5.Классификация газовых горелок и расчет.

Основным свойством горелки является осуществляемый ею метод сжигания газа, который в значительной мере зависит от подготовленности горючей смеси, выходящей из головки горелки. Именно этот признак следует рассматривать как основной и использовать для классификации горелок.

По методу сжигания газа горелки можно разделить на четыре группы:

1. горелки полного предварительного смешивания, работающие по кинетическому принципу.

2. горелки предварительного смешения газа с частью воздуха, необходимого для горения. У горелок этого типа газ смешивается с первичным воздухом до поступления в зону горения. В зоне высоких температур сразу начинается процесс горения газа, обеспеченного первичным воздухом. Вторичный воздух поступает из окружающей среды у горелок с открытым пламенем -атмосферных. У этих горелок реализуется бунзеновское пламя. При использовании этого метода смесеобразования у промышленных горелок (в этом случае такой метод называют двухступенчатым сжиганием) вторичный воздух подается в топку, обычно к корню факела.

3. горелки с незавершенным предварительным смешением газа с воздухом, которые осуществляют дифузионно- кинетический принцип сжигания газа.

4. горелки без предварительного смешения газа с воздухом, работающие по диффузионному принципу.

Кроме основной классификации горелки можно различать по способу подачи воздуха, давлению газа, расположению горелки в топке и излучающей способности горелки.

По способу подачи воздуха горелки подразделяются на : Ьэжекционные, в которых воздух засасывается энергией газовой струи (эжектирование воздучом газа применяют весьма редко) 2.бездутьевые, у которых воздух поступает в топку вследствие разряжения. 3.дутьевые с подачей воздуха в топку с помощью вентилятора.

По давлению газа горелки подразделяют на:

• горелки низкого давления (до 5 кПа)

• горелки среднего давления (5.. .300 кПа)

Горелки с более высоким давлением не получили широкого применения.

Инжекционные горелки среднего давления применяются в различных отраслях народного хозяйства страны, в коммунально-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных объектах.

Основной принцип работы горелки заключается в следующем: струя газа, вытекающая из сопла с большой скоростью, увлекает воздух и поступает вместе с ним в камеру смешения через камеру всасывания и входную часть камеры смешения. Далее, в камере смешения происходит некоторое выравнивание скоростей и концентрации газа и воздуха в потоке, но не полное. Затем в диффузоре происходит увеличение статистического давления и значительная турбулизация потока, способствующая дальнейшему выравниванию концентраций газа и воздуха. В то же время скорости потока по сечению на выходе диффузора оказываются неравномерными, с существенным уменьшением у стенок. В конфузоре головки горелки происходит увеличение скорости потока с выравниванием поля скоростей по сечению.

Основные конструктивные элементы горелки:

1. газовое сопло;

1. камера всасывания;

2. входная часть камеры смешения;

3. камера смешения;

4. диффузор;

5. головка горелки.

Схема газовой горелки представлена на чертеже.

Расчет инжекционной горелки. Исходные данные:

Q_H=35200кДж/м³, p=0,73кг/м³, T₁=273K, Т2 =293К, α=1,05, Р1=50кПа, Р₂=40Па, Vг=20м³/ч, cosβ= 0,961,φ1= 0,95, n= 0,85,φ2= 0,975, ζ=1,05

Теоретически необходимое количество воздуха:

Vo = 0,2675* 10 ³* Q_H

Vo = 0,2675* 10 ³*35200* 10³ = 9,416 м³/м³

Объем смеси газа с воздухом:

Vд = α *Vо

Vд = 1,05*9,416 = 9,89 м³/м³

Объем смеси газа с воздухом:

V_с=1+Vд

Vc = 1 + 9,89 = 10,89 м³/м³

Массовый коэффициент инжекции:

U = (1,29* Vд)/р

U = (1,29* 9,89)/0,73 = 1,748

Скорость истечения газа из сопла:

ω = 56*√(T₁/p)*[l-(P2/P₁) ]

ω = 56* √ (273/ 0,73)* [ 1-0,94] = 265,27 м/с

Площадь проходного сечения сопла:

ƒ= Vr/534,24*P1 φ1*√ (l/ T₁*p)*[( P2/P₁) - (Р2/Р1) ]

ƒ= 20/534,24* 50000*0,95*√ (1/ 273*0,73)*[ 0,71-0,67] = 0,00006м²

Минимальное сопротивление:

m= 1/3,2-0,6* U

m= 1/3,2- 0,6* 1,748 = 0,46

Скорость воздуха перед камерой смешения:

ω_вt* cosβ = φ1* ω* m

ω_вt =(0,95*265,27*0,46)/0,961= 120,63 м/с

Скорость воздуха:

ω_в= 0,45* ω_вt

ω_вt = 0,45* 120,63 = 54,28 м/с

Площадь сечения для прохода воздуха:

ƒ 2 = [(Vд* Vr)/(3600* (ω_в)]* (T2/273)

ƒ 2 = [(9,89* 20)/(3600* 54,28)]* (293/273) = 0,0013 м²

Скорость смеси на выходе камеры смешения(в сечении С - С):

ω_c = n* φ1* φ2 *ω* [(1+ U*m)/ (1+ U)]

ω_c = 0,85*0,95*0,975 *265,27* [(1+ 1,748*0,46)/ (1+ 1,748)] = 146 м/с

Площадь сечения камеры смешения:

ƒ с = [(Vс* Vr)/(3600* ω_c)]* (Т2/273)

ƒ с = [(10,89* 20)/(3600* 146)]* (293/273) = 0,0004 м²

Приращение давления в смесителе:

h = (ω ²/2)/2,4* U*(l+ 0,185*U)

h = (265,27²/2)/2,4* 1,748*(1+ 0,185*1,748) = 6339,5 Па

Скорость газо-воздушной смеси на выходе из горелки:

ω _г ==√(2*h)/(p_c* ζ)

ω _г = √(2*6339,6)/ (1,16*1,05) = 102,03 м/с

Плотность смеси:

рс =[(р + 1,29* Vд)/ Vc]* (273/ Т2)

рс=[(0,73+ 1,29* 9,89)/10,89]* (273/ 293) = 1,16 кг/м³

Площадь выходного отверстия горелочной головки:

ƒ г = [(Vc* Vr)/(3600* ω _г)]* (Т2/273)

ƒ г = [(10,89* 20)/(3600* 102,03)]* (293/273) = 0,0006 м²

Площадь выходного сечения диффузора (в сечении Д - Д):

ƒ _д = [(Vc* Vr)/(3600* ω _д)]* (Т2/273);

ω _д = ω _г/1,5

ω _д = 102,03/1,5 = 68,02 м/с

ƒ _д = [(10,89* 20)/(3600* 68,02)]* (293/273) = 0,001м²

Диаметр сопла:

d=l,13*10³*√ƒ

d = 1,13*10³*√ 0,00006 = 8,8 мм

Диаметр камеры смешения:

dc=l,13*10³*√ƒ c

dc = l,13*10³*√ 0,0004 = 22,6 мм