃烧完全燃烧器配备必要的自动调节、自动安全装置——自控烟气毒素少——安全、环保结构紧凑、安全可靠、成本低。燃烧好方便安全环保省地省钱3分类按一次空气分：扩散式、大气式、完全预混式按空气供给方法分：引射式、鼓风式、自然引风式按燃气压力分：低压、高（中）压按火焰形状分：直焰、平焰、可调焰按火道处烟气出口速度分：低速（＜50m/s）、高速（200～300m/s）、42.2扩散式燃烧器定义：按照扩散式燃烧方法设计的燃烧器分类：燃烧所需空气供给的动力自然引风式：依靠自然抽力、靠扩散作用供给空气，多用于民用——扩散式燃烧器。强制鼓风式：依靠鼓风机供给空气，多用于工业——鼓风式燃烧器52.2.1自然引风扩散式燃烧器工作原理燃气在一定压力下进入管内，经火孔逸出后从周围空气中获得氧气而燃烧，形成扩散火焰。结构形式：6特点：结构简单，制造方便燃烧稳定、不会回火；点火容易、调节方便可利用低压燃气（200～400Pa或更低），且不需鼓风，无动力消耗。燃烧热强度低，火焰长、需较大燃烧室。为使燃烧完全，必须供给较多的过剩空气（α=1.2～1.6）；燃烧温度低，排烟热损失大。7应用范围适于：温度要求均匀、且不高，火焰稳定的场合。如：小型采暖锅炉的点火器、临时性加热设备。分类燃气流动状态分：层流和紊流扩散燃烧器层流扩散式燃烧器：—般不适用于天然气和液化石油气——燃气燃烧速度慢，易产生不完全燃烧和煤烟。设计计算目的：定火孔直径、数目、间距；燃烧器前所需燃气压力基础：动量定理、连续性方程、火焰稳定性82.2.2鼓风扩散式燃烧器工作原理燃气燃烧所需全部空气均由鼓风机一次供给，但燃烧前燃气与空气并不顶混——燃烧过程属扩散燃烧。结构形式选择原因：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。具体形式：套管式、旋流式、平流式等。9套管式燃烧器结构：由大管和小管相套而成。工作原理：燃气和空气在火道或燃烧室内边混合边燃烧特点：结构简单，工作稳定（不会回火）；燃气和空气属同心平行气流——混合差、火焰长。10导流叶片旋流燃烧器11蜗壳式旋流燃烧器调风板导流叶片1213特点与自然引风式比：燃烧热强度大，火焰长短可调节。与热负荷相同的引射式燃烧器比：结构紧凑，体形轻巧，占地面积小。与完全预混式燃烧器比：燃烧室容积热强度小，火焰较长——需较大的燃烧室容积。要求燃气压力低，热负荷调节范围大，能适应正压炉膛，容易实现粉煤-燃气或油-燃气联合燃烧。可预热空气或燃气，预热温度可接近燃气着火温度——极大地提高燃烧温度。需鼓风——耗电。需配自动比例（空气-燃气比例）调节装置。14适用各种工业炉及锅炉中设计计算要求：空气、燃气两股气流在有限空间内充分混合。包括：空气系统、燃气系统的计算。152.3大气式燃烧器定义：按照部分预混燃烧方法设计的燃烧器。结构调风板16分类：（据燃气压力分）低压引射式——多用于民用燃具高(中)压引射式——多用于工业装置实际应用：一次空气系数=0.45～0.75；过量空气系数=1.3～1.8工作原理：燃气在一定压力下，以一定速度从喷嘴喷出，依靠燃气动能产生的引射作用从一次空气口吸入一次空气，在引射器内燃气与一次空气混合，经头部火孔流出而燃烧。17喷嘴作用：输送一定量的燃气，并将燃气的压力转换成动能，引射一定量的空气。结构形式18分类:固定喷嘴:结构简单、阻力较小，引射空气性能较好，但出口截面积不能调节——只能适应一种燃气。如果燃气性质改变，就需要更换喷嘴。可调喷嘴:结构复杂，阻力较大，引射空气的性能较差，但能适应燃气性质的变化。19喷嘴孔径与燃具热负荷的关系2021调风装置作用：保证燃烧器正常工作，获得预定的火焰特性——运行时需经常调节一次空气量。装置分类在一次空气吸入口外面安装调风板通过转动调风板来改变一次空气吸入口的有效流通截面，从而调节一次空气的吸入量——广泛应用。在引射器混合管内安装调节螺丝或弯曲钢条借助螺丝或钢条的上下运动来改变燃气射流的能量损失，从而调节一次空气吸入量。2223引射器结构：工作原理燃气在一定压力下以一定流速从喷嘴1喷出，进入吸气收缩管2，燃气靠自身动量传递来吸入一次空气；在混合管3内和一次空气的流速、成分充分混合均匀，然后，经扩压管4进一步匀速后，经燃烧器头部火孔流出燃烧。24作用：①以高能量的气体引射低能量的气体，并使两者混合均匀。②在引射器末端形成所需剩余压力，保证燃烧器稳定工作。——克服气流在燃烧器头部的阻力损失——混合物在火孔出口获得必要的速度③输送一定的燃气量，以保证燃烧器所需的热负荷。25形式1型——最佳，能量损失最小，但引射器最长。2型和3型——阻力较大、但长度较短。当喷嘴前燃气压力较高，允许有较大能量损失时，可采用。1型2型3型26头部形式27作用将燃气—空气混合物均匀地分布到各火孔上，并运行稳定、燃烧完全。①要求头部各点混合气体的压力相等；②要求二次空气能均匀地畅通到每个火孔上；③头部容积不宜过大，否则灭火噪声很大。分类——根据用途分多火孔头部（民用燃具）—火孔形状影响燃烧状况。单火孔头部（工业燃具）—火力集中、火孔热强度高。28多火孔大气式燃烧器29单火孔大气式燃烧器火道稳焰孔二次空气当热负荷较大时，多火孔燃烧器头部比较笨重——单火孔头部。30特点与扩散式燃烧器比：火焰短、火力强、燃烧温度高、稳定性较差与全预混燃烧器比：热负荷调节范围宽、适应性强可燃烧各种燃气和低压燃气，燃烧较完全、效率较高。引射式燃烧器：具有自动调节特性，调节方便；不需送风设备，节省动力不适应正压炉膛。31应用范围多火孔大气式燃烧器——广泛应用在家庭及公用事业中的燃气用具单火孔大气式燃烧器——广泛应用在中小型锅炉及某些工业炉中。322.4完全预混式燃烧器定义按照完全预混燃烧方法设计的燃烧器。工作原理使燃气与空气充分预先混合，再经燃烧器火孔喷出进行燃烧。33结构混合装置头部分类据燃烧器头部结构分：①有火道头部结构：（头部冷却—防回火；火道—防脱火）②无火道头部结构；③用金属网或陶瓷板稳焰器做成的头部结构。头部34特点火焰短、燃烧热强度大、燃烧温度高——可缩小燃烧室体积、易满足高温工艺要求过剩空气少——不会引起直接加热工件的过分氧化易燃烧低热值的燃气燃烧完全，节约能源。可用引射器引射空气——不需鼓风、节省动力火焰稳定性差——调节范围较小。保证燃烧稳定，要求燃气热值及密度要稳定。为防止回火，头部结构比较复杂和笨重。火孔出口流量明显增大——噪声大。35防止回火措施措施：①圆锥形喷口——尽可能使喷口气流速度均匀，以保证在最低负荷下各点的气流速度都大于火焰传播速度。②小火孔——增大火孔壁对火焰的散热，以降低火焰传播速度；广泛适用于热负荷不大的民用燃具上。③冷却燃烧器头部——加强对火焰的散热，以降低火焰传播速度；适用于热强度很大的工业燃烧器。36小火孔——防回火37防脱火措施工业上——常用一个紧接着的火道来稳焰。38撞击式——防脱火39应用范围主要应用于热强度大或高温工艺的工业加热装置上。设计计算头部计算引射器的计算402.5新型燃烧器平焰燃烧器高速燃烧器浸没燃烧器燃气辐射管脉冲燃烧器富氧燃烧器低NOx燃烧器蓄热式高温空气燃烧器411、平焰燃烧器火焰：是圆盘形的薄层火焰，它紧贴炉墙或炉顶向四周均匀伸展。结构：由引射器、头部、烧嘴（火孔）三部分组成。工作原理：燃气经喷嘴吸入一次空气，混合后经头部条形火孔流出。二次空气依靠炉内负压吸入，在火孔出口处与燃气混合物相遇，二者边混合边进入烧嘴砖沟槽内进行燃烧，形成平展火焰。4243双旋平焰燃烧器特点加热均匀，防止局部过热——因火焰中心为一回流区，有稳焰、搅拌作用。火焰中心是回流区——强化燃烧、需过量空气少——降低烟气中NOx含量。炉子升温（对流、辐射传热加剧）、并且离受热件近——物料加热快，省燃气。炉内压力均匀（炉壁四周为正压区）——防冷风吸入。制造、安装要求高，布置方位受限，热负荷不能太大。442、高速燃烧器工作原理以对流传热为基础。燃气和空气在燃烧室内进行强烈混合、燃烧，完全燃烧的高温烟气以200—300m／s的高流速直接吹向物料表面，高速气流破坏物料表面的气体边界层，与物料进行强烈的对流换热。结构相当于一个鼓风式燃烧器出口增设一个带烟气喷嘴的燃烧室(火道)。45特点炉体小、热强度大、加热快、热惯性小。负荷调节范围大——1：50可高温预热空气——低热值燃气可获高温炉内可调气氛（氧化、还原或中性）。需较高燃气和空气压力——耗能多燃烧室内要求耐高温、耐磨损材料噪声大—需采取消声措施。应用范围热处理炉、玻陶制品窑炉、金属熔化炉等高温工业炉。463、浸没燃烧器工作原理将燃气与空气预先充分混合，送入燃烧室进行完全燃烧，燃烧产生的高温烟气直接喷入液体中，从而加热液体的方法。属完全预混式燃烧、直接接触传热。结构燃烧装置、水槽、排烟装置三部分4748特点气、液直接接触—不存在传热面上的结晶、结垢、腐蚀等问题；高温烟气从液体中鼓泡后排出—气、液剧烈混合—强化传热。排烟温度低—热效率高、能耗少设备简单、投资少。应用范围广泛用于液体加热、各种酸洗液的加热、再生和浓缩，废水净化，液体气化，清洗储罐和管道等。49结构管体、烧嘴、烟气废热回收装置4、燃气辐射管50工作原理燃气经喷嘴进入内管，与从侧面进入的空气混合、完全燃烧，产生的高温烟气加热外管后预热空气，然后由排烟管排出。外管以辐射方式加热炉窑以及炉内待处理的工件等。51特点烟气不进炉内—间接加热、炉内气氛易控制；炉内温度分布可调—调辐射管的配置；据炉子类型、用途选合适的辐射管形式便于废热回收—热效率高。应用范围用于需控制炉内气氛的热处理炉。要求炉内温度均匀的加热炉；不跟废气、废水直接接触的热处理炉等技术性能指标热效率、辐射管表面温度、辐射管使用寿命。525、脉冲燃烧器结构燃料供应系统、空气供应系统、燃气阀、空气阀、燃烧室、尾管(共振管)、点火器、进出口消音器等组成53燃烧过程：燃气—空气温合物由前一周期残存的高温烟气加热、燃烧——气体膨胀——燃烧室内压力急剧上升。排气过程：燃烧室内压力升高——燃气和空气阀关闭——烟气从尾管排出——排气终了，靠惯性——燃烧室压力降至大气压力以下。吸气过程：燃烧室内形成负压——燃气和空气阀打开——燃气和空气被吸入燃烧室，同时部分烟气从排气管逆向流入燃烧室——将燃气—空气混合物点燃——开始下一个循环，如此自动进行下去。循环周期的三个过程将燃气供应系统与燃烧室中的气流振荡分隔开54工作原理近似于内燃机的燃烧。燃烧和热量的释放是周期性进行的是一台靠自身动力驱动的共振器。燃料类型气体燃料、液体燃料、粉末状固体燃料。燃气和空气通过阀门进入燃烧室；液体和固体燃料，可以直接喷入燃烧室，也可随空气进入燃烧室。55特点脉冲振动——燃气、空气混合均匀，燃烧加剧——热效高严重破坏了气流的传热边界层——传热系数大燃烧室容积热强度大——结构紧凑、体积小。易引起设备提前损坏。正常运行时，点火和排烟不需外界能量——节能。正压排气——不需考虑烟囱的设置位置。调节比小——只有在一定的热负荷范围内才能保持良好的运行稳定性。污染——NOx排放量低——烟气