天然氣燒嘴：頭部設計計算原理
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天然氣燃燒器（燒嘴）的頭部設計以保證穩定燃燒為原則。一個合理設計的頭部需使火焰不離焰、不回火、不出現黃焰，并應使火焰特性滿足加熱工藝的需要。單火孔頭部的設計和完全預混式燃燒器頭部設計相似。
天然氣燃燒器的頭部設計包括以下內容：選擇頭部形式及火孔形狀，計算火孔尺寸、間距、孔深、火孔排數及頭部容積，計算頭部靜壓力。
一、火孔尺寸：
根據火焰傳播及燃燒穩定理論可知，火孔尺寸越大，火焰傳播速度越快，越容易回火。火孔尺寸越小，火焰傳播速度越慢，越容易脫火。煉焦煤氣的氫含量高，火焰傳播速度快，主要是防止回火，故應采用較小的火孔尺寸。天然氣及液化石油氣的火焰傳播速度慢，主要是防止脫火，故應采用較大的火孔純。隨著火孔尺寸的增加，二次空氣的供給發生困難，要求有較大的一次空氣系數才能消除黃焰。天然氣及液化石油氣比煉焦煤氣容易出現黃焰。燃氣性質不同，消除黃焰的一次空氣系數也不同。
為了防止污染及堵塞，火孔直徑不宜小于2.0mm。常用的火孔尺寸列于表7-1。
條形火孔的縫隙寬度通常為圓火孔直徑的2/3。
二、火孔深度：
實驗證明，增加無凸緣火孔的孔深可使脫火很 限增加，但孔深增加到某一數值（13-15mm）后，脫火很 限就趨于定值。由圖7-17可見，對于不同直徑的火孔，其孔深對脫火很 限的影響是相同的。在一定范圍內增加孔深，回火很 限降低。因此增加孔深能使燃燒器的穩定工作范圍變大。但孔深增加，氣流阻力增大，不利于一次空氣的吸入。孔深變化對黃焰很 限沒有影響。綜合考慮以上因素，一般取火孔深度為火孔直徑的2-3倍。
常采用有凸緣的火孔來增加孔深，以節約金屬。
三、火孔間距：
實驗證明，當孔距較大時，孔距對脫火及黃焰很 限均無影響。當孔距減小到一定程度后，火焰相互靠近或合并，增加了脫火很 限，但這時火焰與空氣的接觸面減少，影響了二次空氣的供給，因而消除黃焰所需的一次空氣系數有所增加。因此，為了防止產生黃焰，保證二次空氣的供給，孔距不宜太小。另一方面，為了在點火時火焰能迅速地從一個火孔傳至所有火孔，孔距又不宜太大。綜合考慮上述因素，一般取火孔間距為直徑的2.0-3.0倍。
四、火孔排數：
火孔排數在四排之內時，排數對脫火很 限無影響，對選擇燃燒器設計參數也無影響。但排數增多，二次空氣的供給受限，消除黃焰所需的一次空氣系數也增加。為此，火孔排數*不超過兩排。在特殊情況下需要布置兩排以上的火孔時，為了保證完全燃燒，每增加一排火孔，一次空氣系數應增加5%-7%。兩排或兩排以上的火孔應叉排。
五、火孔傾角：
圖7-18示出了火孔傾角對燃燒特性及熱效率的影響。火孔傾角越小，火焰趨向水平，火焰與二次空氣的接觸充分，燃燒性能好，煙氣中一氧化碳含量低，熱效率下降。相反隨著火孔傾角增大，煙氣中一氧化塘含量增大，熱效率升高。設計時一般取30°傾角。
六、鍋支架高度：
圖7-19示出了鍋支架高度對燃燒特性及熱效率的影響，鍋支架越高，二次空氣供給越充分，燃燒越完全，煙氣中一氧化碳含量越低，但熱效率下降。相反隨著鍋支架高度降低，二次空氣供給量減少，火焰易與鍋底冷表面接觸。煙氣中一氧化碳含量升高，熱效率增大。設計時，應根據火焰內錐高度及火孔傾角選取鍋支架高度，一般取20-30mm。
七、火孔燃燒能力及火孔總面積
火孔能穩定和完全燃燒的燃氣量成為火孔的燃燒能力。通常用火孔熱強度qp或燃氣空氣混合物離開火孔的速度vp來表示火孔的燃燒能力。
在設計燃燒器頭部時，正確選擇火孔的燃燒能力是很重要的。燃氣性質、一次空氣系數及火孔尺寸均對火孔的燃燒能力有影響。
為了防止回火和離焰，火孔出口氣流速度需大于回火很 限速度，小于離焰很 限速度。通常是根據穩定范圍曲線，在選定的一次空氣系數下，在離焰很 限速度和回火很 限速度之間選一速度作為火孔后出口速度。如果燃燒器運行時，主要危險是回火，則vp應選得離回火很 限遠些。如燃燒器運行時主要危險是離焰，則vp就應選得離離焰很 限遠些。
八、燃燒器頭部靜壓力
為了保證達到選定的火孔出口氣流速度和火孔熱強度，燃氣-空氣混合物在頭部需具有一定的靜壓力。該靜壓力是由引射器提供的，它用來克服混合物從頭部溢出時的能量損失。
混合物從頭部溢出時的能量損失由流動阻力損失、氣流通過火孔被加熱而產生流加速的能量損失以及火孔出口動壓頭損失三部分組成。
混合氣體通過火孔被加熱的溫度決定與燃燒器的結構、工作參數及燃燒室的構造，在大多數情況下t=50-150。
九、頭部截面積及頭部容積：
為了使氣流均勻地分布到每個火孔上，保證各火孔的火焰高度一致，希望頭部截面積和容積大些。但是，如果頭部容積過大，開始點火時頭部會積存大量空氣，滅火時頭部會積存大量燃氣-空氣混合物，從而容易產生點火和滅火時的回火噪聲。頭部容積過大還會增加金屬耗量，因此，又希望頭部容積小些。通常取頭部截面積為火孔總面積的兩倍以上。當頭部較長時，為了減少頭部容積，頭部截面沿氣流方向可做成減縮形，并保證任一點的截面積為該點以后的火孔。
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