Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов

W_с 
h_сW_{в }
K_sd_с sin 

, м/с. (2.10)

Определяется расстояние между отверстиями в коллекторе (шаг сопел)

^{S  0, 75hс } ^2…5^{, мм, (2.11)}
и находится количество отверстий в одном коллекторе при двухряд- ном их расположении:

_{n  2} ^{lкол  (3040)} _ 
(2.12)

_{ S} 1_, шт.
 



кол
Уточняется действительный расход газа через отверстия V ^действ

V
действ кол

14
d ²

_ с
4
10^6
 3600W_сn, м³/ч, (2.13)

Определяется невязка, т. е. расхождение между расчетным и дей- ствительным значениями расхода газа на один коллектор (допуска- ется до 5 %).
Размеры отверстий для выхода газа из коллектора и их количе- ство должны быть подобраны для равномерной загрузки всех сопел таким образом, чтобы отношение их суммарной площади к площа- ди сечения коллектора (Σf_с / f_кол) не превышало 30 %.
Определяется необходимое давление газа перед горелкой P_гор:

^ 1 ^ _ f
_²  _W ²

^Pгор ^{     о 
}  ^с _о ,
Па, (2.14)

^{ 2}  ^fкол  ^{ 2}
 ^с 
где μ_с – коэффициент расхода, μ_с = 0,6…0,7;
Σζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений от послед- ней задвижки перед горелкой, включая ее, до выходных отверстий горелки [16] (см. рис. 2.1): задвижка ζ = 0,5; тройник поворот ζ = 1,5; отвод ζ = 0,3; истечение из отверстия ζ = 1; итого – 3,3;
Σf_о – суммарная площадь всех выходных отверстий (в рассмат- риваемом случае Σf_о = 2Σf_с);
ПРИМЕР 1. Рассчитать подовую горелку низкого давления без принудительной подачи воздуха для водогрейного секционного котла типа «Факел» с поверхностью нагрева 45,0 м². Котел работает на при- родном газе с Q_н = 39000 кДж/м³, ρ_о = 0,82 кг/м³. Максимальный рас- ход газа котлом V_к = 135,0 м³/ч. Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ газа, V_о = 10,36 м³ воздуха/м³ газа.
Решение. Принимаем к установке двухколлекторную горелку. Расход газа на один коллектор по формуле (2.1) составит
V  ^{135, 0}  67,5 м³/ч.
кол ₂
Приняв скорость газа в коллекторе W_кол = 7 м/с, определяем диа- метр коллектора по (2.2):
d_кол   0, 058 м.
15

Для коллектора может быть использована цельнотянутая труба с наружным диаметром d_н  δ = 76  3,5 мм.
Уточняем по выражению (2.3) действительную скорость движе- ния газа в коллекторе с внутренним диаметром 69 мм:

^Wкол ^
67,5
^3,14  3600  0, 069²
4
 5, 0 м/с.

Задаемся длиной коллектора горелки. Для рассматриваемого котла длина топки составляет 2980 мм (см. табл. 1.1). Тогда l_кол = 2980 –

• 
  (100…600) = 2980 – 380 = 2600 мм. Определяем величину тепло- вого напряжения коллектора по (2.4):
  

q  ^{67,5  39000}  281 кВт/м,
^l 3600  2, 6

что соответствует допустимым значениям (см. табл. 2.1).

Находим ширину огнеупорных щелей по (2.5):


_{a } 1,110,36  67,5 _ 273  18 _{ 0, 076  0,111 м.}
2,5  2, 6  3600 273

Принимаем ширину щели a = 115 мм.

Уточняем минимальное разрежение в топке котла по (2.6):


_ 1 2,5²

P_т  _{0, 72} 
1, 29  8, 23 Па,
2

что соответствует необходимому (см. табл. 2.1).

Определяем дальнобойность струй газа по (2.7):


h  0,85  ^{115  76}  16,58 мм.
с ₂
16

Приняв коэффициент K_s = 1,8 и определив скорость выхода газа из отверстий по (2.8) W_с = 15W_в = 15  2,5 = 37,5 м/с, найдем диаметр выходных газовых отверстий по выражению (2.9):

d_с 
16,58  2,5
1,8  37,5  0, 707
  1,15 мм.

Принимаем d_с = 2 мм и уточняем скорость выхода газа из отвер- стий по (2.10):

W_с 
16,58  2,5
1,8  2  0, 707
  21, 65 м/с.

Определяем шаг отверстий по (2.11):
S  0, 75 16,58  5  17, 44
мм.

Принимаем S = 18 мм. Тогда S/d_с = 18/2 = 9,0, т. е. в пределах ре- комендуемых значений.
Количество отверстий в коллекторе по (2.12) составит

n  2  ^{ 2600  35}  1^  287
шт.

 ₁₈ 
 

Уточняем действительный расход газа через отверстия по (2.13):

V
действ кол
_ 3,14  2²
4
10^6

 3600  21, 65  287  70, 24 м³/ч.

Определяем невязку между расчетным и действительным значе- ниями расхода газа на коллектор:

70, 24  67,5 _{100  4,1 %,}
67,5

что допустимо, и корректировку проводить не требуется.

17

Фактический расход газа горелкой будет несколько больше рас- четного за счет запальных сопел на соединительной трубе.
Находим суммарную площадь всех отверстий

f_с 
3,14  2²
4


 287  901,18 мм²,

площадь сечения коллектора

3,14  69² ₂

^fкол ^
 3737,39 мм
4

и проверяем их отношение

f_с
^fкол
_ 901,18
3737,39

100  24,1 %,

что удовлетворяет условию.

Определяем необходимое давление газа перед горелкой по (2.14):

^{ 1}  ^901,18  ² ^{2 }
21, 65²

^Pгор ^{ }
₂  3,3  _{ } ^   0,82  681 Па,

^ 0, 6
_ 3737,39 _ ^ 2

 

что соответствует рекомендованному значению (см. табл. 2.1).

18

3. РАСЧЕТ ИНЖЕКЦИОННЫХ ГОРЕЛОК НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Расчет инжекционных горелок низкого давления основывается на детально разработанной теории инжекции свободной струи, вы- текающей в неподвижное пространство.
Расчет таких горелок сводится к определению размеров горелок. Исходными данными для расчета являются:

• 
  расчетный часовой расход сжигаемого газа V_г, м³/ч, или номи- нальная тепловая мощность горелки Q_г, МВт;
  
• 
  номинальное давление газа P_г перед соплом горелки, Па;
  
• 
  коэффициент инжекции первичного воздуха α';
  
• 
  химический состав и теплота сгорания газа Q_н, кДж/м³;
  
• 
  плотность газа ρ_о, кг/м³.
  

Расчетная схема горелки представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема инжекционной горелки низкого давления:

1 – сопло; 2 – конфузор; 3 – горловина; 4 – диффузор; 5 – кратер; 6 – насадок

Площадь поперечного сечения f_с и диаметр сопла d_с определяют- ся по формулам:

V
f_c  ^г
, м²; (3.1)

d_c 


, м, (3.2)

19

где V_г – расчетный расход газа горелкой, м³/ч;
P – давление газа перед горелкой, Па;
ρ_о – плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;
n_с – количество сопел в многосопловой горелке;
φ – коэффициент расхода, принимаемый по табл. 3.1.

Таблица 3.1

Значения коэффициента расхода для цилиндрических сопел

lс dс	0	0,18	0,36	0,45	0,56	1,13	2,26	4,52
φ	0,70	0,75	0,84	0,88	0,90	0,88	0,87	0,83

Примечание. Для конических сопел с углом раскрытия β = 50…60°
φ = 0,8…0,9.

Затем определяется расстояние от устья сопла до горловины


^{X  dс  0, 23}^{1  V}  ^0,145,
мм, (3.3)

_a  ^о 
 


где a – коэффициент турбулизации струи; для сопла с поджатием при угле раскрытия ^ =27°10' a = 0,071;
2
α' – коэффициент инжекции (коэффициент расхода первичного воздуха);
V_о – теоретически необходимое количество воздуха для сжига-
ния 1 м³ газа, м³/м³.
Диаметр горловины определяется по формуле


d_г  6,8(aX  0,145d_с ), мм. (3.4)
20

Если принять сопло цилиндрической формы, то длина цилинд-

рической части сопла находится по принятому отношению
l_{с :}
d_с

 _dс 

с

с
l  ^{ lс } d
 

, мм. (3.5)

В этом случае сечение и диаметр горловины определяются по формулам:

f  f (1  ^V ^в )(1  ^V )(2  ),
м²; (3.6)

г с о _г


d_г 
о


, м. (3.7)

Диаметр выходного сечения диффузора рассчитывается по отно-

шению
^dг , которое обычно принимается равным 0,55:
d_д

d_д 
d_{г .} 0,55

(3.8)

Диаметр входного конца конфузора d_к определяется по его пло- щади f_к, принимая скорость первичного воздуха на входе в конфу- зор w_в = 1…2 м/с.

_{f } ^V_оV_{г ,}
^к 3600w_в

м²; (3.9)

d_к 
, м. (3.10)

Диаметр многофакельного насадка принимается равным выход- ному диаметру диффузора d_н  d_д.

21

Задавая диаметр горелочных отверстий d_огн или диаметр кратера горелки d_кр, определяется максимально допустимая скорость выхо- да газовоздушной смеси из горелки w_max, при которой не будет про- исходить отрыв пламени от горелки (рис. 3.2).


а б

Рис. 3.2. Максимально допустимые скорости истечения газовоздушной смеси из горелочных отверстий (а) и кратера горелки (б) для природного газа

По полученной скорости вычисляются площадь кратера горелки f_кр или горелочных отверстий f_огн, их количество n и глубина от- верстий:

^{ f}огн
_ V_г (1  ^V_о ) _ 273  t_{см , м2; (3.11)}
3600 273


n  ^{ fогн} , шт., (3.12)

огн
0, 785d ²

где t_см – температура газовоздушной смеси на выходе из горел- ки, °C.

Шаг между отверстиями S и длина насадка горелки l_н принима- ются по табл. 3.2.
22

Таблица 3.2
Шаг огневых отверстий в зависимости от коэффициента первичного воздуха и диаметра огневых отверстий

Диаметр огневого отверстия dогн, мм	Минимальный шаг Smin, мм, при α'				Максимальный шаг Smax, мм, при α'
	0	0,2	0,4	0,6	0	0,2	0,4	0,6
1,0	7	5	4	–	15	7	4	–
2,0	11	9	7	5	20	13	8	6
3,0	14	12	9	6	22	18	12	8
4,0	16	14	12	8	24	20	15	11
5,0	18	16	14	10	27	23	19	15
6,0	20	18	16	13	30	26	22	18

При одном ряде отверстий

l_н  nS  2S  2, мм; (3.13)
при двух рядах отверстий

l  ⁿ S  2S  2,
н ₂

мм. (3.14)

Длина горловины горелки принимается

l_г  (1...2)d_г , мм. (3.15)
Длина частей горелки, имеющих форму усеченного конуса, оп- ределяется


l  ^{dб  dм} , мм, (3.16)

 ₂ 
2tg^{  }
 


где d_б , d_м – большой и меньший диаметры элемента горелки, мм;
β – угол раскрытия конуса, который принимается для диффузора
6–8°, для конфузора – 20–25°, для кратера – 30°.
23

Длина диффузора для полного завершения смешения газа с воз- духом должна быть не менее 6d_г.
После расчета размеров горелки производится проверка баланса энергии в горелке. При этом определяются приход энергии и затра- ты ее на создание скорости воздуха и газовоздушной смеси в горел- ке и определяется, достаточно ли остается энергии на создание ско- рости для выхода газовоздушной смеси из горелки.
Источником энергии является кинетическая энергия струи газа, вытекающей из сопла:

w ₂
2
E  ^с _о  
2


P, кДж/м³, (3.17)

где w_с – скорость газа на выходе из сопла, определяемая по формуле

w_с 
V_г
3600 f_с

, м/с, (3.18)

Затраты энергии на создание скорости инжектируемого воздуха рассчитываются по формуле

w²^ ₃
E_в  ^{г в} , кДж/м , (3.19)
2
где w_г – скорость газовоздушной смеси в горловине, определяемая по выражению
w  ^{Vг (1  Vо )}  ^{273  tсм} , м/с, (3.20)

^г 3600 f_г
273

Затраты энергии на изменение скорости струи газа от w_с до w_г

определяются:

E_г 

24
(w_с  w_г )² 2

_о ,

кДж/м³. (3.21)

Затраты энергии в диффузоре на изменение скорости газовоз- душной смеси рассчитываются по выражению


w²  w²

E_д  ^{г д}  (_о  ^V_о_о )(1  ), 2
кДж/м³, (3.22)

где η – КПД диффузора, зависящий от отношения d_г /d_д:
= 0,55, η = 0,80; при d_г /d_д = 0,65, η = 0,75;
при d_г /d_д =

w_д – скорость газовоздушной смеси в выходном сечении диффу- зора, определяемая по формуле

_{w } V_г (1  ^V_о ) _ 273  t_{см ,}

м/с. (3.23)

^д 3600 f_д
273

Энергия потока газовоздушной смеси в насадке (кратере), отне- сенная к 1 м³ газа, которая остается для создания скорости выхода смеси из горелочных отверстий (кратера):
E_н (E_кр )  E  E_в  E_г  E_д , кДж/м³. (3.24)
Энергия потока газовоздушной смеси на входе в насадок (кратер):

^Eсм
 ^Eн , 1  ^V_о
кДж/м³. (3.25)

Возможная скорость выхода газовоздушной смеси из горелоч- ных отверстий (кратера) за счет энергии потока в насадке с учетом 30 % потерь энергии в нем определяется:

где
w_см 
, м/с, (3.26)

  ^{о  Vов} , кг/м³. (3.27)
^см 1  ^V_о
Полученная скорость w_см должна быть меньше скорости выхода газовоздушной смеси, принятой при расчете сечения кратера или
25

горелочных отверстий. Если она окажется больше, необходимо при- нять другие данные и сделать пересчет.
Затем проверяется длина факелов горелки. Длина внутреннего конуса
l_вн  C d ² q 10^7 , мм, (3.28)
1 огн огн

полная длина факела (наружного конуса)

^lф ^{ C}2^qогн
10^7 , мм, (3.29)

где q_огн – тепловое напряжение горелочных отверстий, определяе- мое по выражению

^qогн
_ V_гQ_н

огн
0, 785d ²

, Вт/м², (3.30)

n

C₁ и C₂ – коэффициенты, определяемые по табл. 3.3 и 3.4.
Таблица 3.3
Значения коэффициента C₁ для природного газа

Коэффициент первичного воздуха ^
0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
1,89	1,63	1,35	1,14	0,96	0,79

Таблица 3.4

Значения коэффициента C₂

Расстояние между краями отверстий, мм	C2	Расстояние между краями отверстий, мм	C2
2	11,4	9	6,95
3	10,4	10	6,7
4	9,46	12	6,4
5	8,7	14	6,0
6	8,7	16	5,85
7	6,5	18	5,8
8	7,2	20	5,75

26

Технические характеристики инжекционных горелок низкого давления представлены в табл. 3.5.
Таблица 3.5
Расчетные характеристики инжекционных горелок низкого давления

Наименование	Величина
Номинальное давление газа, Па	500–3000
Минимальное давление газа, обеспечивающее устойчивое горение, Па	200–300
Необходимое разрешение в топке, Па	20–60
Коэффициент избытка воздуха в топке	1,2–1,6
Коэффициент инжекции для природного газа	0,4–0,8
Потери от химической неполноты сгорания, %	до 0,3
Тепловое напряжение топочного объема, Вт/м^3	до 405

ПРИМЕР 2. Рассчитать инжекционную горелку низкого давле- ния для котла КЧ-3 с поверхностью нагрева 42,0 м². Используется природный газ с плотностью ρ_о = 0,73 кг/м³; Q_н = 35600 кДж/м³. Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м³ газа, V_о = 10,0 м³/м³.
Решение. Определяем расход газа котлом по выражению


V  ^{3, 6Fк qк} , м³/ч, (3.31)
^{к }к^Qн
где F_к – площадь поверхности нагрева, м², [3–7], табл. 1.1;
q_к – теплосъем с 1 м² поверхности нагрева котла, Вт/м², [3–7],
табл. 1.1.
_{V } 3, 6  42, 0 12000 _{ 63, 7 м3/ч.}
^к 0,8  35600

Принимаем к установке на котел три однофакельных горелки.

Тогда расход газа на одну горелку составит V  ^{63, 7}  21, 23 м³/ч.
г ₃
27
В соответствии с данными табл. 3.5 принимаем давление газа перед горелкой P = 3000 Па и коэффициент инжекции α' = 0,8.
Определяем площадь поперечного сечения сопла инжектора по (3.1):


f_с   0, 000072 м².
Коэффициент истечения φ = 0,9 принимаем по табл. 2.2 для ко- нического сопла при β = 50…60°.
Диаметр сопла определяем по его площади для односопловой горелки (n_с = 1) по (3.2):


d_с   0, 0096 м  9, 6 мм.

Находим расстояние от устья сопла до горловины по выраже- нию (3.3):

^{X  9,6  0, 23 } ^{1  0,8 10, 0}

 0,145  336 мм.

 
0, 071^{ }

Внутренний диаметр горловины определяется по формуле (3.4):

^{dг  6,8 } ^{0, 071 336  0,145  9, 6} ^{ 171, 4 мм.}
Длина горловины по (3.15):
l_г  1,5 171, 4  257 мм.
Диаметр выходного сечения диффузора определяем по соотно- шению (3.8):


d  ^{171, 4}  311, 6 мм.
^д 0,55

28

Длину диффузора при угле раскрытия β = 8° определяем по формуле (3.16) с проверкой условия l_д > 6d_г:


l  ^{311, 6 171, 4}  1000 мм  6d .
^д 2  0, 07 ^г

Площадь входного сечения конфузора при скорости входа пер- вичного воздуха w_в = 1,0 м/с находим по формуле (3.9):

_{f } 0,8 10, 0  21, 23 _{ 0, 047}
^к 3600 1, 0

м².

Диаметр входного сечения конфузора по формуле (3.10):

d_к   0, 245 м  245 мм.

Длина конфузора при угле раскрытия β = 25° определяется по формуле (3.16):

l  ^{245 171, 4}  167,3 мм.
^к 2  0, 22

Далее проверяем баланс энергии в горелке.

Приход энергии находим по формуле (3.17). Для этого опреде- лим скорость газа на выходе из сопла по выражению (3.18):

w_с 
21, 23


3600  0, 000072
 81,9 м/с.

Тогда кинетическая энергия газа на выходе из сопла

81,9² ₃

E   0, 73  2448 кДж/м .
2

29

Для определения затрат энергии на создание скорости инжекти- руемого воздуха при t_в = 25 °C найдем площадь поперечного сече- ния горловины



г
f_г  0, 785d ²  0, 785  0,1714²  0, 023 м²
и скорость газовоздушной смеси в горловине по выражению (3.20):


_{w } 21, 23  (1  0,8 10, 0) _ 273  25 _{ 2,52 м/с.}
^г 3600  0, 023 273
Тогда затраты энергии на создание скорости инжектируемого воздуха по формуле (3.19) составят

E_в 
2,52²  0,8 10, 0 1,185
2
 30,1 кДж/м³.

Затраты энергии на изменение скорости струи газа от w_с до w_г
определяем по формуле (3.21):

E_г 
(81,9  2,52)²
2
 0, 73  2300 кДж/м³.

Чтобы определить затраты энергии в диффузоре, найдем площадь поперечного сечения выходного отверстия диффузора:

д
f_д  0, 785d ²  0, 785  0,3116²  0, 076 м²
и скорость газовоздушной смеси в нем по выражению (3.23):
_{w } 21, 23  (1  0,8 10, 0) _ 273  25 _{ 0, 76 м/с.}
^д 3600  0, 076 273
Затраты энергии в диффузоре на изменение скорости газовоз- душной смеси от w_г до w_д по формуле (3.22) составят

E_д 
30
(2,52²  0, 76² )
2
 (0, 73  0,8 10, 0 1,185)  (1  0,8)  7, 0 кДж/м³.

По выражению (3.24) определяем энергию потока газовоздуш- ной смеси в насадке, которая остается для создания скорости выхо- да смеси из горелки в топку:


E_кр  2448  30,1  2300  7, 0  110,9 кДж/м³.
Энергия потока газовоздушной смеси на входе в кратер горелки по формуле (3.25) составит

E_см 
110,9


1  0,8 10, 0
 12,3 кДж/м³.

Для определения скорости выхода газовоздушной смеси из кратера в топку найдем плотность газовоздушной смеси по формуле (3.27):


_{ } 0, 73  0,8 10, 0 1,185 _{ 1,13 кг/м3.}
^см 1  0,8 10, 0

Скорость выхода газовоздушной смеси из кратера горелки по выражению (3.26):

w_см  0,9 
 3,51 м/с.

Так как найденная скорость выхода меньше максимально допу- стимой (см. рис. 3.2), то отрыв пламени от горелки исключается.

По полученной скорости определяем площадь кратера горелки по формуле (3.11):

^fкр
_ 21, 23  (1  0,8 10, 0) _ 273  25 _{ 0, 016 м2}
3600  3,51 273

и его диаметр
d_кр   0,142 м  142 мм.

31

ПРИМЕР 3. Рассчитать многофакельную инжекционную горелку низкого давления для котла с внутренней длиной топки 2,170 м, шириной 1,450 м и высотой 1,820 м. Расход газа на котел составляет V_г = 33,6 м³/ч; давление газа перед горелкой P_г = 1000 Па. Исполь- зуется природный газ с ρ_о = 0,75 кг/м³ и Q_н = 36000 кДж/м³. Теоре- тическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ газа, V_о = 10,0 м³/м³. Коэффициент избытка воздуха в топке принят по- вышенный для уменьшения температуры в топке α = 1,4.
Решение. Принимаем к установке три горелки. Тогда расход газа каждой горелкой


V  ^Vк  ^{33, 6}  11, 2 м³/ч.
^г 3 3
Вследствие небольших габаритов топки для сокращения длины факелов и получения несветящегося пламени принимаем многофа- кельную горелку и коэффициент инжекции α' = 0,5.
Определяем площадь поперечного сечения сопла инжектора по выражению (3.1):


f_с   0, 000067 м².
Коэффициент истечения φ = 0,9 принимаем по табл. 3.1 для ко- нического сопла при β = 50…60°.
Диаметр сопла определяем по его площади для односопловой горелки по формуле (3.2):


d_с   0, 0092 м  9, 2 мм.

Находим расстояние от устья сопла до горловины по выраже- нию (3.3):

^{X  9, 2  0, 23 } ^{1  0,5 10, 0}

 0,145  206 мм.

 
0, 071^{ }
32

Внутренний диаметр горловины по формуле (3.4):
^{dг  6,8 } ^{0, 071 206  0,145  9, 2} ^{ 108, 6 мм  110 мм.}
Длина горловины по формуле (3.15):


l_г  1,5 110  165 мм.
Диаметр выходного сечения диффузора определяем по соотно- шению (3.8):

_{d } 110
 200 мм.

^д 0,55

Длину диффузора при угле раскрытия β = 8° определяем по фор- муле (3.16):

l  ^{200 110}  642,8 мм  645 мм (≈ 6d_г).
^д 2  0, 07

Площадь входного сечения конфузора при скорости входа пер- вичного воздуха w_в = 1,0 м/с находим по формуле (3.9):

_{f } 0,5 10, 0 11, 2 _{ 0, 0156}
^к 3600 1, 0

м².

Диаметр входного сечения конфузора по формуле (3.10):

d_к   0,140 м  140 мм.

Длину конфузора при угле раскрытия β = 25° определяем по фор- муле (3.16):

_{l } 140 110 _{ 68, 2}
^к 2  0, 22

мм.

33

Диаметр многофакельного насадка принимаем по выходному диаметру диффузора d_н = 200 мм и задаемся диаметром горелочных отверстий. Так как производительность горелки сравнительно боль- шая, длина топки ограничена, а высота достаточно высока, прини- маем увеличенный диаметр отверстий d_огн = 5 мм.
По рис. 3.2 находим максимально допустимую скорость вы- хода газовоздушной смеси из горелочных отверстий: при α' = 0,5 и d_огн = 5 мм она равняется w_max = 2,8 м/с.
По полученной скорости по формуле (3.11) определяем необхо- димую площадь горелочных отверстий

^{ f}огн
_ 11, 2  (1  0,5 10,0) _ 273  25 _{ 0, 0073 м2.}
3600  2,8 273

Температуру смеси принимаем равной температуре воздуха в по- мещении котельной t_см = 25 °C.

Количество огневых отверстий находим по (3.12):

_{n } 0, 0073
0, 785  0, 005²
 372 шт.

Длину насадка при двух рядах отверстий и шаге между осями отверстий S = 12 мм, принятом по табл. 3.2, определяем по (3.14):

l  ³⁷² 12  2 12  2  2280
мм,

н ₂
что превышает длину топки.
Чтобы уменьшить длину насадка горелки, увеличим диаметр ог- невых отверстий. Примем d_огн = 6 мм. По рис. 3.2 найдем новое зна- чение максимально допустимой скорости выхода газовоздушной смеси из отверстий w_max = 2,9 м/с при α' = 0,5 и d_огн = 6 мм и пере- считаем значения ∑f_огн, n и l_н:

^{ f}огн
34
_ 11, 2  (1  0,5 10,0) _ 273  25 _{ 0, 007 м2;}
3600  2,9 273

_{n } 0, 007
0, 785  0, 006²
 248 шт.;

l  ²⁴⁸ 14,5  2 14,5  2  1856 мм.
н ₂
Далее проверяем баланс энергии в горелке.
Приход энергии находим по формуле (3.17). Для этого опреде- лим скорость газа на выходе из сопла по (3.18):

w_с 
11, 2
3600  0, 000067
 46, 43 м/с.

Тогда кинетическая энергия газа на выходе из сопла
46, 43² ₃
E   0, 75  808 кДж/м .
2

Для определения затрат энергии на создание скорости инжекти- руемого воздуха при t_в = 25 °C найдем площадь поперечного сече- ния горловины

г
f_г  0, 785d ²  0, 785  0,110²  0, 0095 м².
и скорость газовоздушной смеси в горловине по (3.20):

_{w } 11, 2  (1  0,5 10, 0) _ 273  25 _{ 2,14}
^г 3600  0, 0095 273
м/с.

Тогда затраты энергии на создание скорости инжектируемого воздуха по формуле (3.19) составят

E_в 
2,14²  0,5 10, 0 1,185
2
 13, 6 кДж/м³.

35

Затраты энергии на изменение скорости струи газа от w_с до w_г
определяем по (3.21):

E_г 
(46, 43  2,14)²
2


 0, 75  735, 6 кДж/м³.

Чтобы определить затраты энергии в диффузоре, найдем пло- щадь поперечного сечения выходного отверстия диффузора



д
f_д  0, 785d ²  0, 785  0, 200²  0, 0314 м².
и скорость газовоздушной смеси в нем по выражению (3.23):
_{w } 11, 2  (1  0,5 10, 0) _ 273  25 _{ 0, 65 м/с.}
^д 3600  0, 0314 273
Затраты энергии в диффузоре на изменение скорости газовоз- душной смеси от w_г до w_д по (3.22) составят

E_д 
(2,14²  0, 65² )
2
 (0, 75  0,5 10, 0 1,185)  (1  0,8)  2,8 кДж/м³.

По выражению (3.24) определяем энергию потока газовоздуш- ной смеси в насадке, которая остается для создания скорости выхо- да смеси из горелочных отверстий
E_н  808 13, 6  735, 6  2,8  56 кДж/м³.
Энергия потока газовоздушной смеси на входе в насадок (кра-
тер) горелки по (3.25):

E_см 
56


1  0,5 10, 0
 9,33 кДж/м³.

Для определения скорости выхода газовоздушной смеси из горе- лочных отверстий найдем плотность газовоздушной смеси по (3.27):


_{ } 0, 75  0,5 10, 0 1,185 _{ 1,11 кг/м3.}
^см 1  0,5 10, 0
36

Тогда скорость выхода смеси из горелочных отверстий по (3.26):

w_см  0,9 
 3, 09 м/с.

Для определения длины факелов горелки найдем тепловое на- пряжение горелочных отверстий по (3.30):

^qогн
_ 11, 2  36000
0, 785  0, 06²  248
 0,58 10⁶ Вт/м².

Тогда длина внутреннего и наружного конусов факела по (3.28)

и (3.25) соответственно:

l_вн  1,14  6²  0,58 10⁶ 10^7  2, 4
мм;

l_ф  7,1 0,58 10⁶  10^7  6,1 мм.

4.