6. Расчет инжекционной горелки низкого давления

Инжекционные атмосферные горелки применяются в установках низкого давления малой и средней производительности для газов с теплотой сгорания Q_H^Р > 28000 кДж/м³, в бытовых приборах, различных промышленных печах, котлах малой производи­тельности (см. рис.6.1).

Рис.6.1. Схема инжекционной горелки низкого давления

6.1. 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:

Р_Г - давление газа перед горелкой, Па; в проекте принимается

Р_Г =1000 + (N_зад ·20)= 1140 Па;

Q_H^P = 47458 кДж/м³ - низшая теплота сгорания газа (табл.11.1.1);

Q - тепловая нагрузка горелки, кДж/ч, в проекте принимаем

Q = 20000 + (7·100) = 20700 кДж/ч;

λ= 1.043 кг/м³ - удельный вес газа;

α* =0.5 - коэффициент инжекции;

Z₀ - теоретически необходимое количество воздуха, м воздуха/м³ газа которое можно принять по формуле

Z₀=0.024·(H₂+Σ(3·n +1)-C_nH_2n+2+Σ(3·n·C_nH_2n)-2·O₂) (6.1)

Расчет ведем в следующей последовательности:

1) определяем расход газа горелкой

V = Q/ Q_H^P, (6.2)

V = 20700/47458 = 0.44 м³/ч

2) площадь поперечного сечения сопла инжектора определяем по формуле

f _c=V/3600 ·φ·√2·g·P/λ (6.3)

f_c = 0.44/3600· 0.7 ·√2 ·9.81 ·1140/1.043 = 0.011 мм

где φ - коэффициент истечения; φ= 0.7;

3) диаметр сопла определяем по его площади:

d _c =√f_c/0.788n, (6.4)

d _c =√0.011/0.785 ·1 = 0.1184

где п - количество сопел горелки, п = 1;

4) определяем расстояние от устья сопла до горловины

X = d_c/a· (0.23(l + a* ·Z₀) ·√γ_B/γ_r -0,145, (6.5)

Z₀ = 0,024((3 +1)76,8 +(3·2+1)8,8+(3·3+1)3,9+(3·4+1)2,8+

+(3·5+1)6,4 = 13,12

X = 0.1184/0.071(0.23(1+0.5·13.12)√1.2/1.043-0.145)=2.87мм

где d_c - диаметр сопла, мм;

a - коэффициент турбулизации струи, для сопла с поджатием

при угле β/2 = 27°10 - принимаем а=0.071;

γ_B - удельный вес воздуха, кг/м³; γ_B = 1.2 кг/м³;

5) диаметр горловины определяем по формуле

d_r = 6,8(a· X+ 0,145d_c), (6.6)

d_r = 6,8(0,07 ·2,87+0,145· 0,1184)=1,504 мм

6) длина горловины горелки принимается

l_r=(1,5...2)d_Г, (6.7)

l_r=2·1,504 = 3,01 мм

7) диаметр входного сечения конфузора принимаем

d_K=(1.5...2)d_Г, (6.8)

d_K =2·1.504 = 3.01 мм

8) длину конфузора, имеющего форму усеченного конуса, определяем по формуле

l_K=d_K - d_Г/2tgβ/2, (6.9)

где β - угол раскрытия конуса, который принимаем для конфузора 20-25°;

9) диаметр выходного сечения диффузора принимаем

d_Д=d_Г /0,55, (6.10)

d_Д =1,504/0,55 = 2,73мм

10) зная d_Д и d_Г можно определить длину диффузора: угол его раскрытия β, обычно принимается 6-8°

l_Д=(d_a-d_r)/2tgβ/2, (6.11)

1_Д =(2.7 -1.504)/2tg8°/2=9

Она должна быть не менее 6d_Г для полного смешения газа с воздухом;

11) диаметр многофакельной насадки обычно принимают равным

выходному диаметру диффузора:

d_H=d_Д, (6.12)

далее задаемся диаметром кратера горелки d_K = 20-100мм или горелочных отверстий (d_ОГН = 3...6 мм) и определяем максимально допустимую скорость выхода газо-воздушной смеси из горелки, при которой не будет происходить отрыв пламени от горелки по графику на рис.6.2;

Р ис.6.2. Максимально допустимые скорости истечения газовоздушных смесей из горелок: W_max=3м/с

12) по полученной скорости определяем кратера горелки или горелочных отверстий

f_ОГН = (V(I + αZ₀)/3600W_mах )(273 + t_CM )/273), (6.13)

где t_CM - принимаем примерно равной температуре воздуха в по­мещении, t_CM ⁼ 21;

f_ОГН = (44(l+0.5·13.12)/3600 ·3)((273+21) /273)=0.0332

13) количество горелочных отверстий

п₁ = f_ОГН /0,785d²_ОГН = 0,0332/0,785·0,025·10^-3= 17 отв., (6.14)

где d_ОГН - задается раньше, м;

14) определяем длину насадки горелки при одном ряде отверстий

l = n₁S+25 =17-12+25= 225 мм (6.15)

при двух рядах отверстий

l_H = 0.5 n₁S + 2S = 0.5·17·12+2·12 = 126 мм

где S - шаг между отверстиями, принимается в зависимости от α и d_ОГН по табл.6.1. ([3] табл.29).

Таблица 6 – Шаг огневых отверстий в зависимости

от α и d_ОГН 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

Примечание: При расположении отверстий в 2 ряда необходимо размещать их в шахматном порядке и принимать значения S близкие к S_max; расстояние между рядами равно 2,5; глубина отвер­стия до 3·d_ОГН, но не более 13 мм.