Расчёт газовой горелки

12. Расчёт газовой горелки

Теоретические основы

Расчет горелок приходится выполнять как при проектировании новых конструкций (конструктивный расчет), так и в случае применения ранее разработанных горелок для новых условий работы (поверочный рас чет).

Сопловая часть. Подавляющее большинство горелок работает в условиях докритической скорости истечения газа, т.е. при его избыточном давлении не более 85 кПа. При давлении газа перед соплом более 85 кПа наступают критические условия истечения. В нерасширяющемся сопле скорость газа достигает скорости звука и дальнейшего увеличения ее не происходит. Для получения максимальной (сверхзвуковой) скорости следует применять сопло с расширяющимся насадком (сопло Лаваля).

Однако до избыточных давлений 100–150 кПа расширяющийся насадок сопла получается таким малым, что практически те же результаты дают обычные сопла, изготовление которых значительно проще.

Истечение газа из отверстия или сопла сопровождается двумя явлениями:

-  снижением скорости струи из-за наличия сопротивления трения и потерь энергии за счет завихрения потока;

-  сжатием струи, заключающимся в том, что минимальное сечение ее оказывается меньше, чем сечение отверстия или сопла. Это имеет место из-за наличия инерции газовых струй при входе в отверстие или сопловой канал.

Тракт воздуха и смеси. При расчете тракта движения воздуха и смеси в пределах горелки учитываются только местные сопротивления, вызываемые изменениями величины или направления скорости потока.

В горелках полного и частичного предварительного смешения кроме неизбежных изменений скорости и направлений потока воздуха и смеси, обусловленных конструкцией горелки, имеют место значительные потери давления в смесителе, так как наиболее эффективное смешение происходит при больших скоростях взаимодействующих струй газа и воздуха.

Как правило, наибольшая потеря давления в кинетических горелках связана с необходимостью создания такой выходной скорости, которая может обеспечить устойчивую работу горелки без проскоков пламени при заданных минимальных нагрузках.

Для диффузионных горелок и горелок с частичным предварительным смешением, если смесь лежит вне концентрационных пределов воспламенения, выходная скорость может быть значительно ниже. В-этом случае она определяется требованиями процесса турбулентной диффузии в топке или условиями стабилизации факела

Рисунок 9 – Схема газовой горелки

Расчёт горелки низкого давления

Для расчёта газовой горелки принимаем мощность огнеупорного туннеля равную 80 кВт, Qн = 35522 кДж/м³, плотность газа 0,723 кг/м³, t_г=10 °С, V^o=9,07 м³/м³. Коэффициент избытка первичного воздуха α=0,6. Давление газа 2 кПа.

1)         Определяем расход газа:

2)         Определяем скорость выхода газа из сопла, приняв коэффициент расхода сопла μ=0,9

3)         Рассчитываем площадь и диаметр сопла

4)         Определяем коэффициенты эжекции

5)         Учитывая достаточно высокое давление газа перед горелкой, принимаем эжекционный смеситель укороченного типа, с коэффициентом потерь К=3,0

6)         Принимаем коэффициент расхода огневых отверстий головки μ₀=0,8 и находим коэффициент сопротивления огневых отверстий

7)         Рассчитываем коэффициент К1, учитывающий потери в головке горелки, принимая температуру подогрева гозовоздушной смеси на выходе из головки горелки Тсм=373К

8)         Рассчитываем оптимальное значение суммарной площади выходных отверстий горелки

 

9)         Рассчитываем скорость выхода газовоздушной смеси из огневых отверстий

10)      Для Wо и α=0,6 значение диаметра огневых отверстий равно d=6 мм; Wотр=2,95 м/с

11)      Находим количество огневых отверстий

12)      Шаг отверстий принимаем S=20 мм, находим длину головки горелки

13)      Определяем оптимальный диаметр горловины смесителя

Диаметр горловины будет равен

14)      Рассчитываем остальные размеры смесителя:

– диаметр входного конфузора

– длина входного конфузора

– диаметр на выходе из диффузора d_д=1,4 d_г=135,8

– длина диффузора l_д = 3,8 d_г = 570 мм

– длина смесителя l_см = 1,6 d_г =155,2 мм

– длина эжекционной смесителя lэж = 5,6 d_г = 543,2 мм

– Радиус сопряжения конфузора с горловиной R=2,4 d_г = 232,8 мм

– общая длина газовой горелки L= lэж+ l_см=543,2+155,2=698,4

Список использованных источников

1.    Ионин А.А. Газоснабжение – М.: Стройиздат, 1989 г. – 439с

2.    СНиП 42.01–2002 Газораспределительные системы. М.: Стройиздат, 1987 г.

3.    Прохоров С.Г. Примеры расчёта газовых горелок. – Пенза: ПГАСА, 2000 г.

4.    СНиП 23–01–99 Строительная климатология.

5.    СНиП 2.04.07–86* Тепловые сети.

6.    СП 42–101–2003 Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полимерных труб.

7.    Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н. Справочник по газоснабжению и использованию газа – Л.: Недра, 1990 г.

8.   Учитель И.Л., Ярошенко В.Н., Гладких И.И., Капочкин Б.Б. Основы неогеодинамики. Сети газопроводов как элемент деформационного мониторинга // Одесса, Астропринт, 2001. – 144 с.

9.   Капочкин Б.Б., Нагребецкий В.С., Кучеренко Н.В. Эндогенные причины обрушения строений в г. Одессе. – Материалы 3-ей конференции ОРАН. – Одесса. – 1999 г. – Астропринт.- с. 93–94.

10.      СП 42–103–2003: Особенности проектирования наружных газопроводов из полиэтиленовых труб.