32
将以上式子带入动量方程得到低压引射器的计 算公式： pJ 2 2 K 2 (1 u)(1 us) pg F F2

其中
K 2 mix
n2 1 d 2 n
扩压管静压恢复计算公式推导
取扩压管进出口两截面建立能量方程：
32
2
mix pJ2 d
第四节 大气式燃烧器


一、 大气式燃烧器的构造以及特点 二、 大气式燃烧器的设计
一、 大气式燃烧器的构造以及特点

（一）大气式燃烧器的构造
1、引射器的结构
引射器的作用
引射器由喷嘴和引射管组成，引射器的作用： 第一、以高动能的气体引射低动能的气体 ，并使两者混合均匀。 第二、在引射器末端形成所需的剩余压力 ，用来克服气流在燃烧器头部的阻力损失，使 燃气-空气混合物在火孔出口获得必要的速度， 以保证燃烧器稳定工作。 第三、输送一定量的燃气，以保证燃烧器 所需的热负荷。
K1
P
2
2
mix
K1——燃烧器头部的能量损失系数。
K1 p
Tp 288
2 (
Tp 288
) 1
燃气-空气混合物的密度
燃气的相对密度
mix
qm,mix qV,mix
1 u g 1 us
引射器的质量引射系数
g s a qm,a V0 u qm,g s

（1）火孔热强度或火孔出口速度 选取原则是保证火焰稳定、完全燃烧以及 必要的燃烧强度。
qp
Hl vp (1 V0 )
'
10
6


（2）火孔直径dp：太大易回火，太小易脱火。
（3）一次空气系数：太大不利于火焰稳定，
太小易出现不完全燃烧。

2、火孔深度ｈ：ｈ=（2～3） dp，太浅的火孔
又 即
qm,mix qm,g qm,a qm,g (1 u)
qV,mix qV,g qV,a qV,g (1 us)
mix
1 u g 1 us
2 v 2 1 p g 又，对于喷嘴： g 2
n2 1 对于扩压管（推导见下页）： pJ2 mix 2 d 2 n Ft F 其中 Fj
二、 低压引射器的计算
（一）低压引射器的工作原理



引射器工作原理
1、在空气吸入段
压力为 p1（燃气压力H）、质量流量为mg的燃气以υ1的速度通过 喷嘴后，压力由p1降至p2 （在此为大气压）。高速燃气具有很 大的动能，由于气流的动量交换，将质量流量为ma的一次空气以 υ2的速度吸进引射器。动量交换使燃气流速降低，空气流速增 高。
即可得最佳燃烧器结构参数 F1op
Ft 此时 Fp K K1
K K1
设计引射式大气燃烧器的步骤





第一种情况是确定燃烧器的几何尺寸并计算所 需的燃气压力，其计算步骤是： 1、进行头部计算以确定头部及火孔尺寸。 2、根据最佳工况计算F1op，确定引射器尺寸。 3、通过Fop计算喷嘴尺寸，然后计算所需燃气压 力。 另一种是在给定燃气压力下，确定燃烧器的几 何尺寸，其计算步骤如下： 1、根据燃气压力及流量计算喷嘴尺寸。 2、进行头部计算头部及火孔尺寸。 3、通过以下步骤确定引射器尺寸：
2
引射式燃烧器的自动调节特性：

从上式可以看出燃烧器的引射能力（质量
引射系数u，或一次空气系数α′）只与
燃烧器的结构有关，而与燃烧器的工作状
况无关，即引射系数不随燃烧器热负荷的
变化而变化。这一特性称为引射式燃烧器
的自动调节特性。
燃烧器的最佳结构参数

根据节能要求，引射器应按最佳工况设计，即 对应于给定的引射系数u，应获得最大的值。 pJ d pg 2 2 2 K (1 u )(1 us)2 F 2 0 4 dF F F


（4）扩压管
使混合气体的部分动压转变为静压。
2、燃烧器头部

（1）多火孔头部（头部分配室+火孔）
家用灶用燃烧器
热水器用燃烧器
大锅灶用燃烧器
圆形火孔
a、无凸缘火孔
b、有凸缘火孔
方火孔
条形火孔
大气式燃烧器的特点





1、大气式燃烧器比自然引风扩散式燃烧器火焰 短、火力强、燃烧温度高。 2、可以燃烧各种性质的燃气，燃烧比较完全， 燃烧效率比较高。 3、可燃用低压燃气。 4、由于空气依靠燃气引射吸入，所以不需要送 风设备。 5、与鼓风扩散式燃烧器相比，节省动力，调节 方便。
32
2
mix
42
2
mix
1 Ft 4 3 3 n Fd
pJ2
32
2 2 2n n2 1 2 32 mix 2 d F n
mix d
32
mix
32
2
mix
三、 低压引射大气式燃烧器的计算

对于燃烧器头部，所需静压力为：

设
F1 X , F1op
A
K1 (1 u)(1 us) Fj F1op Fp

则可将燃烧器计算公式改写为：
AX 2 2 X A 0

1 1 A2 求解得X A
如果A=1，则X=1，即F1= F1op 如果A>1，则X无实数解，表明燃烧器不能保 证所需的引射能力。 如果A<1，则表明燃烧器有剩余压力。 4 dt Ft 则 F1 X F1op Ft F1 Fp 其他尺寸按选择的引射器型号比例计算
9、头部截面积与头部容积




为了使气流均匀分布到每个火孔上，希望头部 流通截面积和容积大些。 但大容积头部容易产生点火和灭火噪声。头部 容积过大还会增加金属耗量。 通常燃烧器头部流通截面积为其后火孔总面积 的两倍。 当头部较长时，为了减少头部容积，头部流通 截面沿气流方向可做成渐缩形。
10、二次空气口
Ft 此时 K (1 u )(1 us) Fj
得引射器结构参数F的最佳值 Fop K (1 u)(1 us)
最大无因次静压力
pJ 2 ( )max pg Fop

燃烧器的最佳工况相应于引射器的最佳工 况，因此将引射器的最佳结构参数带入燃 烧器的基本计算式
2F (1 u )(1 us) 2 K K 1F 1
课堂作业：

设计一天然气锅炉用大气式燃烧器。 已知条件：燃烧器热负荷30kW；天 然气为四川干气；燃气压力2000Pa。
pJ K1 vp2 2
0 mix

而火孔出口速度及混合气密度为：
p
qV,g (1 us) Fp
0 mix
(1 u ) 0 g (1 us)

则头部所需静压力为：
pJ K1 qV,g 2 (1 u )(1 us) 0g Fp 2 2

因为
2 v pg 2 1 g 2

二次空气不足将出现不完全燃烧，过多会降低 热效率，气流过大会吹熄或吹斜火焰。
(－ )V0 Ta 6 F 10 a Hl 288
11、火焰高度

火焰内锥高度
hin 0.86Kf p qp 10
hout 0.86 nn1 sf p qp dp
3
火焰外锥高度
10 3

（二）大气式燃烧器的头部计算
1、根据表5-6选取火孔热强度或火孔出口 速度、火孔尺寸、一次空气系数
燃气种类 圆孔dp 火孔尺寸/mm 方孔 炼焦煤气 2.5～3.0 2.0×1.2 1.5×5.0 天然气 2.9～3.2 2.0×3.0 2.4×1.6 液化石油气 2.9～3.2 2.0×3.0 2.4×1.6
喷嘴出口截面应该与喉部的距离对一次空气的影响
调风板
（a） 移动式调风板
（b ）
切口旋转式调风板
（2）吸气收缩管

一次空气入口至喉部为吸气收缩部。 作用是减少空气进入时的阻力损失。 吸气收缩管的进口截面积一般比出口截面 积（喉部）大4～6倍。
Байду номын сангаас

（3）混合管
作用是使燃气与空气充分混合。
大气式燃烧器的特点



6、引射式燃烧器具有自动调节特性。 7、与全预混燃烧器相比，大气式燃烧器热负 荷调节范围宽，适应性强，可以满足较多工艺 的需要。 8、大气式燃烧器的火焰稳定性不及扩散式燃 烧器，且不适应正压炉膛。 9、当热负荷较大时，多火孔燃烧器的机构比 较笨重。
大气式燃烧器的应用
多火孔大气式燃烧器应用非常广泛，在 家庭及公用事业中的燃气用具如家用燃 气灶、热水器、采暖炉、沸水器及食堂 灶上用得最多，在小型锅炉及工业炉上 也有应用。 单火孔大气式燃烧器在中小型锅炉及某 些工业炉上也被广泛应用。


2、在混合管段
气流进入混合管，在流动过程中燃气动压头进一步减小，其中一 部分传给空气使空气动压增大，一部分用来克服流动中的阻力损 失，另一部分则转化为静压力h1。经过混合管内的充分混合，在 混合管出口，速度场呈均匀分布，燃气-空气混合物的速度都达 到υ3 。


3、在扩压管段
在扩压管内，混合气体的动压进一步转化为静压，速度从υ3降至υ4 ， 压力从p3 升至p4。在扩压管出口，混合气体总的静压力为h 。该静压
（二）低压引射器的基本方程
取A-A、B-B两截面建立动量方程：
qm, g1 qmmix3 Ft ( pJ1 pmix ) Ft ( pJ pJ2 pmix )