二甲醚燃燒器的理論計算

　　摘 要:通過二甲醚燃燒器的理論計算,獲得了燃燒器火孔數目以及引射器的結構尺寸。與某城市燃氣的燃燒器相比,火孔數量增加,而引射器喉部直徑減小為 1 / 2。 因此,如果城市采用二甲醚作為燃氣,必須更換原有燃燒器,才能提供燃燒所需的熱負荷。

　　關鍵詞:二甲醚;理論計算;燃燒器

　　李曉光肖松-《應用能源技術》2021年12期

　　我國油氣資源短缺，導致了煤炭在能源中所占的比重很大，因而環境污染十分嚴重。 二甲醚作為清潔能源既可以解決能源短缺的問題，又能減少排放達到環境保護的目的[1 - 3] 。 因此，日益受到人們的關注。 國內許多學者對二甲醚的性質、應用前景以及熱物性等進行了研究[4 - 8] 。二甲醚作為替代液化石油氣等燃氣燃料作為燃料，必須解決燃具適應性的問題。 因為，不同燃氣的組分、熱值、密度及燃燒特性等差別很大。 當燃氣發生變化時，燃燒器的工況會發生變化。 因此，文中以二甲醚為燃料，理論計算熱負荷為 Q = 3. 5 kW 的燃燒器。

　　1 燃燒器頭部的理論計算[9]

　　燃燒器的頭部設計應該滿足穩定燃燒的原則。 設計合理的頭部必須保證火焰不離焰、不回火、不出現黃焰，并且使火焰特性滿足加熱工藝的需要。(1)計算火孔總面積( Fp ) 選取火孔直徑 dp = 3. 0 mm，一次空氣系數 α′ = 0. 6， 相 應 的 火 孔 強 度 qp = 7. 25 × 10- 3 kW/ mm 2，因此： Fp = Q qp = 3. 57. 25 × 10-3 = 482. 8 mm 2(1) (2)計算火孔數目(n)n = Fp π dp 2 æ è ö ø 2 = 482. 83. 14 × 32 ( ) 2 = 68 孔 (2) (3)計算火孔深度(h) h = 2. 5dp = 2. 5 × 3 = 7. 5 mm (3)

　　2 引射器的理論計算[9]

　　引射器的理論計算主要是以動量定理、連續性方程及能量守恒定律為基礎。 其計算主要是混合管的計算。(1)計算引射系數 μ = α′V0 s = 0. 6 × 14. 281. 592 = 5. 38 (4) 其中， V0 為理論空氣量; m 3 / m 3 ;s 為相對密度。(2)計算噴嘴直徑(d) d = 3 600Q Hl ( ) 0. 003 6μ 4 s H = 3 600 × 3. 559 300 ( ) 0. 003 6 × 5. 38 × 41. 5921 000 ≈ 0. 7 mm (5) 其中， Hl 為二甲醚低位熱值，59. 3 MJ/ Nm 3 ; H 為燃氣壓力，1 000 Pa。 相應的噴嘴的截面積 Fj = π 4 d 2 = π 4 × 0. 72 = 0. 38 mm 2。(3)計算最佳燃燒器參數(Flop) 對于民用燃燒器，燃燒器頭部的能量損失系數 K1 通常取 2. 7 - 2. 9，因此文中取 K1 = 2. 8。 由于引射器的形式選取的是 1 型引射器[9] ，因此其能量損失系數 K = 1. 5。 因此，最佳燃燒器參數(Flop) 以及燃燒 器的判別式 A 與 X 的計算如下[9] ： Flop = K K1 = 1. 52. 8 = 0. 73 (6) A = K (1 + μ ) 1 + μs ( )Fj FpFlop = 1. 5 × (1 + 5. 38 ) (1 + 5. 38 × 1. 592 ) × 0. 38482. 8 × 0. 73 = 0. 1 < 1 (7) 表明燃氣壓力有剩余，故以非最佳工況作為設計工況。 X = 1 - 1 - A 2 A = 1 - 1 - 0. 120. 1 = 0. 05(8) (4)計算引射器喉部面積(Ft)及直徑(dt) F1 = XFlop = 0. 05 × 0. 73 = 0. 037 (9) Ft = F1Fp = 0. 037 × 482. 8 = 17. 9 mm 2(10) dt = 4 π Ft = 4 π × 17. 9 = 4. 77 mm (11) 取喉部直徑 dt = 5 mm。 因此，引射器的尺寸圖如圖 1 所示。

　　3 結束語

　　文中對二甲醚民用燃燒器進行了理論計算，獲得了二甲醚燃燒器火孔數目及引射器的結構尺寸。 與燃燒某城市燃氣 ( 燃氣熱值為 Hl = 13 423 kJ/ Nm 3 )的同樣熱負荷的燃燒器相比，由于額定火孔熱強度不同，二甲醚燃燒器的火孔數目增加了 19 孔;同時由于二甲醚低位熱值大于某城市燃氣熱值，因此，二甲醚燃燒器的引射器的喉部直徑僅為某城市燃氣的引射器的 1 / 2。通過對比可知，如果城市采用二甲醚作為民用燃氣，必須更換原有燃燒器，才能保證燃燒所需的熱負荷。