2020-10-10
262
Определить основные конструктивные размеры и глубину регулирования тепловой мощности однофакельной инжекционной горелки среднего давления для сжигания газа в нагревательной печи по следующим исходным данным:
- тепловая мощность горелки Q 
= 180 кВт =154772,1 ккал/ч;
- давление газа перед соплом горелки p = 22 кПа = 2244 кгс/м2;
- стабилизатор – керамический туннель;
- горелка предназначена для сжигания газа, низшая теплота сгорания и плотность которого равны: Q 
= 39482,5 кДж/м 
= 9423,03 ккал/м2, ρ 
= 0,82 кг/ м 
;
- температура газа, воздуха и смеси t = 25 ˚C;
- разрежение в топке h 
= 0;
- сопротивление воздухопровода h 
= 0.
Решение
Номинальный расход газа
V 
= Q / Q
V = 
= 16,42 м /ч.
Средняя скорость истечения газа из сопла горелки
φ = 0,85; К = 1,3; р1 = 10332,6 + 3060 = 13392,6 кгс/м2; р0 = р2 = 10332,6 кгс/м2; ρ0=0,82 кг/м
Площадь поперечного сечения сопла
f 
= 10 
·V /(3600 ·w )
f = 10 ·16,42/(3600·217,44) = 21,0 мм 
.
Диаметр сопла
D 
= 
D = 
= 5,2 мм.
Кратность инжекции при условии, что α = 1,04
n = α ·V ; V = V0 = 10,43 м3/м3
n= 1,04 · 10,43 = 10,85 м / м .
Диаметр горла смесителя
D 
= D 
D = 5,2 ∙ 
= 76 мм.
Диаметр конфузора
D 
= (1,7 ÷ 2,0)·D
D = 1,85·76 = 140,1 мм.
Диаметр диффузора
D 
= (1,5 ÷ 1,7)·D
D = 1,6·76 = 121 мм.
Диаметр кратера
D 
= (1,07÷ 1,1)·D3
Рисунок 2 – Инжекционная горелка среднего давления
D = 1,085·76 = 82,2 мм.
Длина конфузора
l = (1,5 ÷ 1,7)·D
l = 1,6· 76 = 121 мм.
Длина горла смесителя
l = (3,0 ÷ 4,0)·D
l = 3,5·76 = 265 мм.
Длина диффузора
l = (D - D )/[2tg (β/2)]
l = (121-76)/[2tg (6/2)] = 434 мм.
Длина горелочного насадка
l = (1,0 ÷ 1,5)·D
l =1,25·76 = 94,6 мм.
Диаметр туннеля
D = (2,5 ÷ 2,6)·D
D = 2,55· 82,2 = 209 мм.
Длина туннеля
l = (2,5 ÷ 6,0)·D
l = 4,25 · 82,2 = 349 мм.
Проверим устойчивость горения при наибольшем среднем давлении газа перед горелкой p 
= 9000 кгс/ м .
Скорость истечения газа из сопла
φ = 0,85; К=1,3; р1=10332,6+9000=19322,6 кгс/м2; р0= р2=10332,6 кгс/м2;
ρ0=0,82 кг/м 
эта скорость на 219,7 % превышает скорость истечения газа при
p = 3060 кгс/м .
Соответственно увеличится и расход газа:
V = 2,197·V = 2,197 · 16,42 = 36,09 м /ч.
Расход газовоздушной смеси при этом
V 
= V ·(1+α·V ) = 36,09·(1+1,04·10,43) = 427,5 м /с.
Соответствующая скорость выхода смеси из кратера горелки
w = 4·V /(р·D 
) = 4·427,5/(3,14·0,0822 ·3600) = 22 м/с.
Допускаемая скорость истечения смесей, состав которых близок к стехиометрическому, в туннеле – 100 м/с, что значительно больше 22 м/с. Следовательно, отрыва пламени не будет.
Проверим устойчивость горения при минимальном давлении газа перед горелкой p 
= 500 кгс/ м .
Скорость истечения газа из сопла
φ = 0,85; К=1,3; р1=10332,6+500=10872,6 кгс/м2; р0= р2=10332,6 кгс/м2;
ρ0=0,82 кг/м
что составляет 34,9 % скорости истечения газа при p = 3060 кгс/м 
.
Соответствующий этой скорости расход газа
V = 0,349·V = 0,349·16,42 = 5,7 м /ч
Расход газовоздушной смеси при этом
V = V ·(1+α ·V )
V = 5,7·(1+1,04·10,43) = 68 м /ч.
Соответствующая скорость выхода смеси из кратера горелки
w = 4·V /(π ·D ) = 4·68/(3,14·0,0822 ·3600) = 3,6 м/с.
По данным рис. Х.5 [2] при диаметре D = 82,2 мм скорость проскока пламени стехиометрической смеси 4,1 м/с. Следовательно, в рассматриваемом случае проскока пламени не произойдёт.
Таким образом, при наличии туннеля горелка будет устойчиво работать во всём расчётном диапазоне среднего давления газа при изменениях тепловой мощности от 34,9 до 219,7 % её номинального значения.
