книги / Основы газоснабжения

при малых избытках воздуха горелки нашли широкое примене­ ние в нагревательных и термических печах черной металлургии, а также в других агрегатах, работающих на холодной газовоз­ душной смеси.

Горелки типа ГГВ Мосгазпроекта с принудительной подачей воздуха (рис. Х.12) предназначены для сжигания природного

Рис. Х.12. Горелка типа ГГВ Мосгазпроекта о принудительной подачей воздуха.

I —носик; 2 — штуцер для манометра; з — смотровое отверстие; 4 — корпус; 5 — газо­ распределительный коллектор; в —завихритель; 7 —отверстия для выхода газа.

из него через радиально расположенные отверстия 7 и перемеши­ вается с потоком принудительно подаваемого воздуха, закру­ ченным направляющими лопатками 6 завихрителя. Хорошо перемешанная газовоздушная смесь сгорает в прозрачном факеле сравнительно небольшой длины. Стабилизация гррения обеспечи­ вается огнеупорным туннелем. Номинальные расходы газа — 50—500 м?/ч, номинальные давления — 130 (низкое) и 3000 (среднее) кгс/м2, номинальное давление воздуха независимо от давления газа — 100 кгс/м2. Полное сгорание газа происходит при а до 1,05.

Ветроустойчивые горелки инфракрасного излучения ГИИВ-1 (рис. Х.13) и ГИИВ-2, разработанные ГСКТБ Газоаппарат — одна из разновидностей радиационных горелок. Газ низкого давления через сопло 4 поступает в смеситель, подсасывая весь воздух, необходимый для его сгораний. Из смесителя гавовоздушная смесь выходит в распределительную камеру, перекры­ тую керамическими перфорированными плитками 2. Размер

201

каждой плитки 6 5 x 4 5 x 1 2 мм, диаметр отверстий в них 1 мм. Газовоздупшая смесь поступает в каналы керамической насадки и, сгорая в них, нагревает поверхность насадки до 800—940° С. Нагретая до вишнево-красного цвета, поверхность насадки 40— 60% тепла, полученного при сгорании газа, выделяет излучением. Для ветроустойчивости на передней части рефлектора имеются щелевидные прорези 6, выравнивающие давление внутри и сна­ ружи горелки. Малые диаметры отверстий керамических плиток

357

Рис. Х.13. Горелка инфра­

торе.

исключают проскок пламени внутрь горелки, а высокая темпе­ ратура насадки практически исключает химический недожог.

Горелки инфракрасного излучения различных конструкций ГипроНИИгаза, Мосгазпроекта и других организаций нашли широкое применение для сушки штукатурки и лакокрасочных покрытий, отопления, разогрева смерзшихся материалов, обо­ грева животноводческих ферм, теплиц и т. п.

Газомазутная (комбинированная) горелка ГМГ, разработанная ЦКТИ (рис. Х.14), предназначена для попеременного сжигания газа и мазута. Газ низкого давления поступает чераз газоподво­ дящее устройство 2 в амбразуру горелки 3 через выходные отвер­ стия по окружности торцевой части устройства. Основная часть воздуха для горения подается через патрубок вторичного воздуха и после закручивания в направляющих лопатках задихрителя 1 смешивается с газом, образуя газовоздушную смесь, Некоторая

202

часть воздуха, служащая в основном для охлаждения паро­ механической мазутной форсунки 4, поступает через патрубок первичного воздуха и проходит через завихритель 5.

При работе на мазуте последний распыляется при нагрузках котла выше 70% от номинальной механически, за счет высокого давления мазута (до 20 кгс/см2). При меньших нагрузках исполь­ зуется пар давлением 1—2 кгс/см2. Давление первичного (турбулизирующего) и вторичного (основного) воздуха принимается

Номинальные мощности горелок ГМГ — от 2 до 7 Гкал/ч, номинальное давление газа — 300—350 мм вод. ст., давление воздуха — 80—120 кгс/м2. Горелки получили широкое приме­ нение для установки на отопительных и промышленных водо­ грейных котлах, работающих на газовом и резервном мазутном топливе.

Выше приведены лишь некоторые примеры конструкций газо­ вых горелок. Перечень современных конструкций газогорелочных устройств с техническими характеристиками и рекомендациями условий их применения приведен в альбоме Мосгазпроекта «Газогорелочные устройства для сжигания природного и сжиженных газов, рекомендуемые к применению» (1969 г.).

§ Х.9. Основы расчета газовых горелок

Расчет газовых горелок представляет сложную задачу, реша­ емую на основе теоретических и экспериментальных исследований. В качестве примера ниже рассмотрена упрощенная методика рас­

—номинальное давление газа р, перед соплом горелки* кгс/м2;

—коэффициент инжекции первичного воздуха а г;

— химический состав и теплота сгорания газа QH, ккал/м3;

—плотность газа рг.

Сучетом расчетной схемы (рис. Х.15) и принятых на ней обо­

Ц?г = ф Y 2g Ар/Yd

где ср — коэффициент истечения; g — ускорение свободного па­ дения, округленно равное 9,81 м/сек2; Ар — перепад давления, кгс/м2; уг — удельный вес газа, кгс/м3.

204

Удельный вес газа (как и любого другого физического тела) не является его неизменной характеристикой, поэтому правильнее в расчетах применять плотность — один из основных параметров вещества. При этом непременно следует помнить, что удельный вес и плотность в одной и той же системе единиц численно никогда не совпадают. Так, в СИ и МКС плотность дистиллированной воды при 4° С и 760 мм рт. ст. равна 1000 кг/м3, а удельный вес — 9806 н/м3, в МКГСС плотность равна 102 кгс-сек2/м4, а удельный вес — 1000 кгс/м3, и т. д. Совпадение численйых значений плот­ ности и удельного веса, взятых из разных систем единиц, послу­ жило одной из причин для фактической подмены одного свойства другим ъ использованием удельного веса в расчетных формулах.

Рис. Х.15. Расчетная схема инжекционной горелки низкого давления.

Учитывая вышесказанное, формулу для средней скоростн истечения газа из сопла запишем так (y/g = p):

где 9,81 — коэффициент перевода килограммов-массы, входящих

вразмерность плотности, в единицу массы МКГСС (1 кгс *сек2/м* =

=9,81 кг/м3); рг — плотность газа, кг/м*.

Ap = P l—p2,

где р г — абсолютное давление газа перед соплом, кгс/м2; р 2 — абсолютное давление среды, в которую вытекает газ, кгс/м2.

Для инжекционных горелок низкого давления р а равно атмо­ сферному давлению, поэтому Др = p v

Коэффициент ф, учитывающий распределение скоростей потока газа по сечению сопла и сопротивление потоку, зависит от форма сопла и выбирается по справочникам. Для распространенных цилиндрических сопел с углом а = 45° (см. рис. Х.15) ф = 0,75 при UD1 = 0,18; 0,87 при 0,55 и 0,85 при 1,0.

2. Площадь, мм2, и диаметр, мм, поперечного сечения сопла

3. Диаметр горла смесителя В ъ определяют на основании за­ кона сохранения количества движения при смешении потоков rasa

205

и воздуха. Для 1 м3 инжектирующего газа количество движения равно шгрг, а для инжектируемого атмосферного воздуха, не имеющего первоначальной скорости, количество движения равно нулю. В горле смесителя смесь газа и воздуха приобретает ско­ рость w3 и соответствующее ей количество движения равно

скорости wr = 4Vrl(nD\) и w3 = 4Fr(l -f- n)!(nD\). Подставив выражения скоростей в формулу (Х.29), после преобразования получим

теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м3 газа.

4. Диаметры конфузора D 2 и диффузора DA принимают кон­

5. Длина конфузора 1г зависит от суммарного угла сужения, принимаемого в пределах 45—90°. Для уменьшения угла встречи потоков газа и воздуха лучше принимать меньший суммарный угол сужения. С учетом этого

6. Длина горла смесителя

7. Длина диффузора 13 зависит от суммарного угла расшире­ ния р. Для обеспечения безотрывности потока газовоздушиой смеси принимают р = 6 -f- 8°. Тогда.

8. Суммарная площадь огневых отверстий горелочного насадка

206

где worH — скорость истечения газовоздушной смеси из огневых отверстий, м/сек. Величина worll при данном расходе газовоз­ душной смеси зависит от диаметра огневых отверстий и должна находиться в пределах, исключающих отрыв и проскок пламени. В практических расчетах для смесей природного газа с заданным коэффициентом инжекции первичного воздуха а г диаметры огне­ вых отверстий dorH можно принимать, исходя из условий преду­ преждения отрыва и проскока пламени по рис. Х.4, Х.5 и табл. Х.5.

9. По выбранному размеру doril число отверстий

10. Выбор оптимальных расстояний s между осями горелочных отверстий для обеспечения беглости пламени, но без слияния отдельных факелов друг с другом, может быть произведен по графикам, приведенным на рис. Х.16 и Х.17 [56].

Необходимая для пользования графиками тепловая нагрузка на огневые отверстия, ккал/(м2*ч),

11. Длина коллектора горелочного насадка при наиболее рас­ пространенном двухрядном расположении огневых отверстий

12. Оптимальное расстояние 10 от обреза сопла до входного сечения горла смесителя, как показали результаты исследований [20], возрастает с увеличением производительности смесителя.

Вдвигание сопла внутрь горла смесителя понижает коэффи­ циент инжекции.

Работа инжектора г о р е л к и с р е д н е г о д а в л е н и я (рис. Х.18) принципиально аналогична работе.инжектора горелки низкого давления, но характерна значительно большими скорос­ тями истечения газа из сопла, достигающими критических значе­ ний. При докритическом отношении давлений после и до сопла

207

Формула (Х.41) сложна для вычислений, и скорость истечения газа можно определять по формуле

где z — скорость истечения при ф = 1 (табл. Х.6). Расход газа

где iu 1 —• площадь поперечного сечения сопла, ма.

Рис. Х.18. Расчетная схема инжекционной горелки среднего давления.

Диаметр сопла D x определяют по формуле (Х.27). Диаметр смесителя D 3 определяют по формуле (Xj30), при этом кратность инжекции воздуха, м3/м?,

209

где FT — теоретический расход воздуха, необходимый для пол­ ного сгорания газа, м 7м3; а г — коэффициент расхода воздуха, принимаемый для горелок среднего давления 1,05—1,1.

Остальные размеры инспекционной горелки среднего давления (см. рис. Х.18) определяются соотношениями: диаметр конфузора

длина диффузора Z3 определяется по формуле (Х.35).

Если в качестве стабилизатора применен туннель, то его раз-

Скорость вылета газовоздушной смеси из кратера горелки принимается в пределах 10—20 м/сек.

П р и м е р 24. Определить основные конструктивные размеры и пре­ делы регулирования тепловой мощности однофакельной инжекционпой горелки среднего давления (см. рис. Х.18) для сжигания газа в термической печи по следующим исходным данным:

— номинальная тепловая мощность горелки <2ном = 0,180 Гкал/ч;

— теплота сгорания газа QH= 8500 ккал/м3;

— плотность газа рг = 0,73 кг/м3;

— теоретически необходимый расход воздуха Ут = 9,6 м3/м3;

—номинальное давление газа перед соплом горелки рНом = 5000 кгс/м2;

—стабилизатор — керамический туннель.

Решение. Номинальный расход газа VT= <?ном/(?н = 180 000/8500 = = 21,2 м3/ч. Средняя скорость истечения газа из сопла горелки по формуле

210