Расчет и обоснование безопасной работы топочного устройства (стр. 3 )

В зависимости от способа подачи воздуха на горение различают следующие виды горелок:

- бездутьевые: обычно это горелки диффузионного типа, у которых воздух на горение поступает в горелку за счет создания в ней разрежения (примером могут служить бытовые газовые горелки);

- инжекционные: в них воздух на горение засасывается в суживающейся части конфузора горелки за счет движения струи газа с высокой скоростью;

- дутьевые: в таких горелках воздух на горение подается с помощью дутьевого устройства (вентилятора), а газ поступает под давлением по трубопроводу.

Широкое применение на практике нашли газовые горелки турбулентного смешения с принудительной подачей воздуха типа ГНП (горелка низконапорная прямоточная). Эскиз такой горелки показан на рис. 2.

Рис. 2. Горелка ГНП конструкции Теплопроекта: 1 – насадок; 2 – корпус; 3 – газораспределительное устройство; 4 – наконечник; 5 – завихритель

Горелка состоит из чугунного литого корпуса 2, к которому прикреплен насадок 1, газораспределительного устройства 3, завихрителя лопаточного типа 5. Насадок 1 является одновременно смесительной камерой, где смешивается газ с воздухом, и устройством для крепления горелки к фронтальной стенке топочного устройства. Газ под давлением по трубе подается в горелку и выходит через наконечник. Воздух от дутьевого вентилятора поступает в горелку по другой трубе. Затем поток воздуха разворачивается на 90о, и закручиваясь на лопатках завихрителя 5 в насадке 1 смешивается с газом. Далее газовоздушная смесь выходит из насадка 1 (устья горелки) и сгорает в образовавшемся факеле.

Такие горелки применяют в практике сжигания всех ви­дов горючих газов, в том числе и природных, так как они позволяют создавать факел разной длины, формы и светимости. Они могут применяться для агрегатов малой и средней тепловой мощности, для топок с раз­режением и противодавлением, работать на холодном и подогретом воздухе, и легко компонуются с устройствами для сжигания жид­кого и твердого пылевидного топлива.

Горелки типа ГНП работают по принципу механического струйного смешения потоков газа и воздуха. Поэтому место и степень завершения смешения, а также все характеристики пла­мени, зависят от конструктивных особенностей горелки.

Горелки имеют широкий диапазон регулирования тепловой мощности и могут работать на нагретом до 400 °С воздухе. Для получения пламени разной длины и светимости горелки ГНП оборудуются много - или одноструйными соплами и лопатками завихрителя 5 для закрутки воздуха при выходе из насадка горелки.

Основные характеристики горелок ГНП приведены в прил. 4.

Существует множество других типов горелок, которые здесь не рассматриваются, но с которыми можно познакомиться в справочной литературе [8].

3.5. Подбор горелки

При проектировании топочных устройств подбор газовых горелок производится по справочникам, отраслевым нормалям и каталогам. Проводится это с учетом тепловой мощ­ности горелки, пределов регулирования, располагаемых давлений газа и воздуха, режимов теплообмена и т. п. Связано это с тем, что теоретический расчет газовых горелок является весьма сложным и трудоемким, т. к. должен проводиться с учетом одновременно протекающих процессов смешения, горения и тепло - и массобмена. Подобранные для установки горелки должны обеспечивать высокую эффективность сжигания газо­вого топлива с минимальным выбросом в окружающую среду вредных компонентов в продуктах сгорания.

Выбор горелок осуществляется, исходя из предъявляемых к ним требований:

– создание достаточно равномерного поля температур по всему топочному объему;

– сжигание газа с минимальным избытком подаваемого на горение воздуха;

– устойчивость работы при различных тепловых режимах.

Исходными данными для подбора горелки (или горелок) для топочного устройства являются: часовой расход газа, величина давления и температура газа перед горелкой, другие параметры.

Для подбора горелки (горелок) следует определить часовой объемный расход газа , нм3/ч, при нормальных физических условиях по формуле:

. (3)

По найденному объемному часовому расходу газа через горелочное (горелочные) устройство можно по прил. 4 подобрать предварительно требуемую горелку или горелки. При этом расход газа по прил. 4 для горелки должен быть больше найденного по формуле (3). Если найденный по формуле (3) расход газа оказался больше, чем для горелки ГНП-9, то должны быть приняты две или три однотипных горелки, расход через которые немного бы превышал рассчитанный по формуле (3). Далее с учетом данных из прил. 4 можно определить требуемое давление газа перед горелкой , Па:

, (4)

где − номинальное избыточное давление газа перед горелкой (прил. 4), Па.

Для окончательного подбора горелки (горелок) следует определить часовой объемный расход газа при заданной его температуре и давлении перед топочной камерой, м3/с,

. (5)

При подборе горелки (горелок) следует учесть, что номинальная длина образующегося факела (по прил. 4) не должна превышать длину топочного устройства . Если это происходит, тогда нужно выбрать другую горелку (горелки) с меньшей длиной факела. Поэтому в курсовой работе нужно показать, что превышения длины факела по отношению к длине топочного устройства при работе горелки не произойдет.

После подбора горелки студенту необходимо в пояснительной записке нарисовать ее эскиз в масштабе с пояснением деталей и привести ее основные параметры и размеры. За основу можно взять рисунок горелки, изображенной на рис. 2.

4. ГОРЕНИЕ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

Сжигание органического топлива в топочных устройствах происходит за счет подачи воздуха, в котором в качестве окислителя имеется кислород. Для полного сжигания единицы топлива (твердого или жидкого – 1 кг, газообразного – 1 нм3) требуется определенное количество воздуха, которое может быть рассчитано или определено по справочной литературе [1,5,8]. Ниже приведена методика расчета необходимого количества воздуха, подаваемого на горение, и количество образующихся продуктов сгорания только для газового топлива.

4.1. Количество воздуха, необходимого на горение

Если предположить, что на горение 1 нм3 газового топлива для его полного окисления требуется определенное количество кислорода, который содержится в объеме воздуха , то его называют теоретически необходимым объемом воздуха для горения. При сжигании газообразного топлива этот объем воздуха можно определить по формуле, м3/нм3,

, (6)

где H, O, CO, H2S, CmHn – процентное содержание в топливе соответствующих газов по объему: водорода, кислорода, оксида углерода, сероводорода, углеводородов;

m, n – число атомов углерода и водорода в углеводородном соединении.

Если подавать на горение только теоретически необходимый объем воздуха , то топливо полностью сжечь в топочном устройстве не удается из-за несовершенства организации процесса сжигания в топочном устройстве. Поэтому воздуха на горение всегда подают в топку больше, чем теоретически необходимо. Количество действительно подаваемого в топочное устройство воздуха , отнесенное к теоретически необходимому , называют коэффициентом избытка воздуха в топке

. (7)

Чем более совершенно горелочное устройство и лучше организован процесс горения, тем меньше требуется подавать избыточного воздуха, тем меньше коэффициент . В современных топочных устройствах при сжигании газообразного топлива коэффициент избытка воздуха обычно лежит в пределах от 1,02 до 1,1 (при расчетах можно принять 1,05). При плохой организации процесса сжигания этот коэффициент может оказаться значительно выше.

Объемный секундный расход воздуха, подаваемого на горение в топочное устройство, можно определить по формуле, м3/с:

, (8)

где - температура подаваемого в топочное устройство воздуха, оС. При расчетах можно принять = 20 оС.

Для определения скорости газовоздушного потока на выходе из горелки, т. е. из устья горелки, следует определить общий расход газа и воздуха (с учетом числа горелок), м3/с