Расчет газовой горелки для котла

Обновлено: 02.07.2024

Расчет газовых горелок

Для существующей горелки, если заданы располагаемые давления газа и воздуха, расчет газовых горелок производится для определения производительности горелки. Возможен также случай, когда необходимо определить давления газа и воздуха, достаточные для достижения определенной производительности горелки.При проектировании новой горелки первоначально выбирают желаемый тип горелки, обеспечивающий получение длинного или короткого, светящегося или несветящегося факела. Далее при заданном давлении газа и воздуха рассчитывают скорость их выхода из горелки и определяют размеры проходных сечений, обеспечивающих необходимую тепловую производительность горелки. Если давление газа и воздуха требуется определить, то задаются скоростью их выхода из горелки.

При реализации диффузионного принципа сжигания, т. е. когда газ и окислитель из горелки выходят раздельно (см. рис. 4.1, а), скорости выхода газа и воздуха из горелки выбирают из соображений наилучшего их перемешивания в топочной камере. Так, при сжигании доменного газа рекомендуемая скорость воздуха и газа для щелевых горелок находится в пределах 20-30 м/с, для угловых горелок (см.рис.4.4) - 30-40м/с.

При реализации кинетического (см. рис. 4.1,6) или смешанного (см. рис. 4.1, в и г) принципов сжигания, когда газ и воздух предварительно полностью, не полностью или частично смешиваются в горелке, скорость выхода из нее газовоздушной смеси должна быть больше скорости распространения пламени в этой смеси при данных условиях. Соблюдение указанного правила необходимо, чтобы избежать проскок пламени в горелку.

Видимая скорость распространения пламени, применяемая в расчет газовых горелок, зависит от состава газовоздушной смеси и тем больше, чем больше в ней водорода и выше ее температура. Она зависит также от скоростного поля смеси и увеличивается при увеличении диаметра горелки и разогреве стенок ее выходной части. Чтобы исключить проскок пламени в горелку, скорость истечения из нее газовоздушной смеси при сжигании газа с низкой теплотой сгорания принимается не ниже 10-15, а с высокой теплотой сгорания - не ниже 20-30 м/с.

Для оценки необходимой по условиям смесеобразования длины факела применяют различные полуэмпирические соотношения. Отметим лишь, что длина факела уменьшается с уменьшением выходного размера горелки. Увеличение теплоты сгорания газа приводит к увеличению необходимой длины факела, так как на единицу топлива приходится большее значение V 0 _B и для перемешивания газа и воздуха требуется больший путь. Повышение концентрации окислителя в воздухе приводит к уменьшению значения что определяет и получение более короткого факела.

Длина факела в ламинарной области Re<ReKp увеличивается пропорционально тепловой нагрузке (скорости выхода газа из горелки), в турбулентной же области Re>ReKp длина факела мало зависит от нагрузки. Подогрев газа приводит к увеличению скорости его выхода (увеличению количества движения), что ускоряет процесс перемешивания и укорачивает факел. Увеличение скорости воздушного (облегающего) потока и повышение его температуры также приводят к сокращению длины факела.

Горелки с предварительным смешением газа с воздухом (см.рис.4.1,6), в которых имеет место полное или частичное подсасывание одной среды другой, рассчитывают как обычные струйные аппараты.

Значительное распространение получили газовые горелки, в которых воздушный поток поперечно пересекается мелкими газовыми струями как при центральной (рис 4.5,а), так и при периферийной (см. рис. 4.5, б) раздаче газа. Для улучшения смесеобразования развитие газовых струй в воздушном потоке может быть организовано в два- три слоя (рис.4.6).
Желаемая относительная глубина проникновения газовых струй в воздушный поток может быть определена по формуле

где d_r - диаметр отверстий для выхода газа, м; w_r - действительная скорость газа на выходе из отверстий, м/с; w_B - действительная скорость воздушного потока, м/с; р_г и р_в - плотности газа и воздуха при данных условиях, кг/м 3 ; K_s - коэффициент пропорциональности, зависящий от отношения шага s между отверстиями к диаметру отверстий d_r - при изменении s/dT от четырех до бесконечности (одиночная струя) K_s изменяется от 1,6 до 2,2; ц - коэффициент, характеризующий отношение суммарного и набегающего потоков, т. е. массы смеси и массы воздуха:

здесь Б и V_B - расходы газа и воздуха, м 3 /с.

Газообразное топливо может применяться для котлов любой мощности. Общая производительность всех горелок должна обеспечивать полную тепловую мощность установки, т. е, соответствовать расчетному расходу топлива (запас 10-20%). С увеличением количества горелок единичная их производительность уменьшается. При этом имеется возможность более плавно регулировать производительность установки путем отключения отдельных горелок. Вместе с тем усложняются воздушные и газовые коммуникации и несколько усложняется эксплуатация агрегата.

Для сжигания доменного газа рекомендуется применять щелевые горелки со смесительными кирпичными каналами при встречной установке горелок на боковых или фронтовой и задней стенах топки. Применяют также вихревые и комбинированные горелки. Рекомендуется следующий расчет газовых горелок: коэффициент избытка воздуха на выходе из топки а_т =1,1; объемная плотность тепловыделения q_v = 0,24-0,25 МВт/м 3 ; потеря теплоты от химического недожога q_x.н=1,5%.

При организации «беспламенного» сжигания доменного газа для установок малой паропроизводительности (до 5,5 кг/с) принимают а_г = 1,05-М, 1; q_v = 0,3/0,75 МВт/м 3 ;

Для сжигания природного газа применяются горелки с центральной или периферийной подачей газа (рис. 4.5) при встречном, угловом и фронтовом их расположении. Рекомендуется следующий расчет газовых горелок и характеристики процесса: а_т = 1,1; q_v = 0,35/0,47 МВт/м 3 ; q_x.н = 0,5%.

Для котельных установок с газоплотными цельносварными экранами расчет газовых горелок и расчетный коэффициент избытка воздуха в топке может быть снижен до 1,05. При сжигании газа в неэкранированных топках с целью защиты обмуровки от высокой температуры коэффициент избытка воздуха может быть увеличен до 1,2.Следует отметить, что значение qv часто выбирают из условия размещения в топке необходимого количества экранных поверхностей нагрева для снижения температуры газа перед конвективными поверхностями. Применение повышенного напора дутья и специальных устройств для улучшения перемешивания газа с воздухом дает возможность значительно повысить объемную плотность тепловыделения qv при сохранении высокой экономичности топочного процесса. Примером этого является организация сжигания газа в циклонных камерах, где значение qv составляет 5-10 МВт/м 3 и более.

У вас есть вопросы?

Оставьте ваши контактные данные и наши менеджеры свяжутся с вами

Расчет газовой горелки для котла

Начинающий проектировщик

Группа: Пользователи

Статус: Оффлайн

1793/8,11*0,92 = 240 м.куб./час

Группа: Советник

Статус: Оффлайн

Группа: Друзья

Статус: Оффлайн

Начинающий проектировщик

Группа: Пользователи

Статус: Оффлайн

Вспомните две вещи.
1. Мощность котла и мощность горелки это не одно и тоже.
2 Теплота сгорания газа какая у итальянцев и у Вас.

Это то понятно, я в расчете отталкиваюсь от мощности котла, его КПД и той низшей теплоты сгорания природного газа, которая дана мне в техническом задании т.е. 8110 ккал/м.куб.

Инструкция по подбору горелки

1. Получить информацию об объекте, а также о технических данных котла и его коэффициенте полезного действия (КПД):

виды используемого топлива;
противодавление топки;
давление, под которым топливо поступает в топку;
мощность котла, его КПД или необходимая мощность горелки;
метод регулировки мощности горелки.

2. Верно произвести расчет мощности горелки.

Формула для подсчета достаточно проста: мощность горелки = мощность котла/КПД. То есть для котла на 2500 кВт при КПД 90% нужна горелка 2780 кВт (2500/0,9).

3. Газовые горелки требуют расхода газа (ТРГ), который рассчитывается по следующей формуле:

ТРГ [куб. нм/ч]=(мощность горелки [кВт]х3.6)/Теплота сгорания газа [МДж/куб. нм]

То есть для газовой горелки мощностью 2780 кВт получится: 2780 [кВт]х3.6/35.8 [МДж/куб. нм]= 280 куб. нм/ч. Здесь 35.8 МДж/куб. нм/ч – это теплота сгорания газа (природного).

Расчет количества сжигаемого дизельного топлива осуществляется по той же формуле, но только с использованием значения теплоты сгорания топлива – 42,7 МДж/кг.

Согласно расчетам, для дизельной горелки 2780 кВт расход топлива составит 234 гк/ч.

4. Изучить диаграммы зависимости мощности и противодавления.

При помощи этих диаграмм можно определить рабочий диапазон горелки. Допустим, при мощности горелки 2780 кВт противодавление котла имеет значение 12 мбар. Для данных параметров рабочая точка на представленном графике располагается внутри кривой GP-280M. Если точка попала под кривую, то мощности горелки для данного противодавления достаточно. Самый оптимальный вариант достигается в том случае, когда точка соотношения мощности и противодавления попадает в область, расположенную максимально близко к правому краю. Стоит учитывать, что для различных способов регулировки, а также для различных типов применяемого горючего используется собственная кривая.

5. Выбрать подходящий клапан для комбинированных и газовых горелок.

Выбирать следует в соответствии с таблицей в зависимости от мощности самой горелки. Подбирая подходящий клапан, важно учесть, что таблица составлена для топки, имеющей противодавление 0 мбар. Т. е. перед тем, как воспользоваться таблицей, следует уменьшить давление топлива на реальное значение противодавления вашей топки и затем использовать полученные данные для подбора. В таблице параметры мощности приведены для природного газа.

Приведем пример: входящее давление газа имеет значение 70 мбар, противодавление – 12 мбар, мощность газовой горелки - 2780 кВт. При данных параметрах имеем следующее: эффективное давление газа составляет 70-12= 58 мбар. Для горелки GP-280M подходящим размером клапана является Ду 65.

6. Важно проверить габариты газовой горелки.

Следует обратить внимание на длину горелочной головки газовой горелки (то же самое касается мазутных и дизельных горелок). Длина головки должна быть такой, чтобы она выступала на 10-20 мм или была вровень с топкой.

7. Осуществить проверку длины факела.

Для этого следует воспользоваться специальной размерной таблицей. При работе газовой горелки, мазутной горелки или дизельной горелки пламя не должно касаться стены топки.

8. Приобретая горелку, не забывайте и о дополнительном оборудовании.

К нему относятся следующие устройства: прессостат, термостат, регулятор давления газа, насосная топливная станция.

Основные формулы:

1. Для расчета мощности газовой, мазутной, дизельной горелки следует пользоваться формулой: мощность горелки = мощность котла/КПД (0,9 для КПД 90%).

2. Получаемая мощность при расходе топлива:

паровой котел 1 т/ч пара - это приблизительно 0.7 мВт мощности;
дизельный котел 1 кг/ч - 11,86 мВт мощности дизельной горелки при условии, что теплота сгорания топлива составляет 42,7 МДж/кг;
для мазутного котла 1 кг/ч - 11,22 мВт мощности мазутной горелки при условии, что теплота сгорания топлива составляет 40,5 МДж/кг;
для газового котла 1 куб. нм/ч - 10 мВт мощности газовой горелки при условии, что теплота сгорания природного газа составляет 35.8 МДж/куб. нм.

3. Расход воздуха Газовые горелки на каждые 10 кВт мощности потребляют 12-13 куб. м/ч воздуха. Дизельные горелки и мазутные горелки на каждые 10 кВт мощности потребляют 13.5 куб. м/ч воздуха.

4. Для полноценной работы мазутной горелки необходимо использовать станцию нагнетания, подогрева и фильтрации мазута. Для того чтобы определить, какой мощностью должен обладать насос, следует воспользоваться приведенной ниже формулой: минимальная производительность [кг/ч] = (расход топлива [кг/ч] + от 150 до 200 [кг/ч])*1.25…1.3 Величина в скобках – это объем топлива, которое поступает в каждую горелку и подвергается предварительному подогреву.

Подбор горелок для тепловых установок. Как подобрать горелку для котельной

Для экономного сжигания топлива, получения высокого КПД и хороших показателей эмиссии необходимо правильно подбирать горелки к тепловым установкам.

При подборе следует обращать внимание на следующие моменты:

Расположение пламени в камере сгорания тепловой установки. Пламя горелки на номинальной тепловой мощности не должно касаться стенок камеры сгорания тепловой установки.

Необходимость удлинения пламенной трубы. Удлинение пламенной трубы требуется в том случае, если длина пламенной трубы в стандартном исполнении меньше размеров L2 (трехходовой котел) и L3 (двухходовой котел).

Сопротивление камеры сгорания и дымоходов. Вентилятор горелки должен, преодолевая сопротивление камеры сгорания и дымоходов тепловой установки, продувать дымовые газы через дымоход.

Конструкцию и технические данные тепловых установок. Все тепловые установки имеют различную конструкцию и индивидуальные особенности. Необходимо запрашивать у производителей котлов особенности установок и какие типы горелок они рекомендуют применять.

Обозначения:

d Диаметр камеры сгорания

l Длина камеры сгорания (для расчета размеров пламени)

L2 Толщина изоляции котла

L3 Необходимая минимальная длина (минус 2. 5%) пламенной трубы горелки (от фланца крепления горелки).

Обозначения:

d Диаметр камеры сгорания

l Длина камеры сгорания

l 1 Длина жаровой трубы до поворотной камеры для расчета размеров пламени

L2 Толщина изоляции котла

Зависимость мощности жидкотопливных горелок от высоты расположения над уровнем моря

Пример: высота монтажа h=1950 м или при соответствующем положении барометра pБ =800 мбар или 600 торр.

Результат: коэффициент снижения тепловой мощности горелки f=0,84. Пример подбора горелки на данной высоте расположения смотрите на следующей странице.

Пример расчета мощности жидкотопливных горелок в зависимости от высоты расположения горелки над уровнем моря

Пример подбора горелки: коэффициент снижения мощности f=0,84 требуемая мощность горелки (тепловая мощность) на высоте монтажа составляет 4870 кВт при заданном давлении камеры сгорания котла 8 мбар (при нормальных условиях).

Теоретическая тепловая мощность: 4870 кВт/0,84

Теоретическое давление камеры сгорания: 8 мбар/0,84

Установленная при помощи этого теоретического значения рабочая точка горелки должна лежать в рабочем поле выбранной горелки. Если она находится а пределами рабочего поля, то следует выбрать следующий типоразмер горелки или принять в расчет нижеописанный способ нахождения пониженной мощности.

В этом примере горелка данного типоразмера достигает максимальную мощность при рассчитанном давлении в камере сгорания 9,5 мбар только 5600 кВт (см. рабочее поле). При этом получается для высоты 1950 м и, соответственно, коэффициента f=0,84 максимально достижимая мощность данного типоразмера горелки 4700 кВт (5600 кВт * 0,84

Зависимость мощности газовых и комбинированных горелок от высоты расположения над уровнем моря

Пример: высота монтажа h=1950 м или при соответствующем положении барометра pБ =800 мбар или 600 торр.

Результат: коэффициент снижения тепловой мощности горелки f=0,79. Пример подбора горелки на данной высоте расположения смотрите на следующей странице.

Пример расчета мощности газовых и комбинированных горелок в зависимости от высоты расположения горелок над уровнем моря

Пример подбора горелки: коэффициент снижения мощности f=0,79 требуемая мощность горелки (тепловая мощность) на высоте монтажа составляет 4580 кВт при заданном давлении камеры сгорания котла 7,5 мбар (при нормальных условиях).

Теоретическая тепловая мощность: 4580 кВт/0,79

Теоретическое давление камеры сгорания: 7,5мбар/0,79

Установленная при помощи этого теоретического значения рабочая точка горелки должна лежать в рабочем поле выбранной горелки. Если она находится за пределами рабочего поля, то следует выбрать следующий типоразмер горелки или принять в расчет нижеописанный способ нахождения пониженной мощности.

В этом примере горелка данного типоразмера достигает максимальной мощности при рассчитанном давлении в камере сгорания 9,5 мбар только 5600 кВт (см. рабочее поле). При этом получается для высоты 1950 м и, соответственно, коэффициента f=0,79 максимально достижимая мощность данного типоразмера горелки 4420 кВт (5600 кВт * 0,79

Пример потбора газовой горелки и арматуры (давление подключения газа 13 мбар)

10.Расчет газовой горелки для котла квартальной котельной.

Необходимо рассчитать инжекционную горелку среднего давления туннельного типа. Устанавливаем 3 горелки с расходом газа в каждой V_г=28,9 м 3 /ч (V_г= V_к / 3 =71,65/3=28,9 м 3 /ч), теплота сгорания газа Q_н =40623,46 кДж/м 3 , теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1м 3 газа, V₀ =10,77 м 3 _возд./м 3 _газа .Коэффициент избытка воздуха α=1,05.

Тепловая нагрузка горелки находится как:

Q_r = (V_r·Q_н / 3600)= 28,88·40623,46/3600 =325,89 кВт_.

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

Принимаем к установке инжекционную горелку Стальпроекта типа В 116/d_C. Расчетная схема горелки представлена на чертеже (лист №2).

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

Определяем затраты энергии:

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

,Дж/ м 3 ,

где - скорость газовоздушной смеси в горловине;

м/с,

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

Дж/м 3 .

На изменение скорости струи газа от до

,Дж/ м 3 ,

где - скорость выхода газа из сопла.

Определяем эту скорость, исходя из закона сохранения количества движения при смешении газа и воздуха. Количество движения I м 3 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/ м 3 ,

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

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

, м/с,

гдем 2 (dд=1,8dг=169,2 мм);

м/с;

- плотность газовоздушной смеси в выходном сечении диффузора, кг/м 3 ;

кг/м 3 .

Тогда, подставив все полученные значения, имеем

Дж/ м 3 .

Затраты энергии в насадке горелки.

,Дж/м 3 ,

где определим по формуле:

, м/с,

принимаем t_см = 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/м 3

Затраты энергии с выходной скоростью газовоздушной смеси из насадка горелки

,Дж/м 3 ,

где кг/м 3 , принимаем t_н = 50°С;

кг/м 3 .

Тогда Дж/м 3

Общие затраты энергии

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

Дж/ м 3

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.

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

=С₁α -2 1,5 (d_т / a) 0,5 , м/с,

где С₁-эмпирический коэффициент, С₁ = 0,575∙10 2 ;

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

a - коэффициент температуропроводности смеси, м 2 /с, a = 0,213∙10 -4 м 2 /с;

Подбирем размеры туннеля при d_н = 134 мм:

Тогда W_отр = 0,575∙10 2 ∙1,05 -2 ∙0,38 1,5 (0,28 / 0,213∙10 -4 ) 0,5 = 1425,5 м/с >> W_н.

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

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

W_пр max = 7,75·10 -3 ∙0,38 2 ∙(0,116 / 0,213∙10 -4 ) = 6,094 м/с < W_н

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

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

10.Расчет газовой горелки для котла квартальной котельной.

Необходимо рассчитать инжекционную горелку среднего давления туннельного типа.

Расход газа котлом – V_к=126,2 м 3 /ч.

Горелки предназначены для сжигания природного газа ρ₀=0,7448 кг/м 3 , теплотой сгорания Q_н =35549,1 кДж/м 3 и V₀ =9,45 м 3 _возд./м 3 _газа. Коэффициент избытка воздуха α=1,05.

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

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.

Определяем затраты энергии:

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

,Дж/ м 3 ,

где - скорость газовоздушной смеси в горловине;

м/с,

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

Дж/м 3 .

-на изменение скорости струи газа от до

,Дж/ м 3 ,

где - скорость выхода газа из сопла.

Отсюда м/с.

Дж/м з .

-затраты энергии в диффузоре при изменении скорости газовоздушной смеси:

,Дж/ м 3 ,

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

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

, м/с,

гдем 2 (dд=1,8dг=194,4 мм);

м/с;

- плотность газовоздушной смеси в выходном сечении диффузора, кг/м 3 ;

кг/м 3 .

Тогда, подставив все полученные значения, имеем:

Дж/ м 3 .

-затраты энергии в насадке горелки:

,Дж/м 3 ,

где определим по формуле:

, м/с,

м/с

Дж/м 3

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

,Дж/м 3 ,

где кг/м 3 , принимаем t_н = 50°С;

кг/м 3 .

Тогда Дж/м 3

Общие затраты энергии:

Дж/ м 3

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

Определяем необходимое давление газа перед горелкой:

Па

_{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∙10 2 ;

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

a - коэффициент температуропроводности смеси, м 2 /с, a = 0,213∙10 -4 м 2 /с;

Подбирем размеры туннеля при d_н = 134 мм:

W_отр = 0,575∙10 2 ∙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:

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

W_пр max = 7,75·10 -3 ∙0,38 2 ∙(0,134 / 0,213∙10 -4 ) = 7,04 м/с < W_н

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

Методика расчёта газовой горелки

Точный расчёт газовых горелок представляет собой задачу неоправданной сложности, поэтому практикой разработаны различные методы приближённого расчёта, которые дают вполне приемлемые результаты.

Рис. 1. Схемы подачи газа в поперечный поток воздух

а) по центру, б) с периферии

Большое распространение в энергетических установках получили газовые горелки, в которых воздушный поток поперечно пересекается мелкими струями газа, при этом газ может подаваться по центральной трубе (горелка типа “труба в тубе”) (рис. 1а) или с периферии (рис. 1б).

Струи газа по мере проникновения в поток воздуха будут сноситься этим потоком. При достижении определённого расстояния от стенки газового коллектора h осевая линия струи газа будет совпадать направлением сносящего потока воздуха. Это расстояние называется глубиной проникновения струи в сносящий поток и зависит от диаметра сопла d_c вытекающей струи и отношения скоростей (W_г, W_в) и плотностей (ρ_г, ρ_в) газа и воздуха. Для более равномерного распределения газовых струй по сечению горелки и для лучшего смешения газа с воздухом газовые сопла выполняются в два ряда, причём первый (по ходу воздуха) ряд сопел имеет бóльший диаметр, чем второй.

Базовой формулой при расчёте таких горелок является полученная на основании многочисленных экспериментов Ю.В.Ивановым зависимость для определения относительной глубины проникновения газовых струй в поперечный поток воздуха:

, (1)

где К_s – эмпирический коэффициент, зависящий от относительного шага между соплами, расположенными в одном ряду.

На рис.2 представлен примерный характер геометрии струй газа, истекающих в поперечный поток воздуха.

Под действием воздушного потока траектория струи искривляется и сама струя становится шире за счёт диффузионного размытия. В том сечении, где ось струи газа принимает направление потока воздуха, её условный диаметр согласно опытным данным составляет:

d_стр=0,75h . (2)

Рис. 2. Схема распространения струй газа

в поперечном потоке воздуха

Отверстия (сопла) для выхода газа должны быть расположены таким образом, чтобы струи в том сечении, где они принимают направление потока, перекрывали всё сечение.

При расчёте газовых горелок для определения глубины проникновения струи по формуле (1) приходится предварительно задаваться значениями скоростей газа и воздуха, а также исходить из полученных опытным путём рекомендаций.

Методика расчёта газовой горелки

Принципиальная схема горелки типа “труба в трубе” представлена на рис.3.

Рис. 3. Коаксиальная горелка типа “труба в трубе”

1- огневой насадок с пережимом, 2 - лопатки, 3 - воздушная камера, 4 – газовый коллектор

Исходные данные для расчета

Коэффициент избытка воздуха α

Скорость воздуха W_в , м/с

Скорость газа на выходе из сопел W_г , м/с

Температура горячего воздуха t_в , ºC

Температура газа t_г , ºC

Объемный расход газа на горелку (при н.у.) G о _г , м 3 /ч

Скорость газа в трубе (в газовом коллекторе) W_г.тр_. , м/с

Состав газа по объему, % : CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ , N₂ , CO₂

Плотность газа (при 0 о С) ρ о _г , кг/м 3

Теплота сгорания газа Q_i d , МДж/м 3

Порядок расчёта

1. Согласно материальному балансу процесса горения газа (см. Конспект лекций) определяются:

1.1. Объём воздуха, теоретически необходимый для сжигания газа V o , м 3 /м 3

1.2. Теоретический объём продуктов сгорания:

1.2.1. Объём трёхатомных газов , м 3 / м 3

1.2.2. Объём азота , м 3 /м 3

1.2.3. Объём водяных паров , м 3 / м 3

1.2.4. Суммарный теоретический объём продуктов сгорания V o _г, м 3 / м 3

1.3. Действительный объём воздуха V , м 3 /м 3

1.4. Действительный объём продуктов сгорания:

1.4.1. Объём трёхатомных газов: , м 3 /м 3

1.4.2. Объём двухатомных газов: , м 3 /м 3

1.4.3. Объём водяных паров , м 3 / м 3

1.4.4. Суммарный действительный объём продуктов сгорания V_г, м 3 / м 3

2. Действительный объёмный расход воздуха (при заданной температуре воздуха) G_в , м 3 /с

3. Действительный объёмный расход газа (при заданной температуре газа)

, м 3 /с

4. Из уравнения расхода газа определяется внутренний диаметр газоподводящей трубы (газового коллектора) (рис.2) d_вн :

где W_г.тр – скорость газа в коллекторе.

5. Наружный диаметр газового коллектора

d_н =d_вн +2δ_ст,

где толщина стенки газового коллектора δ_ст = 4 мм.

6. Из уравнения расхода воздуха

определяется внутренний диаметр наружной воздухоподводящей трубы D_вн.

9. Определение глубины проникновения больших и малых струй газа в воздушный поток.

При расчёте глубины проникновения струй газа, истекающих из больших и малых сопел, исходят из предположения, что в том сечении, где большие и малые струи принимают направление потока воздуха, они соприкасаются друг с другом, а внешняя граница больших струй достигает внешней границы кольцевого канала. При этом диаметры струй согласно формуле (2):

D_стр= 0,75H и d_стр= 0,75h .

Из схемы распространения струй в кольцевом канале (рис.2) следует, что глубина проникновения больших струй

→ → ,

→ → .

10. По формуле (1) определяются диаметры больших d_б и малых сопел d_м (при этом принимается К_s=1,6)

11. Принимая, что, согласно рекомендациям, при центральной подаче газа 80 % его объёма подаётся через большие сопла, а 20 % – через малые, определяются геометрические характеристики горелки:

10.Расчет газовой горелки для котла квартальной котельной.

Тепловая нагрузка горелки находится как:

Q_r = (V_r·Q_н / 3600)= 28,88·40623,46/3600 =325,89 кВт_.

Определяем затраты энергии:

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

,Дж/ м 3 ,

где - скорость газовоздушной смеси в горловине;

м/с,

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

Дж/м 3 .

На изменение скорости струи газа от до

,Дж/ м 3 ,

где - скорость выхода газа из сопла.

Отсюда м/с.

Дж/м з .

Затраты энергии в диффузоре при изменении скорости газовоздушной смеси.

,Дж/ м 3 ,

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

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

, м/с,

гдем 2 (dд=1,8dг=169,2 мм);

м/с;

- плотность газовоздушной смеси в выходном сечении диффузора, кг/м 3 ;

кг/м 3 .

Тогда, подставив все полученные значения, имеем

Дж/ м 3 .

Затраты энергии в насадке горелки.

,Дж/м 3 ,

где определим по формуле:

, м/с,

принимаем t_см = 50°С,

м/с

Дж/м 3

Затраты энергии с выходной скоростью газовоздушной смеси из насадка горелки

,Дж/м 3 ,

где кг/м 3 , принимаем t_н = 50°С;

кг/м 3 .

Тогда Дж/м 3

Общие затраты энергии

Дж/ м 3

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

Определяем необходимое давление газа перед горелкой

Па

=С₁α -2 1,5 (d_т / a) 0,5 , м/с,

где С₁-эмпирический коэффициент, С₁ = 0,575∙10 2 ;

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

a - коэффициент температуропроводности смеси, м 2 /с, a = 0,213∙10 -4 м 2 /с;

Подбирем размеры туннеля при d_н = 134 мм:

Тогда W_отр = 0,575∙10 2 ∙1,05 -2 ∙0,38 1,5 (0,28 / 0,213∙10 -4 ) 0,5 = 1425,5 м/с >> W_н.

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

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

W_пр max = 7,75·10 -3 ∙0,38 2 ∙(0,116 / 0,213∙10 -4 ) = 6,094 м/с < W_н

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

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Методика расчёта газовой горелки

Рис. 1. Схемы подачи газа в поперечный поток воздух

а) по центру, б) с периферии

, (1)

На рис.2 представлен примерный характер геометрии струй газа, истекающих в поперечный поток воздуха.

d_стр=0,75h . (2)

Рис. 2. Схема распространения струй газа

в поперечном потоке воздуха

Методика расчёта газовой горелки

Принципиальная схема горелки типа “труба в трубе” представлена на рис.3.

Рис. 3. Коаксиальная горелка типа “труба в трубе”

1- огневой насадок с пережимом, 2 - лопатки, 3 - воздушная камера, 4 – газовый коллектор

Исходные данные для расчета

Коэффициент избытка воздуха α

Скорость воздуха W_в , м/с

Скорость газа на выходе из сопел W_г , м/с

Температура горячего воздуха t_в , ºC

Температура газа t_г , ºC

Объемный расход газа на горелку (при н.у.) G о _г , м 3 /ч

Скорость газа в трубе (в газовом коллекторе) W_г.тр_. , м/с

Состав газа по объему, % : CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ , N₂ , CO₂

Плотность газа (при 0 о С) ρ о _г , кг/м 3

Теплота сгорания газа Q_i d , МДж/м 3

Порядок расчёта

1. Согласно материальному балансу процесса горения газа (см. Конспект лекций) определяются:

1.1. Объём воздуха, теоретически необходимый для сжигания газа V o , м 3 /м 3

1.2. Теоретический объём продуктов сгорания:

1.2.1. Объём трёхатомных газов , м 3 / м 3

1.2.2. Объём азота , м 3 /м 3

1.2.3. Объём водяных паров , м 3 / м 3

1.2.4. Суммарный теоретический объём продуктов сгорания V o _г, м 3 / м 3

1.3. Действительный объём воздуха V , м 3 /м 3

1.4. Действительный объём продуктов сгорания:

1.4.1. Объём трёхатомных газов: , м 3 /м 3

1.4.2. Объём двухатомных газов: , м 3 /м 3

1.4.3. Объём водяных паров , м 3 / м 3

1.4.4. Суммарный действительный объём продуктов сгорания V_г, м 3 / м 3

2. Действительный объёмный расход воздуха (при заданной температуре воздуха) G_в , м 3 /с

3. Действительный объёмный расход газа (при заданной температуре газа)

, м 3 /с

где W_г.тр – скорость газа в коллекторе.

5. Наружный диаметр газового коллектора

d_н =d_вн +2δ_ст,

где толщина стенки газового коллектора δ_ст = 4 мм.

6. Из уравнения расхода воздуха

определяется внутренний диаметр наружной воздухоподводящей трубы D_вн.

9. Определение глубины проникновения больших и малых струй газа в воздушный поток.

D_стр= 0,75H и d_стр= 0,75h .

Из схемы распространения струй в кольцевом канале (рис.2) следует, что глубина проникновения больших струй

→ → ,

→ → .

10. По формуле (1) определяются диаметры больших d_б и малых сопел d_м (при этом принимается К_s=1,6)

Читайте также: