二甲醚燃燒器的理論計算

李曉光，肖 松

(1.遼寧城市建設設計有限公司，撫順 113308;2.臨沂大學 機械與車輛工程學院，臨沂 276000)

0 引 言

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=7.25×10-3kW/mm2，因此：

(1)

(2)計算火孔數目(n)

(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

(4)

其中，V0為理論空氣量；m3/m3；s為相對密度。

(2)計算噴嘴直徑(d)

(5)

(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]：

(6)

(7)

表明燃氣壓力有剩余，故以非最佳工況作為設計工況。

(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 mm2(10)

取喉部直徑dt=5 mm。因此，引射器的尺寸圖如圖1所示。

圖1 引射器的尺寸圖

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/Nm3)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。