燃?xì)馊紵c設(shè)備設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u\h1設(shè)計(jì)原始資料 1\h1.1氣源 1\h1.2設(shè)計(jì)熱負(fù)荷 1\h2燃?xì)馊紵?jì)算 1\h2.1燃?xì)獾臒嶂?1\h2.2華白數(shù) 2\h2.3理論空氣量 4\h2.4過(guò)?？諝庀禂?shù) 4\h2.5實(shí)際空氣量 5\h2.6煙氣量 5\h3大氣式燃燒器 7\h3.1大氣式燃燒器的工作原理 7\h3.2設(shè)計(jì)計(jì)算 7\h3.3火焰高度 12\h總結(jié) 14\h參考資料 1411設(shè)計(jì)原始資料1.1氣源天然氣3T0成分見(jiàn)表1-1表1-1燃?xì)獬煞诸悇e類別體積分?jǐn)?shù)%)(相對(duì)密度熱值/(3mMJ)華白數(shù)/(3mMJ)燃燒勢(shì)pc理論干煙氣中2CO體積分?jǐn)?shù)%)(1HhH1WhWT03CH4=32.5空氣=67.50.88511.0612.2811.9513.2822.011.741.2設(shè)計(jì)熱負(fù)荷本設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為：4.2kW燃?xì)鈮毫Γ?000Pa2燃?xì)馊紵?jì)算2.1燃?xì)獾臒嶂禋怏w中的可燃成分在一定條件下與氧氣發(fā)生氧化作用，并產(chǎn)生大量的熱和光的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程成為燃燒。3T0燃?xì)馔耆紵懦龅臒崃糠Q為該燃?xì)獾臒嶂?，單位為千焦每?biāo)準(zhǔn)立方米。熱值可以分為高熱值和低熱值。高熱值是指3T0燃?xì)馔耆紵笃錈煔獗焕渲猎紲囟?，而其中的水蒸氣以凝結(jié)水狀態(tài)排出時(shí)所放出的熱量；低熱值是指3T0燃?xì)馔耆紵笃錈煔獗焕渲猎紲囟?，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸汽狀態(tài)時(shí)所放出的熱量。實(shí)際使用的燃?xì)馐呛卸喾N組分的混合氣體，混合氣體的熱值可以直接用熱量計(jì)測(cè)定，也可以有各單一氣體的熱值根據(jù)混合法則按下時(shí)進(jìn)行計(jì)算：HH1r1H2r2Hnrn（2-1）式中：H—燃?xì)猓ɑ旌蠚怏w）的高熱值或低熱值（kJNm3）；H—燃?xì)庵懈魅冀M分的高熱值或低熱值（kJNm3），由《燃?xì)鈔燃燒與應(yīng)用》附錄2查得；r—燃?xì)庵懈骺扇冀M分的容積成分。n查附錄得該燃?xì)饨M分熱值見(jiàn)表2-1：表2-1各個(gè)組分的熱值燃?xì)饨M分燃?xì)饨M分甲烷空氣高熱值（3mNkJ）95998126915低熱值（3mNkJ）88390117212則該設(shè)計(jì)的熱值分別為:高熱值為：H=0.325×95998+0.675×126915=116866.975kJNm3h低熱值為：H=0.325×88390+0.675×117212=107844.85kJNm312.2華白數(shù)當(dāng)以一種燃?xì)庵脫Q另一種燃?xì)鈺r(shí)，首先應(yīng)保證燃具熱負(fù)荷（kW）在互換前后不發(fā)生大的改變。以民用燃具為例，如果熱負(fù)荷減少太多，就達(dá)不到燒煮食物的工藝要求，燒煮時(shí)間也要加長(zhǎng)；如果熱負(fù)荷增加太多，就會(huì)使燃燒工況惡化。 當(dāng)燃燒器噴嘴前壓力不變時(shí)，燃具熱負(fù)荷Q與燃?xì)鉄嶂礖成正比，與燃?xì)庀鄬?duì)密度的平方根成反比，而稱為華白數(shù)：HWS （2-2）式中:W—華白數(shù)，或稱熱負(fù)荷指數(shù)；SH—燃?xì)鉄嶂?；S—燃?xì)庀鄬?duì)密度（設(shè)空氣的s=1）。因此，燃具熱負(fù)荷與華白數(shù)成正比：QKW（2-3）式中:K—比例常數(shù)。華白數(shù)是代表燃?xì)馓匦缘囊粋€(gè)參數(shù)。如果兩種燃?xì)獾臒嶂岛兔芏染煌?，但只要它們的華白數(shù)相等，就能在同一燃?xì)鈮毫ο潞屯蝗季呱汐@得同一熱負(fù)荷。欲求華白數(shù)，必先求出燃?xì)獾南鄬?duì)密度。燃?xì)獾钠骄肿恿靠捎上率角蟮茫篗M1y1M2y2Mnyn（2-4）式中：M—混合氣體的平均分子量；錯(cuò)誤！未指定書簽。、y2……錯(cuò)誤！未指定書簽。—各單一氣體容積成分（%）；錯(cuò)誤！未指定書簽。、錯(cuò)誤！未指定書簽?！e(cuò)誤！未指定書簽?！鲉我粴怏w分子量，可由《燃?xì)馊紵c應(yīng)用》附錄2查得，結(jié)果見(jiàn)表2-2中；表2-2各個(gè)組分的密度燃?xì)饨M分燃?xì)饨M分甲烷空氣分子量44.097058.1240則該設(shè)計(jì)燃?xì)獾钠骄肿恿繛椋篗=0.325×44.0970+0.675×58.1240=53.6（gmol）燃?xì)獾南鄬?duì)密度：混合氣體的相對(duì)密度按下式計(jì)算：M S （2-5）Ma錯(cuò)誤！未指定書簽。式中：M—空氣的平均分子量（gmol），M=29aa53.6 相對(duì)密度為：S 1.8529107844.851.85則華白數(shù)W的值為：W =79289MJm32.3理論空氣量理論空氣量是指每立方米（或千克）燃?xì)馊剂习慈紵磻?yīng)計(jì)量方程式完全燃燒所需要的空氣量，單位為標(biāo)準(zhǔn)立方米每標(biāo)準(zhǔn)立方米或者標(biāo)準(zhǔn)立方米每千克。理論空氣量也是燃?xì)馔耆紵枰淖钚】諝饬?。?dāng)燃?xì)饨M成已知，可按下式計(jì)算燃?xì)馊紵璧睦碚摽諝饬浚篤10.5H20.5COmn4CmHn1.5H2SO2（2-6）021式中:V—理論空氣需要量；0H、CO、CH、HS—燃?xì)庵懈鞣N可燃組分的容積成分； 2 mn 2O—燃?xì)庵醒鯕獾娜莘e成分。2則3T0天然氣的理論空氣量為： 1 8 10 V0210.500.503432.54467.51.500 =28.6m3m32.4過(guò)剩空氣系數(shù)理論空氣需要量是燃?xì)馔耆紵璧淖钚】諝饬?。由于燃?xì)馀c空氣存在混合不均勻性，如果在實(shí)際燃燒裝置中只供給理論空氣量，則很難保證燃?xì)馀c空氣的充分混合，因而不能完全燃燒。因此實(shí)際供給的空氣量應(yīng)大于理論空氣量，即要供應(yīng)一部分過(guò)?？諝?。過(guò)?？諝獾拇嬖谠黾恿巳?xì)夥肿雍涂諝夥肿优鲎驳目赡苄?，增加了其相互作用的機(jī)會(huì)，從而促使完全燃燒。實(shí)際供給的空氣量V與理論供給的空氣量V之比稱為過(guò)?？諝庀禂?shù)，即0VV0（2-7）通常＞1。值的大小決定于燃?xì)馊紵椒叭紵O(shè)備的運(yùn)行工況。在民用燃具中一般控制在1.3～1.8。本設(shè)計(jì)中取值為=1.5。過(guò)?？諝獾拇嬖谠黾恿巳?xì)夥肿雍涂諝夥肿优鲎驳目赡苄?，增加了其相互作用的機(jī)會(huì)，從而促使燃燒完全。在燃燒過(guò)程中，正確選擇和控制是十分重要的，過(guò)小和過(guò)大都將導(dǎo)致不良后果；前者使燃料的化學(xué)熱不能充分發(fā)揮，后者使煙氣的體積增大，燃燒室內(nèi)溫度下降，增加排煙的熱損失，其結(jié)果都將使加熱設(shè)備的熱效率下降。因此，先進(jìn)的燃燒設(shè)備應(yīng)在保證完全燃燒的前提下，盡量使值趨近于1。2.5實(shí)際空氣量如前所述，理論空氣量是燃?xì)馔耆紵枰淖钚】諝饬?，為了保證燃?xì)馔耆紵虼藢?shí)際供給的空氣量應(yīng)大于理論空氣量。由過(guò)剩空氣系數(shù)的關(guān)系可知，實(shí)際的空氣量為：錯(cuò)誤！未找到引用源。（2-8）則實(shí)際空氣量為：V錯(cuò)誤！未找到引用源。=1.5×28.6=42.90m3m32.6煙氣量燃?xì)馊紵蟮漠a(chǎn)物就是煙氣。當(dāng)只供給理論空氣量時(shí)，燃?xì)馔耆紵螽a(chǎn)生的煙氣量稱為理論煙氣量。理論煙氣量的組成時(shí)CO、SO、N和HO。前三者 2 2 2 2組分合在一起稱為干煙氣。包括HO在內(nèi)的煙氣稱為濕煙氣。當(dāng)有過(guò)?？諝鈺r(shí)，2煙氣中除上述組分外尚含有過(guò)?？諝?，這時(shí)的煙氣量稱為實(shí)際煙氣量。如果燃燒不完全，則除上述組分外還將出現(xiàn)CO、CH、H等可燃組分。在實(shí)際的運(yùn)用中，4 2由于為了使燃?xì)饽軌虺浞秩紵瑒t過(guò)?？諝庀禂?shù)＞1，因此煙氣必為實(shí)際煙氣量。對(duì)于該設(shè)計(jì)中成分已知的燃?xì)?，燃?xì)庵懈骺扇冀M分單獨(dú)燃燒后產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量可通過(guò)燃燒反應(yīng)方程式來(lái)確定。（一）按燃?xì)饨M分計(jì)算(1)實(shí)際煙氣量（＞1）三原子氣體的體積 V V V0.01COCOmCHHS RO CO SO 2 m n 2（2-9） 2 2 2V=0.01×（0+0+3×32.5+4×67.5+0）=3.675Nm3Nm3干燃?xì)釸O2水蒸氣體積V2\0.01H2H2Sn2CmHn126.6dgV0da（2-10） HO V=0.01[0+0+4×32.5+5×67.5+126.6×（0+42.90×0.01)]=5.22HO2Nm3Nm3干燃?xì)獾獨(dú)怏w積，按下式求得V0.79V0.01N N 0 2（2-11）2V=0.79×42.90+0.01×0=33.891Nm3Nm3干燃?xì)釴2過(guò)剩氧氣體積V0.21-1V O 0（2-12）2式中：V—實(shí)際煙氣中過(guò)剩氧氣體積（Nm3Nm3干燃?xì)猓㎡2V=0.21×（1.5-1）V（2-13） O 02V=3.00Nm3Nm3干燃?xì)釵2實(shí)際煙氣總體積 VVV VVf RO HO N O（2-14） 2 2 2 2式中：V—實(shí)際煙氣量（Nm3Nm3干燃?xì)猓ゝV=3.675+5.22+33.891+3.00=45.786Nm3Nm3干燃?xì)鈌(2)對(duì)于液化石油氣也可采用下式計(jì)算:0.252 -1VVH4.5f1000l0（2-15）帶入低熱值，得：0.252V=×107844.85+4.5+（1.5-1）×28.6=45.98Nm3Nm3干燃?xì)鈌10003大氣式燃燒器3.1大氣式燃燒器的工作原理根據(jù)部分預(yù)混燃燒方法設(shè)計(jì)的燃燒器稱為大氣式燃燒器，其一次空氣系數(shù)為0<<1。大氣式燃燒器由頭部及引射器兩部分組成，工作原理是：燃?xì)庠谝欢▔毫ο拢砸欢魉購(gòu)膰娮炝鞒?，進(jìn)入吸氣收縮管，燃?xì)饪勘旧淼哪芰课胍淮慰諝?。在引射器?nèi)燃?xì)夂鸵淮慰諝饣旌?，然后，?jīng)頭部火孔流出，進(jìn)行燃燒，形成本生火焰。大氣式燃燒器的一次空氣系數(shù)為通常為0.45-0.75,被設(shè)計(jì)取為0.60。根據(jù)燃燒室工作狀況的不同，過(guò)剩空氣系數(shù)通常變化在1.3~1.8之間，本設(shè)計(jì)取=1.5。3.2設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容是確定燃燒器各部件的界面尺寸，并根據(jù)數(shù)據(jù)確定各部件的長(zhǎng)度等尺寸。本設(shè)計(jì)燃燒器熱負(fù)荷Q=4.2kW燃?xì)獾蜔嶂礖=107844.85kJm3相對(duì)密度lS=0.885，理論空氣需要量V=28.6Nm3Nm3,燃?xì)鈮毫?000Pa。0最佳工況引射定量空氣而燃?xì)鈮毫p失最小的工況稱為最佳工況，此時(shí)獲得最高頭部靜壓力。選?、笮偷囊淦?，可使引射器的尺寸最小，其能量損失系數(shù)K=3。(1)計(jì)算燃?xì)饬髁?60H0qg g Hl （3-1）36004.2q==0.140m3g107844.85式中：q—燃?xì)饬髁?，m3hgH—燃燒器熱負(fù)荷，kWgH—燃?xì)獾蜔嶂担琸Jm31d(2)計(jì)算噴嘴直徑j(luò)L s 0.140 0.885j 0.0035H 0.00350.752000 d g 4 4（3-2）d=1.1mmj式中：d—噴嘴直徑，mm；j—噴嘴流量系數(shù)，=0.7~0.8，取值0.75.故噴嘴的面積：F=0.95mm2j(3)計(jì)算混合管截面積與火孔總面積'Vu0=19.39（3-3）SFK1u1uS=1110.86（3-4）opFK1u1uSF=1055.317mm2（3-5） m j故，混合管直徑D=54mmm式中：F-最佳燃燒器參數(shù)1opK-引射器能力損失系數(shù)，K=3K-頭部能力損失系數(shù)，K=2.8 1 11K1KKFm（3-6）1opFfKKKK1FmF=1019.53mm2（3-7）fF m1op(4)計(jì)算火孔出口速度一般家用燃具的火孔出口速度可按下表所列范圍取值，在這個(gè)范圍內(nèi)是可采取提高噴嘴前燃?xì)鈮毫蜻m當(dāng)減少一次空氣系數(shù)以增大火孔出口速度。家用燃具火孔出口速度見(jiàn)表3-1表3-1家用燃具火孔出口速度燃燃?xì)饨範(fàn)t煤氣天然氣液化石油氣火孔出口速度2.0~3.51.0~1.31.2~1.5q1'VvgO（3-8）f0.0036Ffv=0.69m2sf(5)核算最佳工況在最終確定混合管截面積與火孔總面積后，由此兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行最佳工況核算。工況判別系數(shù)A可以判別引射式燃燒器工況，當(dāng)A=1為最佳工況，當(dāng)A＜1時(shí)為非最佳工況，A不可能大于1。2A（3-9）KKKFFKKFF1f1mfm2A==11019.532.31055.3172.81055.3172.81019.532.3(6)確定火孔尺寸與個(gè)數(shù)圓火孔最容易加工，被廣泛采用?？咨钤黾涌蓽p少回火與離焰，在圓火孔周沿制成凸緣形，不但增加孔深，還利于二次空氣供給給予冷卻頭部，一般孔深與火孔中心距為2~3倍孔徑，凸緣圓孔孔深大于12mm時(shí)易出現(xiàn)黃焰。家用燃具火孔出口速度見(jiàn)表3-2：表3-2家用燃具火孔出口速度燃燃?xì)饨範(fàn)t煤氣天然氣液化石油氣直徑（mm）2.5~3.02.9~3.22.9~3.2大氣式燃燒器常用設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3-3：表3-3大氣式燃燒器常用設(shè)計(jì)參數(shù)燃燃?xì)夥N類煉焦煤氣天然氣液化石油氣火孔尺寸mm圓孔pd2.5-3.02.9-3.22.9-3.2方孔2.0×1.21.5×5.02.0×3.02.4×1.62.0×3.02.4×1.6火孔中心間距mms（2-3）pd火孔深度mmh（2-3）pd額定火孔熱強(qiáng)度)//(2mmWqp11.6-19.85.8-8.77.0-9.3額定火孔出口口風(fēng)速)//(smvp2.1-3.71.1-1.41.3-1.6一次空氣系數(shù)'0.55-0.600.60-0.650.60-0.65d mm，故單火孔面積為：本設(shè)計(jì)取火孔的直徑p=3.0 （3-10）Fd2 f 4pF=7.07mm2fFnf則共有 Ff'（3-11）n=144一般孔深與火孔中心距為2~3孔徑，本設(shè)計(jì)取S=2.5d=2.5×3.0=7.5mm， p ph=6.5mmp火孔排數(shù)不宜大于兩排，且各排火孔交叉排列，當(dāng)兩排以上時(shí)，每增加一排，一次空氣系數(shù)需增加5%~7%。據(jù)此，本設(shè)計(jì)采用兩排布置的形式，其中外排n=65，內(nèi)排n=16。 1 2①外圈頭部尺寸確定。火孔中心距燃燒器邊緣的距離為10mm。注：燃燒器頭部壁厚=3mm頭部?jī)魧抌=20-2×3=14mmh由于氣流在該處分成了兩部分，故：頭部?jī)舾遠(yuǎn)Ff=73mm（3-12）h bh②內(nèi)圈頭部采用圓蓋構(gòu)造，火孔外緣距燃燒器邊緣距離為5mm。其尺寸確定如下：頭部直徑d=53mmr頭部?jī)舾遠(yuǎn)=15mmr(7)擴(kuò)壓管尺寸計(jì)算擴(kuò)壓管進(jìn)口截面積與混合管截面積相同F(xiàn)nF（3-13） d mF=2.5×519=2638.3mm2d故，擴(kuò)壓管出口直徑D=75mmd式中：F-擴(kuò)壓管出口截面積，mm2dn-擴(kuò)壓管擴(kuò)張度，n=2~3，本設(shè)計(jì)取n=2.0。擴(kuò)壓管的長(zhǎng)度取決于擴(kuò)張角，長(zhǎng)度按下列公式計(jì)算：D-D d mL2 （3-14）d tan2L=802mmd式中：a-擴(kuò)壓管擴(kuò)張角，一般a=6~8°，本設(shè)計(jì)取a=7°。(8)其他結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表3-4：表3-4其他結(jié)構(gòu)參數(shù)名稱名稱結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值吸氣收縮管一般采用錐形收縮管，進(jìn)口截面積為混合段截面積的4~6倍，吸氣入口面積為火孔總面積的1.25~2.25倍，對(duì)熱值高的燃?xì)馊〈笾?，sD=58mm收縮管安裝長(zhǎng)度由安裝長(zhǎng)度確定。收縮管安裝長(zhǎng)度由安裝長(zhǎng)度確定。燃?xì)鈬娮熘睆脚c孔深之比d/l=0.5~1.0，=60°。當(dāng)一次空氣口位于收縮管端部，噴嘴出口至混合段進(jìn)口距離為混合段直徑的1.0~1.5倍。噴嘴軸線應(yīng)在混合管軸線上。D/l=0.75sI=26mm混合管長(zhǎng)度為直徑的1~3倍50mm頭部進(jìn)口截面積為火孔總面積的2倍以上，沿氣流方向?yàn)闇p縮形，以保持壓力均勻，任意截面積為其后火孔總面積的2倍以上。(9)核算一次空氣系數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算中一次空氣系數(shù)作為已知的設(shè)計(jì)參數(shù)出現(xiàn)在質(zhì)量引射系數(shù)中，其影響燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸，因此當(dāng)燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸正確時(shí)，由燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算而得的一次空氣系數(shù)應(yīng)與事先確定的數(shù)值一致，由下式確定：'FFFFKKFKASVVSVVSV2mj1mj2020000214f2V20S故，設(shè)計(jì)合適3.3火焰高度火焰內(nèi)錐與冷表面接觸時(shí)，由于焰面溫度突然下降，燃燒反應(yīng)中斷，便形成化學(xué)不完全燃燒。這時(shí)對(duì)于民用燃具是不允許的。在設(shè)計(jì)燃燒器頭部時(shí)，計(jì)算火焰高度是十分重要的?；鹧鎯?nèi)錐高度主要取決于燃?xì)庑再|(zhì)一次空氣系數(shù)、 、火孔尺寸和火孔熱強(qiáng)度，而與火孔間距及孔深無(wú)關(guān)?；鹧鎯?nèi)錐的高度由可下式計(jì)算：h0.86Kfq103（3-16）ic jp=0.86×0.15×7.07×7.77=7.1mm式中：hic—火焰內(nèi)錐高度（m