Расчет газовых горелок

Выбор топливосжигающего устройства производится на основе расчета его основных размеров по пропускной способности и по заданному давлению топлива и воздуха.

Основным параметром горелки является скорость газо-воздушной смеси при ее выходе. Диаметр выходного сопла d_н.г (диаметр носика горелки) является «калибром» горелки. По его размеру классифицируют горелки различных типов и конструкций.

Минимальная скорость газовоздушной струи в выходном сечении должна быть такой, чтобы не допускать проскока пламени внутрь горелки. Максимальная скорость зависит от конструкции горелки, от давлений газа и воздуха, от дальнобойности горелки, в свою очередь, связанной с требуемой длиной факела.

Выбор горелок типа «труба в трубе»

Горелки «труба в трубе» нормализованы Стальпроектом. При расчете этих горелок следует исходить из следующих положений:

1. Горелки могут работать при давлении газа, поступающего из сети, т. е. нет необходимости в специальных газоповысительных устройствах. Давление газа перед ответвлением около горелок можно принимать таким, кПа (мм вод. ст.):

для природного 4 — 6 (400 — 600);

для коксового 1,5 — 2 (150 — 200);

для доменного 1,5 (150).

• 2. Давление воздуха перед горелками принимается 2 — 3 кПа (200 — 300 мм вод. ст.).
• 3. Скорость газа внутри горелки на участке до выходного сопла примерно в два раза больше скорости в подводящем газопроводе, т. е. 20 — 25 м/с.
• 4. Общее сопротивление по газовому или воздушному тракту горелки составляет 1,5 — 1,7 скоростных давлений в выходном сечении соответственно газового сопла или воздушной коробки.

5. Скорость истечения газа из сопла (м/с) определяют по формуле.

где Р — давление газа в газопроводе перед горелкой, Па;

б — коэффициент, равный 1,5 — 1,7;

с_г — плотность газа, кг/м³.

Скорость истечения газа из сопла не должна превышать 80 — 100 м/с.

6. Отношение выходных скоростей воздуха и газа должно быть.

w_в / w_г = ½,.

но не менее 1/3 — ¼.

7. Скорость газовоздушной смеси в носике горелки при максимальном расходе газа и воздуха может составлять wн. г = 25 — 30 м/с; при определении низшей границы пропускной способности горелки минимальной следует считать скорость 4 — 5 м/с.

Горелки с улучшенным смешением нормализованы Стальпроектом и Теплостроем. При расчете этих горелок исходят из тех же положений, что и при расчете горелок «труба в трубе» .

Для предупреждения проскока пламени минимальную выходную скорость газовоздушной смеси в носике горелки рекомендуется принимать не менее w_н.г = 5 — 8 м/с. Во избежание отрыва пламени скорость вылета смеси из носика горелки не должна превышать w_н.г = 20 м/с.

Нормализованные горелки типа «труба в трубе» разработаны двух видов: для газа с высокой теплотой сгорания от 10 до 35,5 МДж/м³ и для газа с низкой теплотой сгорания от 3,75 до 10 МДж/м³ и по мощности подразделяются на горелки малой, средней и большой тепловой мощности. Установочные размеры горелок типа «труба в трубе» приведены в табл.3.1.

Обычно известны тепловая мощность печи (или отдельной зоны) и число горелок, выбираемое по конструктивным соображениям.

Определив тепловую мощность одной горелки и зная теплоту сгорания газа, легко найти расход газа через горелку (пропускную способность горелки по газу). Количество воздуха, которое должно быть подано для сжигания газа, определяют из расчета горения топлива при заданном коэффициенте расхода воздуха и найденной пропускной способности горелки по газу.

Горелки обычно выбирают по графикам в зависимости от давления воздуха перед горелкой и требуемой пропускной способности по воздуху (рис. 3.7). Графики построены для холодного воздуха (t_в = 20^оС). При подогреве воздуха горелку выбирают по расчетному расходу воздуха, определяемому по формуле:

где Т_В — температура подогрева воздуха, К.

Таблица 3.1.

Тип горелки.	dн.г, мм.	d1, мм.	d2, мм.	L1, мм.	L2, мм.	L3, мм.
Горелки малой мощности.
ДНМ-20.		1Ѕ" .	1Ѕ" .			;
ДНМ-25.		1Ѕ" .	1Ѕ" .			;
ДНМ-30.		1Ѕ" .	1Ѕ" .			;
ДНМ-40.		2Ѕ" .	2Ѕ" .			;
ДНМ-50.		2Ѕ" .	2Ѕ" .			;
ДВМ-20.		1Ѕ" .	1″ .			;
ДВМ-25.		1Ѕ" .	1″ .			;
ДВМ-30.		1Ѕ" .	1″ .			;
ДВМ-40.		2Ѕ" .	2″ .			;
ДВМ-50.		2Ѕ" .	2″ .			;
Горелки средней мощности.
ДНС-60.			1Ѕ" .			;
ДНС-70.			1Ѕ" .			;
ДНС-90.			1Ѕ" .			;
ДНС-110.
ДНС-130.
ДНС-150.
ДВС-60.			1Ѕ" .			;
ДВС-70.			1Ѕ" .			;
ДВС-90.			1Ѕ" .			;
ДВС-110.			2Ѕ" .			;
ДВС-130.			2Ѕ" .			;
ДВС-150.			2Ѕ" .			;
Горелки большой мощности.
ДНБ-200.
ДНБ-225.
ДНБ-250.
ДНБ-275.
ДНБ-300 |.
ДНБ-300 ||.
ДНБ-325.
ДНБ-350.
ДНБ-375.
ДНБ-400.
ДНБ-425.
ДВБ-200.
ДВБ-225.
ДВБ-250.
ДВБ-275.
ДВБ-300.
ДВБ-300.
ДВБ-325.
ДВБ-350.
ДВБ-375.
ДВБ-400.
ДВБ-425.

Основные размеры горелок типа «труба в трубе» .

Давление воздуха горелкой, кПа.

Давление воздуха перед горелкой, кПа.

Давление воздуха перед горелкой, кПа Рис. 3.7 Пропускная способность по воздуху горелок типа «труба в трубе» для газов с высокой (а) и низкой (б) теплотой сгорания

Диаметр газового сопла определяют по графику на рис. 3.8 в зависимости от давления и необходимой пропускной способности по газу. Эти графики также построены для холодного газа (t_г = 20^оС) с плотностью с_г= 1,0 кг/м³. Если параметры газа отличаются от принятых, то расчетную пропускную способность по газу определяют по формуле.

где Т_г — температура подогрева газа, К;

с_г — плотность газа, кг/м³;

V_г — расход газа при Т_г = 293 К.

Давление газа перед горелкой, кПа Рис. 3.8 Пропускная способность по газу горелок типа «труба в трубе»

После выбора горелки проверяют скорости газа и воздуха на подходе к горелке и на выходе из нее. При определении скоростей удобно пользоваться графиком, приведенным на рис. 3.9.

Рекомендуемые значения давлений и скоростей приведены в табл.3.2.

Давление перед горелкой, кПа Рис. 3.9 Скорость истечения газа и воздуха из горелки

Таблица 3.2 Рекомендуемые давления и скорости для горелок типа «труба в трубе» и турбулентных горелок.

Параметр	Газ.	Воздух.	Смесь.
Давление в трубопроводе перед горелкой, кПа.	4 — 6 (для природного);? 6 — 7 (для коксодоменного).	2 — 3.	;
Скорость, м/с: — во входном сечении горелки. — то же при избытке давления перед горелкой. — то же при недостатке давления перед горелкой. — в выходном сечении горелки при максимальной подаче. — то же при минимальной подаче.	10 — 15 - - ? 80 — 100 10 — 15	8 — 10 ? 18 — 20 ? 5 — 7 ? 80 -100 5 — 8	- - - 25 — 30 4 — 5
Коэффициент сопротивления горелки, отнесенный к скоростному давлению в выходном сечении.	;	1,5 — 1,7.	;