燃料与燃烧(第四篇)

《燃料与燃烧》第四篇燃烧方法与燃烧装置第四篇燃烧方法与燃烧装置学习重点要求重点掌握：1.燃烧装置的一般要求2.燃气燃烧方法和燃烧器的分类3.典型的有焰和无焰工业燃烧器的原理和结构4.常用大气式和无焰式燃烧器的原理和结构5.油的燃烧过程，油的雾化原理第四篇燃烧方法与燃烧装置根据燃料燃烧原理实现燃烧过程的技术方法叫燃烧方法，用来实现燃料燃烧过程的装置称为燃烧装置。气体燃料、液体燃料和固体燃料由于其物性的不同，在技术上采用不同的燃烧方法和燃烧装置。对燃烧装置的一般技术要求：1、在规定的热负荷条件下要保证燃料的合理燃烧和燃烧过程的稳定；2、能够合理组织火焰，使火焰具有加热工艺过程所需要的外形、方向和刚性；3、具有足够的燃烧加热能力和热负荷调节范围；4、结构简单、使用方便、坚固耐用。第十三章气体燃料的燃烧方法§1概述一、气体燃料的燃烧过程1、燃气与空气的均匀混合2、混合气的加热与着火（点火）3、完成燃烧化学反应燃烧反应热不断加热新鲜混合气，维持连续不断的稳定燃烧，高温的烟气不断加热物料而获得热加工产品。第十三章气体燃料的燃烧方法二、燃气燃烧方法分类（一）按空气混合情况分类1、扩散式燃烧：燃气与空气不预先混合，α1＝０2、大气式燃烧：燃气与空气部分预混，0α113、无焰式燃烧：燃气与燃烧所需的全部空气进行预混α1≥1（二）按火焰形状分类1、直焰燃烧：燃烧在直流射流中进行，火焰呈圆锥形。2、平火焰燃烧：燃烧在平展气流中进行，火焰呈圆盘形第十三章气体燃料的燃烧方法二、燃气燃烧方法分类（三）按烟气离开火道的速度分类1、低速燃烧：烟气离开火道的速度一般不超过50米/秒，主要用于依靠辐射传热的设备。2、高速燃烧：烟气离开火道的速度一般为200米/秒～300米/秒，多用于以对流传热为主的燃烧设备中。第十三章气体燃料的燃烧方法二、燃气燃烧方法分类（四）常用的分类方法1、有焰燃烧（扩散式燃烧α1＝０）：燃气和空气分别喷入，混合速度容易控制；火焰长，稳定性好；燃烧时间长；燃气与空气可分别预热以提高燃烧温度。2、无焰燃烧（预混燃烧，动力燃烧α1≥1）：燃烧速度快，火焰短；过剩空气系数α较小，燃烧温度高，空间热强度较大3、部分预混燃烧（大气式燃烧0α11）：介于两者之间的中间燃烧。第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法一、层流扩散火焰分4区：1、纯煤气区2.煤气+燃烧产物区3.空气+燃烧产物区4.纯空气区在火焰面上过剩空气系数为n=1层流扩散火焰结构火焰第十三章气体燃料的燃烧方法二、紊流扩散火焰1、层流区：火焰外形轮廓规整，w—L2、过度区：火焰顶部颤动，上部紊流火焰，L略减短3、紊流区：紊流火焰，L基本不变（流量增加，使火焰变长；混合速度加快，使火焰变短）紊流火焰没有明显的燃烧前沿面。第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法有焰扩散式燃烧的燃烧速度主要取决于燃气与空气的混合速度。因此，强化燃烧的主要途径是设法改变燃气和空气的混合条件，即通过燃烧器的结构设计来实现燃气与空气的合理混合。几种常用的混合方式：1、燃气和空气分成多股细流混合；2、燃气和空气以不同速度和不同的角度相遇；3、用旋流器来强化气流的混合。三、扩散燃烧的气流混合方式第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法三、扩散燃烧的气流混合方式直流射流结构图第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法三、扩散燃烧的气流混合方式直流射流的卷吸作用第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法三、扩散燃烧的气流混合方式第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法三、扩散燃烧的气流混合方式第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法三、扩散燃烧的气流混合方式一次风二次风二次风燃烧器配风图二次风分级风一次风二次风直流燃烧器分级配风第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法三、扩散燃烧的气流混合方式轴向速度小切向速度大径向速度大第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法三、扩散燃烧的气流混合方式旋转气流示意图第十三章气体燃料的燃烧方法§2扩散式燃烧方法三、扩散燃烧的气流混合方式双调风旋流燃烧器第十三章气体燃料的燃烧方法四、影响紊流火焰长度的因素1、燃料种类：热值高，火焰长2、烧嘴直径：直径大，火焰长3、有旋流时，混合加强，火焰变短4、主要由加强混合条件来强化燃烧。改善燃烧器混合条件，使燃烧速度加快，火焰变短。第十三章气体燃料的燃烧方法燃烧器结构的不同对火焰长度的影响1.两股分流混合差火焰长阻力小结构简单2.同心射流混合好火焰短阻力大3.旋流导向叶片混合好火焰短阻力小4.缩小出口交角混合好，火焰短5.空气旋流-部分预混火焰更短横坐标：火焰长度纵坐标：燃气中氧气浓度燃气流量：35m3/h空气流量；130m3/h燃气热值；12.75MJ/m3第十三章气体燃料的燃烧方法§3预混式燃烧方法一、预混火焰1.层流预混火焰n=1只有外锥，0n1有外锥、内锥、点火环CO燃烧时沿火焰中心的CO2%n=1第十三章气体燃料的燃烧方法2.紊流预混火焰（1）中心部分未燃的可燃混合物（2）燃烧带紊流燃烧前沿，大部分燃气燃烧区（3）燃烬带达到完全燃烧第十四章燃气燃烧装置§1燃气燃烧器的分类（一）按一次空气分类1．扩散式燃烧器：是按扩散燃烧原理设计的，一次空气系数等于零（α1＝0）。2．大气式燃烧器：是按大气式燃烧原理设计的，其一次空气系数α1＝0.4～0.8。剩余的燃气燃烧仍然靠二次空气扩散燃烧。3．无焰式燃烧器：按无焰式燃烧原理设计，其一次空气系数等于过剩空气系数（α1＝1.05～1.15），燃烧过程不需要二次空气。第十四章燃气燃烧装置§1燃气燃烧器的分类（二）按空气的供给方法分类1．引射式燃烧器：采用燃气引射空气或者空气引射燃气方式混合。2．鼓风式燃烧器：用机械鼓风设备将空气送入燃烧系统。3．自然引风式燃烧器：靠炉膛中的负压将空气吸入燃烧系统。第十四章燃气燃烧装置§1燃气燃烧器的分类（三）按燃气压力分类1．低压燃烧器：燃气压力小于或等于5KPa2．高(中)压燃烧器：燃气压力在5KPa毫米至0.3Mpa之间(四)按火道中烟气出口速度分类1、低速燃烧器：火道出口烟气速度小于等于５０米／秒。2、高速燃烧器：火道出口烟气速度大于５０米／秒，一般可达２００～３００米／秒。第十四章燃气燃烧装置对于燃烧装置的一般技术要求1、具有一定的热负荷，满足加热工艺所需要的热量和燃烧热强度。2、具有符合加热工艺要求的火焰特性（火焰的形状及尺寸，燃烧温度）及炉内气氛特性（氧化性，还原性或中性）。3．卫生条件好，烟气中有害气体(NＯx、CO)含量少，燃烧器工作噪音小，燃烧比较完全。第十四章燃气燃烧装置对于燃烧装置的一般技术要求4．燃烧稳定：当燃气压力和热值在正常波动范围内，以及正常的负荷调节范围内，不发生脱火和回火现象。5．燃烧效率高：燃气能够完全燃烧，其热量得到充分的利用。6．燃烧器配备必要的自动调节（燃气-空气比例调节）和自动安全装置（熄火保护装置）。7．结构紧凑，金属消耗量少，价格合理，调节方便，经久耐用。第十四章燃气燃烧装置一、自然引风扩散式燃气燃烧器1、管式扩散式燃烧器结构简单，直接在钢管或者铜管上钻孔加工而成。可以根据工艺需要做成各种形式。§2扩散式燃烧器第十四章燃气燃烧装置一、自然引风扩散式燃气燃烧器2、排管式扩散式燃烧器结构简单，直接在钢管或者铜管上钻孔加工而成。可以根据工艺需要做成各种形式。排管式燃烧器适用于方形炉膛。e=(0.6-1.0)dout第十四章燃气燃烧装置一、自然引风扩散式燃气燃烧器3、涡卷管式扩散燃烧器结构简单，直接在钢管或者铜管上钻孔加工而成。可以根据工艺需要做成各种形式。涡卷式燃烧器适用于园形炉膛。e=(0.6-1.0)dout第十四章燃气燃烧装置一、自然引风扩散式燃气燃烧器4、扇型和冲焰型扩散式燃烧器扇形火焰的火孔呈扇形扁缝，形成很薄的扇形火焰，增加了与空气的接触面，燃烧完全二稳定。冲焰的方法加强了气流的绕动，增强了燃气与空气的混合，可以提高燃烧的稳定性和强化燃烧过程。e=2doutθ=500-700第十四章燃气燃烧装置一、自然引风扩散式燃烧器5、炉床式扩散燃烧器应用范围：一般适用于小型燃煤锅炉改烧燃气是使用（2-10t/h锅炉煤改气）。火管直径：D=50-100mm火孔直径：dp=2-4mm火孔夹角β=900-1800火道截面热强度：qf=(2.9-23)w/mm2火道温度：T=9000-12000炉膛负压：P=20-30Pa过剩空气系数：α=1.1-1.3第十四章燃气燃烧装置一、自然引风扩散式燃烧器6、自然引风扩散燃烧器的应用范围（1）优点：燃烧稳定，不会回火，结构简单，成本低，操作简单容易点火，可以利用低压燃气，不需要鼓风。（2）缺点燃烧热强度较低，火焰长，需要的燃烧空间大，容易燃烧不完全，过剩空气系数较大，燃烧的温度较低。（3）应用范围：可用于要求温度不高，但要求温度均匀，燃烧稳定的民用公用的热水锅炉、热水器具和一些工业加热领域（如：纺织、食品、机械加工业的烘干、干燥领域）§2扩散式燃烧器第十四章燃气燃烧装置§2扩散式燃烧器二、鼓风扩散式燃烧器鼓风式燃烧器燃烧需要的空气由鼓风机一次供给，燃烧以前燃气与空气没有预混，因此燃烧属于扩散燃烧。燃烧强度、火焰长度与燃气与空气的混合强度有关。为了强化混合过程和缩短火焰长度，技术上有各种方法来加强燃气与空气的混合。第十四章燃气燃烧装置二、鼓风式扩散式燃烧器鼓风式燃烧器的分类：（1）按煤气发热量：高发热量燃气烧嘴（NG，LPG）中发热量燃气烧嘴（城市混合煤气、焦炉煤气）低发热量燃气烧嘴（发生炉煤气，高炉煤气）（2）按燃烧能力：大型燃烧器（500-1000m3/h）中型燃烧器（100-500m3/h）小型燃烧器（100m3/h）（3）按火焰长度：短焰燃烧器长焰燃烧器（4）按火焰长度的可调性：可调焰燃烧器（火焰长度可调）不可调焰燃烧器（火焰长度不可调）（5）按混合位置：炉膛中混合烧嘴和炉膛中都有混合第十三章气体燃料的燃烧（6）按混合方式：空气、煤气紊流扩散而混合带流股交角混合旋流装置混合方式机械作用强制混合（7）按煤气与空气配比的调节方式：手动调节空燃比自动调节空燃比（8）按流股形状：扁平流股的烧嘴（缝式烧嘴）圆形流股的烧嘴盘形流股的烧嘴（平焰燃烧器）（9）按预热方式：空气、煤气不预热空气、煤气预热（10）按使用燃料种类：一种煤气专用的燃烧器两种煤气用的燃烧器燃气/燃油共用燃烧器第十四章燃气燃烧装置§2扩散式燃烧器二、鼓风扩散式燃烧器1、套管式燃烧器由大管套小管而成，中心供燃气，管间供空气在火道内边混合边燃烧。结构简单，不回火，属于同心气流，混合慢，火焰较长。第十四章燃气燃烧装置§2扩散式燃烧器二、鼓风式扩散燃烧器2、导流叶片旋流式燃烧器空气经过导流叶片产生旋转气流，与中心喷出的燃气混合，混合速度快，燃烧强度较大。第十四章燃气燃烧装置§2扩散式燃烧器二、鼓风扩散式燃烧器3、蜗壳式旋流燃烧器空气经过蜗壳产生旋转气流，与中心喷出的燃气混合，混合速度快，燃烧强度较大。第十四章燃气燃烧装置§2扩散式燃烧器二、鼓风扩散式燃烧器4、螺旋板式旋流燃烧器由两张平行钢板卷制而成两个螺旋通道，燃气和空气其中快速旋转前行，在出口混合。混合速度快，燃烧强度较大。第十四章燃气燃烧装置§2扩散式燃烧器二、鼓风扩散式燃烧器5、切向供气旋流燃烧器切向供空气产生旋流，燃气轴向进入，空气-燃气在燃烧室产生高速旋流混合，燃烧室中心形成烟气回流区，火焰呈现旋转圆筒型。第十章燃气燃烧装置§2扩散式燃烧器二、鼓风扩散式燃烧器6、径向供气旋流燃烧器空气产生旋流，燃气径向分多股细流喷入空气流中，增加了空气-燃气的接触面，混合快，火焰短。第十章燃气燃烧装置§2扩散式燃烧器二、鼓风扩散式燃烧器7、天然气旋流燃烧器煤气多孔喷出，空气需要量大，空气从环缝流出，混合良好天然气的热值较大，燃烧器体积较小、适合高热负荷加热工艺；负荷调节范围大，稳定性好；火焰长短可调，增大空气量火焰缩短，减少空气量火焰拉长。第十四章燃气燃烧装置二、鼓风扩散式燃烧器8、套筒式燃烧器平行流动，混合慢火焰长，结构简单，阻力小。适