2. РАСЧЕТ ИНЖЕКЦИОННОЙ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ

Газовая горелка должна обеспечивать необходимую для аппаратов и установок тепловую мощность, широкий диапазон регулирования расхода газа, устойчивость пламени без применения искусственных

Сстабилизаторов горения и отсутствие или пониженную концентрацию вредных компонентов продуктов сгорания [2]. Расчет горелки включает в себя определен е размеров конструктивных элементов:

– сопла,

Исходными– горлов ны смес теля,

– конфузора,

– диффузора,

– огневых каналов,

– габар бАтных размеров, о еспечивающих возможность установки горелки в заданной топке.

данными для расчета являются:

– тепловая мощность горелки;

– хим ческ й состав газа;

– давление газа перед соплом;

– температура газа и воздуха;

– характеристики аппарата или тепловой установки, для которой горелка рассчитывается.

По указанным исходным даннымДопределяются низшая теплота сгорания газа QНР, его плотность Г и объем воздуха V0.

На рис. 10–12 показаны эжекционный смеситель для атмосферной горелки [2, 10], аэродинамическая картина работы эжектора и атмосферная горелка для чугунного котла, для которой ниже приводится методика расчета и выполнен пример расчетаИ.

При расчете таких горелок объем газа и его плотность определяются при нормальных физических условиях. Объясняется это тем, что давление газа мало отличается от атмосферного. При этом следует учитывать, что его температура для зимнего расчетного периода изменяется на 5–10 ОС. При тех же параметрах с допустимой для практики точностью могут определяться объем и плотность воздуха. При расчете горелок можно не учитывать содержание в газе и воздухе водяных паров, так как оно очень мало влияет на его объем, плотность и теплоту сгорания.

19

20

10 264

где q – номинальная теплопроизводительность установки, кДж/ч;

N – число принимаемых к установке однотипных горелок с одинаковым расходом газа;

– КПД прибора.

Давление газа перед соплом горелки определяется на основании гидравлического расчета внутридомового газопровода. Вместе с тем для обеспечения широкого диапазона регулирования расхода газа оно должно быть не менее определенного по формуле

21

pГ 0,27QHP 40, Па. 100

Теоретическая скорость истечения газа из сопла WС (м/с) при нормальных условиях рассчитывается по формуле, не учитывающей изменения плотности газа:

Площадь поперечного сечения газового сопла fС (м2) и его диаметр

ДиаметрбАгорловины эжектора dГ определяется из уравнения, выражающего закон сохранения количества движения при смешении двух газов. Количество движения 1 м3 инжектируемого газа определяется произведением скорости газа на его плотность, а количество движения, инжектируемого из атмосферы воздуха, можно принять равным 0, так как скорость воздуха на входе в эжектор равна нулю. В этом случае количество движения газовоздушной смеси (ГВС) можно за-

где WГ – скорость ГВС в горловинеДсмесителя, м/с;

писать как

n VB /VГ – объемная кратность инжекции (количество воздуха инжектируемого 1 м3 газа).

Уравнение сохранения количества движения тогда запишется:

WC Г WГ Г n B .

Выразим расход газа VГ и расход ГВС (VГ [1 + n]) через соответствующие скорости и сечения:

22

где m – число углеродных атомов в молекуле;И n – число водородных атомов в молекуле.

Диаметр конфузора dВ и диффузора dД принимается примерно одинаковым:

dB ~ dД 2,0 2,2 dГ .

Длина всасывающей и стабилизирующей частей камеры смешения

23

lВ 2 3 dГ , lС 2,5 dГ .

Переход конической поверхности конфузора в цилиндрическую поверхность горловины для литых смесителей осуществляется по ду-

где WСМ – скорость вытекания ГВС из огневых каналов. Скорость принимается такой, что ы не происходило отрыва пламени. Для природного газа

WСМ 3600d0T2 1 V0 ,

1 a'V0

где aT – коэффициент избытка воздуха.

Так как последнее уравнение содержит две неизвестные величины, то для определения скорости вытекания ГВС необходимо задаться диаметрами огневых каналов (3–6 мм). Число огневых каналов на

Огневые отверстия на коллекторе горелки обычно размещают в 1 или 2 ряда (см. рис. 12). В последнем случае в шахматном порядке.

При двухрядном расположении минимальная длина коллектора

lК N 1 S 2S, 2

где S – шаг между осями огневых отверстий.

Для обеспечения быстрого распространения пламени по всем каналам и предотвращения их слияния шаг должен укладываться

24

в пределы, определенные экспериментом: при a' = 0,6 и d0 = 2–6 мм S = (2,4–2,8) d0 мм. Для этой же цели расстояние между осями рядов каналов должно быть в 2–2,5 раза больше расстояния между рядами.

При выборе глубины огневых каналов lD следует исходить из того, что ее увеличение способствует устойчивости горения в отношении проскока пламени. Вместе с тем чрезмерное увеличение глубины канала приводит к повышению сопротивления трения, что в свою очередь способствует понижению коэффициента инжекции первичного воздуха a'. Кроме того, это приводит к созданию приподнятых каналов, осложняющ х зготовление горелок. По экспериментальным

пламени привод т ктеплообменныхпоявлен ю продуктов неполного сгорания.

h 0,785d02 y,

где k – отношение расчетной удельной тепловой нагрузки.

Полная длина горелки рассчитывается путем сложения длин конфузора, горла смесителя, диффузора и коллектора горелочного уст-

ный газ с низшей теплотой сгорания QНР = 36000 к ж/м3, плотностью

Г = 0,78 кг/м и теоретически необходимым количеством воздуха для горения V0 = 9,3 м3/м3. Принципиальная схема горелки представлена на рис. 12.

25

26

lД = 1,5 · 3 = 4,5 мм.

15.Длина горелки

l 71,75 71,75 205 497 846 мм.

На рис. 13 представлена схема рассчитанной атмосферной горелки.

27