10.Расчет газовой горелки для котла квартальной котельной.

Необходимо рассчитать инжекционную горелку среднего давления туннельного типа.

Расход газа котлом – V_к=126,2 м³/ч.

Горелки предназначены для сжигания природного газа ρ₀=0,7448 кг/м³, теплотой сгорания Q_н =35549,1 кДж/м³ и V₀ =9,45 м³_возд./м³_газа. Коэффициент избытка воздуха α=1,05.

Расчет сводится к выбору необходимого типа горелки, проверке возможности её работы при данных условиях и определению необ­ходимого давления газа перед горелкой.

Принимаем к установке на котел 3 горелки. Тогда расход газа на 1 горелку составит:

V_г= V_к / n =126,2/3=42,06 м³/ч

Тепловая нагрузка горелки:

Q_r = (V_r·Q_н / 3600)= 42,06·35549,1/3600 =415,3 кВт_.

Принимаем к установке инжекционную горелку Стальпроект типа В 134/d_C. Расчетная схема горелки представлена на чертеже.

В основу расчета инжекционных горелок положен закон сохранения энергии. Проверяем баланс энергии в горелке. Должно быть вы­держано условие:

Е_гор > Е_в + Е_г + Е_д + Е_н + Е_пот.

Определяем затраты энергии:

-на инжекцию воздуха, т.е. на создание скорости эжектируемого воздуха W_в,

,Дж/ м³,

где - скорость газовоздушной смеси в горловине;

V_д=α·V₀=1,05·9,45=9,922 м³ _возд./м³ _газа

м/с,

(принимается равной температуре воздуха в помещении,= 20°С);

Дж/м³.

-на изменение скорости струи газа от до

,Дж/ м³,

где - скорость выхода газа из сопла.

Определяем эту скорость, исходя из закона сохранения количества движения при смешении газа и воздуха. Количество движения I м³ выходящего из сопла газа равно , а инжектируемого из атмосферы воздуха может приниматься равным нулю, т.к. он не имеет первоначальной скорости.

В горловине смесителя смесь газа и воздуха приобретает скорость и соответствующее ей количество движения . Тогда уравнение сохранения количества движения

_.

Отсюда м/с.

Так как скорость выхода газа из сопла не превышает 300 м/с, то не надо делать пересчет на горелку боль­шей тепловой мощности.

Дж/м^з.

-затраты энергии в диффузоре при изменении скорости газовоздушной смеси:

,Дж/ м³ ,

где - КПД диффузора, зависящий от отношения d_г/d_д, η = 0,8;

- скорость смеси в выходном сечении диффузора, м/с;

, м/с,

гдем² (dд=1,8dг=194,4 мм);

м/с;

- плотность газовоздушной смеси в выходном сечении диффузора, кг/м³;

кг/м³.

Тогда, подставив все полученные значения, имеем:

Дж/ м³.

-затраты энергии в насадке горелки:

,Дж/м³,

где определим по формуле:

, м/с,

принимаем t_н = 50°С,

м/с

Скорость выхода газовоздушной смеси из насадка горелки должна быть меньше скорости распространения пламени для смеси данного газа при минимальном расходе газа горелкой.

Дж/м³

-затраты энергии с выходной скоростью газовоздушной смеси из насадка горелки:

,Дж/м³ ,

где кг/м³, принимаем t_н = 50°С;

кг/м³.

Тогда Дж/м³

Общие затраты энергии:

Е = Е_в + Е_г + Е_д + Е_н +Е_пот = 1433,6+24694,3+253,91+349,37+657,71=27388,89 Дж/ м³.

Источником энергии в горелке является кинетическая энергия струи газа, вытекающего из сопла. Эту энергию определяем по формуле:

Дж/ м³

Таким образом, соблюдается условие Е_{горелки} > Е.

Определяем необходимое давление газа перед горелкой:

Па

где - коэффициент расхода отверстий головки горелки, учитывающий потери при истечении. Так как выходной насадок - это канал длиной от 2 до 4 диаметров отверстий, то=0,75...0,82.=0,8.

Необходимо учесть, что максимальное давление газа перед горелкой не должно превышать критического давления, равного для природного газа 90000 Па. При большем давлении нарушается режим истечения газа из сопла, меняется состав газовоздушной смеси.

Как известно, нормальная устойчивая работа большинства промышленных горелок при коэффициенте избытка воздуха >1 обеспечивается только при наличии стабилизаторов фронта горения.

_{Определим скорость, при которой наступит отрыв пламени:}

=С₁α ^{-2 1,5}(d_т / a)^0,5, м/с,

где С₁-эмпирический коэффициент, С₁ = 0,575∙10²;

- нормальная скорость распространения пламени, м/с, = 0,38 м/с;

a - коэффициент температуропроводности смеси, м²/с, a = 0,213∙10 ^-4 м²/с;

Подбирем размеры туннеля при d_н = 134 мм:

d_т = 320 мм;

Тогда:

W_отр = 0,575∙10²∙1,05^-2∙0,38^1,5(0,38 / 0,213∙10 ^-4)^0,5 = 1629,9 м/с >> W_н.

Для определения скорости, при которой наступает проскок пламени, пользуются формулой:

W_пр^max = С₂∙W²_норм (d_н / a) м/с ,

где С₂ – эмпирический коэффициент, С₂ = 7,75∙10^-3.

W_пр^max = 7,75·10^-3∙0,38²∙(0,134 / 0,213∙10^-4) = 7,04 м/с < W_н

Таким образом, стабилизация пламени при использовании керамического туннеля будет обеспечена.