燃料与燃烧03.ppt
燃 料 与 燃 烧,第四篇 燃烧方法与燃烧装置 第十三章 气体燃料的燃烧,第四篇 燃烧方法与燃烧装置,第四篇学习重点学习第四篇要求重点掌握：1.燃烧装置的一般要求 2.燃气燃烧方法分类，燃气燃烧过程 3.层流和紊流扩散火焰，层流和紊流预混火焰 4.典型的有焰和无焰烧嘴 5.油的燃烧过程，油的雾化单滴油粒的燃烧及其影响因素 6.典型的气体介质雾化式烧嘴和油压式烧嘴 7.固体燃料床层：固定床、流化床、气流床 8.层流燃烧法，沸腾燃烧法，粉煤燃烧法,第十三章 气体燃料的燃烧,1 概述 一、对于燃烧装置的一般要求 1.热负荷（输入功率）；2.工艺要求：温度，火焰方向外型和刚性，气氛，均匀性；3.运行要求：安全可靠，燃烧稳定，自动控制，调节性能好，经 久耐用，便于维修；4.经济性：造价低，节能，操作运行费少；5.污染少，环保好。,第十三章 气体燃料的燃烧,二、气体燃料的燃烧过程（1）燃气与空气的流入、混合（2）混合气的加热与着火（3）完成燃烧化学反应 燃烧热加热新鲜混合气，维持不断燃烧。,第十三章 气体燃料的燃烧,三、燃气燃烧方法分类（1）有焰燃烧（扩散燃烧）：燃气、空气分别喷入，混合速度控制；火焰长，稳定性好；燃烧时间长；煤气与空气可分别预热以提高温度。（2）无焰燃烧（预混燃烧，动力燃烧）：燃烧速度快，火焰短；空气消耗系数 n 较小，燃烧温度高，空间热强度较大；但空气与煤气温度不能预热过高。（3）部分预热燃烧（大气式燃烧器）：介于两者之间的中间燃烧。,第十三章 气体燃料的燃烧,2 有焰燃烧（扩散式燃烧）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Hottel半经验方程：火焰长度 L=Alg（Vf）+B V 体积流量 f 时间因子 A、B 常数 氢气扩散火焰 r,第十三章 气体燃料的燃烧,二、紊流扩散火焰 管内流动时：Re=ud/一般气体 Re 2 103 城市煤气 3-4 103 LPG 9-10 103 天然气 3 103燃烧时温度很高，使得密度提高，粘度降低，因而与冷态差不多的速度达到紊流时，Re变大了。,第十三章 气体燃料的燃烧,（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）紊六火焰没有明显的燃烧前沿面。,第十三章 气体燃料的燃烧,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,第十三章 气体燃料的燃烧,三、有焰烧嘴（扩散燃烧）主要由加强混合来加强燃烧。改善烧嘴混合条件，使燃烧速度加快，火焰变短。,第十三章 气体燃料的燃烧,燃烧烧嘴结构对火焰长度的影响 1两股分流 3射流导向叶片 5.空气旋流-2.同心射流 4缩小出口交角混合 出口部分混合 混合好 混合差 火焰短 火焰长 阻力大 阻力小 结构复杂 结构简单,第十三章 气体燃料的燃烧,有焰烧嘴的分类（1）按煤气发热量：高发热量煤气烧嘴（NG，LPG，焦炉煤气）中发热量煤气烧嘴（城市混合煤气）低发热量煤气烧嘴（发生炉煤气，高炉煤气）（2）按燃烧能力：大型烧嘴（500-1000 m3/h）中型烧嘴（100-500 m3/h）小型烧嘴（100 m3/h）（3）按火焰长度：短焰烧嘴 长焰烧嘴（4）按火焰长度的可调性：煤气流量不变时，火焰长度固定 火焰长度可调（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 机械作用混合（7）按煤气与空气配比的调节方式：手动调节 自动调节（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（平焰烧嘴）（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：一种煤气用的烧嘴 两种煤气用的烧嘴 煤气/燃油共用烧嘴,第十三章 气体燃料的燃烧,各种有焰烧嘴（扩散燃烧式烧嘴）1.套筒式烧嘴 平行流动，混合慢火焰长，结构简单，阻力小2.低压涡流式烧嘴 混合好，火焰短，不同直径的节流垫圈可调煤气减压,第十三章 气体燃料的燃烧,3.环缝涡流式烧嘴 煤气呈筒状气流，空气由蜗形室从环缝旋转流出，混合良 好但需较高压力：2-4kPa4.带旋流式的预混烧嘴 煤气空气均切向旋流，且反方向流入混合室混合充分，火焰短,第十三章 气体燃料的燃烧,5.天然气烧嘴 煤气多孔喷出，空气需要量大，空气从环缝流出，混合良好,第十三章 气体燃料的燃烧,6.平焰烧嘴 空气由螺旋片3切向旋转，经大张角喇叭形烧嘴砖喷出。煤气轴向喷出，靠空气旋转时形成的负压引入平展气流。边混边烧，形成平面火焰，即向四面展开的圆盘形火焰，紧贴炉墙或炉顶内表面，加热均匀，辐射传热强。,第十三章 气体燃料的燃烧,7.低NOX烧嘴 热力型NOX是由于高温形成的（1）废气循环式 部分烟气循环到燃烧区，降低煤气浓度，防止局部高温，减少NOX生成（2）两段燃烧式 一次空气供氧不足，造成还原区，降低燃烧温度。二次空气外围送入，火焰尾部达到完全燃烧。分段燃烧避免高温集中，减少NOX生成。,第十三章 气体燃料的燃烧,四、有焰烧嘴的计算 已知：煤气 Qd，0，g，pg，tg，组分 空气 ta 计算：1）煤气、空气、混合气的出口断面尺寸 2）烧嘴前空气压力,第十三章 气体燃料的燃烧,3 无焰燃烧（预混燃烧，动力燃烧）一、预混火焰 1.层流火焰 n 1只有外锥，n 1 有外锥、内锥、点火圈 CO燃烧时沿火焰中心的CO2%n=1,第十三章 气体燃料的燃烧,锥体火焰简化模型计算得到：UL=W/（L2/r02+1）1/2=qv/r0（L2+r02）1/2 qv 喷嘴流量 r0 喷嘴半径 火焰长度 L 的影响因素：（1）气流速度 W，L（2）火焰传播速度 当 qv 不变时：UL，L,第十三章 气体燃料的燃烧,实验证明，回火、脱火的临界条件与管口边缘区域中的边界速度梯度 g 有关。g越小，易回火；g越大，易脱火。,第十三章 气体燃料的燃烧,2.紊流火焰（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,第十三章 气体燃料的燃烧,火焰长度 L 的影响因素：（1）气流速度 W，L（2）火焰传播速度 UL，L,第十三章 气体燃料的燃烧,火焰的稳定性 由于气流速度大，应防止脱火。稳定燃烧措施：（1）强化点火 附加点火小烧嘴 高温砌体1.环孔 2.点火环 3.烧嘴头本体,第十三章 气体燃料的燃烧,（2）稳焰器 火焰内部产生回流，使新鲜可燃气点着，形成点火热源，稳定火焰,第十三章 气体燃料的燃烧,二、喷射式无焰烧嘴燃烧的特点及烧嘴 以带压力的煤气来引射空气 1.喷嘴 2.风门 3.空气吸入口 4.混合管 5.扩压管 6.喷头 7.燃烧坑道,第十三章 气体燃料的燃烧,缺点：1.尺寸大，安装操作不便 2.需煤气压力高（10kPa）3.空气煤气预热温度受限制 4.负荷调节比小 5.对煤气热值、炉压、预热温度波动较敏感 优点：1.具有自调性，煤气空气按比例变化 2.混合均匀，装置简单可靠 3.燃烧速度快 4.不需风机，控制调节简单,第十三章 气体燃料的燃烧,优点：1.具有自调性，煤气空气按比例变化 2.混合均匀，装置简单可靠 3.燃烧速度快 4.不需风机，控制调节简单 缺点：1.尺寸大，安装操作不便 2.需煤气压力高（10kPa）3.空气煤气预热温度受限制 4.负荷调节比小 5.对煤气热值、炉压、预热温度波动较敏感,第十三章 气体燃料的燃烧,三、典型的喷射式无焰烧嘴 1.冷风低热值煤气喷射式烧嘴煤气 直头冷风喷射式烧嘴,第十三章 气体燃料的燃烧,煤气,弯头冷风喷射式烧嘴,第十三章 气体燃料的燃烧,2.热风低热值煤气喷射式烧嘴（双管式）,第十三章 气体燃料的燃烧,半无焰燃烧 大气式燃烧器,
