Расчет инжекционной горелки низкого давления
Инжекционные атмосферные горелки применяются в установках низкого давления малой и средней производительности для газов с теплотой сгорания QHР > 28000 кДж/м3, в бытовых приборах, различных промышленных печах, котлах малой производительности (рис.6.1).
Рис.6.1. Схема инжекционной горелки низкого давления
Расчетные характеристики атмосферных горелок:
Номинальное давление газа, Па..............................................................500-3000
Минимальное давление газа, обеспечивающее
устойчивое горение, Па..............................................................................200-300
Необходимое разряжение в топке................................................................20-60
Коэффициент избытка воздуха в топке.....................................................1,2 - 1,6
То же, для бытовых приборов без регулирования
подачи воздуха..............................................................................................до 3,0
Коэффициент инжекции для природного газа...........................................0,4-0,6
То же, для жидких газов...............................................................................0,5-0,7
Потери от химической неполноты сгорания, %...........................................до 0,3
Теплонапряжение топочного объема..................................до 1400-10 кДж/м3ч.
Для расчета инжекционной горелки низкого давления необходимы следующие данные:
Рг – давление газа перед горелкой, Па.
В проекте принимается Рг = 1000 + (№зад · 20).
– низшая
теплота сгорания газа;
Q – тепловая нагрузка горелки, кДж/ч, принимаемая в проекте
Q = 20000 + (№зад ·100).
λ = 1,043 кг/м3 – удельный вес газа;
α* = 0,5 – коэффициент инжекции;
Zо – теоретически необходимое количество воздуха, (м3 воздуха/м3 газа) которое можно определить по формуле
Zо = 0,024 · (H2 + Σ (3 · n + 1) - CnH2n + 2 + Σ (3 · n · CnH2n) – 2 · O2) (6.1)
Расчет ведут в следующей последовательности:
определяют расход газа горелкой:
(6.2)
площадь поперечного сечения сопла инжектора определяют по формуле
(6.3)
φ = 0,7 – коэффициент истечения;
диаметр сопла, мм, определяют по его площади:
(6.4)
n = 1 – количество сопел горелки;
определяют расстояние от устья сопла до горловины
(6.5)
a - коэффициент турбулизации струи, для сопла с поджатием; при угле β/2 = 27° принимают а = 0,071;
γB = 1.2 кг/м3 – удельный вес воздуха;
диаметр горловины определяют по формуле
dг = 6,8 (a · X + 0,145 · dc) (6.6)
длина горловины горелки принимается
lг = (1,5...2) · dг (6.7)
диаметр входного сечения конфузора принимают
dк = (1.5...2) · dг (6.8)
длину конфузора, имеющего форму усеченного конуса, определяют по формуле
(6.9)
– угол
раскрытия конуса, который для конфузора
принимают
20-25°;
диаметр выходного сечения диффузора:
dд = dг /0,55 (6.10)
зная dд и dг, можно определить длину диффузора: угол его раскрытия обычно принимается равным 6-8°
(6.11)
Она должна быть не менее 6dг для полного смешения газа с воздухом.
диаметр многофакельной насадки обычно принимают равным
выходному диаметру диффузора:
dн = dн (6.12)
далее задаются диаметром кратера горелки (dк = 20-100 мм) или горелочных отверстий (dогн = 3...6 мм) и определяют максимально допустимую скорость выхода газо-воздушной смеси из горелки, при которой не будет происходить отрыва пламени от горелки (прил. 4, рис. П4.3).
по полученной скорости определяем кратера горелки или горелочных отверстий
tсм принимают примерно равной температуре воздуха в помещении (tсм = 21℃).
количество горелочных отверстий
n1 = fогн / (0,785 · d2огн) (6.14)
dогн задается раньше, м;
определяют длину насадки горелки:
при одном ряде отверстий
lн = n1 · S + 25 (6.15)
при двух рядах отверстий
lн = 0,5· n1 · S + 2· S
S - шаг между отверстиями, принимается в зависимости от α и dогн по прил. 4, табл. П4.8.
При расположении отверстий в 2 ряда необходимо размещать их в шахматном порядке и принимать значения S близкие к Smax; расстояние между рядами равно 2,5; глубина отверстия до 3·dогн, но не более 13 мм.
Приложение 1. исходные данные
Таблица П1.1 – Средние составы и характеристики природных газов
некоторых месторождений РФ
№ варианта |
Месторождение газа |
Состав газа по объему, % |
Плотность кг/м3 при t=0ºC, P=101,3 кПа |
Теплота сгорания в кДж/м3 при t=0ºC, P=101,3 кПа |
||||||||
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
C5H12 |
CO2 |
H2S |
N2 |
высшая |
низшая |
|||
1 |
Степановское |
95,1 |
2,3 |
0,7 |
0,4 |
0,8 |
0,2 |
– |
0,5 |
0,772 |
41889 |
37832 |
2 |
Ленинградское |
86,9 |
6 |
1,6 |
1 |
0,5 |
1,2 |
– |
2,8 |
0,833 |
42409 |
38364 |
3 |
Северо-ставропольское |
98,7 |
0,39 |
0,12 |
0,04 |
0,01 |
0,1 |
– |
0,7 |
0,727 |
39615 |
35695 |
4 |
Медвежье |
99 |
0,1 |
0,005 |
– |
– |
0,095 |
– |
0,8 |
0,723 |
39061 |
35123 |
5 |
Оренбургское |
85 |
4,9 |
1,6 |
0,75 |
0,55 |
0,6 |
1,3 |
5,0 |
0,840 |
40671 |
36665 |
6 |
Вуктылское |
76,8 |
8,8 |
3,9 |
2,8 |
6,4 |
1,3 |
– |
4,3 |
1,043 |
52322 |
47458 |
7 |
Угерское |
98,3 |
0,45 |
0,25 |
0,3 |
– |
0,1 |
– |
0,6 |
0,732 |
3999 |
36071 |
8 |
Шебелинское |
93,3 |
4 |
0,6 |
0,4 |
0,3 |
0,1 |
– |
1,3 |
0,772 |
41120 |
37405 |
9 |
Галинское |
93 |
3,1 |
0,7 |
0,6 |
– |
0,1 |
– |
2,5 |
0,771 |
40616 |
36654 |
10 |
Ставропольское |
93,8 |
2 |
0,8 |
0,3 |
0,1 |
0,4 |
– |
2,6 |
0,764 |
40021 |
36118 |
Таблица П1.1 – Средние составы и характеристики природных газов
некоторых месторождений РФ (окончание)
№ варианта |
Месторождение газа |
Состав газа по объему, % |
Плотность кг/м3 при t=0ºC, P=101,3 кПа |
Теплота сгорания в кДж/м3 при t=0ºC, P=101,3 кПа |
||||||||||
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
C5H12 |
CO2 |
H2S |
N2 |
высшая |
низшая |
|||||
11 |
Карадагское |
93,2 |
2,1 |
1,2 |
1 |
1,2 |
0,8 |
– |
0,5 |
0,807 |
42868 |
38739 |
||
12 |
Ачакское |
9 |
3,6 |
0,95 |
0,25 |
0,3 |
0,4 |
– |
1,3 |
0,776 |
41230 |
37125 |
||
13 |
Тенгенское |
89,4 |
6,0 |
2,0 |
0,7 |
0,4 |
1 |
– |
0,5 |
0,82 |
40778 |
36723 |
||
14 |
Заполярное |
98,5 |
0,2 |
0,05 |
0,012 |
0,001 |
0,5 |
– |
0,7 |
0,729 |
39456 |
33483 |
||
15 |
Уренгойское |
97,6 |
0,1 |
0,01 |
– |
– |
0,3 |
– |
1,95 |
0,73 |
38842 |
34925 |
||
16 |
Дашавское |
98,3 |
0,3 |
0,1 |
0,2 |
– |
0,1 |
– |
1,0 |
0,724 |
– |
35665 |
||
17 |
Березовское |
94,6 |
0,5 |
0,3 |
0,2 |
– |
1,1 |
– |
3,3 |
0,763 |
– |
34786 |
||
18 |
Деминское |
92,6 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,5 |
– |
5,9 |
0,763 |
– |
34116 |
||
19 |
Усть-велюйское |
90,0 |
4,5 |
0,9 |
0,3 |
1,1 |
0,2 |
– |
3,0 |
0,815 |
– |
37883 |
||
20 |
Жирновское |
81,6 |
6,5 |
3 |
1,9 |
1,4 |
4 |
0,1 |
1,5 |
0,712 |
45077 |
40491 |
||
Таблица П1.2 – Варианты заданий
Номер варианта |
Варианты |
Этажность |
Норма жилой площади м2/чел. |
Номер расчетного микрорайона |
||||
Генплан района |
План этажа |
|||||||
1 |
1 |
1 |
5 |
9 |
1 |
|||
2 |
2 |
2 |
6 |
12 |
2 |
|||
3 |
3 |
3 |
9 |
15 |
3 |
|||
4 |
4 |
4 |
5 |
9 |
1 |
|||
5 |
5 |
5 |
6 |
12 |
2 |
|||
6 |
6 |
5 |
9 |
15 |
3 |
|||
7 |
7 |
1 |
5 |
9 |
1 |
|||
8 |
8 |
2 |
6 |
12 |
2 |
|||
9 |
9 |
3 |
9 |
15 |
3 |
|||
10 |
10 |
4 |
5 |
9 |
1 |
|||
Таблица П1.3 – Тепловые нагрузки сосредоточенных
потребителей газа сети низкого давления
Номер варианта |
Тепловые нагрузки, мДж/ч. |
||
баня |
больница |
гостиница |
|
1 |
2000 |
1800 |
1500 |
2 |
2100 |
1900 |
1600 |
3 |
2200 |
2000 |
1700 |
4 |
2300 |
2100 |
1800 |
5 |
2400 |
2200 |
1900 |
6 |
2500 |
2300 |
2000 |
7 |
2600 |
2400 |
2100 |
8 |
2700 |
2500 |
2200 |
9 |
2800 |
2600 |
2300 |
10 |
2900 |
2700 |
2400 |
Таблица П1.4 – Расход газа сосредоточенными
потребителей газа сети среднего давления
№ варианта |
Расход газа, м3/ч |
||||
Котельная |
Банно-прачечный комбинат |
Хлебо-завод |
Мясоком-бинат |
Завод ЖБИ |
|
1 |
200 |
250 |
200 |
260 |
230 |
2 |
250 |
300 |
220 |
310 |
320 |
3 |
300 |
350 |
300 |
360 |
350 |
4 |
350 |
400 |
320 |
410 |
430 |
5 |
400 |
450 |
400 |
460 |
450 |
6 |
450 |
500 |
420 |
510 |
530 |
7 |
500 |
550 |
500 |
560 |
550 |
8 |
550 |
600 |
520 |
610 |
630 |
9 |
600 |
650 |
600 |
660 |
650 |
10 |
650 |
700 |
670 |
690 |
680 |
Приложение 2. Генплан жилого района города
Вариант 1 Вариант 2
Вариант 3 Вариант 4
Вариант 5 Вариант 6
Вариант 7 Вариант 8
Вариант 9 Вариант 10
Приложение 3. План типового этажа
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Вариант 5
Приложение 4. Вспомогательные материалы
Таблица П4.1 – Фонд жилой площади в долях
от площади городской застройки
Кол-во этажей |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
12 и более |
Фонд жилой площади, ж |
0,31 |
0,32 |
0,34 |
0,35 |
0,37 |
0,39 |
Таблица П4.2 – Нормы расхода газа
Назначение расходуемого газа |
Единица измерения |
Норма расхода газа в год, МДж |
Количество единиц измерения на 1000 жителей |
приготовление пищи (при наличии в квартире газовой плиты и централизованного горячего водоснабжения) |
на 1 человека |
2680 |
1000 |
приготовление пищи и горячей воды без стирки белья (при наличии в квартире газовой плиты и газового нагревателя) |
на 1 человека |
5320 |
1000 |
стирка белья в домашних условиях |
на 1 т. сухого белья |
8790 |
50 |
школы, вузы, техникумы |
на 1 обучающегося |
170 |
180 |
Общежитие вузов |
то же |
2090 |
10 |
Столовые: приготовление обедов приготовление завтраков или ужинов |
на 1 обед на 1 завтрак илиужин |
1530 770
|
924 470
|
Таблица П4.3 – Значения коэффициента часового максимума
Число жителей, снабжаемых газом, тыс. чел. |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
100 |
Кт |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П4.4 – Характеристика регуляторов давления
Тип регуляторов |
Услов-ный проход Dy, мм |
Диаметр клапана |
Максимальное допустимое давление перед регулятором (избыточное) Р1, кПа |
Конечное давление (избыточное) Р2, кПа |
Максимальная пропускная способность, QT, м3/ч |
РДУК 2-50 |
50 |
35 |
1200 |
0,6-60 с пилотом КН-2
600 с пилотом КВ-2 |
240 |
РДУК 2-50 |
100 |
50 |
650 |
||
РДУК 2-50 |
100 |
70 |
950 |
||
РДУК 2-50 |
200 |
105 |
2000 |
||
РДУК 2-50 |
200 |
140 |
2900 |
Таблица П4.5 – Номинальная тепловая нагрузка газовых приборов (кДж/ч)
Плиты газовые: |
|
Плита двухконфорочная с духовым шкафом |
26000 |
Плита четырехконфорочная с духовым шкафом |
43500 |
Проточные водонагреватели: |
|
ВПГ - 8 |
33500 |
ВПГ- 18 |
75400 |
ВПГ - 25 |
104700 |
Емкостные водонагреватели: |
|
АГВ-80М |
25100 |
АГВ-120М |
50200 |
Таблица П4.6 – Значения коэффициентов
одновременности для жилых зданий
Количество квартир |
Тип установленных приборов |
|||||
Плита 4-х конфорочная |
Плита 2-х конфорочная |
Плита 4-х конфорочная и проточный водонагреватель |
Плита 2-х конфорочная и проточный водонагреватель |
Плита 4-х конфорочная и емкостный водонагреватель |
Плита 2-х конфорочная и емкостный водонагреватель |
|
1 |
1 |
1 |
0,72 |
0,75 |
1 |
1 |
2 |
0,65 |
0,84 |
0,46 |
0,48 |
0,59 |
0,71 |
3 |
0,45 |
0,73 |
0,35 |
0,37 |
0,42 |
0,55 |
4 |
0,35 |
0,59 |
0,31 |
0,325 |
0,34 |
0,44 |
5 |
0,29 |
0,48 |
0,28 |
0,29 |
0,287 |
0,38 |
6 |
0,28 |
0,41 |
0,26 |
0,27 |
0,274 |
0,34 |
7 |
0,27 |
0,36 |
0,25 |
0,26 |
0,263 |
0,3 |
8 |
0,265 |
0,32 |
0,24 |
0,25 |
0,257 |
0,28 |
9 |
0,253 |
0,289 |
0,23 |
0,24 |
0,249 |
0,26 |
10 |
0,254 |
0,263 |
0,22 |
0,23 |
0,243 |
0,25 |
11 |
0,25 |
0,258 |
0,21 |
0,22 |
0,237 |
0,245 |
12 |
0,245 |
0,245 |
0,207 |
0,215 |
0,23 |
0,24 |
13 |
0,243 |
0,249 |
0,2 |
0,21 |
0,229 |
0,236 |
14 |
0,241 |
0,245 |
0,195 |
0,205 |
0,226 |
0,231 |
15 |
0,24 |
0,242 |
0,19 |
0,2 |
0,223 |
0,228 |
20 |
0,235 |
0,23 |
0,181 |
0,19 |
0,217 |
0.222 |
25 |
0,233 |
0,221 |
0,178 |
0,185 |
0,215 |
0,219 |
30 |
0,231 |
0,218 |
0,176 |
0,184 |
0,213 |
0,216 |
35 |
0222 |
0,215 |
0,174 |
0,183 |
0,211 |
0,213 |
40 |
0,227 |
0,213 |
0,172 |
0,18 |
0,209 |
0,211 |
45 |
0,225 |
0,212 |
0,171 |
0,179 |
0,206 |
0,208 |
50 |
0,233 |
0,211 |
0,170 |
0,178 |
0,205 |
0,205 |
60 |
0,22 |
0,207 |
0,166 |
0,175 |
0,202 |
0,202 |
70 |
0,217 |
0,205 |
0,164 |
0,174 |
0,199 |
0,199 |
80 |
0,214 |
0,204 |
0,163 |
0,172 |
0,197 |
0,198 |
90 |
0,212 |
0,203 |
0,161 |
0,171 |
0,195 |
0,196 |
Таблица П4.7 – Давление газа перед приборами и расчетные перепады давления, Па
Вид газа |
Давление на выходе из ГРП |
Давление газа перед бытовыми приборами |
Расчетный перепад давления в сетях |
||||||
номинальное |
максимальное |
минимальное |
суммарный |
в распределит. |
в дворов. и дом. |
в дворовой |
в домовой |
||
Все виды природных газов, газовоздушные смеси сжиженных газов и другие газы с Qнр = 32000...40000 кДж/м3 при номинальном давлении перед бытовыми приборами 2000 Па |
3000 |
2000 |
2800 |
1000 |
1800 |
1200 |
600 |
250/350 |
350/250 |
Тоже, при номинальном давлении газа перед приборами 1300 Па |
2000 |
1300 |
1800 |
650 |
1150 |
800 |
350 |
100/200 |
250/150 |
Примечание: В числителе приведены расчетные перепады давления при многоэтажной застройке, в знаменателе – при одноэтажной застройке.
Таблица П4.6 – Шаг огневых отверстий в зависимости
от α и dогн при низком давлении газа
Диаметр огневого отверстия dогн , мм |
Минимальный шаг Smin, мм при α |
Максимальный шаг Smax, мм при α |
||||||
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
|
1,0 |
7 |
5 |
4 |
– |
15 |
7 |
4 |
- |
2,0 |
11 |
9 |
7 |
5 |
20 |
13 |
8 |
6 |
3,0 |
14 |
12 |
9 |
6 |
22 |
18 |
12 |
8 |
4,0 |
16 |
14 |
12 |
8 |
24 |
20 |
15 |
11 |
5,0 |
18 |
16 |
14 |
10 |
27 |
23 |
19 |
15 |
6,0 |
20 |
18 |
16 |
13 |
30 |
26 |
22 |
18 |
Рисунок П4.3 – Максимально допустимые скорости истечения газовоздушных смесей из горелок: Wmax = 3м/с
Рисунок П4.1 – Номограмма для определения потерь давления
в газопроводах среднего давления (до 5 кПа).
Природный газ ρ = 0,73 кг/м3 , ʋ =14,3 · 10-6 м /с
Рисунок П4.2 – Номограмма для определения потерь давления
в газопроводах низкого давления (до 5 кПа).
Природный газ ρ = 0,73 кг/м3 , ʋ =14,3 · 10-6 м /с