0515大气式燃烧器稳定实验Word格式.docx
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图9-1离焰现象
此时燃烧火孔出口处混合气流速度称为离焰界限流速。
离焰时,有部分燃气未燃烧而流出,所以它不属于稳定工作范围,是正常工作所不能允许的。
图9-2燃烧器燃烧稳定曲线图
逐渐减小燃烧火孔出口处的混合气流速度,火焰高度也慢慢降低。
当混合气流速度小到一定程度后,火焰窜入燃烧火孔,即发生回火现象。
此时燃烧火孔出口处混合气流速度称为回火界限流速。
回火时,有大量未完全燃烧产物,亦属于不稳定工作范围。
2.黄焰(或光焰)
逐渐减小一次空气时(α值逐渐减小),火焰变软并加长。
当达到一定界限值时,火焰的局部会发生黄焰(通常在焰尖上发生),甚至会产生游离碳,说明有燃烧不完全的现象。
此现象称为黄焰,也属于不稳定工作状态,为正常工作所不允许(工业炉中特殊要求除外)。
产生黄焰时的燃烧火孔出口处混合气流速度称为黄焰界限流速。
3.CO含量标准
对于大气式火焰,一般以烟气中CO含量值(COα=1)来评价其卫生标准。
改变燃烧火孔出口处气流速度时,会使烟气中CO含量改变。
当COα=1达到标准值时的燃烧火孔出口处混合气流速度,称为CO界限流速。
当然超过CO标准值时,也是正常稳定工作所不允许的。
4.大气式燃烧器的稳定工作曲线
离焰、回火、黄焰及CO界限流速值受一次空气系数α的影响。
对于某一种燃烧器,燃烧某种固定的燃气时,以α为横坐标、燃烧火孔出口处混合气流速度W0为纵坐标,可以通过实验测出离焰、回火、黄焰及CO的界限流速曲线(图9-2的1、2、3及4),这四条曲线所包围的区域即为稳定工作区。
此曲线图称为该燃烧器燃烧某种固定燃气的稳定曲线图。
当燃气性质及混合气流的温度改变时,稳定曲线要改变;
当燃烧器结构型式及尺寸改变时,也要影响稳定曲线。
为了设计、计算方便,常用燃烧火孔热强度来代替燃烧火孔出口处的混合气流速度,它们之间的关系为:
(1)
(2)
式中:
Rq——燃烧火孔热强度(kJ/mm2·
h);
W0——燃烧火孔出口处混合气流速度(Nm3/s);
QD——燃气低位发热量(kJ/Nm3)
α——一次空气系数;
V0——理论空气需要量(Nm3/Nm3);
F0——燃烧火孔总面积(mm2);
I——燃烧器热负荷(kW)。
稳定曲线是设计工作所依据的基本参数,测试时要有足够精确度,并且在绘出稳定曲线后,必须要注明燃气成分、燃烧器的火孔型式和尺寸、燃烧器的火孔间距、以及混合气流温度等条件因素。
三、测试系统
测试稳定曲线的方法很多,图9-3是民用大气式燃烧器稳定曲线的测试系统图。
燃气经过干燥器后,通过调压器分为两路:
一路去热量计、比重计及燃气成分分析仪,用来测定燃气性质;
另一路接到本实验装置,经过转子流量计,进入燃烧器。
在实验时应对环境温度、大气压力、燃气热值、相对密度或燃气成分进行分析。
如对学生进行教学实验,可以由教师预先测试后给出。
空气依靠空气泵供给,经过干燥器及流量计,进入燃烧器。
燃气与空气在燃烧器中混合后,自燃烧火孔流出,并被点燃,调节燃气与空气的流量与比例,即可测出各条界限流速曲线。
在燃烧器上安置装有水的铝锅,按照《家庭炊事灶测试方法》抽取烟气样,并进行烟气分析。
铝锅底距燃烧器的距离,要保持使火焰尖刚好扫到锅底。
烟气分析采用燃烧效率分析仪,以便进行连续烟气自动分析。
热电偶温度计是为了监测混合气流在燃烧器头部的温度,以保证各测试结果均在同一温度条件下。
在燃烧器喉部处加金属网,可防止火焰回窜。
巡检仪各通道号:
CH1——测头部混合气流温度;
CH2——燃气压力;
CH3——空气压力;
CH4——燃气压力
9-3大气式燃烧器稳定范围实验系统图
四、实验准备工作
1.准备及校正仪器、仪表
(1)转子流量计因为离焰与回火都处于不稳定状态,采用转子流量计可以读出燃气与空气的瞬时流量,可以提高精度与节省时间。
因为转子流量计的量程范围小,所以在测回火界限流速时,使用小型的转子流量计。
(2)热电偶温度计测头部混合气流温度可以采用镍铬-康铜热电偶温度计。
在安装时,热端可采用小型的防辐射罩。
2.安装测试系统
按照图9-3安装测试系统。
当燃气成分会发生变化时,测试时应保证燃气成分稳定。
五、实验步骤
1.开启排风扇,保持室内通风,防止燃气泄漏造成人员伤害;
2.系统气密性检验要求在1.5倍工作压力的气压下,持续1分钟,U形压力计上压力不下降。
3.燃气成分分析及发热量和比重的测定。
4.测量燃烧火孔尺寸
要求精确地测量燃烧火孔的几何尺寸,包括燃烧火孔截面尺寸、孔深、孔间距及孔个数。
5.测量离焰界限流速
(1)在一定燃气流量下,点燃燃烧器。
此时为扩散火焰,采用大流量计测量流量。
(2)逐渐混入空气,当达到离焰时,记录燃气与空气的流量计读数、温度及压力,同时观测燃烧器头部混合气流温度。
(3)分若干次减少燃气流量,重复以上步骤,即可得到一组测量值。
6.测量回火界限流速
当测试火焰传播速度较慢的燃气时,应选择对应的燃烧器,否则回火曲线不易测出。
(1)在较小的燃气流量下,点燃燃烧器。
(2)逐渐加大空气流量,当发现回火时,记录燃气与空气流量计读数、温度与压力,同时观测燃烧器头部混合气流温度。
(3)分若干次增加燃气流量,重复以上步骤。
(4)当燃气量增加到一定程度后,增加空气量后会发生离焰,这说明α值已接近于1。
这时只要再稍减少一些燃气,即可发生回火现象。
整个过程:
先逐步增加燃气,相应地增加空气量,得到α=0~1间的数个测量点,然后再逐步减小燃气量,相应地减小空气量,就可以得到α>
1的数个测量点,从而得到整个曲线。
7.测量黄焰界限流速
(2)慢慢混入空气,观察火焰。
当黄焰刚刚消失后,再减小一点空气量,记录刚刚出现黄焰时的燃气与空气的流量计、温度及压力读数。
同时记录燃烧器头部混合气流温度。
(3)改变燃气流量,重量以上步骤。
8.测量CO界限流速
(1)安装铝锅及烟气采样、测量系统。
(2)在一定燃气流量下,点燃燃烧器。
(3)逐渐加大空气量直到黄焰界限时,抽取并分析烟气成分。
通常这时的COα=1值超过标准允许值。
(4)再加大空气量,直到烟气中CO含量降低到标准值时,记录燃气与空气的流量计读数、温度及压力。
同时观测燃烧器头部混合气流温度。
(5)改变燃气流量,重复以上步骤。
9.注意事项
(1)因燃烧器上所有火孔不允许同时离焰或回火,所以测试时,可以按1/4数目以上的火孔发生离焰或回火时为标准。
(2)CO含量允许标准也可以用CO/CO2来确定。
(3)测试各界限速度时,要求燃烧器头部混合气流温度不变。
在测试回火界限流速时,更要注意此项要求,因为回火会引起混合气流温度升高。
当发现温度升高时,应停止测试,待温度恢复后再测试。
六、实验数据处理
1.混合气体总流量
因为采用转子流量计,所以应先记录流量计读数,然后根据实测的密度、温度与压力进行折算,分别求出燃气流量及空气流量,二者之和即为混合气体的总流量。
浮子流量计折算关系式
(3)
——分度标定状态下气体的体积流量(m3/s)20℃、1.01×
105Pa
——使用状态下气体的体积流量(m3/s)
——分度标定时气体介质的密度(20℃时空气的密度=1.2045kg/m3)
——被测气体介质的密度(kg/m3)
——分度标定状态下气体的绝对温度(293K)
——使用状态下气体的绝对温度(K)
——分度标定状态下气体的绝对压力(Pa)
——使用状态下气体的绝对压力(Pa)
2.一次空气系数
求得燃气流量与空气流量后,可算出一次空气系数α。
理论空气需要量可用如下公式估算:
当
(4)
(5)
——理论空气需要量(Nm3/Nm3)
QD——燃气低位发热值(kJ/Nm3)
也可根据燃气成分的体积百分数由下式计算理论空气需要量:
(6)
一次空气系数
(7)
——空气流量(Nm3/h);
——燃气流量(Nm3/h)。
3.火孔面积计算
Fout=0.785d2Fz=Fout×
n
Fout——单个火孔面积(mm2);
n——火孔数量;
Fz——火孔总面积(mm2)
4.燃烧火孔出口处气流速度及热强度
求得混合气体总流量后,即可根据燃烧火孔的总面积算出其在燃烧火孔出口处的流速W0。
并可根据式
(1)、
(2)算出热强度Rq。
附表9-1大气式燃烧器稳定范围实验记录表
姓名:
日期:
指导教师:
燃烧器型号:
燃烧火孔尺寸:
燃烧火孔深度:
燃烧火孔间距:
燃烧火孔个数:
燃烧火孔总面积:
项目
结果
室内参数
干球温度(℃)
湿球温度(℃)
相对湿度(%)
大气压力(Pa)
燃气性质
低位热值(kJ/Nm3)
比重
燃气成分
理论空气需要量
(Nm3/Nm3)
燃烧状态
(测试时达到的界限状态)
离焰
回火
CO标准
黄焰
燃气参数
转子流量计读数
指示流量
压力(Pa)
温度(℃)
折算系数
燃气流量(Nm3/h)
空气参数
空气流量(Nm3/h)
总流量(Nm3/h)
一次空气系数
界限流速
(m/s)
界限火孔热强度(kJ/mm2·
h)
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