Расчет горелок

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. С. СЕЙФУЛЛИНА

 

КАФЕДРА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

ПО ДИСЦИПЛИНЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

     

 

НА ТЕМУ: Расчет горелок

                                                                  

 

 

 

 

 

                                                                      Выполнил(а): студент(ка) _ курса

                                                                                                          

    _____________________

                                                                                 (Ф.И.О)

                                                          Проверил(а):  ____________________

                                                                                                      (ученая степень, Ф.И.О преподавателя)

 

 

 

Курсовая работа допущена к защите ________________________________

(подпись преподавателя)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         АСТАНА 2017

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Курсовая работа предназначена для закрепления теоретических знаний по лекционным занятиям. Основная цель работы рассчитать основные параметры и режимы работы сожигательных устройств при сжигании газообразного, жидкого и твердого топлива, провести расчет тепловых и конструктивных параметров сожигательных устройств, методикой выбора оптимальных типов горелок и форсунок.

Расчет проводится на основании формул, представленных в основной литературе. Для более подробного и глубокого изучения отдельных вопросов и в помощь при решении задач необходимо использовать дополнительную литературу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчет  основных размеров горелок без  предварительного смешения

 

1.1 Расчет  горелок

Расчет горелок без предварительного смешения (рисунок 1) состоит в определении проходных сечении газа – dг, для воздуха – dкор, и для газа газовоздушной смеси dнг. или в определении пропускной способности горелки (расходы газа, воздуха и смеси) при известных геометрических размерах.

Обычно при расчете бывают заданы:

параметры газа ( );

параметры воздуха ( );

пропускная способность горелки по газу Vог.

 

 

Рисунок 1 – Расчетная схема горелки без предварительного смешения

 

1.1.1 Количества  воздуха Vов которое нужно для сжигания данного объема газа можно определить по формуле

 

, (1.1)

 

где α – коэффициент расхода воздуха, α > 1,1÷1,5;

Lо – стехиометрическое количество воздуха на единицу объема газа (при α =1,0). Определяется из таблиц.

1.1.2 Так  как в горелке поступает воздух  и газ низкого давления, то  в расчетах их можно считать  несжимаемыми. Поэтому скорость 

газа или воздуха на выходе можно определить по формуле

 

 (1.2)

 

где ξ  - коэффициент сопротивления горелки, отнесенный

 к скорости  в самом узком сечении; для  газа ξг =1,5, для воздуха ξв = 1,0.

Таким образом, скорость газа

 

, (1.2 а)

 

1.1.3 Скорость  воздуха на выходе

 

, (1.3)

 

1.1.4 Площадь  выходного сечения:

для газа

 

 (1.4)

для воздуха

 

 (1.5)

 

1.1.5 Зная  площади F, можно найти диаметры  горелочного туннеля dг и коридора для воздуха dкор

 

,  (1.6)

 

 (1.7)

1.1.6 Действительные  скорости на выходе из горелки

 

 (1.8)

 

 (1.9)

 

1.1.7 Диаметр  носика горелки

 

(1.10)

 

Расчеты и опыт работы показывают, что скорость истечения газа не должно превышать 80-100 м/с.

Действительная скорость воздуха должна быть меньше скорости газа примерно в два раза, для сокращения длины факела, но не более чем 3-4 раза. Для получения длинного факела скорость воздуха и газа можно принимать одинаковыми. Скорость смеси в носике горелки при максимальном расходе газа и воздуха может быть 25-30 м/с.

Этот расчет производится, если известно расход газа и параметры газа и воздуха с целью определение геометрических размеров горелки.

Если, наоборот, известны геометрические размеры горелки и надо определить ее пропускную способность (Vов, Vог ) тогда:

1.Определяем  скорость по формуле (2).

2.Определяем  расход по формуле (3).

Замечание: если давление газа и воздуха не известны, то скорости газа и воздуха можно взять из таблицы 1.

 

Таблица 1 - Рекомендуемые скорости для горелок типа «труба в трубе»

 

Характерное место	Рекомендуемая скорость, м/с
	воздух	газ	смесь
Трубопровод перед горелкой	8-10	10-15
Входные сечения горелки:    при избытке давления    при недостатке  давления Газовое сопло до  выходного сечения  Газовое сопло в выходном сечении Носик горелки:   максимальная   минимальная	18-20 5-7   -       - -	18-20 5-7   20-25   80-100   - -	25-30 4-5

 

1.2 Пример  расчета горелки

Расчитать горелку типа «труба в трубе» для сжигания объемов VОГ=0,0091 м3/с природного газа с теплотой сгорания =34 МДж/м3. Давления газа перед горелками РГ =5,3 кПа, РВ=0,5 кПа, tГ = 20°С. Воздух подогрет до 400°С, коэффициент расхода воздуха α =1,1; плотность                     ρОГ = 0,82 кг/м3 ; Lо=9,32 м3/м3, ρВ = 1,29 кг/м3.

1. Необходимое количество воздуха

 

        .

 

1.2.2 Скорость газа

 

        .

 

1.2.3 Скорость воздуха на выходе

 

  .

 

1.2.4 Площадь выходного сечения для газа

 

             

 

1.2.5 Площадь выходного сечения для воздуха

 

            мм2

 

1.2.6 Диаметр газового сопла

 

                   

 

1.2.7 Диаметр коридора

 

    .

 

1.2.8 Скорость газа на выходе

 

                 м/с.

 

9. Скорость воздуха

 

                м/с.

 

1.2.10 Диаметр носика горелки

 

              мм.

 

1.2.11 Соотношение скоростей

 

                             

 

1.2.12 Общий расход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет  инжекционных горелок

 

2.1 Расчет  горелок

Горелки с предварительным смешением представляют собой горелки, в которых газ полностью смешиваются с воздухом и эта смесь сгорает при выходе из горелки или сгорает внутри горелки. Самыми распространенными горелками с предварительным смешением являются инжекционные горелки.

При расчете обычно бывают заданы:

параметры газа ( );

параметры воздуха ( );

пропускная способность горелки по газу Vог;

коэффициент расхода воздуха;

противодавление – сумма давления в топке и сопротивления на пути подсасываемого воздуха .

Расчет инжекционных горелок основан на уравнении количества движения и основных уравнений истечения газа. Различают методы расчета для:

газа низкого давления (< 20 кПа);

газа докритического давления (< 90 кПа);

газа сверхкритического давления (>90 кПа).

Цель расчета: определение конструктивных размеров форсунки.

Схема расчета представлена на рисунке 2.

 

1-газовое  сопло; 2–входной конфузор; 3–смеситель; 4-диффузор;

5-носик горелки

 

Рисунок 2 – Расчетная схема инжекционной горелки

 

1. Теоретическая скорость истечения газа из сопла:

 для газа низкого давления (< 20 кПа)

 

 (2.1),

 

где РГ – абсолютное давление газа, Па; рГ - избыточное давление, Па;

для газа докритического давления (< 90 кПа)

 

 (2.2)

 

По этим формулам построены графики (Рисунок Б1, приложение Б) по которому можно определить скорость истечения газов в зависимости от давления pг .

Для газа сверхкритического давления (>90 кПа)

 

 (2.3)

 

2.1.2 Диаметр газового сопла

 

 (2.4)

 

2.1.3 Оптимальное соотношение  площадей смесителя fc и газового сопла  fГ можно найти из  соотношения

 

 (2.5)

 

где А можно определить по (2.6) или из таблиц по значению отношения Ро/РГ (Таблица А1, приложение А), или по номограмме (рисунок А1, приложение А)

 

 (2.6)

Объемную кратность инжекции m (отношение объема смеси к объему газа после истечения) определим по формуле

 

 (2.7)

 

где Lo – стехиометрическое количество воздуха.

Массовая инжекция n (отношение массы смеси к массе газа)  

 

 (2.8)

 

В – коэффициент, характеризующий сопротивление на пути движения газовоздушной смеси в горелке

 

 (2.9)

 

С - коэффициент, характеризующий сопротивление на пути движения газовоздушной смеси в горелке

 

 (2.10)

 

Можно принять В = 1,15; С = 0,425.

2.1.4 Диаметр смесителя

 

 (2.11)

 

2.1.5 Оптимальное соотношение  площадей носика горелки fН.Г и смесителя  fС можно найти из  соотношения

 

 (2.12)

 

где - коэффициент сопротивления носика горелки; =0,2;

- повышение давления в  горелке

 

 (2.13)

где - при докритическом давлении;

- при сверхкритическом  давлении.

Коэффициент D также можно определить из таблицы А1 по величине отношения Ро/РГ. При давлении р < 20 кПа можно принять

 

 (2.14)                                  

 

При отсутствии противодавления (ΔрВ +Δртоп=0) формула упрощается

 

 (2.15)

 

2.1.6 Диаметр носика горелки 

 

 (2.16)

 

Остальные конструктивные размеры инжекционной горелки определяются из экспериментально найденных соотношений:

2.1.7 Длина смесителя равна  длине диффузора 

 

 (2.17)

 

2.1.8 Длина конфузора 

 

 (2.18)

 

2.1.9 Угол сужения входного  конфузора принимаем 45.

2.1.10 Угол раскрытия диффузора  принимаем  .

2.1.11 Начальный диаметр  входного конфузора

 

 (2.19)

 

2.1.12 Конечный диаметр  диффузора

 (2.20)

 

2.1.13 Угол сужения носика  горелки принимаем  .

2.1.14 Длина носика горелки 

 

 (2.21)

 

2.1.15 Скорость истечения  смеси из носика горелки 

 

 (2.22)

 

2.1.16 Температура смеси 

 

 (2.23)

 

 

2.2 Пример  расчета горелки

Рассчитать инжекционную горелку для сжигания газа с низкой теплотой сгорания 35,27 мДж/м3. Избыточное давление газа 19 кПа. Объем газа V = 0,0026 м3/с. Газ и воздух холодный с температурой 20°С. Коэффициент расхода воздуха =1,07. Избыточное давление печи 32 Па. Теоретическое количество воздуха необходимого для горения 9,32 м3/м3. Плотность газа 0,733 кг/м3. Плотность воздуха 1,29 кг/м3.

2.2.1 Теоретическая скорость газа