图3-6-18 条形火孔

　　(2)单火孔头部 对某些要求火力集中和火孔热强度高的大气式燃烧器，常采用孔径较大的单火孔头部。单火孔头部的结构形式也很多。图3—6—19所示为工业用单火孔大气式燃烧器的头部，它由火孔、二次空气口及火道三部分组成。燃烧所需要的二次空气由炉内负压吸人，二次空气口外面安装调风板，调节二次空气的吸入量。由于燃烧器喷口为一个大火孔，其火焰与二次空气的接触面积比多火孔小，因此这种燃烧器的火焰较长，只适用于有炉膛的工业加热设备上。为了防止回火，火孔出口速度应比多火孔大，所以需要用中(高)压燃气。火道能起防止脱火的作用。

　　二、大气式燃烧器的特点及应用范围

　　大气式燃烧器比自然引风扩散式燃烧器火焰短，火力强，燃烧温度高；比无火焰燃烧器的热负荷调节范围宽，适应性强；可以燃烧不同性质的燃气，燃烧效率比较高，燃烧比较安全，烟气中C0含量较少，卫生条件较好；可适应低压燃气；比鼓风式燃烧器节省动力，调节方便，尤其因为采用引射器结构，具有自调性，即当燃烧器热负荷在一定范围内变动时，一次空气系数能自行维持一常数。
　　但大气式燃烧器热负荷不宜太大，热强度比无焰燃烧器低，火焰稳定性不及扩散式燃烧器，且不适应正压炉膛。
　　多火孔大气式燃烧器应用非常广泛，在家庭及公用事业中的燃气用具如燃气灶、热水器、沸水器及食堂灶上用得最广泛。在小型锅炉及工业炉上也有应用。
　　单火孔大气式燃烧器在中小型锅炉及某些工业炉上广泛应用。

　　三、大气式燃烧器的设计计算
　
　　大气式燃烧器的设计计算，包括头部计算和引射器的计算。
　　如前述，头部结构有多火孔和单火孔。它们的设计计算均以保证稳定燃烧为原则。一个合理设计的头部，必须使火焰不出现离焰、回火和黄焰，井使火焰特性满足加热工艺的需要。
　　民用燃具大多数采用多火孔头部，设计计算包括：选择头部型式及火孔形状，计算火孔尺寸、间距、孔深、火孔排数及头部容积，计算头部静压力等内容。常用设计参数列于表3—6—7。
　　引射器按工质压力可分为高、中压(>2000Pa)及低压(<2000Pa)两种。在设计计算中，前者需要考虑气体的可压缩性；后者则不必。
　　按被引射气体的吸入速度，引射器又可分为常压吸气和负压吸气两种。如果引射器的吸气收缩管做得足够大，并逐渐过渡到圆柱形混合管，这时被引入的空气在收缩管内的流速很小，可以忽略，这样的引射器称为常压吸气引射器，也称为第二类引射器，低压大气式燃烧器的引射器多为此种；反之，如果吸气收缩管做得较小，被吸入空气流速较大，气流在管内发生强烈扰动，这时空气流速便不可忽略，这样的引射器则称为负压吸气引射器，也叫第一类引射器。
　　比较而言，在第一类引射器中，燃气和空气的速度差较小，能量损失也较小，引射效率较高。高、中压大气式燃烧器的引射器多为负压吸气式引射器。
　　以下主要讨论常压吸气低压引射器的设计计算。
 

表3-6-7 大气式燃烧器常用设计参数

燃气种类		炼焦煤气	天然气	液化石油气
火孔尺寸/mm	圆孔dp	2.5～3.0	2.9～3.2	2.9～3.2
	方孔	2.0～1.2 1.5～5.0	2.0～3.0 2.4～1.6	2.0～3.0 2.4～1.6
火孔中心距s/mm		(2～3)dp
火孔深度h/mm		(2～3)dp
额定火孔热或度qp/MW·mm-2		11.6～19.8	5.8～8.7	7.0～9.3
额定火孔出口流速vp/m·s-1		2.0～3.5	1.0～1.3	1.2～1.5
一次空气系数α		0.55～0.60	0.60～0.65	0.60～0.65
喉部直径与喷嘴直径比dt/d		5～6	9～10	15～16
火孔面积与喷嘴面积比Fp/Fj		44～50	240～320	500～600

图3-6-20 常压吸气低压引射器的工作原理
1-喷嘴；2-吸气收缩管；3-喉部；4-混合管；5-扩压管

　　计算以动量定理、连续性方程及能量守恒定律为基础，按图3—6—20所示工作原理，可推导出它的特性方程如下：
 

 

 

　　式中 h——引射器出口的静压力，Pa；
　　　　H——喷嘴前燃气压力，Pa；
　　　　μ——喷嘴流量系数；
　　　　F——无因次面积，为喉部和喷嘴出口的面积比，即  

，它是引射器计算的基本参数；
　　　　u——质量引射系数，  

为燃气与引射空气的质量流量之比；
　　　　uρr——容积引射系数，ρr为燃气相对密度，  

　　　　K——能量损失系数，可表示为：
 

 

　　这里，ψ₁是混合管末端的速度场不均匀系数，它与气流的稳定程度和流动状态有关，取决于速度场的分布状况，当混合管长度为5～6倍喉部直径时，ψ₁=1．02～1．04，混合管较短，ψ₁较大；ζ_mix是混合管摩擦阻力系数，ζ_mix=L_min/d_t，与混合管的气体流动状态、加工质量和长度有关，通常取ζ_min=0.06～0.12；ζd为扩压管局部阻力系数，相应于扩压管进口流速；n表示扩压管的扩张度n=F_d/F_t。
　　由上述分析可知，引射器形状、尺寸及阻力特性不同时，能量损失系数尺值也不相同。
　　引射器的形状及尺寸往往要根据实验资料确定。图3—6—21给出了三种引射器的形状及尺寸比例。
　　其中l型为较佳，能量损失系数K值较小，但引射器较长；2型和3型长度较短，但阻力较大，能量损失系数较高。当喷嘴前燃气压力较高，允许有较大的能量损失时，可采用后两种形式。
　　设计引射式大气燃烧器时，会遇到两种情况：
　　一种是，计算燃烧器的几何尺寸和确定所需的燃气压力。其计算步骤是：(1)进行头部计算，确定α′、u、d_P、F_P、K₁值；(2)计算F_10P(最佳燃烧器参数)、F_t、确定引射器各部分尺寸；(3)计算喷嘴尺寸及所需燃气压力。
　　另一种是在给定燃气压力下，确定燃烧器几何尺寸。其计算步骤如下：(1)头部计算；(2)计算喷嘴尺寸；(3)计算F_1op，燃烧器参数A、X、F_t、计算F_t及引射器各部尺寸。
　　[例3—6—1] 设计一双灶跟用燃烧器。已知：燃烧器热负荷Q=2．8kW，燃烧以焦炉煤气为主的城市燃气，其热值开H₁=13423KJ/m³密度ρ_g=0.71kg／m³，相对密度ρ_r=0．55，理论空气需要量V_o=3．15m³／m³，燃气压力H=800Pa。