(三)燃燒器燃燒方法的選定
設計燃具時尤其重要的是根據(jù)加熱目的選擇適當?shù)娜紵椒?,主要考慮的因素為;所需要的加熱溫度、所需要的燃燒室熱負荷及構造、燃燒器的燃燒特性、所需要的火焰長度、燃燒器的耐久性、生產成本和維修難易程度。
(四)熱平衡計算
燃具熱平衡計算的目的,在于搞清輸入燃具的熱量被有效利用或損失的過程,確定有效地提高燃具熱效率的途徑。
以加熱為目的的燃具,通常都是以“熱輸入二熱輸出”來計算熱量收支。按計算的結果,繪制出熱流圖。如圖3—8—8所示,可以很直觀地表明浴盆熱水器的熱效率為44%+36%=80%,最主要的損失熱為排氣顯熱。
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(五)適用性與安全性
民用燃具除要提高熱效率外,還應充分重視其方便性、適用性。要求在設計時應具有使用、調節(jié)、維護管理、使用壽命和清掃等方面的適用性。
關于燃具安全性,在工藝設計中更應予以重視。為確保燃具運行的安全可靠,必須對使用過程可能遇到的各種情況進行實驗,并證實確為安全,其中兩點尤其重要:
(1)過熱安全性 運行時,燃具某些部位的溫度要控制在規(guī)定范圍內。
(2)燃氣泄漏安全性 對燃燒器火焰中途熄火、缺氧燃燒應有保護手段。嚴防燃氣泄漏和大量CO產生,以避免發(fā)生火災、爆炸和人員中毒等事故。
(六)造型與構造
燃具造型應美觀,構造力求簡單,使燃具各部件能易于拆裝,便于檢修和清掃。
(七)二次空氣的供給與煙氣排除
如前述,民用燃具燃燒器多采用引射式大氣燃燒器,大都需要供給二次空氣。當設計燃具的燃燒室時,要合理布置二次空氣進口,使二次空氣能均勻地分布到各個燃燒器的火孔處。
使用大氣式燃燒器的燃具,決定二次空氣口大小的簡便方法是對應燃燒41868kJ/h(10000kcal/h)的燃氣,需設置60~85cm2的二次空氣口,相當于5.16~7.31cm2/kW。
燃燒室內的煙氣流動要合理組織。為此,要求正確選定排氣口的位置。排氣口位置設置不當,會影響煙氣排除效果,煙氣較長時間停留在燃燒室內,就會使燃燒惡化,生成CO,同時也會浪費能源。
在確定排氣口位置時,應考慮利用燃燒室內煙氣具有的浮力和使煙氣在燃燒室內對被加熱體進行均勻加熱兩個因素。
排氣口位置和煙氣流動情況對燃燒室內均勻加熱的影響,可用燃氣烤箱為例說明。圖3—8—9所示為烤箱排氣口位置對煙氣流動、加熱狀況和熱效率的影響。圖中A為烤箱的原型設計,B—C的布置方案均可提高熱效率和改善加熱均勻性,各方案的排氣抽力大小與高度H成正比。
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(八)燃具材料
選擇燃具各部分所用材料時要考慮下列因素:材料的耐熱性、耐蝕性、熱傳導性、熱容量、機械強度和外觀質量,以及成本高低、修補難易程度等。
二、燃具設計
民用燃氣用具的結構一般包括:(1)空氣、燃氣供應部分;(2)燃燒器;(3)燃燒室及加熱室:(4)煙氣排出部分;(5)外形圍護及附件等五個部分。所謂燃具設計,就是上述各部分的單獨設計及總體設計。
(一)燃燒器
設計燃燒器的步驟為:(1)按工藝設計要求(式(3—8—1)至式(3—8—3))確定燃具熱負荷和燃氣耗量(式(3-8-5));(2)根據(jù)加熱目的等條件選擇適當?shù)娜紵椒ǎ?3)擬定適合使用條件,并保證燃燒器正常燃燒特性的極限調整范圍;(4)最后必須考慮的是結構和材質。燃具燃燒器是最易過熱的部位,特別是將燃燒器置于高溫燃燒室內的燃具,由于室壁的輻射很強,必須充分考慮其耐熱性。此外,燃燒煙氣所含水蒸氣的凝結和滴落、雜物堆積和堵塞火孔等,都會引起燃燒器腐蝕或導致不安全燃燒等。
(二)燃燒室及加熱室
燃具的燃燒室及加熱室?guī)缀醭蔀橐惑w,在大多數(shù)情況下難于將其區(qū)分開。其結構根據(jù)燃具性能而異,以下舉例說明。
1.燃燒室熱強度及容積
燃具的燃燒室熱強度是指容積熱強度,即單位燃燒室容積、單位時間內燃氣完全燃燒所放出的熱量qv,單位為kW/m3。燃燒室熱強度是根據(jù)不同容積、不同燃燒方法、不同加熱溫度來考慮的。
表3—8—3給出了熱水器燃燒至熱強度指標的大概范圍,供設計參考。在設計過程中,選定燃燒室熱強度的實質,就是要保證燃氣在燃燒室的停留時間大于燃氣從著火到燃盡的時間,避免將燃燒室設計得過大或過小。通常,燃燒室過大,會浪費燃氣,降低熱效率;需要高沮時,難達預期溫度;燃燒室四周散熱過大等。相反,燃燒室過小,易引起不完全燃燒,熱量供應不足:或者燃燒室壁面及加熱面過熱,加速腐蝕和燒壞。