Материал: 2509

2. РАСЧЕТ ИНЖЕКЦИОННОЙ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ

Газовая горелка должна обеспечивать необходимую для аппаратов и установок тепловую мощность, широкий диапазон регулирования расхода газа, устойчивость пламени без применения искусственных стабилизаторов горения и отсутствие или пониженную концентрацию вредных компонентов продуктов сгорания. Расчет горелки включает в себя определение размеров конструктивных элементов:

–сопла,

–горловины смесителя,

–конфузора,

–диффузора,

–огневых каналов,

–габаритных размеров, обеспечивающих возможность установки горелки в заданной топке.

Исходными данными для расчета являются:

–тепловая мощность горелки;

–химический состав газа;

–давление газа перед соплом;

–температура газа и воздуха;

–характеристики аппарата или тепловой установки, для которой горелка рассчитывается.

По указанным исходным данным определяются низшая теплота

сгорания газа QНР, его плотность Г и объем воздуха V0.

На рис. 10–12 показаны эжекционный смеситель для атмосферной горелки, аэродинамическая картина работы эжектора и атмосферная горелка для чугунного котла, для которой ниже приводится методика расчета и выполнен пример расчета.

При расчете таких горелок объем газа и его плотность определяются при нормальных физических условиях. Объясняется это тем, что давление газа мало отличается от атмосферного. При этом следует учитывать, что его температура для зимнего расчетного периода изменяется на 5–10 ОС. При тех же параметрах с допустимой для практики точностью могут определяться объем и плотность воздуха. При расчете горелок можно не учитывать содержание в газе и воздухе водяных паров, так как оно очень мало влияет на его объем, плотность и теплоту сгорания.

20

pГ 0,27QHP 40, Па. 100

Теоретическая скорость истечения газа из сопла WС (м/с) при нормальных условиях рассчитывается по формуле, не учитывающей изменения плотности газа:

Площадь поперечного сечения газового сопла fС (м2) и его диаметр dC (м) определяются по формулам

где – коэффициент расхода, учитывающий неравномерность распределения скоростей потока газа по сечению сопла, сопротивления трения в нем и сжатия струи. Зависит от формы сопла.

Диаметр горловины эжектора dГ определяется из уравнения, выражающего закон сохранения количества движения при смешении двух газов. Количество движения 1 м3 инжектируемого газа определяется произведением скорости газа на его плотность, а количество движения, инжектируемого из атмосферы воздуха, можно принять равным 0, так как скорость воздуха на входе в эжектор равна нулю. В этом случае количество движения газовоздушной смеси (ГВС) можно записать как

WГ Г n B ,

где WГ – скорость ГВС в горловине смесителя, м/с;

n VB /VГ – объемная кратность инжекции (количество воздуха инжектируемого 1 м3 газа).

Уравнение сохранения количества движения тогда запишется:

WC Г WГ Г n B .

Выразим расход газа VГ и расход ГВС (VГ [1 + n]) через соответствующие скорости и сечения:

23

Так как кратность инжекции определяется n = a'V0 , то

сит только от соотношения диаметра горловины и не зависит от давления инжектируемого газа. Это значит, что инжекционные горелки обеспечивают постоянство соотношения газа и воздуха в ГВС независимо от изменения расхода газа. Так, для горелок рассматриваемого вида a' должно приниматься таким, чтобы не происходило проскока пламени внутрь смесителя при минимально необходимом расходе газа:

Одновременно a' должно быть больше такого, при котором возможно образование желтых языков пламени:

где m – число углеродных атомов в молекуле; n – число водородных атомов в молекуле.

Диаметр конфузора dВ и диффузора dД принимается примерно одинаковым:

dB ~ dД 2,0 2,2 dГ .

Длина всасывающей и стабилизирующей частей камеры смешения

24