1. Введение
Высокоскоростная газовая горелка является воплощением современной технологии сжигания в промышленном оборудовании для сжигания. Скорость впрыска высокотемпературных продуктов сгорания на выходе может достигать 100 м/с ~ 300 м/с. Она имеет такие технические преимущества, как энергосбережение, высокая эффективность и контролируемый импульс пламени.В развитых странах он широко используется в различных нагревательных печах в авиационной, сталелитейной, химической, легкой и других отраслях промышленности. моя страна внедрила эту технологию в 1980-х годах, и на рынок было выпущено несколько имитаций продукции, однако из-за ее высокой стоимости, легко разрушаемой огнеупорной футеровки и короткого срока службы это повлияло на ее продвижение.
Быстроходная газовая горелка — устройство, преобразующее химическую энергию топлива в потенциальную энергию и кинетическую энергию продуктов сгорания.Жидкостный ракетный двигатель — устройство, преобразующее химическую энергию топлива в тепловую и кинетическую энергию энергии продуктов сгорания.Оба работают.Есть сходство в принципе. Используя богатый опыт разработки жидкостных ракетных двигателей, была разработана высокоэффективная высокоскоростная газовая горелка с цельнометаллической конструкцией и регенеративным охлаждением.
1.1 Технические характеристики высокоскоростной газовой горелки
а) Четко организует горение, с КПД сгорания 99,9%;
б) Широкие условия эксплуатации: коэффициент регулировки тепловой нагрузки 1:20, коэффициент воздуха 0,5~10;
в) Благодаря ступенчатому сжиганию выбросы вредных газов (NOx) соответствуют национальным экологическим стандартам;
г) Он имеет функцию впрыска дымовых газов и рециркуляции, которая может отводить отработанные дымовые газы обратно из задней части печи и возвращать их обратно в печь;
д) Цельнометаллическая конструкция, непрерывный срок службы 3 года.
1.2 Механизм высокоскоростной горелки для повышения эффективности теплопередачи.В традиционной конструкции промышленной печи скорость пламени горелки составляет около нескольких метров в секунду.При температуре продукта сгорания от 600 °C до 800 °C. , конвекционный теплообмен и излучение в печи Теплообмен составляет по 50% каждый, при температуре продуктов сгорания выше 800°С преобладает радиационный теплообмен, при достижении температуры продуктов сгорания 1400°С радиационный теплообмен увеличивается в 10 раз. это конвекционная теплопередача, поэтому большинство печей. Конструкция основана на радиационной теплопередаче. Однако после использования высокоскоростной газовой горелки даже в высокотемпературной зоне доля усиленной конвекционной теплопередачи в печи в комплексной теплопередаче значительно увеличивается, как подробно описано ниже.
При использовании обычной горелки скорость пламени мала, поток продуктов сгорания на поверхности нагреваемого объекта ламинарный, а коэффициент конвективной теплоотдачи ламинарного потока h1-Nu*λ/d, где число Нушельта Nu =0,332Pr1/3*Re1/2, Pr – число Прандтля;
Re – число Рейнольдса;
λ – теплопроводность газа;
d – эквивалентный диаметр проточного канала.
При использовании высокоскоростной газовой горелки скорость впрыска пламени высокая (100 м/с ~ 300 м/с), течение на поверхности нагретого тела в основном турбулентное, а локальный коэффициент тепловыделения турбулентного пограничного слоя h2=Nu*λ/d. В формуле Nu=Pr1/3 (0,036Re0,8-836) предполагается, что размер внутренней полости нагревательной печи составляет 6,45м×2,3м×2,9м, температура горения продукта составляет 1790°С, а температура нагретого тела 900°С.
При использовании обычной горелки при скорости потока продуктов сгорания 5 м/с удельный тепловой поток конвективной теплопередачи между продуктом сгорания и поверхностью нагреваемого тела составляет q1=h1(tg-tw)=2671X4,18кДж/ч. *м2
При использовании высокоскоростной газовой горелки при скорости потока продуктов сгорания 150 м/с удельный тепловой поток конвекционной теплопередачи между продуктом сгорания и поверхностью нагреваемого тела составляет q2=h2(tg-tw)=10685X4. 18кДж/ч*м2
q2 в 4 раза больше q1.
За рубежом были проведены сравнительные испытания печей лучистого нагрева и высокоскоростных печей конвекционного нагрева.В процессе нагрева 0 ℃ ~ 1 200 ℃ время нагрева, необходимое для печи лучистого нагрева, в 6 раз больше, чем для высокоскоростного конвекционного нагрева. В процессе нагрева 750 ℃ ~ 1 200 Во время процесса нагрева при ℃ время нагрева, необходимое для лучистой нагревательной печи, в 10 раз больше, чем для высокоскоростной конвекционной нагревательной печи.
В 1980 году в стране были введены высокоскоростные газовые горелки для технического преобразования колодезных нагревательных печей.Первоначальная печь лучистого нагрева требовала 24 часа, чтобы нагреться от 0 ℃ до 650 ℃, а нагревательная печь с использованием высокоскоростного газа горелки нагреваются от 0 ℃ до 650 ℃, нагрев до 650°C занимает всего 4 часа, а расход топлива можно сэкономить от 25% до 30% за счет использования высокоскоростных газовых горелок.
На нефтяном месторождении высокоскоростная газовая горелка была преобразована в нагревательную печь «три в одном», что позволило удвоить эффективность нагрева и сэкономить 20% расхода топлива.
Продукты сгорания высокоскоростной газовой горелки с высокой скоростью устремляются в нагревательную печь, газ в печи несколько раз перемешивается и соответствующим образом перемешивается, что может значительно улучшить однородность температуры в печи. После того, как зарубежный завод дооснастил свою нагревательную печь высокоскоростной газовой горелкой, однородность температуры в печи удалось повысить с ±15°С до ±2°С. После того, как в бытовых колодезных нагревательных печах используются высокоскоростные газовые горелки, однородность температуры печи достигает ±7°C.
2 Ключевые моменты в конструкции высокоскоростной газовой горелки
2.1 Точное сжигание тканей
Для достижения полного сгорания недавно разработанная высокоскоростная газовая горелка позволяет газу и воздуху поступать в камеру сгорания через многочисленные сопла. Струи газа и воздуха сталкиваются одна за другой и равномерно смешиваются. Направление вектора синтетической струи должна быть параллельна главной оси камеры сгорания, чтобы одна струя не проникала в другую и не вызывала неравномерного смешивания. Чтобы уменьшить образование NOx, применяется зональное сжигание: температура сгорания в передней зоне ниже, чем температура сгорания в задней зоне, а температура сгорания является самой высокой на выходе из камеры сгорания. В передней зоне происходит обедненное кислородом горение, в задней зоне увеличивается подача кислорода и достигается коэффициент избытка воздуха α = 1 на выходе из камеры сгорания.
Такая конструкция позволяет не только разумно распределять воздух, обеспечивать полное сгорание и предотвращать образование CO, но также поддерживать более низкую температуру сгорания и снижать образование вредных газов NOx.
2.2 Охлаждение стенок камеры сгорания Камера сгорания заполнена высокотемпературными продуктами сгорания, и для безопасной работы ее металлические стенки должны быть достаточно охлаждены. После регенеративного охлаждения жидкостных ракетных двигателей в конструкции высокоскоростных газовых горелок используется поток воздуха во внешнюю камеру сгорания для поглощения тепла, проводимого стенкой камеры, для обеспечения работы стенки камеры в пределах безопасный температурный диапазон. В то же время предварительный нагрев воздуха может способствовать полному сгоранию и повышению теоретической температуры сгорания. В локальной высокотемпературной зоне сопла камеры сгорания специально создана воздушная пленка, защищающая металлическую стенку. Благодаря вышеуказанной конструкции срок службы быстроходной газовой горелки может достигать 3 лет, тогда как камера сгорания быстроходной газовой горелки, спроектированной и выпускаемой другими агрегатами, футерована огнеупорными материалами, а срок службы составляет несколько месяцев, и даже у некоторых изделий его огнеупорная футеровка треснула менее чем за 3 месяца работы.
2.3 Расчет сопротивления потоку
В конструкции высокоскоростной газовой горелки для того, чтобы продукты сгорания имели достаточную скорость, в камере сгорания должно быть определенное давление. В соответствии с физическими и химическими параметрами газа и требованиями к скорости, предоставленными пользователем, после выполнения расчетов сгорания для определения различных тепловых параметров продуктов сгорания можно рассчитать давление продуктов сгорания в камере сгорания, а именно
pc=pa/[1-(k-1)w2/2kRT]k/(k-1)
В формуле pc — давление в камере сгорания; pa — давление окружающей среды; k — показатель адиабаты продуктов сгорания; R — газовая постоянная продуктов сгорания; T — температура сгорания; w — скорость потока продукты сгорания в сопле.
Воздух и газ поступают в горелку, проходят через соответствующие каналы и поступают в камеру сгорания через сопло, при этом на пути возникает определенное сопротивление потоку. На рисунке 1 показана зависимость расхода воздуха в горелке Qk от перепада давления воздуха Δpk, на рисунке 2 показана зависимость расхода газа в горелке Qr от перепада давления газа Δpr.
Рисунок 1. Зависимость между расходом воздуха в горелке и падением давления (20 ℃).
2 Зависимость между расходом природного газа на горелке и падением давления (20°C)
Давление воздуха на входе в горелку
pk — давление в камере сгорания
ПК и падение давления воздуха
Сумма Δpk, давления газа на входе в горелку
pr — давление в камере сгорания
ПК и падение давления газа
Сумма Δпр. Прямо сейчас:
рк=pc+Δpk
пр=pc+Δpr
pk и pr не могут быть слишком высокими и должны соответствовать условиям использования, заданным пользователем.
Когда высокоскоростная газовая горелка использует в качестве топлива природный газ, скорость продуктов сгорания составляет 100 м/с, а давление на входе природного газа
2
500 Па, давление воздуха на входе 2 100 Па.
3 Проектные расчеты
3.1 Расчет сгорания
Определение потребности в воздухе для сжигания газа путем расчета горения
L0, количество продуктов сгорания
Vα, плотность продуктов сгорания
ρ, газовая постоянная
R, показатель адиабаты
K и теоретическая температура горения T.
а) По выбранному газу определите низшую теплоту сгорания Qyd и объемное процентное содержание компонентов.
б) Подтвердить горение
Теоретический объем воздуха, необходимый для 1 м3 газа
L0 составляет L0=4,672/100*[1/2*CO+1/2*H2+(n+m/4)CnHm+3/2*H2S-O2]
В формуле CO, H2 и CnHm — объемные проценты компонентов газа.
в) Подтвердить горение
Количество продуктов сгорания, образующихся на 1м3 газа
Vy равен Vy=αL0+0,38+0,075Qyd/1000.
д) Определить теоретическую температуру горения
T представляет собой T=(Qyd+CrTr+CkTkLα)/(VyCy) (α>1)
Т=(Qy+CrTr+CkTkLα)/(VyCy) (α<1)
В формуле Cr, Ck и Cy — средние удельные теплоты газа, воздуха и продуктов сгорания соответственно;
Tr и Tk — начальные температуры газа и воздуха соответственно, Qy — эффективная теплота сгорания газа.
Qy=Qyd-QVy, где Q – теплота, содержащаяся в продуктах сгорания.
Q=3022Xco + 2581Xh2
В формуле Xco и Xh2 — объемное процентное содержание продуктов сгорания CO и H2).
е) Определить плотность продуктов сгорания при α=1
ρy=(44Xco2 + 18XH2O +28XN2)/22,4
Когда α<1
ρy=(44Xco2 + 28Xco + 18XH2O + 2XH20 + 28XN2)/22,4
в формуле
Xco2, Xco, Xh2O, Xh2 и Xn2 соответственно
Объем CO2, CO, H2O, H2 и N2 в продуктах сгорания
Процентное содержание.
ж) Определить газовые константы продуктов сгорания.
R это
R=8,314/Мэкв.
В формуле Meq – приведенная молекулярная масса продуктов сгорания.
В формуле Xi – объемное процентное содержание i-го компонента в продуктах сгорания;
Mi – молекулярная масса i-го компонента.
з) Определить показатель адиабаты продуктов сгорания
В формуле Cpi — удельная теплоемкость i-го компонента продукта сгорания.
3.2 Расчет конструкции камеры сгорания
а) Выберите тепловую нагрузку Q0 горелки.
б) Определить расход газа
Vr (объем) и Gr (масса) – где ρr – плотность газа.
в) Определить расход воздуха
Vk (объем) и Gk (масса) составляют Vk=L0Vr.
Gk=Vkρk, где ρk – плотность воздуха.
г) Определить количество образовавшихся продуктов сгорания Гр как Гр=Гр+Гк.
д) Подберите скорость w продуктов сгорания у сопла в соответствии с условиями использования.
е) Определить площадь выходного сечения камеры сгорания.
Fe, диаметр
de представляет собой Fe=GyWe/ρy(1+T/273)
ж) Определить площадь поперечного сечения цилиндра камеры сгорания.
F1, диаметр
d1 это
з) Определить длину L1 секции цилиндра камеры сгорания как L1=(1~1,4)d1.
3.3 Конструкция и расчет сопловых отверстий камеры сгорания
3.3.1 Расчет конструкции газового сопла
а) Выбор скорости впрыска газа wrj.
Выбранный принцип таков: после столкновения газовой струи с соответствующей воздушной струей направление образующейся струи параллельно оси камеры сгорания.
б) Определить общую площадь Frj отверстия газового сопла по формуле Frj=Vr/wrj.
в) Определить процентное распределение расхода впрыска газа по длине газового сопла.
3. Процентное распределение расхода газа в зоне смешанного сгорания камеры сгорания определяет процентное распределение расхода впрыска газа по длине газового сопла.
3 Распределение потоков воздуха и газа в камере сгорания
г) Определить распределение отверстий для впрыска газа по длине газового сопла.
По длине газового сопла расположены n групп газовых сопел с расстоянием между ними около 20 мм, по окружному направлению газового сопла по m сопел в каждой группе, m = от 12 до 24.
д) Определите диаметр каждой группы газовых сопел.
По процентному распределению потока газа по длине сопла мы можем узнать процентное распределение площади отверстий сопел и общую площадь каждой группы отверстий сопел.Предполагая, что диаметр отверстий сопел одинаковый Группа та же, диаметр отверстия сопла можно узнать.
3.3.2 Расчет конструкции воздушного сопла
а) Выбор скорости нагнетания воздуха wkj.
3.3.1 При номинальных расчетных условиях рекомендуется wkj≈15 м/с.
б) Определить общую площадь воздушных сопел Fkj как Fkj=Vk/wkj.
в) Определить распределение потока нагнетаемого воздуха по внутренней стенке камеры сгорания.
3. Определить расход воздуха.При номинальных расчетных условиях рекомендуется коэффициент избытка воздуха α≈0,6 в зоне воспламенения, α≈0,8 в конце зоны смешанного горения, α≈1 в конце хвостовой части. камера сгорания.
4 - схема движения газов в камере сгорания.
4 Схема движения газа в камере сгорания
г) Группировка воздушных сопел в зоне смешанного горения.
8. Определите группу воздушных форсунок в соответствии с группой топливных форсунок, а количество отверстий для воздушных форсунок в каждой группе равно м.
д) Определение отверстий воздушных сопел в хвостовой зоне горения.
Поток воздуха в хвостовой зоне сгорания составляет от 20% до 30% общего потока воздуха.Воздушные сопла должны быть небольшого диаметра и большого количества, чтобы образовывать однородную пленку воздушного охлаждения на внутренней стенке хвостовой зоны сгорания. трубка.
4 Испытание на горение
Высокоскоростная газовая горелка прошла испытания на сжигании природного газа и доказала свою надежность и простоту в эксплуатации.
4.1 Способ зажигания
В испытании на горение использовались два метода электрического зажигания: высокоэнергетический воспламенитель DHZ-103 с частотой воспламенения 1,5 раза/с и запасом энергии 12 Дж/время. Другой - воспламенитель контроля пламени HJ-1 с напряжение зажигания 15 000 В. , форсунка - свеча зажигания автомобиля.
4.2 Процедура зажигания
а) Подача воздуха составляет 1/4 общего объема воздуха, необходимого для номинальной нагрузки;
б) Электрозапал включен;
в) Включите переключатель природного газа, и при α≈0,6 зажигание может быть успешным.
4.3 Регулировка тепловой нагрузки
Горелка с номинальной тепловой нагрузкой 30 м3/ч все еще может поддерживать горение, даже если во время испытания количество природного газа снижается до 1,6 м3/ч.
(α≈14).
4.4 Регулировка коэффициента воздуха
В ходе испытаний диапазон регулировки воздушного коэффициента горелки составлял от 0,5 до 20, что позволяло поддерживать горение.
4.5 Регулировка температуры газа
9 В ходе испытания фактически измеренный диапазон изменения температуры на выходе горелки составил 90°C ~ 1300°C (α≥2).
10Заключение
Высокоскоростная газовая горелка — это высокоэффективная, энергосберегающая горелка с низким уровнем загрязнения, разработанная для промышленных нагревательных печей с использованием технологии сжигания жидкостных ракетных двигателей. Испытание на горение природного газа доказало, что он надежно работает, прост в эксплуатации, имеет большой диапазон регулировки тепловой нагрузки, коэффициента избытка воздуха и диапазона регулировки температуры газа. Горелка успешно применяется в нагревательных печах на нефтяных месторождениях, в керамической, сталелитейной и других отраслях промышленности.
1. Введение
Высокоскоростная газовая горелка является воплощением современной технологии сжигания в промышленном оборудовании для сжигания. Скорость впрыска высокотемпературных продуктов сгорания на выходе может достигать 100 м/с ~ 300 м/с. Она имеет такие технические преимущества, как энергосбережение, высокая эффективность и контролируемый импульс пламени.В развитых странах он широко используется в различных нагревательных печах в авиационной, сталелитейной, химической, легкой и других отраслях промышленности. моя страна внедрила эту технологию в 1980-х годах, и на рынок было выпущено несколько имитаций продукции, однако из-за ее высокой стоимости, легко разрушаемой огнеупорной футеровки и короткого срока службы это повлияло на ее продвижение.
Быстроходная газовая горелка — устройство, преобразующее химическую энергию топлива в потенциальную энергию и кинетическую энергию продуктов сгорания.Жидкостный ракетный двигатель — устройство, преобразующее химическую энергию топлива в тепловую и кинетическую энергию энергии продуктов сгорания.Оба работают.Есть сходство в принципе. Используя богатый опыт разработки жидкостных ракетных двигателей, была разработана высокоэффективная высокоскоростная газовая горелка с цельнометаллической конструкцией и регенеративным охлаждением.
1.1 Технические характеристики высокоскоростной газовой горелки
а) Четко организует горение, с КПД сгорания 99,9%;
б) Широкие условия эксплуатации: коэффициент регулировки тепловой нагрузки 1:20, коэффициент воздуха 0,5~10;
в) Благодаря ступенчатому сжиганию выбросы вредных газов (NOx) соответствуют национальным экологическим стандартам;
г) Он имеет функцию впрыска дымовых газов и рециркуляции, которая может отводить отработанные дымовые газы обратно из задней части печи и возвращать их обратно в печь;
д) Цельнометаллическая конструкция, непрерывный срок службы 3 года.
1.2 Механизм высокоскоростной горелки для повышения эффективности теплопередачи.В традиционной конструкции промышленной печи скорость пламени горелки составляет около нескольких метров в секунду.При температуре продукта сгорания от 600 °C до 800 °C. , конвекционный теплообмен и излучение в печи Теплообмен составляет по 50% каждый, при температуре продуктов сгорания выше 800°С преобладает радиационный теплообмен, при достижении температуры продуктов сгорания 1400°С радиационный теплообмен увеличивается в 10 раз. это конвекционная теплопередача, поэтому большинство печей. Конструкция основана на радиационной теплопередаче. Однако после использования высокоскоростной газовой горелки даже в высокотемпературной зоне доля усиленной конвекционной теплопередачи в печи в комплексной теплопередаче значительно увеличивается, как подробно описано ниже.
При использовании обычной горелки скорость пламени мала, поток продуктов сгорания на поверхности нагреваемого объекта ламинарный, а коэффициент конвективной теплоотдачи ламинарного потока h1-Nu*λ/d, где число Нушельта Nu =0,332Pr1/3*Re1/2, Pr – число Прандтля;
Re – число Рейнольдса;
λ – теплопроводность газа;
d – эквивалентный диаметр проточного канала.
При использовании высокоскоростной газовой горелки скорость впрыска пламени высокая (100 м/с ~ 300 м/с), течение на поверхности нагретого тела в основном турбулентное, а локальный коэффициент тепловыделения турбулентного пограничного слоя h2=Nu*λ/d. В формуле Nu=Pr1/3 (0,036Re0,8-836) предполагается, что размер внутренней полости нагревательной печи составляет 6,45м×2,3м×2,9м, температура горения продукта составляет 1790°С, а температура нагретого тела 900°С.
При использовании обычной горелки при скорости потока продуктов сгорания 5 м/с удельный тепловой поток конвективной теплопередачи между продуктом сгорания и поверхностью нагреваемого тела составляет q1=h1(tg-tw)=2671X4,18кДж/ч. *м2
При использовании высокоскоростной газовой горелки при скорости потока продуктов сгорания 150 м/с удельный тепловой поток конвекционной теплопередачи между продуктом сгорания и поверхностью нагреваемого тела составляет q2=h2(tg-tw)=10685X4. 18кДж/ч*м2
q2 в 4 раза больше q1.
За рубежом были проведены сравнительные испытания печей лучистого нагрева и высокоскоростных печей конвекционного нагрева.В процессе нагрева 0 ℃ ~ 1 200 ℃ время нагрева, необходимое для печи лучистого нагрева, в 6 раз больше, чем для высокоскоростного конвекционного нагрева. В процессе нагрева 750 ℃ ~ 1 200 Во время процесса нагрева при ℃ время нагрева, необходимое для лучистой нагревательной печи, в 10 раз больше, чем для высокоскоростной конвекционной нагревательной печи.
В 1980 году в стране были введены высокоскоростные газовые горелки для технического преобразования колодезных нагревательных печей.Первоначальная печь лучистого нагрева требовала 24 часа, чтобы нагреться от 0 ℃ до 650 ℃, а нагревательная печь с использованием высокоскоростного газа горелки нагреваются от 0 ℃ до 650 ℃, нагрев до 650°C занимает всего 4 часа, а расход топлива можно сэкономить от 25% до 30% за счет использования высокоскоростных газовых горелок.
На нефтяном месторождении высокоскоростная газовая горелка была преобразована в нагревательную печь «три в одном», что позволило удвоить эффективность нагрева и сэкономить 20% расхода топлива.
Продукты сгорания высокоскоростной газовой горелки с высокой скоростью устремляются в нагревательную печь, газ в печи несколько раз перемешивается и соответствующим образом перемешивается, что может значительно улучшить однородность температуры в печи. После того, как зарубежный завод дооснастил свою нагревательную печь высокоскоростной газовой горелкой, однородность температуры в печи удалось повысить с ±15°С до ±2°С. После того, как в бытовых колодезных нагревательных печах используются высокоскоростные газовые горелки, однородность температуры печи достигает ±7°C.
2 Ключевые моменты в конструкции высокоскоростной газовой горелки
2.1 Точное сжигание тканей
Для достижения полного сгорания недавно разработанная высокоскоростная газовая горелка позволяет газу и воздуху поступать в камеру сгорания через многочисленные сопла. Струи газа и воздуха сталкиваются одна за другой и равномерно смешиваются. Направление вектора синтетической струи должна быть параллельна главной оси камеры сгорания, чтобы одна струя не проникала в другую и не вызывала неравномерного смешивания. Чтобы уменьшить образование NOx, применяется зональное сжигание: температура сгорания в передней зоне ниже, чем температура сгорания в задней зоне, а температура сгорания является самой высокой на выходе из камеры сгорания. В передней зоне происходит обедненное кислородом горение, в задней зоне увеличивается подача кислорода и достигается коэффициент избытка воздуха α = 1 на выходе из камеры сгорания.
Такая конструкция позволяет не только разумно распределять воздух, обеспечивать полное сгорание и предотвращать образование CO, но также поддерживать более низкую температуру сгорания и снижать образование вредных газов NOx.
2.2 Охлаждение стенок камеры сгорания Камера сгорания заполнена высокотемпературными продуктами сгорания, и для безопасной работы ее металлические стенки должны быть достаточно охлаждены. После регенеративного охлаждения жидкостных ракетных двигателей в конструкции высокоскоростных газовых горелок используется поток воздуха во внешнюю камеру сгорания для поглощения тепла, проводимого стенкой камеры, для обеспечения работы стенки камеры в пределах безопасный температурный диапазон. В то же время предварительный нагрев воздуха может способствовать полному сгоранию и повышению теоретической температуры сгорания. В локальной высокотемпературной зоне сопла камеры сгорания специально создана воздушная пленка, защищающая металлическую стенку. Благодаря вышеуказанной конструкции срок службы быстроходной газовой горелки может достигать 3 лет, тогда как камера сгорания быстроходной газовой горелки, спроектированной и выпускаемой другими агрегатами, футерована огнеупорными материалами, а срок службы составляет несколько месяцев, и даже у некоторых изделий его огнеупорная футеровка треснула менее чем за 3 месяца работы.
2.3 Расчет сопротивления потоку
В конструкции высокоскоростной газовой горелки для того, чтобы продукты сгорания имели достаточную скорость, в камере сгорания должно быть определенное давление. В соответствии с физическими и химическими параметрами газа и требованиями к скорости, предоставленными пользователем, после выполнения расчетов сгорания для определения различных тепловых параметров продуктов сгорания можно рассчитать давление продуктов сгорания в камере сгорания, а именно
pc=pa/[1-(k-1)w2/2kRT]k/(k-1)
В формуле pc — давление в камере сгорания; pa — давление окружающей среды; k — показатель адиабаты продуктов сгорания; R — газовая постоянная продуктов сгорания; T — температура сгорания; w — скорость потока продукты сгорания в сопле.
Воздух и газ поступают в горелку, проходят через соответствующие каналы и поступают в камеру сгорания через сопло, при этом на пути возникает определенное сопротивление потоку. На рисунке 1 показана зависимость расхода воздуха в горелке Qk от перепада давления воздуха Δpk, на рисунке 2 показана зависимость расхода газа в горелке Qr от перепада давления газа Δpr.
Рисунок 1. Зависимость между расходом воздуха в горелке и падением давления (20 ℃).
2 Зависимость между расходом природного газа на горелке и падением давления (20°C)
Давление воздуха на входе в горелку
pk — давление в камере сгорания
ПК и падение давления воздуха
Сумма Δpk, давления газа на входе в горелку
pr — давление в камере сгорания
ПК и падение давления газа
Сумма Δпр. Прямо сейчас:
рк=pc+Δpk
пр=pc+Δpr
pk и pr не могут быть слишком высокими и должны соответствовать условиям использования, заданным пользователем.
Когда высокоскоростная газовая горелка использует в качестве топлива природный газ, скорость продуктов сгорания составляет 100 м/с, а давление на входе природного газа
2
500 Па, давление воздуха на входе 2 100 Па.
3 Проектные расчеты
3.1 Расчет сгорания
Определение потребности в воздухе для сжигания газа путем расчета горения
L0, количество продуктов сгорания
Vα, плотность продуктов сгорания
ρ, газовая постоянная
R, показатель адиабаты
K и теоретическая температура горения T.
а) По выбранному газу определите низшую теплоту сгорания Qyd и объемное процентное содержание компонентов.
б) Подтвердить горение
Теоретический объем воздуха, необходимый для 1 м3 газа
L0 составляет L0=4,672/100*[1/2*CO+1/2*H2+(n+m/4)CnHm+3/2*H2S-O2]
В формуле CO, H2 и CnHm — объемные проценты компонентов газа.
в) Подтвердить горение
Количество продуктов сгорания, образующихся на 1м3 газа
Vy равен Vy=αL0+0,38+0,075Qyd/1000.
д) Определить теоретическую температуру горения
T представляет собой T=(Qyd+CrTr+CkTkLα)/(VyCy) (α>1)
Т=(Qy+CrTr+CkTkLα)/(VyCy) (α<1)
В формуле Cr, Ck и Cy — средние удельные теплоты газа, воздуха и продуктов сгорания соответственно;
Tr и Tk — начальные температуры газа и воздуха соответственно, Qy — эффективная теплота сгорания газа.
Qy=Qyd-QVy, где Q – теплота, содержащаяся в продуктах сгорания.
Q=3022Xco + 2581Xh2
В формуле Xco и Xh2 — объемное процентное содержание продуктов сгорания CO и H2).
е) Определить плотность продуктов сгорания при α=1
ρy=(44Xco2 + 18XH2O +28XN2)/22,4
Когда α<1
ρy=(44Xco2 + 28Xco + 18XH2O + 2XH20 + 28XN2)/22,4
в формуле
Xco2, Xco, Xh2O, Xh2 и Xn2 соответственно
Объем CO2, CO, H2O, H2 и N2 в продуктах сгорания
Процентное содержание.
ж) Определить газовые константы продуктов сгорания.
R это
R=8,314/Мэкв.
В формуле Meq – приведенная молекулярная масса продуктов сгорания.
В формуле Xi – объемное процентное содержание i-го компонента в продуктах сгорания;
Mi – молекулярная масса i-го компонента.
з) Определить показатель адиабаты продуктов сгорания
В формуле Cpi — удельная теплоемкость i-го компонента продукта сгорания.
3.2 Расчет конструкции камеры сгорания
а) Выберите тепловую нагрузку Q0 горелки.
б) Определить расход газа
Vr (объем) и Gr (масса) – где ρr – плотность газа.
в) Определить расход воздуха
Vk (объем) и Gk (масса) составляют Vk=L0Vr.
Gk=Vkρk, где ρk – плотность воздуха.
г) Определить количество образовавшихся продуктов сгорания Гр как Гр=Гр+Гк.
д) Подберите скорость w продуктов сгорания у сопла в соответствии с условиями использования.
е) Определить площадь выходного сечения камеры сгорания.
Fe, диаметр
de представляет собой Fe=GyWe/ρy(1+T/273)
ж) Определить площадь поперечного сечения цилиндра камеры сгорания.
F1, диаметр
d1 это
з) Определить длину L1 секции цилиндра камеры сгорания как L1=(1~1,4)d1.
3.3 Конструкция и расчет сопловых отверстий камеры сгорания
3.3.1 Расчет конструкции газового сопла
а) Выбор скорости впрыска газа wrj.
Выбранный принцип таков: после столкновения газовой струи с соответствующей воздушной струей направление образующейся струи параллельно оси камеры сгорания.
б) Определить общую площадь Frj отверстия газового сопла по формуле Frj=Vr/wrj.
в) Определить процентное распределение расхода впрыска газа по длине газового сопла.
3. Процентное распределение расхода газа в зоне смешанного сгорания камеры сгорания определяет процентное распределение расхода впрыска газа по длине газового сопла.
3 Распределение потоков воздуха и газа в камере сгорания
г) Определить распределение отверстий для впрыска газа по длине газового сопла.
По длине газового сопла расположены n групп газовых сопел с расстоянием между ними около 20 мм, по окружному направлению газового сопла по m сопел в каждой группе, m = от 12 до 24.
д) Определите диаметр каждой группы газовых сопел.
По процентному распределению потока газа по длине сопла мы можем узнать процентное распределение площади отверстий сопел и общую площадь каждой группы отверстий сопел.Предполагая, что диаметр отверстий сопел одинаковый Группа та же, диаметр отверстия сопла можно узнать.
3.3.2 Расчет конструкции воздушного сопла
а) Выбор скорости нагнетания воздуха wkj.
3.3.1 При номинальных расчетных условиях рекомендуется wkj≈15 м/с.
б) Определить общую площадь воздушных сопел Fkj как Fkj=Vk/wkj.
в) Определить распределение потока нагнетаемого воздуха по внутренней стенке камеры сгорания.
3. Определить расход воздуха.При номинальных расчетных условиях рекомендуется коэффициент избытка воздуха α≈0,6 в зоне воспламенения, α≈0,8 в конце зоны смешанного горения, α≈1 в конце хвостовой части. камера сгорания.
4 - схема движения газов в камере сгорания.
4 Схема движения газа в камере сгорания
г) Группировка воздушных сопел в зоне смешанного горения.
8. Определите группу воздушных форсунок в соответствии с группой топливных форсунок, а количество отверстий для воздушных форсунок в каждой группе равно м.
д) Определение отверстий воздушных сопел в хвостовой зоне горения.
Поток воздуха в хвостовой зоне сгорания составляет от 20% до 30% общего потока воздуха.Воздушные сопла должны быть небольшого диаметра и большого количества, чтобы образовывать однородную пленку воздушного охлаждения на внутренней стенке хвостовой зоны сгорания. трубка.
4 Испытание на горение
Высокоскоростная газовая горелка прошла испытания на сжигании природного газа и доказала свою надежность и простоту в эксплуатации.
4.1 Способ зажигания
В испытании на горение использовались два метода электрического зажигания: высокоэнергетический воспламенитель DHZ-103 с частотой воспламенения 1,5 раза/с и запасом энергии 12 Дж/время. Другой - воспламенитель контроля пламени HJ-1 с напряжение зажигания 15 000 В. , форсунка - свеча зажигания автомобиля.
4.2 Процедура зажигания
а) Подача воздуха составляет 1/4 общего объема воздуха, необходимого для номинальной нагрузки;
б) Электрозапал включен;
в) Включите переключатель природного газа, и при α≈0,6 зажигание может быть успешным.
4.3 Регулировка тепловой нагрузки
Горелка с номинальной тепловой нагрузкой 30 м3/ч все еще может поддерживать горение, даже если во время испытания количество природного газа снижается до 1,6 м3/ч.
(α≈14).
4.4 Регулировка коэффициента воздуха
В ходе испытаний диапазон регулировки воздушного коэффициента горелки составлял от 0,5 до 20, что позволяло поддерживать горение.
4.5 Регулировка температуры газа
9 В ходе испытания фактически измеренный диапазон изменения температуры на выходе горелки составил 90°C ~ 1300°C (α≥2).
10Заключение
Высокоскоростная газовая горелка — это высокоэффективная, энергосберегающая горелка с низким уровнем загрязнения, разработанная для промышленных нагревательных печей с использованием технологии сжигания жидкостных ракетных двигателей. Испытание на горение природного газа доказало, что он надежно работает, прост в эксплуатации, имеет большой диапазон регулировки тепловой нагрузки, коэффициента избытка воздуха и диапазона регулировки температуры газа. Горелка успешно применяется в нагревательных печах на нефтяных месторождениях, в керамической, сталелитейной и других отраслях промышленности.
