ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

по выполнению

 

расчета инжекционной горелки низкого давления

 

дисциплина «Газовые сети и установки»

 

 

 

Цель: научиться производить расчет инжекционной горелки низкого давления по заданным параметрам.

 

Теоретическая часть

Для функционирования газопотребляющего агрегата, использующего газ как топливо, необходимо наличие газовых горелок. Газовой горелкой называется устройство, обеспечивающее устойчивое сжигание газообразного топлива и регулирование процесса горения.

 

Основные функции газовых горелок:

1)     подача газа и воздуха к фронту горения газа;

2)     смесеобразование;

3)     стабилизация фронта воспламенения;

4)     обеспечение требуемой интенсивности процесса горения газа.

 

По методу сжигания газа все горелки можно разделить на три группы:

1)     диффузионные (без предварительного смешения газа с воздухом);

2)     инжекционные (с неполным предварительным смешением газа с воздухом);

3)     кинетические (с полным предварительным смешением газа с воздухом).

 

 

Инжекционные горелки.

В инжекционных горелках образование газовоздушной смеси происходит за счет энергии струи газа. Основной элемент инжекционной горелки – инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства внутрь горелки.

 

 

Рисунок 1. Схема многофакельной инжекционной горелки

 

где l1 – длина конфузора, мм (конфузор имеет форму горла и необходим для осуществления подсоса воздуха);

l2 – длина смесительного горла, мм (в смесительном горле происходит перемешивание струи газа и попавшего в горелку воздуха);

l3 – длина диффузора, мм (в диффузоре происходит окончательное перемешивание газа и воздуха, расширение струи газовоздушной смеси и падение давления смеси);

lк – длина коллектора горелочного насадка, мм (коллектор равномерно распределяет поступающий в него газ по огневым отверстиям);

lо. – оптимальное расстояние от обреза сопла до входного сечения горла смесителя, мм.

 

Инжекционные горелки получили широкое распространение во внутридомовых газовых приборах, котельных агрегатах малой и средней мощности и пр., т.е. там, где не требуется обеспечить большую производительность газового агрегата, а необходимо обеспечить четкое, простое и безопасное регулирование процесса образования газовоздушной смеси.

 

Расчет газовых горелок представляет сложную задачу, решаемую на основе теоретических и экспериментальных исследований.

 

 Методика расчета многофакельных инжекционных горелок.

 Исходные данные для расчета:

1)     номинальный расход газа Vг., м3/ч или номинальная тепловая мощность Qном., ккал/ч, Qном. = Vг. * Qн.р.;

2)     номинальное давление газа р перед соплом горелки, кгс/м2;

3)     коэффициент инжекции первичного воздуха α;

4)     химический состав и теплота сгорания газа Qн.р., ккал/м3;

5)     плотность газа ρг, кг/м3.

 

Расчет инжекционной горелки низкого давления (Р ≤ 500 кгс/м2) ведется в следующем порядке:

 

Определяем среднюю скорость истечения газа из сопла, м/с:

 

ωг = φ Ö(2*Δр / ρ)                                                                                                      (1)

 

где φ – коэффициент истечения, учитывает распределение скорости элементарных струй потока по всему сечению сопла и сопротивление потоку, зависит от формы сопла и выбирается по справочнику;

ρ – плотность газа, кг/м3;

Δр – перепад давления газа (между величиной давления внутри сопла и на выходе из сопла), кгс/м2:

 

Δр = р1 – р2                                                                                                               (2)

 

где р1 – абсолютное давление газа перед соплом, кгс/м2;

р2 – абсолютное давление среды, в которую вытекает газ, кгс/м2; для инжекционных горелок низкого давления р2 равно атмосферному давлению.

 

Находим площадь поперечного сечения сопла, мм2:

 

f D1 = 106 * Vг. / (3600*ωг)                                                                                          (3)

 

Диаметр поперечного сечения сопла составит, мм:

 

D1 = Ö(4*f D1 /π)                                                                                                         (4)

                

Диаметр сопла смесителя D3 вычисляют по формуле, мм:

 

D3 = D1 * Ö(1 + п)*(1 + п* ρв/ ρг)                                                                                (5)

 

Для атмосферных горелок, работающих на природном газе, объем первичного воздуха п составляет (0,4¸0,6)*V от теоретически необходимого воздуха для сжигания 1 м3 газа, где V – расход воздуха на сжигание газа, принимают равным 9,52÷9,88 м3/м3.

 

Диаметры конфузора D2  и диффузора D4 принимают в следующих пределах соответственно, мм:

 

D2 = (1,5¸2,0)*D3                                                                                                     (6)

 

D4 = (2,0¸2,2)*D3                                                                                                      (7)

 

Длина конфузора l1 зависит от суммарного угла сужения конфузора, принимаемого в пределах 45 – 90°. Длина конфузора определяется, мм:

 

l1 = (1,5¸2,0)*D3                                                                                                       (8)

 

Длина горла смесителя составляет, мм:

 

l2 = (1,0¸2,0)*D3                                                                                                               (9)

 

Длина диффузора l3 зависит от суммарного угла расширения диффузора b      (b = 6¸8°):

 

l3 = (D4 – D3) / (2tg(b/2))                                                                                          (10)

 

lо. = (0,5¸1,4)*D3                                                                                                      (11)

 

Следует помнить, что вдвигание сопла внутрь горла смесителя понижает коэффициент инжекции.

 

Суммарная площадь огневых отверстий горелочного насадка определяется:

 

Σfогн. =  Vсм. / (3600*ωогн.) = Vг.*(1 + п) / (3600*ωогн.)                                              (12)

 

где ωогн. – скорость истечения газовоздушной смеси из огневых отверстий, м/с; величина этой скорости зависит от диаметра огневых отверстий dогн. и должна находиться в пределах, исключающих отрыв и проскок пламени.

 

dогн. и ωогн. принимается исходя из условий предупреждения отрыва и проскока пламени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Приближенные значения скоростей смесей

                                                                       природного газа с воздухом, при которых

                                                                       происходит проскок пламени, м/с

                                                                       (температура смеси 20°С).

 

Диаметр огневого отверстия, мм

Коэффициент избытка первичного воздуха до 0,6 включительно

3,5

0,05

4,0

0,08

5,0

0,09

6,0

0,11

7,0

0,13

8,0

0,15

9,0

0,17

10,0

0,20

 

 

 

Рисунок 2. Скорости отрыва пламени газовоздушной смеси в зависимости от размера огневых отверстий и содержания первичного воздуха.

 

 

По выбранному диаметру огневых отверстий их число определяется как:

 

N = 4*Σfогн. / (π*d2огн.)                                                                                             (13)

 

Выбор оптимальных расстояний s между осями горелочных отверстий для обеспечения беглости пламени, но без слияния отдельных факелов друг с другом, производится по графикам:

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Максимальные расстояния между горелочными отверстиями, при которых сохраняется беглость огня (для природного газа)

 

 

1,2,3,4,5,6 – диаметры отверстий, мм; цифры в скобках – доля первичного воздуха в газовоздушной смеси от теоретически необходимого количества.

 

 

Рисунок 4. Минимальные расстояния между отверстиями, при которых не происходит слияния отдельных факелов (для природного газа).

1,2,3,4,5,6, -- диаметры отверстий, мм;  цифры в скобках – доля первичного воздуха в газовоздушной смеси от теоретически необходимого количества.

Необходимая для пользования графиками тепловая нагрузка на огневые отверстия ккал/(м2*ч):

 

q = Vг.*Qн.р. / Σfогн.                                                                                                    (14)

 

Оптимальное расстояние lо. от обреза сопла до входного сечения горла смесителя составляет, мм:

 

 

Длина коллектора горелочного насадка lк, как правило, задается по условию (исходя из геометрических и технических характеристик топочного устройства газоиспользующего агрегата.

При  двухрядном (наиболее распространенном) расположении огневых отверстий на коллекторе его длина определяется следующим образом, мм:

 

lк = (N – 1)*s/2   +   2s                                                                                             (15)

 

при трехрядном расположении соответственно

 

lк = (N – 1)*s/3   +   3s                                                                                       

 

 

Методом подбора последовательно определяют, при каком количестве рядов огневых отверстий длина коллектора будет соответствовать требуемому значению.

 

 

 

Примечание: методика расчета инжекционной горелки низкого давления и информационный материал теоретический части настоящих методических рекомендаций взяты из источника:

Скафтымов Н. А. Основы газоснабжения. Недра, Л., 1975.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные для решения задач

№ вариан

та

Номиналь

ный расход газа Vг., м3/ч

Содержа ние первично

го воздуха α

Плотность газа ρг, кг/м3

Значе ние коэффи циента истече ния φ

Суммарный угол расширения диффузора b, град.     

Теплота сгорания газа Qн.р., ккал/м3

Диа метр огне вых отверс тий dогн., мм

Номи   нальное давле ние газа перед соплом горелки, кгс/м2

1

8

0,40

0,73

0,75

6

8400

1

350

2

9

0,55

0,80

0,85

7

8410

2

400

3

10

0,60

0,79

0,87

8

8420

3

450

4

11

0,43

0,74

0,75

6

8430

4

500

5

12

0,54

0,76

0,85

7

8440

5

350

6

13

0,59

0,81

0,87

8

8450

6

400

7

8,5

0,60

0,76

0,75

6

8460

1

450

8

9,5

0,50

0,73

0,85

7

8470

2

500

9

10,5

0,40

0,79

0,87

8

8480

3

350

10

11,5

0,49

0,81

0,75

6

8490

4

400

11

12,5

0,54

0,74

0,85

7

8500

5

450

12

13,5

0,60

0,78

0,87

8

8510

6

500

13

7,5

0,51

0,73

0,75

6

8520

1

350

14

8,5

0,42

0,80

0,85

7

8530

2

400

15

9,5

0,60

0,79

0,87

8

8540

3

450

16

10,5

0,43

0,73

0,75

6

8550

4

500

17

11,5

0,60

0,74

0,85

7

8560

5

350

18

12,5

0,50

0,75

0,87

8

8570

6

400

19

8

0,41

0,76

0,75

6

8580

1

450

20

9

0,60

0,72

0,85

7

8590

2

500

21

10

0,60

0,78

0,87

8

8600

3

350

22

11

0,51

0,74

0,75

6

8610

4

400

23

12

0,42

0,74

0,85

7

8620

5

450

24

13

0,60

0,78

0,87

8

8630

6

500

25

8,5

0,50

0,79

0,75

6

8640

1

350

26

9,5

0,58

0,76

0,85

7

8650

2

400

27

10,5

0,43

0,73

0,87

8

8660

3

450

28

11,5

0,60

0,75

0,75

6

8670

4

500

29

12,5

0,40

0,81

0,85

7

8680

5

350

30

13,5

0,50

0,75

0,87

8

8690

6

400

31

7,5

0,54

0,82

0,75

6

8680

1

450

32

8,5

0,48

0,74

0,85

7

8670

2

500

33

9,5

0,60

0,76

0,87

8

8660

3

350

34

10,5

0,41

0,72

0,75

6

8650

4

400

35

11,5

0,40

0,73

0,85

7

8640

5

450

36

12,5

0,60

0,79

0,87

8

8630

6

500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание: 1) принимаем, что горелка расположена снаружи газифицированного агрегата (котла), при этом внутри котла расположен только коллектор (на всю свою длину), а длина топки совпадает с длиной коллектора и составляет 1700 мм;

2) плотность воздуха принять равной 1,29 кг/м3.

 

 

 

 

 

Пример выполнения заданий

 

Рассчитать многофакельную инжекционную горелку низкого давления.

Вариант №36.

 

1.      ωг = 0,87 * Ö(2*(500-0)/0,79) = 30,95 м/с

2.      f D1 = 106 * 12,5 / (3600*30,95) = 112,2 мм2

3.      D1 = Ö(4*112,2 / 3,14) = 11,96 мм.

4.      Принимаем. что для сжигания 1 м3 газа требуется 9,6 м3 воздуха. тогда объем первичного воздуха составит: п = 0,6*9,6 = 5,76 м3/м3

5.      D3 = 11,96 * Ö(1 + 5,76)*(1 + 5,76*1,29 / 0,79) = 100,31 мм

6.      D2 = 1,6 * 100,31 = 160,5 мм

7.      D4 =  2,15 * 100,31 = 215,67 мм  

8.      l1 = 1,6 * 100,31 = 160,5 мм

9.      l2 = 1,9 * 100,31 = 190,59 мм

10. l3 = (215,67 – 100,31)/ (2tg(8/2)) = 824,86 мм      

11. lо. = 1,1*100,31 = 110,34 мм

12. Vсм. = Vг. * (1 + п) = 12,5 * (1 + 5,76) = 84,5 м3

13. По рисунку №2 скорость отрыва пламени от огневых отверстий при диаметре огневого отверстия 6 мм составляет 2,8 м/с (по таблице №1 определяем скорость проскока пламени = 0,11 м/с); принимаем скорость истечения газовоздушной смеси из огневого отверстия равной 2,6 м/с

14. Σfогн. =  84,5 / (3600 * 2,6) =  0,009 м2 (не более, т.к. при большей суммарной площади огневых отверстий произойдет отрыв пламени)

15. N = 4 * 0,009 / (3,14 * 0,0062) = 319 шт.

16. q = 12,5 * 8630 / 0,009 =  11986111 / 1000000 = 11,99 ккал/мм2*ч   По рисункам №№ 3,4 расстояние  между осями горелочных отверстий составляет s=13¸18 мм; принимаем величину s равной 15 мм. 

17. lк = (319 – 1)*15/2   +   2*15 = 2415 мм (больше требуемой величины – 1700 мм) – при двухрядном расположении огневых отверстий на коллекторе горелки.

18. lк = (319 – 1)*15/3   +   3*15 = 1635 мм (соответствует требуемой величине – 1700 мм) – при трехрядном расположении огневых отверстий на коллекторе горелки; следовательно принимает трехрядное расположение огневых отверстий.

 

Ответ:                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

ωг = 30,95 м/с

f D1 = 112,2 мм2

D1 = 11,96 мм.

D3 = 100,31 мм

D2 = 160,5 мм

D4 = 215,67 мм  

l1 = 160,5 мм

l2 = 190,59 мм

l3 = 824,86 мм      

lо. =110,34 мм

Vсм. = 84,5 м3

Скорость истечения газовоздушной смеси при диаметре огневого отверстия 6 мм составляет 2,6 м/с

Σ fогн. =  0,009 м2 (не более)

N = 319 шт.

q = 11,99 ккал/мм2*ч      Расстояние  между осями огневых отверстий s=13¸18 мм, принимаем равное 15 мм.

Принимаем трехрядное расположение огневых отверстий, lк = 1635 мм        

 

 

Вывод: выполняя практическую работу, я научился производить расчет инжекционной горелки низкого давления по заданным параметрам.

 

 

 

При выполнении работы необходимо:

1)выполнить расчеты с указанной степенью точности и  оформить их по приведенному образцу;

2) на листе миллиметровой бумаги схематично изобразить рассчитанную горелку и указать на схеме все ее рассчитанные геометрические параметры.

Хостинг от uCoz