Расчет газовых горелок

где Vг – расчетный расход газа горелкой, м3/ч;

P – давление газа перед горелкой, Па;

ρо – плотность газа при нормальных условиях, кг/м3; nс – количество сопел в многосопловой горелке;

φ – коэффициент расхода, принимаемый по табл. 3.1.

Таблица 3.1

Значения коэффициента расхода для цилиндрических сопел

Примечание. Для конических сопел с углом раскрытия β = 50…60°

φ = 0,8…0,9.

Затем определяется расстояние от устья сопла до горловины

где a – коэффициент турбулизации струи; для сопла с поджатием при угле раскрытия 2 =27°10' a = 0,071;

α' – коэффициент инжекции (коэффициент расхода первичного воздуха);

Vо – теоретически необходимое количество воздуха для сжига-

ния 1 м3 газа, м3/м3.

Диаметр горловины определяется по формуле

20

Если принять сопло цилиндрической формы, то длина цилинд-

рической части сопла находится по принятому отношению lс : dс

В этом случае сечение и диаметр горловины определяются по формулам:

Диаметр выходного сечения диффузора рассчитывается по отно-

шению dг , которое обычно принимается равным 0,55: dд

Диаметр входного конца конфузора dк определяется по его площади fк, принимая скорость первичного воздуха на входе в конфу-

зор wв = 1…2 м/с.

Диаметр многофакельного насадка принимается равным выходному диаметру диффузора dн dд.

21

Задавая диаметр горелочных отверстий dогн или диаметр кратера горелки dкр, определяется максимально допустимая скорость выхода газовоздушной смеси из горелки wmax, при которой не будет происходить отрыв пламени от горелки (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Максимально допустимые скорости истечения газовоздушной смеси из горелочных отверстий (а) и кратера горелки (б) для природного газа

По полученной скорости вычисляются площадь кратера горелки fкр или горелочных отверстий fогн, их количество n и глубина отверстий:

где tсм – температура газовоздушной смеси на выходе из горел-

ки, °C.

Шаг между отверстиями S и длина насадка горелки lн принимаются по табл. 3.2.

22

Таблица 3.2

Шаг огневых отверстий в зависимости от коэффициента первичного воздуха и диаметра огневых отверстий

Длина частей горелки, имеющих форму усеченного конуса, оп-

где dб, dм – большой и меньший диаметры элемента горелки, мм;

β – угол раскрытия конуса, который принимается для диффузора 6–8°, для конфузора – 20–25°, для кратера – 30°.

23

Длина диффузора для полного завершения смешения газа с воздухом должна быть не менее 6dг.

После расчета размеров горелки производится проверка баланса энергии в горелке. При этом определяются приход энергии и затраты ее на создание скорости воздуха и газовоздушной смеси в горелке и определяется, достаточно ли остается энергии на создание скорости для выхода газовоздушной смеси из горелки.

Источником энергии является кинетическая энергия струи газа, вытекающей из сопла:

где wс – скорость газа на выходе из сопла, определяемая по формуле

Затраты энергии на создание скорости инжектируемого воздуха рассчитываются по формуле

где wг – скорость газовоздушной смеси в горловине, определяемая по выражению

Затраты энергии на изменение скорости струи газа от wс до wг определяются:

24

Затраты энергии в диффузоре на изменение скорости газовоздушной смеси рассчитываются по выражению

где η – КПД диффузора, зависящий от отношения dг/dд: при dг/dд = = 0,55, η = 0,80; при dг/dд = 0,65, η = 0,75;

wд – скорость газовоздушной смеси в выходном сечении диффузора, определяемая по формуле

Энергия потока газовоздушной смеси в насадке (кратере), отнесенная к 1 м3 газа, которая остается для создания скорости выхода смеси из горелочных отверстий (кратера):

Энергия потока газовоздушной смеси на входе в насадок (кратер):

Возможная скорость выхода газовоздушной смеси из горелочных отверстий (кратера) за счет энергии потока в насадке с учетом

Полученная скорость wсм должна быть меньше скорости выхода газовоздушной смеси, принятой при расчете сечения кратера или

25

горелочных отверстий. Если она окажется больше, необходимо принять другие данные и сделать пересчет.

Затем проверяется длина факелов горелки. Длина внутреннего конуса

полная длина факела (наружного конуса)

где qогн – тепловое напряжение горелочных отверстий, определяемое по выражению

26

Технические характеристики инжекционных горелок низкого давления представлены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Расчетные характеристики инжекционных горелок низкого давления

ПРИМЕР 2. Рассчитать инжекционную горелку низкого давления для котла КЧ-3 с поверхностью нагрева 42,0 м2. Используется природный газ с плотностью ρо = 0,73 кг/м3; Qн = 35600 кДж/м3.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м3

газа, Vо = 10,0 м3/м3.

Решение. Определяем расход газа котлом по выражению

где Fк – площадь поверхности нагрева, м2, [3–7], табл. 1.1;

qк – теплосъем с 1 м2 поверхности нагрева котла, Вт/м2, [3–7],

табл. 1.1.

Vк 3,6 42,0 12000 63,7 м3/ч. 0,8 35600

Принимаем к установке на котел три однофакельных горелки. Тогда расход газа на одну горелку составит Vг 63,73 21,23 м3/ч.

27

В соответствии с данными табл. 3.5 принимаем давление газа перед горелкой P = 3000 Па и коэффициент инжекции α' = 0,8.

Определяем площадь поперечного сечения сопла инжектора по (3.1):

Коэффициент истечения φ = 0,9 принимаем по табл. 2.2 для конического сопла при β = 50…60°.

Диаметр сопла определяем по его площади для односопловой горелки (nс = 1) по (3.2):

Находим расстояние от устья сопла до горловины по выраже-

нию (3.3):

Внутренний диаметр горловины определяется по формуле (3.4):

dг 6,8 0,071 336 0,145 9,6 171,4 мм.

Длина горловины по (3.15):

lг 1,5 171,4 257 мм.

Диаметр выходного сечения диффузора определяем по соотно-

шению (3.8):

dд 171,40,55 311,6 мм.

28

Длину диффузора при угле раскрытия β = 8° определяем по формуле (3.16) с проверкой условия lд > 6dг:

lд 311,6 171,4 1000 мм 6dг. 2 0,07

Площадь входного сечения конфузора при скорости входа первичного воздуха wв = 1,0 м/с находим по формуле (3.9):

fк 0,8 10,0 21,23 0,047 м2. 3600 1,0

Диаметр входного сечения конфузора по формуле (3.10):

Длина конфузора при угле раскрытия β = 25° определяется по формуле (3.16):

lк 245 171,4 167,3 мм. 2 0,22

Далее проверяем баланс энергии в горелке.

Приход энергии находим по формуле (3.17). Для этого определим скорость газа на выходе из сопла по выражению (3.18):

Тогда кинетическая энергия газа на выходе из сопла

E 81,92 2 0,73 2448 кДж/м3.

29