13. Расчет газовой горелки.

Необходимо рассчитать инжекционную горелку среднего давления.

(11.1)

где Vг расход газа на одну горелку, м³/ч;

Vг=Vк/n; (11.2)

где Vк – расход газа на котел, равный 136,2 м³/ч;

n – количество горелок, равное 1;

Vг=136,2/1=136,2м³/ч;

Предназначенных для сжигания газа с ρ=0,82 кг/м3, Qн=36855 кДж/м³.

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

Принимаем к установке инжекционную горелку типа Стальпроект типа В 205/d_c с тепловой нагрузкой Qг=1700 кВт. Основные данные преведены в таблице 11.1.

Таблица 11.1. Основные характеристики горелки В 116/9,9 .

Типоразмер	Размер в мм									Масса, кг
	D1 *	dc	dг	dн	D	К	L	h
В 205/15	2	15	166	205	490	555	2130	220	359

* - размер дан в дюймах.

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

Е > Ев + Ег + Ед + Ен + Епот, Дж/м³. (11.3)

Найдем расходы энергии:

1. На инжекцию воздуха, то есть на создание скорости эжектируемого воздуха:

(11.4)

где Wг –скорость газовоздушной смеси в горловине:

(11.5)

где t_cм принимается равной температуре воздуха в помещении, t_cм=18°C;

2. На изменение скорости струи газа от Wс до Wг:

(11.6)

где Wс – скорость выхода газа из сопла.

Найдем эту скорость, исходя из закона сохранения количества движения при смешивании газа и воздуха. Количество воздуха 1 м³, который выходит из сопла равно W_c·ρ , а инжекционного из атмосферы воздуха можно принимать равным нулю, так как оно не имеет первоначальной скорости.

В горловине смесителя смесь газа воздуха принимает скорость Wг и соответсвующую ей Wг∙(ρ_г+α·Vo·ρ_в). Тогда равенство сохранения количества движения Wс·ρ_г =Wr∙(ρ_г+ α·Vо·ρ_в).

Отсюда:

Wc= Wг·(1 +Vд·ρ_в/ ρ_г), м/с; (11.7)

Скорость выхода газа из сопла не должна превышать 300 м/с, в обратном случае необходимо сделать пересчет и выбрать горелку большей мощности.

Wc= 23.28·(1 +11.4·1,293/0,82)=441.76 м/с;

3. Расходы энергии в диффузоре при смене скорости газовоздушной смеси .

(11.8)

где η - КПД диффузора, который зависит от dг/dд;

Wд – скорость смеси в выходной части диффузора:

(11.9)

где d_д =(1,5÷1,8)d_г=1,8·166=298.8 мм, dг/dд=0,55, η=0,8;

ρ_cм – плотность газовоздушной смеси с выходной частью диффузора:

(11.10)

4. Расходы энергии в насадке горелки:

(11.11)

где W_H - находится по формуле:

(11.12)

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

5. Затраты энергии с выходной скоростью газовоздушной смеси из насадка горелки:

(11.13)

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

(11.14)

6. Общие затраты энергии:

Е = Ев + Ег + Ед + Ен +Епот=4000.6+71801.5+711.3+1004.9+1854.9=79373.2 Дж/ м³.

7. Источником энергии в горелке является кинетическая энергия струи газа, вытекающего из сопла:

(11.15)

Е_г > Е

8. Найдём необходимое давление газа перед горелкой

Р_гор=Ег/μ_о², Па; (11.16)

где μо – коэффициент расхода отверстий головки горелки, учитывающий потери при истечении. Так как выходой насадок – это канал длиной от 2 до 4 диаметров отверстий, то μ₀=0,75÷0,82.

Р_гор=80012.3/0,8²=125019.2 Па.

Необходимо учесть, что максимальое давление газа перед горелкой не должно превышать критического давления, равного для природного газа 90000 Па ([5]). 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 α>1 обеспечивается только при наличии стабилизаторов фронта горения (керамические туннели пластинчатые стабилизаторы и т.д.).

Для определения скорости, при которой наступает отрыв пламени для горелок с керамическими туннелями, используют формулу:

(11.17)

где С₁ – эмпирический коэффициент, С₁=57,5;

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

а – коэффициент температуропроводности смеси, м²/с, равный а = 0,213·10-4 м²/с.

Тогда

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

(11.18)

где С₂ – эмпирический коэффициент, равный 7,75·10-3;

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

Рисунок 11.1 Схема обвязки котла с инжекционными горелками среднего давления:

1 - котел ; 2 – инжекционная горелка среднего давления; 3 – главная отключающая задвижка; 4 – контрольное отключающее устройство; 5 – рабочее отлючающее устройство; 6 - манометр; 7 – штуцер; 8 – кран трубопровода безопасности; 9 – запальник переносной; 10 – кран напродувочной линии ; 11 – продувочный газопровод; 12 – объединенный труопровод безопасности; 13 – трехходовой кран; 14 – кран запальника; 15 – газовый коллектор; 16 – клапан-отсекатель (рабочий механизм системы безопасности); 17 – поворотная регулирующая задвижка.