Расчёт инжекционной горелки среднего давления

 

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.