2622

Постоянная горелки С определяется геометрическими характеристиками FГ, F0 и коэффициентами потерь k, k1 и С и не зависит от сечения сопла FС .

Уравнение (33) дает возможность установить влияние отдельных конструктивных размеров горелки на параметры ее работы.

Пример. Определить параметры работы атмосферной горелки, рассчитанной в примере на стр. 117-119, если в ней будет сжигаться

коксовый газ со следующими характеристиками: QНС = 15 900

кДж/м3, s = 0,38 и V0 = 4,15 м3/м3 [8, 9].

Решение. 1. Определяем постоянную горелки по формуле (33):

2. Тепловая нагрузка горелки

N = 10 35 200 = 352 000 кДж/ч = 97,5 кВт.

Производительность горелки на коксовом газе

V1 = 352 000 / 15 900 = 22,1 м3/ч.

Коэффициент эжекции при a' = 0,6 по формуле (17) равен

u a'V0 0,6 4,15 6,55.

s0,38

3.Определяем необходимое давление газа по формуле (33):

рГАЗ V1(1 u)(1 us)s 2 =

Следовательно, для работы горелки на коксовом газе необходимо давление, равное 650 Па. Если горелка должна работать на большем давлении, следует увеличить производительность горелки или коэффициент эжекции u.

4. Рассчитываем площадь сопла по формуле (32):

120

где WВ – скорость воздушного потока;

Г, В – плотность газа и воздуха при рабочих условиях;

a – угол атаки (угол встречи газового и воздушного потоков);

k – опытный коэффициент, зависящий от относительного шага между газовыми отверстиями ( /d0). Значения k берут из табл. 9.

Рис. 62. Схема расположения газовых струек у подовых горелок

Таблица 9

Значение коэффициента k

Количество горелок принимают равным числу топочных дверок

(обычно 1–3).

Диаметр коллектора составляет 40–200 мм, скорость газа в нем принимают до 20 м/с.

122

Для обеспечения равномерной высоты пламени рекомендуется принимать поперечное сечение коллектора в 1,5–2,5 раза больше суммарного сечения выходных отверстий.

Ширину огнеупорной части горелки определяют по скорости движения воздуха в узком сечении щели. Скорость воздуха принимают 2,5–8 м/с. Минимальное значение выбирают для топок, работающих за счет тяги (без дутья), она должна соответствовать разряжению в топке рТ . Минимальное разряжение для топок чугунных отопительных котлов составляет 8 Па. Для производственно-отопительных кот-

лов рТ = 20–30 Па.

Скорость воздуха в узком сечении щели WВ при работе без дутья рассчитывают по формуле

где В ~ 0,7 – коэффициент расхода, учитывающий гидравлическое сопротивление на пути движения воздуха.

Ширину щели (между огнеупорными стенками) находят по формуле

где dН – наружный диаметр коллектора;– коэффициент избытка воздуха;

V0 – теоретическое количество воздуха, необходимого для горения, м3/м3;

QГОР – расход газа на горелку; ТВ – температура воздуха, К; l – длина коллектора.

Для определения a предварительно задаются длиной коллектора, которую ориентировочно находят по тепловой нагрузке на 1 м горелки qК ,

l QГОРQHC ,

nqK

(37)

где n – число горелок.

Тепловая нагрузка qК = 230–460 кВт/м – для отопительных котлов; qК = 1 150–1 750 кВт – для котлов малой производительности с высо-

123

той топки до 3 м; qК = 2 300–3 500 кВт/м – для котлов средней производительности с высотой топки более 3 м.

Длину коллектора принимают на 100–600 мм меньше длины колосниковой решетки, а расстояние между горелками составляет

500–1 200 мм.

Диаметр струи, принявшей направление потока воздуха DС на расстоянии h от отверстий (глубина проникновения) определяется соотношением

DC 0,75h.

Для повышения стабильности горения глубину проникновения принимают немного больше ширины щели. В расчетах ее принимают равной

чему соответствует скорость газа WГ = 30–80 м/с. Большее отношение выбирают при работе котла без дутья.

Шаг между огневыми отверстиями определяют по уравнению

0,75h 2 5 мм.

Для чугунных котлов принимают диаметр отверстий 1,3–2 мм с шагом = 13–20 мм, а для производственных котлов d0 = 2–4 мм, а

= 20–30 мм.

Отверстия располагают по трубе горелки в два ряда в шахматном порядке.

Длину коллектора принимают равной

где n – число выходных отверстий.

Длину огневой щели, учитывая тепловое расширение, принимают на 30–55 мм больше длины коллектора.

Полученная длина коллектора l должна отличаться от предварительно принятой не более чем на 10 %. В противном случае следует произвести пересчет.

Необходимое давление газа перед задвижкой горелки находится по уравнению

124

где 0 = 0,6–0,7 – коэффициент расхода отверстий горелки;– сумма коэффициентов гидравлических сопротивле-

ний горелки (местных и линейных) от задвижки (включая последнюю) до выходных отверстий. Коэффициент отнесен к динамическому давлению газа в коллекторе горелки;

F0 – суммарная площадь выходных отверстий;ГАЗ – плотность газа.

Для чугунных отопительных котлов рекомендуется давление газа 800–1 100 Па, а для производственных котлов – 5 000–10 000 Па.

Пример. Рассчитать подовую горелку для котла НР с поверхностью нагрева HК = 34 м2, переводимого на природный газ. Производительность котла N = 400 кВт. Размер колосниковой решетки 1592 815 мм. Теоретическое количество воздуха, необходимое для горения V0 = 9,5 м3/м3. Теплотворная способность топлива QHC = 35 000 кДж/м3. Плотность газа ГАЗ = 0,73 кг/м3. КПД котла принять равным

= 0,85 [8, 9].

Решение. 1. Принимаем одну подовую горелку. Расход газа на горелку

2. Коллектор горелки выполняем из цельнотянутой трубы наружным диаметром dН = 40 мм и толщиной стенки 4 мм. Скорость газа в трубе составит

Площадь живого сечения трубы FЖ = 0,00081 м2.

3. Скорость воздуха в узком сечении щели составляет (35):

125

где В = 0,7; В = 1,29 кг/м3; рТ = 8 Па – разряжение в топке при условии, что котел работает без дутья.

4. Определяем ориентировочную длину коллектора, принимаем qК = 350 кВт/м (37):

l QГОРQHC 0,0134 35000 1,35 м.

5. Определяем ширину щели a (36). Коэффициент избытка воздуха принимаем = 1,2, а ТВ /273 = 1.

Принимаем ширину щели 86 мм.

6. Рассчитываем проникновение струи в глубь воздушного потока

(38):

h ~ 0,45 a dH 0,45 86 40 20,5 мм.

7. Рассчитываем диаметр выходных отверстий по формуле (34). Угол раскрытия принимаем 900, тогда угол атаки = 450, а sin 450 = = 0,707. Отношение скоростей принимаем WГ /WВ = 11, а коэффициент k = 1,7.

Принимаем d0 = 2,1 мм. Шаг отверстий равен

0,75 20,5 3 18,4 мм.

Принимаем = 19 мм.

8. Определяем число отверстий в коллекторе. Расход газа через одно отверстие

Здесь скорость газа WГ = 11· 2,45 = 27 м/с. Число отверстий

n 47,5 144 шт. 0,34

126

9. Проверяем длину коллектора

l 140 1 19 1340 мм. 2

Это величина практически не отличается от принятой ранее 1330 мм. Длину щели принимаем lЩ = 1340 + 30 = 1370 мм. Этот размер меньше длины колосниковой решетки на 1592 – 1370 = 222 мм, что допустимо.

10. Определяем необходимое давление газа перед задвижкой горелки (40):

Здесь коэффициент расхода выходных отверстий 0 = 0,65, а сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений на пути движения газа через задвижку горелки и до отверстий = 2,5.

127