燃氣燃燒與應用-chap11

第十一章民用燃氣用具（DomesticGas-Appliance）1炊事用具2熱水器具3冷藏器具4空調采暖器具5其他器具家用燃氣灶——單眼、雙眼、多眼、飯煲…...公用事業(yè)炊事器具——炒菜灶、蒸飯、大鍋灶...烘烤器具——烤箱、烤鴨爐、糕點爐…...

熱水器、沸水器、冷凝式、平衡式…...冰箱暖風機、采暖爐、紅外輻射器…...煤氣燈、煤氣熨斗、煤氣吹風機、消毒器...第一節(jié)燃氣炊事用具及其他燃具家用雙眼灶進氣管開關鈕燃燒器火力調節(jié)器盛液盤灶面鍋架灶框火孔——圓形、方形；火孔中心線與水平面夾角40~50o;鍋支架高度25~35mm；至少一個鍋支架能適應直徑100mm的平底鍋；熄火保護裝置；1進氣管2恒溫器3燃氣管4主燃燒器5噴嘴6燃氣閥門7點火電極8點火輔助9壓電陶瓷10燃具閥紐11空氣調節(jié)器12內箱13托盤14托網(wǎng)15恒溫器感溫件16絕熱材料17排煙口18溫度指示19拉手20玻璃21門22烤箱腿直火式燃氣烤箱燃氣系統(tǒng)——進氣、燃燒、控制、排煙；傳熱系統(tǒng)——絕熱層、恒溫控制；吸收式空調機工質對——溴化鋰、水；組成：加熱器/冷凝器/蒸發(fā)器/吸收器/熱交換器/泵……流程加熱器(發(fā)生器)冷凝器蒸發(fā)器吸收器加熱器(受熱蒸發(fā))冷凝器(放熱凝結)蒸發(fā)器(吸熱蒸發(fā))吸收器水蒸氣節(jié)流稀溶液濃溶液燃氣壓縮式熱泵(Gas-engineHeatPump,GHP)燃氣發(fā)動機壓縮機蒸發(fā)器減壓閥供熱回水供熱供水冷凝器廢氣排放發(fā)動機冷卻水原理——電動熱泵；發(fā)動機余熱回收、輔助加熱；風冷系統(tǒng)功率一般較小，適合商業(yè)用戶；大型系統(tǒng)多采用水冷，制冷燃氣吸收式熱泵蒸發(fā)器吸收器減壓閥冷凝器發(fā)生器低壓系統(tǒng)高壓系統(tǒng)組成——原理：與吸收式制冷相同；將低溫熱源的熱量＋燃燒產(chǎn)生熱量，一起送給高溫熱源。第二節(jié)燃氣熱水器直流式熱水器(InstantaneousWaterHeater)容積式熱水器(StorageWaterHeater)一、直流式(快速式)熱水器按照結構劃分：水套式和水管式兩種水管式

8~16mm銅管繞制筒體+翼片管；翼片管傳熱占85%，筒體盤管傳熱占15%；翼片管面積增大，有利傳熱——過大易后沸，一般取0.34~0.52m2/10kW;翼片為0.4~0.6mm厚銅板，片距3~5mm.按照控制方式——壓力式(前制式)和壓差式點火小火主燃燒器彈簧燃氣閥閥桿節(jié)流孔水腔薄膜壓力式熱水器工作原理壓力式熱水器：氣水聯(lián)鎖閥——水壓信號與彈簧力平衡；水開啟水壓升高作用于薄膜上的力大于彈簧力推開燃氣閥門燃燒器供氣開始工作。反之亦然。控制閥門必須設在熱水器進水處！控制閥門若裝在下游，停水后易發(fā)生——燃氣關閉稍滯后、后沸適合于小型快速熱水器。薄膜水腔-高壓側水腔-低壓側節(jié)流孔閥桿燃氣閥彈簧壓差式熱水器：氣水聯(lián)鎖閥——水側差壓信號與彈簧力平衡；水開啟水側差壓增大作用于薄膜上的力大于彈簧力推開燃氣閥門燃燒器供氣開始工作。反之亦然?？刂崎y門可設在熱水器進水處，也可設在熱水出口處。又稱“后制式”熱水器。可用于多點供水。壓差式快速熱水器排煙管安全排煙罩熱交換器燃燒器燃氣噴嘴調節(jié)閥缺水安全閥水氣聯(lián)鎖閥氣閥附件電磁閥濾網(wǎng)冷水進口水氣聯(lián)鎖閥總成水閥接頭水閥燃氣供入管點火閥主燃氣閥總開關主燃燒器供氣調節(jié)壓電點火器變換器箱點火燃燒器熱電偶溫度傳感器余熱回收式快速熱水器余熱回收器引風機換熱器中和器供水口燃氣給水閥側壁蛇管節(jié)能降低排煙溫度煙氣中的水份凝結低溫腐蝕酸性凝結水中和，排出中和器：Mg改變水質Mg+2H2OMg(OH)2+H2Mg(OH)2+2HNO3

Mg(NO3)2+2H2OMg(OH)2+H2SO4

MgSO4+2H2OMg+2HNO3Mg(NO3)2+H2二、容積式熱水器儲水筒開放式——熱損失大，易清洗封閉式——熱損失小，難清洗(壓力容器)熱效率比快速式熱水器低5~10%燃氣系統(tǒng)：燃氣引入管、燃氣閥門裝置、電氣點火裝置、火焰檢測裝置(安全裝置)、主燃燒器等；水路系統(tǒng)：給水閥門、減壓/逆止閥、儲水箱、回流管、出水閥、排水閥等；熱交換系統(tǒng)：燃燒室、熱交換器等；煙氣排除系統(tǒng)：煙管、安全排氣罩、排氣筒等；燃氣進入管燃氣閥門裝置電點火裝置火焰檢測裝置主燃燒器給水閥門減壓逆止閥儲水箱排水閥儲水箱(大)恒溫器出水口出水口回流管燃燒室熱交換器排氣筒安全排氣罩全封閉式容積熱水器三、平衡式熱水器按照排煙方式直排式煙道式平衡式強制排風式小功率熱水器，現(xiàn)已停止生產(chǎn)！使用專門設計的排煙罩；一次空氣、二次空氣都由排煙產(chǎn)生的浮力自室外吸入；不消耗室內空氣；燃燒室內壓力不受室外風力影響。平衡式容積熱水器第三節(jié)民用燃具的工藝設計一般組成：燃氣空氣供應系統(tǒng)；燃燒器；燃燒室、加熱室；煙氣排除系統(tǒng)；外殼和附件等；一、關于工藝設計的幾個問題(一)燃燒和燃燒器熱負荷、安全系數(shù)；燃燒方法；合理的設計參數(shù)；燃燒器的耐久性；1燃具額定熱負荷單位時間內燃氣燃燒所產(chǎn)生的熱量(kW或kJ/hr);確定方法——對加熱設備進行熱平衡，使有效熱量滿足加熱工藝要求。(1)被加熱物質沒有相變的情況K——安全系數(shù)，1.28~1.40；考慮燃氣壓力降低、熱值的變化對加熱功率造成的影響。(2)被加熱物質與熔融狀態(tài)相伴時(3)被加熱物質與蒸發(fā)過程相伴時(4)烤箱的熱負荷Q=34.89L+1.0467(kW)根據(jù)燃具的尺寸、結構緊湊等要求，確定燃燒器的個數(shù)，之后可確定每個燃燒器的熱負荷。2燃燒方法的確定被加熱物質所要求的加熱溫度；燃燒室構造和燃燒室熱強度；火焰長度；燃燒器特點；燃燒器的耐久性；燃燒器成本和維修難易程度；3燃燒穩(wěn)定性確定合適的一次空氣系數(shù)、火孔熱強度等設計參數(shù)。(二)熱效率是燃燒過程和傳熱過程的綜合效率；是反映燃具經(jīng)濟性的重要指標；在考慮提高熱效率時，必須同時成本問題、耐久性、維護方便程度、CO排放指標。常見燃具的熱效率指標燃氣灶：≥55％；快速式熱水器：≥80％；沸水器：70~80％；容積式熱水器：≮75％；食堂大鍋灶：45~55%；炒菜灶：30~50%;水管式蒸飯器：60~70%；火管式蒸飯器：65~75%；(三)熱平衡分析表示能量的使用情況；指出能量損失情況，使改進有針對性；(四)適用性與安全性自動控制功能日益完善——自動操作；安全保護——熄火保護、缺氧保護、防過熱保護。(五)燃具材料耐熱性、耐腐蝕性、熱傳導性、熱容量、機械強度、外觀質量、成本高低、維護程度……(六)造型與構造結構盡量簡單；燃燒器、燃燒室、燃氣管、水管等——考慮便于維護。二、燃燒室、加熱室的設計(一)燃燒室設計1燃燒室容積的確定燃燒室容積熱強度——qv(kW/m3)；實質是保證燃氣在燃燒室內的停留時間足夠完成燃燒(從點火到燃燼的過程)；選取細則一大氣式燃燒器——一般1.163×103kW/m3;有水冷壁、水循環(huán)好——可稍大于1.163×103kW/m3;

熱風采暖裝置——0.87×103kW/m3;不宜超過1.163×103kW/m3;外側保溫欠佳，0.58×103kW/m3;燃具種類燃燒室容積熱強度(kW/m3)燃燒方式燃燒室深度或高度(從燃燒器到水管群的距離)(mm)燃燒室壁狀況浴盆熱水器立式1.163~2.326部分預混100~150水冷銅壁(水/自然循環(huán))臥式1.163~1.744部分預混150~350水冷銅壁(水/自然循環(huán))熱水器小型快速0.233~0.349擴散式火焰長度的5~7倍或150~350水冷銅壁(水/強制循環(huán))小型快速2.33~3.49部分預混火焰長度的4~7倍水冷銅壁(水/強制循環(huán))大型容積1.163~1.744部分預混70~100水冷銅壁(水/自然循環(huán))采暖爐大型熱交換式0.58~1.16部分預混150~200側壁為鐵或耐火材料，頂部為空冷式鐵壁輻射板式3.49~7.0部分預混——耐火材料烘干機0.35~0.58部分預混300~400空冷式鐵壁工業(yè)燃燒爐3.49~4.65鼓風式——耐火材料大型烤箱灶——部分預混28~35(頂部燃燒器到灶面板)頂部為水冷式銅壁或鋁壁小型燃氣鍋爐1.163~1.744部分預混——水冷式鐵壁選取細則二采用擴散式燃燒時，容積熱強度小于部分預混式(火焰長度問題)選取細則三快速熱水器——燃燒器到翼片管的間距按照火焰長度的倍數(shù)確定，其大小與熱負荷成正比；選取細則四燃燒室與加熱室為一體時，燃燒室的容積？快速熱水器——內筒斷面積乘以燃燒器到翼片管的間距；浴盆熱水器——燃燒室斷面積乘以燃燒器到第一根水管的間距；溶液槽、熔化爐——槽底面積乘以槽底到燃燒器頂部的間距。計算燃燒室容積燃氣系數(shù)，0.85~0.93燃燒室容積熱強度Note：火焰不能接觸水冷壁或室壁，否則不完全燃燒和結碳！2燃燒室二次空氣供應與排煙二次空氣進入口面積K=5.20~7.31(cm2/kW)排煙口位置對煙氣流動和氣流組織有非常重要的影響；利用熱煙氣的浮力，并且，煙氣可均勻地加熱物質；烤箱排煙口的布置與煙氣流動上部排氣上部排氣+擋板型下部排氣帶煙道的下部排氣上擋板+下煙道排煙口總面積

=5.20~7.31(cm2/kW)3燃燒室設計步驟Step1——根據(jù)燃氣種類、組分進行燃燒計算；Step2——確定加熱方法，定出加熱面形式；Step3——確定小時處理量，計算燃燒器的熱負荷；Step4——確定燃燒器種類、數(shù)目、頭部形式、布置形式，燃燒器布置應與加熱室相適應。Step5——確定燃燒室尺寸；Step6——確定燃燒室二次空氣進口總面積及開口形式；Step7——確定排煙口總面積及開口位置；(二)加熱室設計確定被加熱物體所需要的加熱室；計算出換熱面積；保證被加熱物料的質量；保證燃具的熱效率；1加熱方法與特征(1)液體加熱——五種方法直火鍋加熱：傳熱面積小，加熱能力受限制；熱效率較低，35%~55%直立爐加熱：液體自然循環(huán)；熱效率較高，70%~85%煙氣中的水分會凝結、滴落到燃燒器上；浸管加熱：煙管浸沒在液體中；熱效率65~85%；煙氣中析出的水易排除；易出現(xiàn)不完全燃燒和燃燒噪聲；水管加熱：第一種：燃燒室壁不參與換熱，熱效率低，60~70%；第二種：換熱條件改善，75~80%；浸沒燃燒：高溫煙氣直接與水接觸，將水加熱，熱效率90%或更高；(2)固體加熱——直接加熱、間接加熱局部快速加熱：——短焰或高溫煙氣直接烘烤；——不需要加熱室；——廣泛應用于鍛造爐、金屬切割、玻璃加工等工藝；直接加熱：均勻高溫加熱：——被加熱物料置于燃燒室，利用高溫煙氣和爐壁輻射加熱；——廣泛用于金屬加熱爐；干燥、烘烤加熱：——低溫煙氣對流加熱物料；——用于干燥器、烘烤爐；間接加熱：被加熱物料需要高溫但不宜與火焰或煙氣接觸時；罩式爐、輻射管等；固體熔融——鋁制器件加工。氣體加熱：直接加熱或間接加熱。熱風爐。2換熱面設計——加熱室設計的主要任務；——考慮如何提高熱效率；——考慮壽命、冷凝水排出和制造難易等因素；換熱面積的經(jīng)驗取值：容積式熱水器：每10kW取換熱面積0.43~0.49m2;直流式(快速)熱水器：每10kW換熱面積0.34~0.52m2;翼片面積占70%；浴盆用熱水器：每10kW換熱面積0.52~0.77m2；具體的熱工計算在chap14中詳細介紹三、民用燃具的檢驗和使用(一)評價燃具的質量標準熱工指標、工作性能指標1燃具額定熱負荷(NominalHeatinputrate)不同燃具符合相應的國家標準規(guī)定；

檢測時使用基準氣、在額定壓力下進行。對民用雙眼灶：——至少有一個灶眼的燃燒器功率不小于2.9kW；——全部燃燒器同時工作時的功率與各燃燒器單獨工作時的功率之和相比，不得小于90%；2燃具前的燃氣壓力人工煤氣1.0kPa;LPG+空氣：1.0kPa;天然氣：2.0kPa;LPG:2.8/5.0kPa3燃具的熱效率使用基準氣在相應的額定壓力下測試；不低于對應的國家標準值；4燃燒產(chǎn)物的衛(wèi)生指標

CO/NOx/O3/3-4苯并芘/硫化物考核指標：在過剩空氣系數(shù)=1時，干煙氣中的CO含量！煙氣樣中的CO含量；煙氣樣中的O2含量；檢驗室內CO的本底含量；5燃燒穩(wěn)定性檢驗離焰、脫火——脫火極限氣在1.5倍額定壓力下進行測試；檢驗回火——回火極限氣在0.5倍額定壓力下進行；黃焰/不完全燃燒——黃焰極限氣在1.5倍額定壓力下進行；目的——考核燃具在變化的壓力情況下燃燒的穩(wěn)定程度，不得出現(xiàn)不穩(wěn)定情況；6安全性氣密性——燃氣管路/閥門/配件等，必須氣壓檢測；熄火保護、缺氧保護、防止燃燒器過熱等；燃具表面溫度要求；7噪聲要求正常燃燒小于65dB；突然關閉時小于85dB；(二)燃具檢驗外觀檢查——造型美觀大方，外殼平整、色澤均勻；不得有噴涂不均、脫漆、起皺、掉瓷、傷痕、裂紋等。設計加工圖紙/技術條件——實物比對。尤其是噴嘴直徑、火孔直徑/數(shù)量等檢查；對使用、調節(jié)、清掃和檢修拆裝難易進行檢查。機械性能和熱工性能檢查——滿足相應的國家標準要求。(三)燃具的使用強調安裝條件民用燃具的一般要求：——采用低壓燃氣；——嚴禁安裝在臥室內；——利用臥室的套間或用戶單獨使用的走廊做廚房時，必須設門并與臥室隔開。燃氣灶的安裝要求廚房通風良好；宜設排氣扇和可燃氣體報警器；房間凈高不得低于2.2m；廚房內允許安裝的燃具負荷取決于換氣次數(shù)和房間情況；房間換氣次數(shù)(次/h)12345q(kW/m3)0.4720.5830.6940.8060.917允許的房間容積熱強度q新建住宅，允許取0.583；舊建筑——按照表中要求取；燃氣灶與可燃或難燃的墻壁之間應采取有效防火、隔熱措施；燃氣灶的灶面邊緣和烤箱的側壁距木質家具的凈距——20cm；燃氣灶與對面墻的通道寬度——1m；熱水器、采暖裝置等都有非常嚴格的規(guī)定！??！第四節(jié)民用燃具的通風排氣一、用氣房間的衛(wèi)生要求煙氣中的有害成分：CO/CO2/NOx/SO2；空氣中的CO最大濃度：工業(yè)企業(yè)車間——最大允許濃度30mg/m3(24ppm);作業(yè)時間在1h之內——最大允許濃度50mg/m3;作業(yè)時間在2h之內——最大允許濃度100mg/m3;日本／美國——50ppm；空氣中的CO2最大濃度——國外0.07~0.10%；我國——0.07~0.2%(表11-5)二、用氣房間的通風通風方式自然通風——風力形成的壓差/室內外溫差造成的熱壓機械通風——風機形成的機械抽力房間換氣量的確定——控制CO2濃度；燃具與人體CO2發(fā)生量(m3/hr)CO2允許濃度，表11-5；室外CO2濃度，0.03~0.04%;房間換氣次數(shù)計算房間換氣量(m3/hr);房間容積(m3)自然通風時排氣口——取決于房間內的熱負荷開放型燃具——有效面積18cm2/kW熱負荷；半封閉型燃具——有效面積9cm2/kW熱負荷；進氣口面積——與排氣口相同；機械通風時房間的門、窗縫隙能通風——進氣口有效面積9cm2/kW熱負荷；只有門窗、無其他開口——進氣口有效面積18cm2/kW熱負荷；室內負壓不能大于5Pa，否則燃具會出現(xiàn)倒風現(xiàn)象；三、煙囪(排氣筒)的設計(一)半封閉型燃具的煙囪設計煙囪的作用：發(fā)生不完全燃燒/熄火時，能夠及時排出；防止中毒、爆炸等事故，提高安全性；燃燒室內需保持一定的真空度：安全排氣罩后也有一定的真空度；真空度

3Pa——沒有空氣通過安全排氣罩；真空度3~6Pa——吸入的空氣量不超過煙氣體積的20%；真空度6~10Pa——吸入的空氣量不超過煙氣體積的30%1自然排煙(1)設計計算原理設計任務：計算煙道、連接管的斷面尺寸；校驗燃具前的抽力；煙氣流速1.5~2m/s；通過校驗抽力來保證；煙囪末端燃具出口煙囪抽力的計算外部空氣溫度(C)煙囪內平均煙氣溫度(C)煙氣向煙道周圍的傳熱方程：煙囪的熱平衡方程標準狀態(tài)下的煙氣流量(m3/h)得到傳熱系數(shù)K(W/m2.K)——與材料有關：斷面1磚*1磚——3.25~3.72;斷面半磚*半磚——3.95~4.53;屋頂半磚厚煙道——3.13~3.48;抹灰磚墻中的