第四章全預(yù)混燃燒技術(shù)一、燃?xì)馊A(yù)混燃燒的特點(diǎn)1.燃?xì)馊A(yù)混燃燒是指燃?xì)庠谌紵髑芭c足夠的空氣進(jìn)行充分混合，在燃燒的過(guò)程中不再需要供給空氣的燃燒方式。全預(yù)混燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，燃燒室容積熱強(qiáng)度很高，一般可達(dá)28~56x103kW/m2或更高，且能在很小的過(guò)剩空氣系數(shù)下達(dá)到完全燃燒（通常α=1.05~1.1），幾乎不存在化學(xué)不完全燃燒現(xiàn)象。因此，燃燒溫度很高，但火焰穩(wěn)定性較差，易發(fā)生回火。為防止回火，應(yīng)盡可能使氣流速度場(chǎng)均勻，保證在最低負(fù)荷下燃燒器上各點(diǎn)的氣流速度均大于火焰?zhèn)鞑ニ俣取Ｍ瑫r(shí)，氣流分布均勻也保證了燃燒器表面火焰的均勻，避免在燃燒器表面上火焰過(guò)長(zhǎng)，接觸到換熱器表面導(dǎo)致不完全燃燒。2.全預(yù)混燃燒方式有效降低污染物的排放1）全預(yù)混燃燒降低了氮氧化物的排放首先，全預(yù)混燃燒不產(chǎn)生燃料型氮氧化物；其次，全預(yù)混燃燒不產(chǎn)生快速型氮氧化物；最后，全預(yù)混燃燒降低了溫度型CompanyLogo氮氧化物的生成濃度。2）全預(yù)混燃燒降低了CO濃度由CO的生成機(jī)理可知，CO是由含碳燃料氧化而產(chǎn)生的一種中間產(chǎn)物，燃料中最初所含有的碳都將先被氧化成CO，再進(jìn)一步被氧化成CO2。實(shí)驗(yàn)證明，在火焰溫度下，如果有充分的氧氣和停留時(shí)間，CO的濃度就會(huì)在反應(yīng)之后降至很低的程度。由于全預(yù)混燃燒在燃燒前已經(jīng)完成了燃?xì)馀c過(guò)剩空氣的均勻混合，可以在很大程度上保證每一個(gè)燃?xì)夥肿又車(chē)加谐浞值难鯕夥肿哟嬖?。因此全預(yù)混燃燒的CO排放濃度很低。CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo對(duì)流換熱的概念對(duì)流換熱是指流體流經(jīng)固體時(shí)流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象。對(duì)流換熱是指流體與固體表面的熱量傳輸。對(duì)流換熱是在流體流動(dòng)進(jìn)程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)進(jìn)行熱量傳遞的，與流體的流動(dòng)情況密切相關(guān)。當(dāng)流體作層流流動(dòng)時(shí)，在垂直于流體流動(dòng)方向上的熱量傳遞，主要以熱傳導(dǎo)（亦有較弱的自然對(duì)流）的方式進(jìn)行。對(duì)流換熱與熱丟劉不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱；不是基本傳熱方式。對(duì)流換熱的特點(diǎn)：(1)導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過(guò)程。(2)必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差。輻射換熱的概念兩個(gè)溫度不同且互不接觸的物體之間通過(guò)電磁波進(jìn)行的換熱過(guò)程，是傳熱學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容之一CompanyLogo考慮到燃燒的穩(wěn)定性，燃燒器火孔熱強(qiáng)度應(yīng)適當(dāng)。以某一個(gè)24kW天然氣全預(yù)混燃燒器為例，使用不銹鋼圓筒形燃燒頭，其火孔總面積為1175.8mm2，則其火孔熱強(qiáng)度為：再如，另一個(gè)金屬纖維表面的全預(yù)混燃燒器，輸入功率為33.5kW，金屬纖維表面積為37680mm2，則計(jì)算得到燃燒器表面熱強(qiáng)度為0.89W/mm2。CompanyLogo2）機(jī)械式燃?xì)?空氣比例控制技術(shù)。目前在冷凝式燃?xì)獗趻鞝t中廣泛使用的是第二種技術(shù)，即利用風(fēng)壓變化自動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁康臋C(jī)械式燃?xì)?空氣等比例控制技術(shù)，原理圖如下：機(jī)械式燃?xì)?空氣等比例調(diào)節(jié)技術(shù)2.風(fēng)機(jī)的選擇1）風(fēng)機(jī)所用的電機(jī)燃燒器上的風(fēng)機(jī)使用的電機(jī)一般有三種形式：罩極式電機(jī)、通用電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)。CompanyLogo罩極式電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉，但其操作效率低（一般只有20%~40%），且只有1~2檔速度，其套筒軸承的工作壽命大約只有25000h。通用電機(jī)的速度很高，通?？梢允褂猛饧涌刂破鲗?duì)速度進(jìn)行控制，但其內(nèi)部電刷的壽命一般只有10000h。另外，射頻干擾（RFI）使其在某些場(chǎng)合的使用受到限制。RFI是射頻干擾（RadioFreqencyInterference）的英文簡(jiǎn)寫(xiě)。射頻是一種高頻交流電,也就是通常所說(shuō)的電磁波.射頻干擾就是電磁波所帶來(lái)的干擾.如兩個(gè)頻率相差不多的電磁波會(huì)同時(shí)被接收機(jī)接收造成干擾.在離發(fā)射臺(tái)近的地方會(huì)有諧波干擾.干擾其他的接收設(shè)備.發(fā)射相同頻率的電磁波可干擾敵人的電臺(tái).無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)使用低壓直流電源（12V~48V）。新型的設(shè)計(jì)集成了全橋整流電路部分，將交流電壓（220V）直接轉(zhuǎn)換為電機(jī)需要的直流電壓。BLDC電機(jī)的操作效率高，一般可達(dá)60%~85%，電機(jī)的壽命可達(dá)40000h。但缺點(diǎn)就是價(jià)格很高。CompanyLogo另外，由于是用于全預(yù)混燃燒系統(tǒng)，因此從防爆的角度考慮，風(fēng)機(jī)采用抗靜電葉輪。這種風(fēng)機(jī)比普通型壁掛爐中使用的風(fēng)機(jī)具有更高的揚(yáng)程，因?yàn)樵诶淠奖趻戾仩t中使用鼓風(fēng)式全預(yù)混燃燒系統(tǒng)要克服比普通型壁掛爐更高的阻力；其次，燃?xì)獗壤{(diào)節(jié)閥在工作時(shí)需要較高的空氣壓力驅(qū)動(dòng)。四、文丘里型混合器在全預(yù)混燃燒系統(tǒng)中，一般采用文丘里混合裝置來(lái)保證燃?xì)馀c空氣的充分混合。燃?xì)馀c空氣的混合可以在風(fēng)機(jī)出口進(jìn)行（后預(yù)混），也可在風(fēng)機(jī)入口進(jìn)行（前預(yù)混）。1.后預(yù)混型文丘里混合器CompanyLogo上圖為混合氣的結(jié)構(gòu)，空氣流過(guò)文丘里混合氣，將在文丘里管喉部產(chǎn)生負(fù)壓，燃?xì)鈴奈那鹄锕芎聿窟M(jìn)入后與空氣混合。在文丘里管入口處設(shè)有取壓環(huán)室，取出的靜壓用于控制燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)燃?xì)饬髁颗c空氣流量的同步調(diào)節(jié)，并保持恒定比例，后預(yù)混式混合器的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍一般為1：5。下圖給出了兩種不同型號(hào)混合氣的特性曲線。從曲線上可以看出，當(dāng)提高風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力時(shí)，在保持混合比不變的情況下增大了負(fù)荷。文丘里混合氣安裝在風(fēng)機(jī)出口。CompanyLogo后預(yù)混方式與前預(yù)混方式相比，由于是在風(fēng)機(jī)出口處混合，因此對(duì)風(fēng)機(jī)的防爆要求比前預(yù)混低。CompanyLogo混合器一側(cè)的空氣吸入口3的開(kāi)度可通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)4進(jìn)行調(diào)節(jié)，其完全打開(kāi)時(shí)，對(duì)應(yīng)混合器所能適用的最大輸入功率；當(dāng)其完全關(guān)閉時(shí)，對(duì)應(yīng)混合器所能適用的最小輸入功率。最大和最小輸入功率與燃燒裝置的特性密切相關(guān)。CompanyLogo下面的曲線圖給出了在燃燒裝置不同的額定輸入功率下，且燃?xì)膺M(jìn)口壓力降為50Pa時(shí)的文丘里混合裝置的調(diào)節(jié)范圍。CompanyLogo1）文丘里混合器的恒混合比原理：根據(jù)伯努利方程，流過(guò)文丘里混合器的空氣流量為：CompanyLogo式中Va——空氣流量，m3/hа——文丘里混合器流量系數(shù)Aa——文丘里混合器過(guò)流面積，m2Pa1——文丘里混合器前靜壓，PaPa2——文丘里混合器喉部靜壓，Paρa(bǔ)——空氣密度，kg/m3Ka——混合器阻力系數(shù)。進(jìn)入文丘里混合管的燃?xì)饬髁繛椋菏街蠽g——燃?xì)饬髁?，m3/hβ——燃?xì)鈬娮炝髁肯禂?shù)Ag——燃?xì)鈬娮烀娣e，m2Pg——燃?xì)鈬娮烨办o壓，PaPa2——文丘里混合器喉部靜壓，Paρg——燃?xì)饷芏?，kg/m3Kg——噴嘴系數(shù)。CompanyLogo1-燃?xì)膺M(jìn)口；2-安全電磁閥；3-調(diào)節(jié)閥；4、6、9-聯(lián)通孔；5-伺服電磁閥；7-指揮閥；8-指揮閥膜片；10-調(diào)節(jié)閥膜片；11-比例調(diào)節(jié)閥；12-鼓風(fēng)壓力信號(hào)管；13-燃?xì)鈬娮欤?4-空氣進(jìn)口；15-文丘里混合器；16-混合氣（燃?xì)?空氣）出口；17-零點(diǎn)調(diào)節(jié)螺絲；18-比例調(diào)節(jié)螺絲CompanyLogo當(dāng)需要提高燃燒負(fù)荷時(shí)，首先提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使風(fēng)量增加，此時(shí)文丘里混合器入口靜壓Pa1增加，經(jīng)空氣取壓管12，使得膜片8上側(cè)壓力增加，指揮閥的閥口7被關(guān)小。其結(jié)果使得原經(jīng)過(guò)指揮閥閥口7、聯(lián)通孔6的燃?xì)庑沽髯枇υ黾?，進(jìn)而使得經(jīng)聯(lián)通孔9導(dǎo)入調(diào)節(jié)閥膜片10下側(cè)的壓力增加，調(diào)節(jié)閥3被開(kāi)大，燃?xì)饬髁吭黾?，此時(shí)建立的壓力平衡關(guān)系為：Pint=調(diào)節(jié)閥膜片10下側(cè)壓力=膜片8下側(cè)壓力=膜片8上側(cè)壓力Pa1+彈簧力Os即：Pint=Pa1+Os由于在變負(fù)荷過(guò)程中膜片8上側(cè)彈簧的位移很小，因此認(rèn)為彈簧的彈性力Os恒定不變。由式（3-4-1）可知，此時(shí)無(wú)論風(fēng)量如何變換（Pa1變換），均能保持Pint與Pa1的比例關(guān)系。通過(guò)零點(diǎn)調(diào)節(jié)螺絲17可以改變Os值，稱為“零點(diǎn)遷移”，如下圖所示。CompanyLogo前預(yù)混系統(tǒng)與后預(yù)混原理基本相同。前預(yù)混系統(tǒng)所使用的文丘里型混合器安裝在風(fēng)機(jī)入口，文丘里管的前壓Pa1為大氣壓，即Pa1=0。因此，無(wú)需空氣取壓管，閥上的取壓口位置直通大氣即可。Pa2為文丘里混合器出口壓力，即風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力，運(yùn)行原理與后預(yù)混相同。CompanyLogoCompanyLogo2）使煙氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流。對(duì)于提高傳熱系數(shù)，它的作用與方法一是相同的，目的是打破煙氣通道中的溫度梯度。使用矩形（或扁圓形）不銹鋼管盤(pán)成螺旋形，煙氣從螺旋形的中心，通過(guò)螺旋間距只有0.8mm的狹長(zhǎng)縫隙徑向沖刷不銹鋼螺旋管。煙氣在這些縫隙中形成薄片狀層流，大大提高了傳熱系數(shù)。煙氣經(jīng)過(guò)36mm長(zhǎng)的縫隙，溫度即可從較高溫度被降到50℃CompanyLogo2.換熱器中的煙氣流程CompanyLogo上圖中所示為煙氣在不銹鋼徑向換熱器中的流程，換熱器被絕熱隔板分割成兩部分，相當(dāng)于將換熱器分為一級(jí)換熱與二級(jí)換熱。在一級(jí)換熱中，煙氣從中心沿徑向向外沖刷盤(pán)管；二