扩散式燃烧器

扩散式燃烧器扩散式燃烧器 按扩散式燃烧原理设计 一次空气系数 0 的燃烧器称 为扩散式燃烧器 根据空气供给方式不同 可分为自然通风和 强制鼓风两类 自然通风式 依靠自然抽力或扩散供给空气 多用于民用 强制鼓风式 依靠鼓风机供给空气 多用于工业 一 自然通风式扩散燃烧器一 自然通风式扩散燃烧器 一 构造及工作原理 根据工艺的要求 可做成多种形式 1 管式扩散燃烧器 最简单的扩散式燃烧器为直管式扩散式燃烧器 俗称火管 是在一根金属管上钻一排 或多排 火孔而制成 如图 3 6 1 a 所示 燃气在一定压力下进入管内 经火孔逸出时 相当于多 股自由射流与周围空气扩散混合 经点火后 进行扩散燃烧 其结构十分简单 但管内燃气压力不易均匀 火焰高度不一 图图 3 6 13 6 1 管式扩散燃烧器管式扩散燃烧器 a 直管式 b 排管式 c 环管式 d 涡卷管式 排管燃烧器示于图 3 6 1 b 它是由若干根钻有火孔的 小管焊在一根集气管上制成的 为了使燃烧所需的空气相对每 一个火孔都畅通 要求排管间的净距离为其外径的 0 6 1 0 倍 环管燃烧器示于图 3 6 1 c 其头部呈环状 燃气压力分 布较均匀 火焰高度较整齐 图 3 6 1 d 为涡卷管式燃烧器 其头部为若干根钻有火 孔的涡卷形管子焊在一根集气管上 这样 火孔布满了整个圆 面 而且每个火焰都能充分接触空气 燃烧较完全 火管一般 由内径 4 8mm 的铜管或钢管制成 集气管的内截面积应大 于各火管内截面积之和 2 撞焰式扩散燃烧器 如图 3 6 2 所示 采用两个扩散火焰相撞的方法来加强 气流扰动 强化燃气与空气的混合 从而提高燃烧稳定性和强 化燃烧过程 提高燃烧温度 两个火焰喷出方向的夹角 一般 为 50 70 两根火管的中心距约为其外径的两倍 为使燃气 均匀地分布在各火孔上 火孔总面积必须小于管子截面积 3 薄焰式扩散燃烧器 这种燃烧器的火孔一般用陶瓷制成 呈扇状扩散缝 其火 焰极薄 形似鱼尾 如图 3 6 3 所示 由于增加了火焰与空 气的接触面积 使燃烧完全而稳定 图图 3 6 2 撞焰式扩散燃烧器撞焰式扩散燃烧器 1 分配管 2 管状火孔 图图 3 6 3 薄焰自燃通风式扩散燃烧器薄焰自燃通风式扩散燃烧器 4 炉床式扩散燃烧器 这种燃烧器 主要用于小型燃煤锅炉改烧燃气 其构造如 图 3 6 4 由直管式扩散燃烧器和火道组成 该燃烧器工作时 空气靠炉内负压吸入 咀可用鼓风机供给 燃气经火孔逸出后 与空气成一定角度相遇 进行紊流扩散燃烧 图图 3 6 4 单管炉床式扩散燃烧器单管炉床式扩散燃烧器 1 炉箅 2 火管 3 砖隙 除上述几种型式外 自然引风扩散式燃烧器还有孔罩式 多缝式等 二 特点和应用范围 自然通风式扩散燃烧器结构简单 制造方便 容易点火 操作简单 便于调节 燃烧火焰不会回火 燃烧稳定 热负荷 调节范围大 对烟气压力无特殊要求 不需要鼓风 节省电能 但一般燃烧热强度低 火焰长 需要较大的燃烧室 容易 产生不完全燃烧 甚至出现冒黑烟 需较高的空气过剩系数 1 2 1 6 燃烧温度低 徘烟热损失较大 这种燃烧器适用 于湿度要求不高的设备 二 鼓风式扩散燃烧器二 鼓风式扩散燃烧器 一 构造及工作原理 在鼓风式扩散燃烧器中 燃气燃烧所儒的全部空气由鼓风 机一次供给 这时燃烧强度与火焰长度均由燃气与空气的混合 强度决定 鼓风式扩散燃烧器主要由配风器 燃气分流器以及火道组 成 如图 3 6 5 所示 空气由鼓风供给 在配风器作用下 与从分流器流出的燃气混合 并进入火道或直接进入炉膛燃烧 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 例如 将燃气分成很多细小流束射人空 气流中 或采用空气旋流等 根据强化混合所采取的措施及对火焰的要求 鼓风式扩散 燃烧器可分为套管式 旋流式 平流式等 图图 3 6 5 鼓风式扩散燃烧器示意图鼓风式扩散燃烧器示意图 1 配风器 2 燃气分流器 3 火道 1 套管鼓风式扩散燃烧器 在鼓风式扩散燃烧器中 应用最广泛 结构最简单 使用 最可靠的是套管式燃烧器 它由大管套小管组成 通常燃气从 中间一根或数根小管流出 空气从大管子与小管子的夹套中流 出 两者在火道或燃烧室内边混合边燃烧 圆套管式燃烧器 如图 3 6 6 它适用各种低压燃气 燃 烧稳定 但燃气与空气混合缓慢 火焰较长 需要较大的燃烧 空间 图图 3 6 6 套管式燃烧器套管式燃烧器 此外 还有扁套管式燃烧器 由一个扁火孔套着三根燃气 管组成 如图 3 6 7 所示 喷出的火焰呈扇状 适用于以炉 底加热为主的锻工炉等 还有群管式燃烧器 台式工灯等 使扩散燃烧过程能满足 不同的工艺要求 2 旋流式燃烧器 其结构特点是燃烧器本身带有旋流配风器 往往采用的是 蜗壳或者是导流叶片 空气在配风器作用下产生旋流 燃气则 从分流器的喷孔或缝隙中喷出 二者强烈混合进入火道或炉膛 中燃烧 根据旋流器的结构和供气方式 这种燃烧器可做成多种形 式 如导流叶片旋流式燃烧器 可分为轴向叶片旋流和切向叶 片族流 其中又都有中心供燃气和周边供燃气两种不同结构 如图 3 6 8 为中心供气导流叶片式 图图 3 6 7 扁套管式燃烧器扁套管式燃烧器 图图 3 6 83 6 8 中心供气导流叶片旋流式燃烧器中心供气导流叶片旋流式燃烧器 1 节流圈 2 导流叶片 3 燃气旋流器 4 喷口 空气以 2000pa 的压力供入 经过导流叶片 2 形成旋流 并 与中心孔口流出的燃气进行混合 然后经喷口 4 进入火道或燃 烧室继续进行混合和燃烧 使用人工燃气时 其压力约为 800pa 使用天然气时 其压力约为 3000pa 当使用天然气时 中心孔口需安装燃气旋流器 使燃气也形成旋流 以加强气流 混合 此外 还有蜗壳旋流式 分中心供燃气蜗壳旋流式 如图 3 6 9 及周边供燃气蜗壳旋流式等 3 平流式燃烧器 这种燃烧器在风道中心装有稳焰器 稳焰器可以是一个直 径较小的轴向叶片旋流器 也可以是 1 到 2 块多孔板等 稳焰 器能使一小部分空气形成旋流或低速回流 以稳定火焰 大部 分空气则平行流动 以较高的流速进入火道与燃气混合燃烧 与旋流式比较 平流燃烧器更合理地组织了空气流动 空气通 道阻力小 鼓风耗电也少 多孔板式有单块和双块 这类燃烧器包括多孔板式 多枪 式 文丘里管式等 图 3 6 10 所示为单块多孔板子流式燃烧 器 燃气从中心管一端上的 16 个切向方孔喷出 大部分空气经 导流片从周边流出与燃气混合 而少部分空气则经多孔稳焰板 流出 空气与燃气混合后进入火道或炉膛燃烧 由于通过小孔 的空气产生紊流 形成了局部低速回流 使燃烧火焰稳定 火 焰呈黄色 有较强辐射能力 图图 3 6 9 中心供气蜗壳旋流式燃烧器中心供气蜗壳旋流式燃烧器 1 调风板手柄 2 观火孔 3 蜗壳 4 圆柱形空气通道 5 燃气分配室 6 火道 图图 3 6 10 单块多孔板平流式燃烧器单块多孔板平流式燃烧器 二 鼓风式燃烧器的特点和应用范围 鼓风式燃烧器热负荷调节范围大 调节系数一般大于 5 单体热负荷大时燃烧器结构紧凑 可以预热空气或燃气 预热温度甚至可接近燃气着火温度 这对高温工业炉是很必要 的 可利用低压燃气 能适应正压炉膛 容易实现煤粉 燃气 油 燃气联合燃烧 但它需要鼓风 消耗电能 燃烧室容积热强度通常比完全 预混燃烧器小 火焰较长 因而需要较大的燃烧室容积 一般 情况下 本身不具备燃 空混合比的自调性 需配置调节装置 根据上述特点 鼓风式燃烧器主要用于各类工业炉及锅炉 三 扩散式燃烧器的设计计算三 扩散式燃烧器的设计计算 如图 3 6 5 鼓风式扩散燃烧器主要由配风器 燃气分流 器及火道组成 旋流配风器的结构有蜗壳和导流叶片两种 下 面以边缘供气蜗壳式燃烧器为例 阐述这类燃烧器的设计计算 方法 一 空气系统计算 1 计算空气通道面积 fp 式中 q 燃烧器热负荷 kw qp 喷头热强度 通常 qp 35 40 103 kw m2 2 确定蜗壳结构比 蜗壳供气的型式如图 3 6 11 进风管截面积与蜗壳内圆 直径平方之比即 称为蜗壳结构比 它直接影响空气的旋流程度 a 值越小 蜗壳结构比就越小 空气流相对于燃烧器中心轴线的力矩越大 旋转加剧 加快了气流混合 燃烧火焰亦短 但阻力损失也将 增大 所以蜗壳结构比也不宜过小 通常取为 0 35 0 4 根据结构比 就可确定蜗壳尺寸 图图 3 6 11 蜗壳供气型式蜗壳供气型式 a 等速蜗壳供气 b 切向蜗壳供气 3 确定空气实际通道的宽度 由于空气流的旋转 它在通道内是螺旋向前的 这样中心 出现一个回流区 它是一个稳定的 强烈点火源 所以 空气的实际通道只是沿着边缘的环形通道 其宽度 式中 dbf 回流区直径 cm 回流区的尺寸与蜗壳结构有关 可按表 3 6 5 确定 表表 3 6 53 6 5 蜗壳供气时的回流区尺寸蜗壳供气时的回流区尺寸 4 计算空气的实际流速 va 空气在环形通道内螺旋运动 实际流速 式中 空气螺旋运动的平均上升角 值与蜗壳结构有 关 可按表 3 6 6 确定 空气螺旋运动的气流轴线与燃烧器 轴线的交角为 90 表表 3 6 63 6 6 空气螺旋运动的平均上升角空气螺旋运动的平均上升角 5 计算燃烧器前空气所需的压力 ha 式中 空气入口动压力下的阻力系数 当蜗壳结构系数 0 35 时 对等速蜗壳供气 2 8 2 9 对切向供气 1 8 2 0 vin 燃烧器入口的空气流速 二 燃气系统计算 为了使燃气在空气流通截面上均匀分布 计算时把环形空 气通道分成若干假想环 然后选取不同的燃气孔口直径和数目 使燃气按需要进入每个假想环中与空气混合 1 计算燃气分配室截面积 fg 式中 vg 燃气分配室内燃气的流速 一般取 vg 15 20m s 2 计算燃气射流穿透深度 h 在旋转气流中 从不同位置周边上 不同口径喷出的燃气 细小流束 形成多股射流与受限气流的相交气流 如图 3 6 12 图 3 6 12 施转空气流中的燃气射流 根据相交气流的混合规律可知 改变孔口直径能使射流穿 透深度发生变化 用下角码表示孔口排列顺序 可有 同时 燃气射流与空气混合的完善程度还取决于孔口到喷 头的距离 距离愈远 混合愈均匀 根据射流穿透深度 a 和直径 d 的关系 d 0 75h 可得出 在射流边界上的最大穿透深度 hmax h 0 5d 1 375h 对于蜗壳旋流 空气的主要质量集中在环形通道的边缘上 其宽度约 0 5 因此燃气的主要质量也应分布于这一区域内 一般将燃气孔口排成两圈 于是可得 3 确定燃气孔口的数目 每圈燃气孔口的最多数目 以在射流达到穿透深度时 不 使流束重叠为条件 在上升角为 的旋转空气流中 燃气射流 达到穿透深度时的射流直径为 因此 为防止射流重叠 其最小间距 smin应为 每圈燃气孔口最多数为 式中 dp 2h 燃气射流穿透深度达到 h 时 每圈燃气射 流轴心所在的圆周长 4 确定燃气孔口直径 燃气孔口一般为两圈 如图 3 6 12 大直径孔口的燃气 流量约占燃气总量的 70 小直径孔口流量约占 30 由于各 圈孔口是均分在同一燃气分配室上 所以各圈孔口的燃气出口 速度都相等 因此大直径孔口的面积也应占孔口总面积的 70 小直径孔口面积占 30