二甲醚燃烧器的理论计算

　　摘 要:通过二甲醚燃烧器的理论计算,获得了燃烧器火孔数目以及引射器的结构尺寸。与某城市燃气的燃烧器相比,火孔数量增加,而引射器喉部直径减小为 1 / 2。 因此,如果城市采用二甲醚作为燃气,必须更换原有燃烧器,才能提供燃烧所需的热负荷。

　　关键词:二甲醚;理论计算;燃烧器

　　李晓光肖松-《应用能源技术》2021年12期

　　我国油气资源短缺，导致了煤炭在能源中所占的比重很大，因而环境污染十分严重。 二甲醚作为清洁能源既可以解决能源短缺的问题，又能减少排放达到环境保护的目的[1 - 3] 。 因此，日益受到人们的关注。 国内许多学者对二甲醚的性质、应用前景以及热物性等进行了研究[4 - 8] 。二甲醚作为替代液化石油气等燃气燃料作为燃料，必须解决燃具适应性的问题。 因为，不同燃气的组分、热值、密度及燃烧特性等差别很大。 当燃气发生变化时，燃烧器的工况会发生变化。 因此，文中以二甲醚为燃料，理论计算热负荷为 Q = 3. 5 kW 的燃烧器。

　　1 燃烧器头部的理论计算[9]

　　燃烧器的头部设计应该满足稳定燃烧的原则。 设计合理的头部必须保证火焰不离焰、不回火、不出现黄焰，并且使火焰特性满足加热工艺的需要。(1)计算火孔总面积( Fp ) 选取火孔直径 dp = 3. 0 mm，一次空气系数 α′ = 0. 6， 相 应 的 火 孔 强 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)计算火孔数目(n)n = Fp π dp 2 æ è ö ø 2 = 482. 83. 14 × 32 ( ) 2 = 68 孔 (2) (3)计算火孔深度(h) h = 2. 5dp = 2. 5 × 3 = 7. 5 mm (3)

　　2 引射器的理论计算[9]

　　引射器的理论计算主要是以动量定理、连续性方程及能量守恒定律为基础。 其计算主要是混合管的计算。(1)计算引射系数 μ = α′V0 s = 0. 6 × 14. 281. 592 = 5. 38 (4) 其中， V0 为理论空气量; m 3 / m 3 ;s 为相对密度。(2)计算喷嘴直径(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 为二甲醚低位热值，59. 3 MJ/ Nm 3 ; H 为燃气压力，1 000 Pa。 相应的喷嘴的截面积 Fj = π 4 d 2 = π 4 × 0. 72 = 0. 38 mm 2。(3)计算最佳燃烧器参数(Flop) 对于民用燃烧器，燃烧器头部的能量损失系数 K1 通常取 2. 7 - 2. 9，因此文中取 K1 = 2. 8。 由于引射器的形式选取的是 1 型引射器[9] ，因此其能量损失系数 K = 1. 5。 因此，最佳燃烧器参数(Flop) 以及燃烧 器的判别式 A 与 X 的计算如下[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) 表明燃气压力有剩余，故以非最佳工况作为设计工况。 X = 1 - 1 - A 2 A = 1 - 1 - 0. 120. 1 = 0. 05(8) (4)计算引射器喉部面积(Ft)及直径(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) 取喉部直径 dt = 5 mm。 因此，引射器的尺寸图如图 1 所示。

　　3 结束语

　　文中对二甲醚民用燃烧器进行了理论计算，获得了二甲醚燃烧器火孔数目及引射器的结构尺寸。 与燃烧某城市燃气 ( 燃气热值为 Hl = 13 423 kJ/ Nm 3 )的同样热负荷的燃烧器相比，由于额定火孔热强度不同，二甲醚燃烧器的火孔数目增加了 19 孔;同时由于二甲醚低位热值大于某城市燃气热值，因此，二甲醚燃烧器的引射器的喉部直径仅为某城市燃气的引射器的 1 / 2。通过对比可知，如果城市采用二甲醚作为民用燃气，必须更换原有燃烧器，才能保证燃烧所需的热负荷。