Belyaev_M_I_Teplovoe_oborudovanie_OP

http://mppnik.ru

Выходные отверстия насадки в горелках располагаются в один или два ряда в шахматном или коридорном порядке с шагом отверстия не более 3...4 диаметров. Для обеспечения устойчивого процесса горения выходные отверстия выполняются в виде теплоотводных приливов определенной высоты с отверстиями необходимого диаметра. Для равномерного распределения газовоздушной смеси по выходным отверстиям сечения насадки должно быть в 1,7...2,5 раза больше суммарного сечения выходных отверстий.

Регулятор первичного воздуха позволяет изменять

Рис. 6.10. Формы насадок газовых инспекционных горелок: а — кольцевые: 1 — регулятор первичного воздуха; 2 — смеситель; 3 — насадка; б — прямоугольные: 1 — насадка; 2 — выходные отверстия; 3

— насадка; 4 — смеситель; 5 — регулятор первичного воздуха; в, г — трубчатые

количество воздуха, поступающего в смеситель горелки.

Инжекционные горелки обычно подсасывают 30...60 % теоретически необходимого количества воздуха Vт, т. е. объем первичного воздуха, инжектируемого горелкой, можно определить по уравнению

где Vn — объем первичного воздуха, м3/м3; а' — коэффициент инжекции (а' = 0,3...0,6); Vт — теоретический объем воздуха (определяется на основании реакций горения горючих компонентов или по приближенным формулам), м3 /м3.

http://mppnik.ru

Для полного сгорания газовоздушной смеси необходим вторичный воздух Vвт, который подается к факелу из окружающей атмосферы

где Уд — действительное количество воздуха» необходимого для горения газа, м3/м3. Действительный расход воздуха определяется в зависимости от коэффициента избытка

воздуха

Для инжекционных факельных горелок а — = 1,15.. .1,30.

М н о г о с о п л о в а я ф а к е л ь н а я и н ж е к ц и о н н а я г о р е л к а с п е р и ф е р и й н о й п о д а ч е й (рис. 6.11, а, б, в, г). Она состоит из газового коллектора, смесителя постоянного сечения и насадки.

Сопла выполняются в виде отверстий в стенке втулки коллектора под некоторым углом а к оси смесителя. Обычно число сопел от четырех до восьми. Перемешивание газа с воздухом и выравнивание скорости и концентрации газовоздушной смеси происходят более интенсивно и на гораздо меньшей длине смесительной трубки. Это позволяет конструктивно

Рис. 6.11. Многосопловая инжекционная горелка с периферийной подачей газа:

а — внешний вид; б — принципиальная схема в — схема коллектора без закрутки газовой струи; г — схема коллектора с закруткой газовой струи: 1 — коллектор; 2 — смеситель; 3 — насадка

усовершенствовать горелку, т. е. отказаться от конфузора и диффузора и сократить размеры смесителя и горелки в целом при тех же показателях тепловой мощности горелки и объемного коэффициента инжекции.

В многосопловой горелке проскок пламени к соплу затруднен, так как имеет место турбулентное перемешивание, а пределы регулирования тепловой мощности расширены. Горелка работает более устойчиво при пониженном давлении газа.

Длина смесителя при оптимальном количестве сопловых отверстий составляет три диаметра смесителя:

Lсм = 3Dсм

Расположение отверстий сопла под углом φ1 = 20...30° к радиусу, пересекающему ось сопла, позволяет осуществить закрутку газовоздушных потоков. При этом интенсифицируется перемешивание и выравнивание концентраций газовоздушной смеси, а размеры смесителя уменьшаются в 2 раза.

Беспламенные инжекционные горелки (рис. 6.12). В беспламенной горелке первичный воздух инжектируется в количестве 1,05...1,1 от теоретически необходимого, т.е. – весь воздух, необходимый

http://mppnik.ru

Рис.. 6.12. Газовые беспламенные инжекционные горелки инфракрасного излучения:

а — принципиальная схема; б — горелка излучения типа «Звездочка»; в — горелки фонарного типа: 1 — рефлектор; 2 — керамическая насадка; 3 — камера для сгорания газа; 4 — корпус горелки; 5 — смеситель-инжектор; б — сопло; 7 — регулятор первичного воздуха; 8 — металлическая сетка; г — керамическая плитка для насадки беспламенной горелки; д — блок, состоящий из двух горелок; е — горелка для открытой конфорки плиты; ж — конфорочная горелка для бытовых плит: 1 — насадка; 2 — стабилизатор горения; 3 — смеситель; 4 — регулятор воздуха

для полного сгорания газа, используется в виде первичного воздуха.

Вбеспламенных инжекционных горелках, в отличие от пламенных, газ сгорает тонким слоем на поверхности излучающей насадки (без видимого факела).

Газ, выходя с большой скоростью из сопла, инжектирует через отверстия первичный воздух; образовавшаяся газовоздушная смесь поступает в камеру через смеситель-инжектор, где она через отверстия керамических плиток сгорает в слое толщиной 1...1,5 мм благодаря небольшой скорости выхода газовоздушной смеси (0,1...0,16 м/с). Через 40...50 с после зажигания горелки поверхность плиток нагревается до температуры 850... 1100 °С.

Взависимости от конструкции насадки и ее температуры 40...60 % теплоты, выделяющейся при сжигании газа, передается излучением при мощности теплового потока 14...18,5∙104 Вт/м2. Основная доля энергии излучения генерируется в пределах 1,0...3,5 мкм.

Излучающие насадки бывают керамические, керамические с металлической сеткой и металлические.

Вкачестве керамического излучателя применяют перфорированные керамические плитки размером 45 ×65×12 и 47×69×14 мм. Из таких плиток собирают необходимую по площади

http://mppnik.ru

излучающую поверхность, склеивая их огнеупорной замазкой. Диаметр сквозных отверстий в плитках 0,8...1,5 мм. Количество отверстий в стандартной плитке в зависимости от диаметра может изменяться от 625 до 1625.

Суммарная площадь всех отверстий составляет 45...48 % общей площади плитки. Беспламенные горелки по сравнению с пламенными обладают следующими преимуществами:

большей полнотой сгорания газа, возможностью установки в любом положении в камерах сгорания минимальной высоты.

Недостатком является высокая чувствительность к изменениям параметров горючего газа, поэтому они теряют устойчивость в работе при изменении давления газа перед соплом и их эксплуатационные показатели ухудшаются.

В соответствии с ГОСТ 17356–71 работа газовой инжекционной горелки низкого давления характеризуется следующими показателями:

номинальной тепловой мощностью горелки Qт, показывающей количество тепла, выделенного при полном сгорании газа в секунду с минимальным коэффициентом избытка воздуха:

коэффициентом первичного воздуха α', показывающим отношение количества воздуха, подсасываемого в смеситель горелки за счет энергии струи газа, к теоретически необходимому для полного сгорания газа;

объемной кратностью инжекции и, определяющей, какое количество первичного воздуха

пределом регулирования тепловой мощности, выражающим отношение номинальной тепловой мощности к минимальной тепловой мощности QТmin :

удельной металлоемкостью, показывающей отношение массы горелки к ее номинальной тепловой мощности;

шумовой характеристикой горелки, показывающей – уровень звукового давления, который создает работающая горелка в зависимости от спектра частот.

Горелки должны удовлетворять следующим основным требованиям:

конструкция должна быть по возможности компактной и простой в изготовлении; удобной, надежной и безопасной в эксплуатации и несложной в ремонте;

при заданной производительности горелка должна обеспечивать полное сжигание газа с минимальным избытком воздуха и полным отсутствием в продуктах сгорания горючих или отравляющих газов;

конструкция горелки должна предусматривать удобство зажигания, регулирования и возможность автоматического поддержания необходимых соотношений газа и воздуха при изменении нагрузки и режимных параметров;

предел регулирования тепловой мощности и характеристики факела должны удовлетворять технологическим требованиям аппарата;

http://mppnik.ru

Рис. 6.13. Расчетные схемы инжекционных горелок:

а — односопловая факельная: 1 — сопло; 2 — регулятор первичного воздуха; 3—смеситель; 4—насадка; 5 — отверстие для выхода газовоздушной смеси; D1 — диаметр сопла; D2, l2 — соответственно диаметр и длина конфузора; D3, l3 — соответственно диаметр и длина горловины; D4, l4 — соответственно диаметр и длина диффузора; D0 — диаметр отверстия для выхода газовоздушной смеси; L — длина насадки; l — длина концевого участка насадки; 10 — высота прилива у отверстия для выхода газовоздушной смеси; S — расстояние между отверстиями; б — многосопловая: 1 — сопло; 2 — коллектор; 3 — смеситель; в — беспламенный: 1 — рефлектор; 2 — каналы керамической насадки; 3 — насадка; 4 — распределительная коробка; 5

— смеситель; б — сопло

интенсивность шума, создаваемого горелкой, не должна превышать существующих санитарных норм (85 дБ).

Расчет газовых горелок. Для расчета пламенных инжекционных горелок низкого давления (рис. 6.13, а, б, в) необходимы следующие исходные данные: номинальная тепловая мощность горелки Qт (Вт); плотность газа, ρr (кг/м3); низшая теплота сгорания газа Qнр (МДж/м3); давление

газа перед горелкой Рr (Па); коэффициент первичного воздуха.

Минимальное давление газа, обеспечивающее нормальную работу горелки, находится по формуле

Площадь поперечного сечения сопла для прохождения расчетного количества газа рассчитывается по формуле

http://mppnik.ru

где φ — коэффициент расхода, учитывающий изменение скорости струи газа из-за наличия сопротивления трения и сжатия струи.

Коэффициент расхода φ зависит от формы сопла. Для наиболее часто применяемых форм сопел коэффициент φ равен

Величина коэффициента φ для сопел канального типа (форма сопла 4) зависит от отношения длин цилиндрической части сопла 1D1 , к диаметру сопла D1:

Диаметр горловины смесителя определяют из уравнения сохранения количества движения при смешении потоков газа и первичного воздуха. Для 1 м3 газа количество движения равно wrρr, для инжектируемого воздуха количество движения wвρв = 0, так как начальная скорость воздуха wв = 0.

где u — объемная кратность инжекции, определяемая по формуле (6.21); рг и рв —

3

откуда

wr = 4 Вн /3600 D12 ;

http://mppnik.ru

wсм = 4 Вн (1 + u) /3600 D32 .

Подставив значение wr и wсм в уравнения (6.30) и поделив обе части уравнения на Рг,

где α — угол расширения диффузора (α = 6...8°). Диаметр отверстия насадки для выхода газовоздушной смеси D0 принимается в пределах 2...4 мм.

Рис. 6.14. Предельные скорости выхода газовоздушной смеси из отверстий насадки:

а — для природного газа; б — для сжиженного газа: а — коэффициент первичного воздуха wcм — скорость выхода газовоздушной смеси из отверстий насадки; D0 — диаметр отверстий насадки для выхода газовоздушной смеси

http://mppnik.ru

Максимальную скорость выхода смеси из отверстий насадки определяют по графику (рис. 6.14).

Суммарная площадь отверстий насадки будет равна

Шаг отверстий насадки s в зависимости от их диаметра D0 и коэффициента инжекции α' определяется по табл. 6.2.

При однорядном расположении отверстий принимается минимальный шаг, при двухрядном

— максимальный.

Расстояние между рядами s' 2s.

Длина насадки рассчитывается по уравнению

где N — число рядов отверстий на насадке, шт.; 1' — длина концевого участка (обычно 1' = 25). Для обеспечения устойчивого горения предусматривают стабилизирующие устройства,

например в виде теплоотводящих приливов, у выходных отверстий насадки. Высоту выходных отверстий принимают равной 10 = (2...3) D0, но не больше 12 мм для отверстий большого диаметра.

http://mppnik.ru

Рис. 6.15. Номограмма расчета смесителя многосопловой инжекционной горелки с периферийной подачей газа

Многосопловые факельные инжекционные горелки с периферийной подачей газа (см. рис. 6.13, б) рассчитываются аналогично односопловым. Диаметр одного сопла рассчитывают по формуле

где n — число сопел.

Зная тепловую мощность многосопловой горелки, коэффициент инжекции α' и принятое число сопел (n = 3...6), по номограмме, разработанной газовой лабораторией ВНИИторгмаша (рис. 6.15), можно определить диаметр одного сопла, диаметр D3 и длину 13 смесителя. Расчет размеров насадки проводят аналогично односопловой горелке.

Беспламенные инжекционные горелки (см. рис. 6.12, в) в качестве первичного воздуха инжектируют весь воздух, необходимый для сжигания газа, поэтому при расчете коэффициент инжекции α' принимается в пределах от 1,05 до 1,1.

Определение минимального давления газа перед горелкой, номинального расхода газа, диаметра сопла производится по формулам (6.23), (6.24), (6.28).

Суммарная площадь отверстий на смесителе для подачи воздуха определяется по уравнению

fB Bu / 3600wB ,(6.42)

где wв — скорость воздуха (wв 2 м/с), м/с.

Диаметр горловины для природного газа — D3 = 14D1; для сжиженного газа — D3= 19,5D1; длина горловины — 1 = (3,0...5,0) ∙D3; диаметр диффузора — D4 = (2,0...2,5) D3; диаметр конфузора — 12 = (1,8...2,0)D3; длина конфузора — 12= (1,5...2,2)D3; длина диффузора — 12 = 7,15(D4 —D3). Угол расширения диффузора принимается равным 8°.

Диаметр выходного отверстия насадки принимается равным 1...1,5 мм. Суммарная площадь отверстий насадки определяется по формуле (6.38). Скорость выхода газовоздушной смеси из отверстий насадки принимается в пределах 0,1...0,16 м/с. Суммарная площадь выходных отверстий одной керамической плитки составляет 14,9 см2 при площади плитки 32,4 см2. Количество керамических плиток, необходимое для насадки горелки, рассчитывается по формуле

http://mppnik.ru

где fотв — суммарная площадь отверстий одной керамической плитки, см2. Площадь насадки горелки будет равна

где fпл — площадь одной керамической плитки, см2. Удельное тепловое напряжение керамической насадки

q = Qт/F.

Пример расчета газовых горелок праведен в приложении 8.

Правила эксплуатации газовых горелок. Горючие газы токсичны и в определенных концентрациях в воздухе взрывоопасны. Токсическое воздействие на организм человека возможно как за счет действия собственно газа, так и продуктов его сгорания, поэтому необходимо строго соблюдать правила эксплуатации газовых горелок.

Перед началом работы газовых горелок проветривают помещение. Если в воздухе ощущается запах газа, необходимо отключить подачу газа и вызвать специальную службу.

Уаппаратов с организованным отводом продуктов сгорания (индивидуальный газоход) перед розжигом проверяют тягу в газоходе, для чего к смотровому окну подносят папиросную бумагу. При наличии тяги бумага втягивается в смотровое окно. Если тяга отсутствует, то до прочистки газохода аппарат разжигать запрещается. Рабочие объемы газовых аппаратов перед включением горелки проветривают в течение 2...3 мин. Наибольшее число взрывов бывает в момент розжига, поэтому именно в этот момент нужно проявлять максимальное внимание и осторожность.

Для розжига горелок следует использовать только, переносной или стационарный запальник. При правильной эксплуатации горение происходит устойчиво без явлений отрыва и проскока пламени. При нормальной работе горелки пламя должно быть почти прозрачным с отчетливо

выраженным голубовато-зеленоватым ядром в середине факела.

В случае значительного избытка воздуха пламя резко укорачивается, становится почти бесцветным, имеет расплывчатое ядро, горение происходит с потрескиванием. При недостатке воздуха пламя удлиняется, появляются желтые коптящие языки, свидетельствующие о неполном сгорании газа.

Угорелок большой производительности перед включением следует закрыть регулятор воздуха, в противном случае произойдет хлопок (взрыв смеси внутри горелки). Хлопок может нарушить герметичность соединений.

В процессе работы аппарата следует через смотровое окно периодически проверять работу горелки.

При выключении аппарата вначале закрывают кран перед горелкой, а затем на спуске газопровода к аппарату.

Категорически запрещается искать утечку газа с помощью огня, так как это может вызвать взрыв. Искать утечку газа можно только путем нанесения на предполагаемые места утечки мыльной воды.

К работе с газовыми аппаратами допускаются только лица, обученные безопасным методам работы и имеющие удостоверения о сдаче техминимума в соответствии с существующим законоположением.

Основные конструктивные направления по снижению потерь теплоты. При эксплуатации аппаратов, снабженных газовыми, твердотопливными и жидко-топливными теплогенерирующими устройствами, основной задачей является снижение потерь теплоты (Q2) с уходящими продуктами сгорания. Основные направления, принятые в конструкциях соответствующих теплогенерирующих устройств аппаратов для решения данной задачи, следующие:

увеличение поверхности теплообмена в теплогенерирующих устройствах; интенсификация теплообмена в газоходах;