Расчет горелок

В данном разделе приведено два типа расчетов:

1)Упрощенная методика расчета газовой горелки атмосферного типа;

2) Силовой расчёт горелки с расчетами габаритов топки.

Упрощенная методика расчета газовой горелки атмосферного типа.

Расчет атмосферных газовых горелок основывается на теории инжекции, разработанной в настоящее время особенно детально для паровоздушных инжекторов, водоструйных насосов и свободной струи, вытекающей в неподвижное пространство,

Исходными данными для расчета размеров газовых горелок являются максимальный расход газа В м³/ч и V_г м³/ч или максимальная теплопроизводительность горелки Q = B ккал/ч, давление газа перед соплом горелки в мм.вод.ст. (кГ/м²), теплота сгорания ккал/м³, удельный вес газа γ₀ кГ/м³ или γ_Г кГ/м³, химический состав газа.

1. Если давление газа перед соплом не превышает 1000 мм.вод.ст., скорость истечения газа из сопла определяют по формуле

где Δр -перепада давления кГ/м² (мм.вод.ст.); g-ускорение силы тяжести равное 9,81 м/с²;

γ_Г -удельный вес газа в кГ/м³, φ - коэффициент истечения;

Δр = р₁ - р₀ = Δр,

где р₁ -давление среды в которую вытекает газ, в кГ/м².

Так как для горелок атмосферного типа р₀ равно атмосферному давлению, то

Δр = р₁.

Коэффициент φ, учитывающий распределение скоростей газа по сечению сопла и сопротивление потоку, зависит от формы сопла. Некоторые значения коэффициентов φ для сопла с цилиндрической частью можно привести здесь в зависимости от , так, φ=0,75 при =0,18; φ=0,90 при =0,56. Значения φ приведены во всех справочниках.

2. Определяют площадь газового сопла f₁ (или суммарную площадь всех сопел для многосопловой горелки ):

мм²;

3. Определяют диаметр газового сопла:

мм;

или

мм.

где п₁ - число сопел в многосопловой горелке.

4. Задают степень подсоса количества первичного воздуха а'. Для сжигания природного газа в горелках атмосферного типа а' в пределах 0,40-0,60, для сжигания углеводородных газов в пределах 0,5-0,7 и при сжигании коксового и сланцевого газов 0,3-0,5.

В горелках, снабженных стабилизаторами фронта воспламенения, содержание первичного воздуха можно увеличить.

5. Определяют диаметр камеры смешения:

мм,

где a'L₀ - количество воздуха, инжектируемого для горения, в м³/м³;

z =γ_В/ γ₀;

γ_В -удельный вес инжектируемого воздуха в кГ/м³.

Диаметр конфузора (расширенной части инжектора) d₂, и диаметр d₄ принимаются по экспериментальным данным.

6. Диаметр входного сечения конфузора смесителя

d₂ = (1,5 … 2,0)d₃, мм

7. Диаметр выходного сечения диффузора

d₄ = (2,0 … 2,2)d₃, мм

8. Длина камеры смешения

l₂ = (1,0 … 2,0)d₃, мм

Суммарный угол сужения конфузора обычно принимают в пределах 45-90˚. Для уменьшения потерь на входе лучше принимать меньший угол конфузора с тем, чтобы уменьшить угол встречи газового и воздушного потоков, но при этом увеличится длина конфузора.

9. Длина конфузора

l₂ = (1,5 … 2,0)d₃, мм

10. Угол расширения диффузора β в пределах 6-9˚; при больших значениях угла возможен отрыв струи и дополнительные потери энергии.

11. Длина диффузора

мм;

12. Скорость газовоздушной смеси в огневых отверстиях горелок для природного газа в пределах υ_огн = 2 - 3м/с (при наличии стабилизаторов – керамических поверхностей, расположенных напротив огневых отверстий, эта скорость может быть увеличена).

13. Определяют суммарную площадь огневых отверстий горелки:

м²;

где V_см - объем газовоздушной смеси в м³/ч; υ_огн - скорость газовоздушной смеси на выходе из отверстий.

14. По выбранному размеру d_огн определяют число отверстий:

15. Выбирают схему расположения отверстий в один или два ряда. При большем числе рядов на газовом коллекторе подвод воздуха к средним рядам затруднен. Шаг огневых отверстий выбирают в пределах

s = (3,0 … 4,0)d_огн, мм.

Значения s уточняются по данным табл.1: в ней приведены расстояния между осями огневых отверстий в зависимости от размера и коэффициента избытка воздуха а’.

Таблица 1. Расстояния между осями огневых отверстий в зависимости от их размера и коэффициента избытка воздуха а'

Диаметр огневого отверстия, мм	Максимальное расстояние в зависимости от величины а', мм								Минимальное расстояние в зависимости от величины а', мм
	а' = 0		а' = 0,2		а'= 0,4		а'=0,6		а'=0		а'=0,2		а'=0,4		а'=0,0
	s	s/d	S	s/d	S	s/d	s	s/d	s	s/d	s	s/d	s	s/d	s	s/d
1,0	15	15	7	7	4	4			7	7	5	5	4	4
2,0	2(1	К)	13	6,5	8	4	6	3	11	5,5	9	4,5	7	3,5	5	2,5
3,0	22	7,",	18	6,0	12	4	8	2,7	14	4,7	12	4,0	9	3,0	6	2,0
4,0	24	6,0	20	5,0	15	3,8	И	2,7	16	4,0	14	3,5	12	3,0	8	2.0
5,0	27	5,4	23	4,6	19	3,8	15	3,0	18	3,6	16	3,2	14	2,8	10	2,0
<5,0	30	5,0	26	4,3	22	3,7	18	3,0	20	3,3	18	3,0	16	2,7	13	2,1

Можно видеть, что при расположении огневых отверстий в два и более рядов расстояния между отверстиями рекомендуется принимать близкими к максимальным.

Глубину отверстий рекомендуют принимать до трех диаметров, но для крупных отверстий не более 13 мм.

16. Коэффициент инжекции горелки для природного газа, который для атмосферных горелок совпадает с коэффициентом первичного воздуха, может быть проверен по приближенной формуле:

где L₀ - теоретически необходимое количество воздуха; для природного газа L₀ = 9,5 м³/м³; i - относительный удельный вес газа (по отношению к воздуху); f_диф.ср. - средняя площадь диффузора в м²:

.

Тепловой расчет горелки. Расчет габаритов топки