Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf

3.8.1. КИНЕТИЧЕСКИЕ ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ БЕЗ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ПОДАЧИ ВОЗДУХА

К данному виду горелочных устройств относятся инжекционные горелки. Смесеобразование в таких горелках происходит за счет инжекции воздуха в струю газообразного топлива, вытекающего из сопла, которое расположено перед смесительной камерон. В смеси­ тельной камере происходит образование однородной рабочей смеси топлива и воздуха. Смесеобразование полностью заканчивается на смесительном участке и к кратеру горелки поступает уже подготов­ ленная рабочая смесь. Последнее послужило основанием назвать их горелками с предварительным смешением. Инжекционные горелки Стальпроекта [16] — разновидность однопроводных кинетических горелочных устройств (исключение составляет горелка типа П, ко­ торая является двухпроводной). В настоящее время разработаны и серийно изготавливаются инжекционные горелки типов В, Н, П. Каждый из указанных типов имеет ряд типоразмеров [16]. Причем смежные типоразмеры отличаются между собой по производитель­ ности примерно на 25%.

Горелки типа В разработаны применительно к высококалорий­ ным сортам топлив с теплотворной способностью, превышающей 4000 ккал/нм3. Подогрев воздуха в таких горелках не предусматри­ вается; следовательно, в тех случаях, когда требуется подогрев окислителя, горелки типа В не используются. Всего Стальпроектом разработано двадцать типоразмеров таких горелок, крайними из них являются В 15 и В235 (соответственно обладающие производитель­ ностью от 0,3 до 4 и от 100 до 1100 нм3/ч газообразного топлива). Выбор типоразмера горелок В выполняется в соответствии с норма­ лями и литературой [16]. Используя нормали, нужно помнить, что они составлены лишь для определенных значений теплотворной спо­ собности топлива, а именно: природного (Qup=8350); природно­ коксовального (QHp = 7210 и 6415) и коксовального (QHp = =4080 ккал/нм3) газообразных топлив. Причем во всех случаях коэффициент избытка воздуха принят равным 1,05. Поэтому, если QHp и а отличаются от указанных значений, нужно выполнить пере­ счет параметров горелки и только после этого можно использовать данные нормалей. Пересчет заключается в определении диаметров газового сопла dc и кратера (носика) dup горелки.

Инжекционные горелки всех типов выполняются как с охлаж­ дением кратера, так и без. охлаждения. Водоохлаждаемым выпол­ няется кратер у горелок большой производительности (включая типоразмеры, у которых диаметр кратера равен или превышает 85 мм (В85, Н85, П85).

При сжигании низкокалорийного топлива (подогрев воздуха не предусмотрен) применяются горелки типа Н. Всего разработано двадцать типоразмеров таких горелок [16]. Как и для горелок В, крайние типоразмеры представлены горелочными устройствами, имеющими диаметр кратера 15 и 235 мм (соответственно горелки Н15 и Н235). Горелки типа Н удовлетворяют производительности

72

3—8000 нм3/н. Так как при сжигании низкокалорийного топлива

впечи может не развиться должная температура, то в горелках типа

Нпредусмотрен подогрев топлива до 300° С.

Пересчет и выбор горелочных устройств типа Н производятся по методикам, изложенным в работах [16] и [33]. Справедливости ради нужно отметить, что горелки Н применяются сравнительно редко, так как нецелесообразно подогревать топливо, не подогревая воздух-окислитель. В связи с этим для низкокалорийных топлив

разработаны также горелки типа П, в которых предусмотрен подо­ грев воздуха, идущего на горение, а при необходимости и топлива.

размеров. Крайние — П65 и П270.

Расчет любой иижекционной горелки (рис. 3.13) заключается в определении ее размеров, а также пределов регулирования, что очень важно для организации экономичного сжигания топлива.

Данные для расчета — расход топлива на горелку (Вг, нм3/ч), теплотворная способность топлива (QHP, ккал/нм3), давление и тем­ пература топлива (рг и Тг, соответственно кГ/м2и ° К), удельный вес топлива (уог, кг/нм3) , теоретически необходимое количество воздуха (Ко, нм3/нм3), коэффициент избытка воздуха (а) и давление и тем­ пература воздуха-окислителя (рв и Тв, соответственно кГ/м2 и °К).

Расчет иижекционной горелки начинается определением диа­ метра газового сопла. С этой целью находят приведенную скорость истечения газа. Для докритических давлений (рг< 2000) эта ско­

здесь То и ро — соответственно температура и давление, отвечающие нормальным условиям, 7’0= 273 и ро= 10333;

ер — скоростной коэффициент, ф=0,85; А Рг — избыточное давление газа перед горелкой, кГ/м2.

73

Если газообразное топливо находится при критическом давле­ нии (рг=2000), то выражение (3.75) принимает вид

где ft — показатель адиабаты (для природного газа £ = 1,3). Заметим, что в формулы (3.75) и (3.76) нужно подставлять

абсолютные значения давления воздуха и топлива.

И, наконец, для сверхкритических давлений (рг>9000 кГ/м2)

где М и ер — соответственно равны 2,09 и 0,85. Определив скорость истечения w0T, из соотношения

B v = w 0 гаіс2-3600

определяем диаметр газового сопла

где Вт— расход газообразного топлива на одну горелку, нм3/ч. Для отыскания кратности регулирования Ѳ определяем опти­

мальное отношение площадей смесителя и газового сопла:

' /с 'ОПТ

где А и В — соответственно коэффициенты, учитывающие расшире­ ние газа после истечения и сумму сопротивлений на пути движения газовоздушной смеси в горелке, отне­ сенную к скоростному напору (рис. 3.14 и табл. 3.6); С — коэффициент, учитывающий потери на входе воздуха

винжекционную горелку, С=0,85;

ши п — соответственно объемная и весовая кратности инжек­

ции:

щ = \ + Ѵо' ~ П -

Гг

74

YOB

п — 1 -}- V o '

Vor

Здесь коэффициент П учитывает понижение температуры рабо­ чей смеси после истечения:

h—1

Как и ранее, рг и рв подставляются в ата, кГ/м2.

Предел регулирования может быть подсчитан по формуле

кр

где WKP — действительная скорость смеси в кратере горелки;

Та бл . 3.6. Расчетные характеристики инжекционных горелок

75

^ іф" — минимально допустимая действительная скорость смеси в кратере (табл. 3.6).

Скорость в кратере горелки

2ghKp

а>кр= ]/- (3.81)

V O M

где /гкр — скоростной напор в кратере горелки:

А рв — повышение давления воздуха в инжекционной горелке:

( ¥1) .

При рг<9000 кГ/м2

5 Г — расход топлива на горелку, нм3/ч\ /в — живое сечение смесителя для прохода воздуха, м2;

Уов — удельный вес воздуха при нормальных условиях, кг/нм3.

Избыточное давление продуктов сгорания в печи ра принимает­ ся равным 0,5—2,0 кГ/м2.

Входящий в выражение (3.81) удельный вес смеси

76