книги из ГПНТБ / Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла учеб. пособие
.pdfИспользуя графики (рис. 9.29), находим отношение входных скоростей воз духа и газа:
ш Г = 2 8 м/сек (при рв=100 кГ/м2 и ув = 1,29 кг/нм3)-,
ю”1 = 9 2 м/сек (при рг= 500 кГ/м2 и уг=0,77 кг/нм3).
Отношение
вх
»П |
28 |
■= 1 :3 . |
|
о)пх |
92 |
||
’ |
|||
Г |
|
|
Выполнив сопоставление найденных скоростей с допустимыми, окончательно примем горелку ДВС-130/18.
9.6. МАЗУТНЫЕ ГОРЕЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
Несмотря на большие удобства сжигания газа очень часто по тем или иным причинам в качестве топлива используется мазут различных марок. Для сжигания жидкого топлива, и в частности
мазута, |
все рассмотренные |
ранее горелки |
не пригодны. Топливо |
в таких |
случаях сжигается |
в специальных |
мазутных горелочных |
устройствах, оснащенных мазутными форсунками.
Короткоили длиннофакельные горелки для жидкого топлива разрабатывались и разрабатываются в настоящее время многими организациями. Наиболее приемлемыми для установки на печах являются горелки, разработанные Стальпроектом.
Стальпроектом разработано семь типоразмеров мазутных горе лок с форсунками ФВД (форсунка высокого давления) (табл. 9.15) производительностью от 100 до 600 кг мазута в час. Крайние типо размеры — ФВД-100 и ФВД-600 соответственно с оптимальной про изводительностью 100 и 600 кг/ч. Также разработано шесть типо размеров форсунок ФНД (табл. 9.16). При использовании нормалей нужно помнить, что они составлены для условий, кигда давление составляет 2 ати и «=1,1. Форсунки ФВД хорошо работают и на топливе с другими значениями ри и коэффициентом избытка воз духа. При этом, естественно, в ту или другую сторону будет изме няться производительность горелочного устройства. Зависимость между В и ри иллюстрируется рис. 9.30.
В форсунках ФВД, которые имеют двойное распыливание |
топ |
||
лива (рис. 9.31), в качестве распылителя применяется сжатый |
воз |
||
дух (давлением 5 ати) или влажный насыщенный |
пар 6—6,5 ати. |
||
Расход распылителя составляет 1,5 |
и 1 кг/кг при |
работе горелки |
|
на воздухе и паре. Основной воздух, |
идущий на горение, поступает |
||
ввоздушную коробку раздельно от распылителя. На рис. 9.31 по казан общий вид такой мазутной горелки. Установочные размеры горелок ФВД приведены в табл. 9.15.
Расчет горелочных устройств с форсунками ФВД заключается
вопределении параметров мазутного сопла (рис. 9.32), а также со пел первичного и вторичного распыливания. Расчету подлежат пара
метры смесительной камеры.
181
182
Т а б л . 9. 15. Установочные размеры мазутных горелок с форсунками ФВД
Общая длина воздушной ко |
900 |
900 |
900 |
900 |
900 |
900 |
900 |
1100 |
1100 |
робки |
I |
2 |
з Рм(атпи),кГ/см? |
Рис. 9.31. Общин вид мазутной горелки с форсункой ФВД:
/ — форсунка; 2 — воздушная коробка; 3 — штуцер для подвода мазута; 4 — штуцер для подвода первичного распылителя; 5 — штуцер для вторичного распылителя.
Рис. 9.32. Расчетная схема мазутной форсунки:
1 — смесительная камера; 2 — мазутное сопло; 3 — штуцер для вторичного распылителя; 4 — штуцер для первичного распылителя; 5 — мазутный штуцер.
Т а б л . |
9 .1 6 . О сновны е |
х а р ак т ер и с т и к и Ф Н Д |
С тал ьп р о екта |
|
|
Внутренний |
Производительность {кг/ч) |
Диаметр |
Диаметр |
|
|
при давлении воздуха |
Вес, кг |
||||
диаметр |
в кг/м- |
|
мазутного |
кратера |
|
воздуховода, |
|
|
сопла |
rfK, .U.U |
|
.1Г.1І |
300 |
700 |
d„, лмі |
|
|
|
|
|
|
||
38 |
3,5 |
8 |
2,5 |
21 |
4,9 |
65 |
11 |
24 |
3 |
40 |
6,9 |
100 |
32 |
57 |
4 |
60 |
14,8 |
125 |
54 |
82 |
5 |
75 |
25,4 |
150 |
80 |
120 |
5 |
95 |
40,1 |
200 |
135 |
205 |
6 |
135 |
56 |
Рассчитываем скорость истечения мазута из сопла |
|
||||
|
а>м=|А~[/ 2gPM' 1Qt иt/сек. |
|
(9.21) |
||
ГУм
где р — скоростной коэффициент для мазутного сопла: р=0,18—0,3; Цм — давление мазута, ати\ Ум — удельный вес; ум = 950—960 кг/м3.
Используя скорость шм и зная расход мазута, находим диаметр
мазутного сопла |
|
^ Ѵ - т £ г , “ <'>■ |
(922) |
Сопло, в котором происходит первичное распиливание мазута, как правило, имеет профиль сопла Лаваля, критическое и выходное сечения которого подлежат расчету.
Скорость распылителя (воздух или пар) в критическом сечении
сопла (рис. 9.32) находится из выражения
&
Щ =Ч>У gkpKp' WL м/сек, |
(9.23) |
гУкр
где ф — скоростной коэффициент; ф = 0,85; |
для пара |
|
k — показатель адиабаты |
(для воздуха /е = 1,4 и |
|
k = 1,35); |
|
|
Ркр — критическое давление первичного распылителя; |
|
|
|
к |
|
Piq>= |
Р ата' |
(9-24) |
р — давление распылителя, |
ата\ |
|
184
Yup — удельный вес распылителя в критическом сечении;
1
(9.25)
Площадь критического сечения (рис. 9.32)
Вт' ІО6 |
мм2 (лг2), |
(9.26) |
fіф — 3600с^іфу,ф |
где т' — весовая доля первичного распылителя в общем количестве воздуха или пара, идущего на распыливание.
Если считать, что количество первичного и вторичного распыли телей одинаково, то пг' — 0,65 кг/кг для воздуха и т'— 0,5 кг/кг для пара.
Действительная скорость первичного распылителя в выходном сечении сопла
ft-1
^max—ф |
RT [ 1_ ( ^ y ) h ] м/ сек. (9.27) |
где рсм— давление в смесителе, рсм= 1 ата;
Т— температура распылителя перед форсункой, °К.
Всоответствии с йУтах площадь выходного сечения сопла
Лаваля
/ в ы х = 3Q00W 1 0 \> |
мм2’ |
( 9 ‘2 8 ) |
о Ь и и Щ тахѴ вы х |
|
|
где увых — удельный вес распылителя в выходном сечении;
1
Р 10* |
/ |
Рем \ k |
, , |
/Г1 г,-.. |
Увых— dt- \ |
/ |
кг/м . |
(9.29) |
|
RT |
' |
р ' |
|
|
Температура первичного распылителя в выходном сечении
|
fe-i |
|
Лы х = Т ( ^ ) |
-2 7 3 ° С. |
(9.30) |
ѵ Р |
' |
|
Рассчитаем смеситель. Скорость смеси в выходном сечении смесителя
СМ |
2йвЕ^вых |
м/сек. |
(9.31) |
а>вых = |
|
||
1 |
1+ m |
|
|
185
В соответствии с найденным значением wBых площадь
f в ы х |
Вт' 10е |
мм2 (м2), |
(9.32) |
3600шсм Vс м |
|||
СМ |
----- |
|
|
ВЫХ* в ы х
где — удельный вес смеси в выходном сечении смесителя
|
р СМ І О 4 |
кг/м3. |
(9.33) |
|
,уСМ |
— |
|||
|
|
|||
■ ВЫХ |
* ( ^ х + 273) |
|
||
|
|
|||
Здесь в свою очередь |
|
|
|
|
, с м _ _ |
О г |
,^ С М о тг\ |
(9.34) |
|
Г в ы х — |
j |
W П Ы Х і |
||
Свых'Г'См-т'—
где (п — энтальпия удара и трения;
гп= |
£ н а ч £ в ш Е± |
, |
----------2---------- ккал/кг; |
||
Евач— суммарная кинетическая энергия смеси; і — энтальпия распылителя на входе в смеситель;
і=Свых*вых ккал/кг (кдж/кг);
ія — энтальпия мазута;
гм= cMtM~~г ккал / кг (кдж/кг);
см — теплоемкость мазута; см=0,45—0,49 ккал/кг° С. На входе в смеситель 1
|
2 |
2 |
Ен а ч — |
^max |
кг/кг, |
+ |
||
|
2g |
2g т' |
где Евых — кинетическая энергия смеси в выходном сечении:
Р __ £рачТ1см Ei Е2
(9.35)
(9.36)
(9.37)
(9.38)
(9.39)
Ei — расход энергии на распыливание мазута, кгм/кг; Е2— расход энергии на удар, кгм/кг; тісм — к. п. д. смесителя; г|См —0,8—0,9.
186
Величина Ei рассчитывается по выражению |
|
|
|
1 |
|
|
т |
(9.40) |
£і = |
3- Умг |
|
где <7=0,0024—0,0033 кГ/м\ |
0,275 |
|
|
(9.41) |
|
|
® 2тахУвых |
|
|
|
|
Расход энергии на удар |
|
|
1 |
|
|
т' |
(йУтах— аУм)2 |
(9.42) |
Е о= |
2g |
|
|
|
|
Определив і„, по формуле (9.32) рассчитываем выходное сече
ние смесителя fCM .
1 ВЫ Х
Выбор типоразмера мазутной форсунки и номера воздушной коробки заключается в следующем. Вначале по производительности В и давлению мазута рм по графикам (рис. 9.30) определяем типо размер мазутной форсунки, а затем, используя расход и давление
воздуха, |
идущего на горение, |
по графикам (рис. |
9.33 |
и 9.34) выби |
|
раем номер воздушной коробки. |
|
|
|
||
Часовой расход воздуха: |
а) при воздушном распыливании |
||||
|
/ |
2 /?2/ \ |
нм3/ч (нм3/сек), |
(9.43) |
|
|
Ѵ = В а ( Ѵо----------) |
||||
|
|
Уов |
|
|
|
где т' — количество воздуха-распылителя, поступающее в горелку |
|||||
|
на 1 кг мазута; |
|
|
|
|
б) при распыливании насыщенным паром |
|
|
|||
|
Ѵ = ВаѴ 0 нм3/ч (нм3/сек). |
|
(9.44) |
||
Для определения размеров горелки следует обращаться к нор |
|||||
малям или табл. 9.15. |
|
|
|
|
|
9.6.1. |
Рассчитать основные параметры форсунки ФВД и выбрать типоразмер |
||||
мазутного горелочного устройства, если известно, что в качестве топлива в печи |
|||||
сжигается |
мазут марки 80. Расход мазута на одну горелку |
равен 175 кг/ч. |
|||
В качестве распылителя используется воздух при давлении 5 ати. Температура |
|||||
подогрева |
воздуха — 400° С. Температуры |
распылителя и |
мазута |
соответственно |
|
равны 20 |
и 80° С. Коэффициент избытка |
воздуха принять |
равным 1,1. Давление |
||
мазута перед горелкой 2,5 ати.
По уравнению (9.21) находим скорость истечения мазута из сопла
|
|
.= 0,2]/— 9,81-2,5-104 =4,53 м/сек, |
где ум |
|
960 |
(= 80° с |
=960 кг/м3. |
|
1 |
|
187
Д и а м е т р м азу тн о го со п л а б у д ет |
|
175 |
|
dn—У-2826-960-4,53 |
мм. |
= 0,00378 л = 3,78 |
Давление распылителя в критическом сечении сопла первичного распы-
ливания
1,4
- - ( т Ы 6= 3,2 ата.
Рис. 9.33. Графики для выбора номера воздушной коробки к мазутной горелке с форсункой ФВД:
1—10— соответственно |
для |
номеров воздушных |
|
коробок от № 1 |
до № |
10 (сплошными линиями |
|
^в= 0 ° С ; |
пунктиром |
і в <= 200° С). |
|
Рис. 9.34. Графики для выбора номера воздушной коробки к мазутной го релке с форсункой ФВД:
1—12 — соответственно для номеров воз
душных коробок от |
№ I до № 12 (сплош |
ными линиями — і в |
=300° С; пунктиром — |
/ в =400° С).
Удельный вес распылителя в этом сечении находим из выражения (9.25)
|
|
|
1 |
6 -101 / |
3,2 |
\ |
‘-4 |
Ѵ“Р— 29,27 • 293 V |
6 |
/ |
= 4,2 кг/м3. |
|
188
З н а я Р к р п Ykpi о п р ед ел я ем |
ско р о сть |
в кри ти ческом сечении соп ла |
|
||||||
|
9,81-1,4-3,2-ІО1 |
|
|
|
|
|
|||
|
а)кр = 0,85 |
|
4,2 |
= 260 м/сек. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подсчитываем площадь критического сечения |
|
|
|
|
|
||||
|
/нр — |
175-0,65-ІО8 |
|
|
|
|
|
||
|
-------------------= 2 9 мм-. |
|
|
|
|
||||
|
|
3600-260-4,2 |
|
|
|
|
|
||
Для расчета живого сечения / |
выполняем следующее. |
Находим |
|
||||||
|
G= |
|
1 |
1,54 кг/кг. |
|
|
|
|
|
|
-------- = |
|
|
|
|
|
|||
|
|
0,65 |
|
|
|
|
|
|
|
Действительная скорость первичного распылителя в выходном сечении сопла |
|||||||||
определится по формуле (9.27) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
“ |
|
|
|
|
^=г |
= 400 м/сек. |
||
ВУщаі — 0,85 1 / |
2-9,81-- ’- ^ 29,27(273+20) [ 1— |
|
) |
' J |
|||||
По формуле |
(9.38) подсчитываем суммарную кинетическую |
энергию смеси |
|||||||
на входе |
4002 |
|
4,532 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кГм/кг. |
|
|
||||
£ Па ч = ----------- 1------------- 1,54= 8310 |
|
|
|||||||
|
2-9,81 |
|
2-9,81 |
|
|
|
|
|
|
Определяем удельный вес распылителя в выходном сечении |
сопла |
Лаваля. |
|||||||
С этой целью используем выражение |
(9.29) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
6 - 101 |
(тГ= |
1,9 кг/м3. |
|
|
||||
Ybых |
|
|
|
|
|||||
|
29,27(273+20) |
|
|
|
|
|
|||
Радиус капли мазута |
0,275 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
г = ------------ =0,905ІО“ 6 м. |
|
|
|
|
||||
|
4002-1,9 |
|
|
|
|
|
|
||
По формуле (9.40) находим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0026-1,54 |
|
|
|
|
|
|||
|
Еі — 3 |
|
|
= 13,9 кГм/кг. |
|
|
|
||
|
960-0,905-ІО“6 |
|
|
|
|
|
|||
Значение Е2 находим из выражения |
(9.42) |
|
|
|
|
|
|||
|
1,54 |
(400-4,53)2 |
|
|
|
|
|
||
|
Е2= |
|
|
= 4830 кГм/кг. |
|
|
|||
|
1 + 1,54 |
|
2-9,81 |
|
|
|
|
|
|
Используя уравнение (9.39), определяем кинетическую |
энергию на |
выходе |
|||||||
ііз смесителя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8310-0,8-13,9-4830 |
|
|
|
|
|
|||
Е д ы X =— |
|
0,8 |
= 2260 кГм/кг. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
189
С к о р о с ть и стечени я см еси из см еси тел я
'-’вых= "|/ - 2-9,81-5,2260 = 132 м/сек.
1 + 1,54
Энтальпию удара и трения находим из выражения (9.37)
|
8310-2260-13,9 |
і п = |
------------------------- =14,2 ккал/кг. |
|
427 |
Находим температуру распылителя в выходном сечении сопла Лаваля
1.4—t
t, , ы і = (273+20) ( — ) ' - 2 7 3 = - 8 1 ° С.
Соответствующая этой температуре энтальпия примет вид (9.35)
I = 0,24 (—81) = —19,4 ккал/кг.
По формуле (9.37) находим энтальпию мазута при температуре 80° С
+ = 0,47-80-1,54 = 58 ккал/кг (243 кдж/кг).
муле |
Абсолютная |
температура |
смеси |
в выходном |
сечении смесителя |
по фор |
|||
(9.34) |
СМ |
14,2+ (1—19,4) +58 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
ТDUX== |
|
|
273 = 328° К. |
|
|||
|
|
|
|
0,24-0,47-1,54 |
|
|
|
||
|
Удельный вес смеси и площадь выходного сечения смесителя находим из |
||||||||
уравнений (9.33) |
и (9.32): |
МО1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
= 1.04 кг/м3\ |
|
|
|||
|
|
|
Vе м |
= 29,27-328 |
|
|
|||
|
|
Рс м — |
175-0,65 |
= |
0,000230 ж2 (230 жж2). |
|
|||
|
|
. |
|
|
|||||
|
|
ПЫІ |
3600-132-1,04 |
|
|
|
|
|
|
|
Теперь выбираем типоразмер форсунки и номер воздушной коробки горелки. |
||||||||
= 2,5 |
Типоразмер |
форсунки ФВД выбираем по графикам |
(рис. 9.30). Для рм = |
||||||
ати и В = 175 кг/ч |
находим, что к |
установке следует принять |
форсунки |
||||||
ФВД-150. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По формуле (9.43) подсчитываем расход воздуха на горелку |
|
|||||||
|
У = 175-1,1 (10,44-1,0) = |
1820 нж3/ч |
(0,507 нм3/сек). |
|
|||||
|
Принимая рв= 5 0 |
кГ/м2 |
(этой величиной задаемся) |
и используя |
графики |
||||
(рис. 9.33 и 9.34), находим, что горелочное устройство должно быть укомплекто вано воздушной коробкой № 6 (при температуре /„" = 400°С).
Таким образом, к установке на печь принимается горелка с форсункой ФВД-150 и воздушной коробкой № 6.
Рассмотренные в этой главе горелки отвечают основным требо ваниям, предъявляемым в настоящее время к такого рода устрой ствам. Однако конструктивное их совершенство полностью реали зуется лишь при условии соблюдения оптимальных значений скоростей топлива и воздуха. При необходимости выбору горелоччого устройства должен предшествовать пересчет параметров горелки.
190