1. Введение
С постепенным завершением проекта газопровода Запад-Восток природный газ стал широко использоваться в качестве экологически чистого топлива на западе моей страны. Поскольку многие провинции западного региона расположены на плоскогорьях, атмосферное давление низкое, а воздух относительно разреженный, то процесс сжигания топлива и способ выбора горелок имеют свои особенности по сравнению с равнинами. В этой статье в основном будет обсуждаться процесс расчета и метод выбора коррекции плато при использовании газовых горелок в высокогорных районах.
2 Особенности горелки при использовании в высокогорных районах
Горелка представляет собой устройство, которое преобразует горючие компоненты топлива в тепловую энергию после полного смешения и сжигания кислорода воздуха. Кислород, необходимый для сжигания топлива, поступает из воздуха, объемный процент кислорода в воздухе составляет около 21% Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м3 природного газа при стандартных условиях, составляет около 9,64 м3[1]. Однако в высокогорных районах при изменении высоты атмосферное давление, плотность воздуха и содержание кислорода будут значительно отличаться от стандартного состояния, как показано в таблице 1 [2].
Из табл. 1 видно, что с увеличением высоты атмосферное давление уменьшается, плотность воздуха уменьшается и соответственно уменьшается содержание кислорода. Из-за изменения содержания кислорода в воздухе рассчитанное нами теоретическое значение объема воздуха в штатном состоянии не подходит для расчета в высокогорных районах.
Например: Многие барабаны котлов и вытяжные вентиляторы, используемые в высокогорных районах, часто используют ту же модель, что и в равнинных районах, и в настоящее время котлы имеют намного меньшую номинальную выходную мощность. Некоторые пользователи выберут больший размер барабана и вытяжного вентилятора, но даже в этом случае эффект от использования все еще неудовлетворителен. Основная причина такого результата заключается в том, что количество воздуха, подаваемого нагнетателем, не соответствует количеству кислорода, необходимому для полного сгорания топлива. Отсюда нетрудно увидеть, что, только принимая за основной параметр содержание кислорода в воздухе, соответствующее высоте, и корректируя фактическое количество воздуха, необходимого для горения, можно достичь цели полного сгорания топлива с минимальным излишком. воздушный коэффициент. Именно этот процесс коррекции делает горелку особенной при использовании на больших высотах.
Таблица 1 Атмосферное давление, плотность воздуха,
Содержание кислорода и температура кипения воды
Высота над уровнем моря (м) []0[]3000[]4000[]5000[]6000[]7000 Атмосферное давление (кПа)[]101,32[]70,7[]62,4[]54,9[]48,1[]42 Плотность воздуха (г/ м3)[]1292[]892[]802[]719[]644[]573Содержание кислорода (г/м3)[]260[]206[]186[]166[]149[]133Точка кипения воды (℃) []100[]90[]87[]84[]80[]773 Поправочный расчет при использовании горелки в высокогорных районах
Поскольку давление воздуха, температура и плотность соответствуют уравнению состояния идеального газа, при определенной температуре атмосферное давление пропорционально его плотности, а взаимосвязь между ними выражается уравнением состояния идеального газа [3]:
р=RρT(1)
или ρ=p/RT(2)
В формуле: p – атмосферное давление, Па;
ρ – плотность воздуха, кг/м3;
T – термодинамическая температура, К;
R – газовая постоянная, Дж/(кг·К).
Для газовой постоянной воздуха R=287 Дж/(кг·К), зная два основных параметра определенного состояния, можно рассчитать плотность воздуха в этом состоянии по формуле (2). Атмосферное давление в каждом регионе можно найти по соответствующим данным, а также рассчитать по следующей формуле [4];
pH=p0(1-H/44340)5,256 (3)
В формуле: pH – атмосферное давление на высоте H, Па;
p0 – атмосферное давление на уровне моря, Па;
Н – высота над уровнем моря, м.
Значения температуры, давления и плотности воздуха на обычно используемых высотах при температуре 15°С приведены в таблице 2 [4].
Таблица 2 Температура воздуха, давление и плотность на обычно используемых высотах (при 15°C)
Высота над уровнем моря H (м) [] Температура T (K) [] Давление p (кПа) [] Плотность ρ (кг/м3) 0 [] 288 [] 101,325 [] 1,2251000 [] 281,651 [] 89,872 [] 1,11172000 [] 275,154 []79,501[]1,00663000[]268,659[]70,121[]9,0925×10-14000[]262,166[]61,66[]8,1935×10-1 Если мы аппроксимируем объемный процент содержания кислорода в атмосфере как константу, через по формуле ( 4) Относительная плотность кислорода может быть рассчитана в одних и тех же условиях на разных высотах и на земле.
ρ0′=CρH(4)
В формуле: ρ0' — относительная плотность кислорода на разных высотах, кг/м3;
C — процент содержания кислорода у земли;
ρH – плотность воздуха на разных высотах, кг/м3.
Поскольку плотность — это масса вещества на единицу объема, отношение масс двух веществ с одинаковым объемом, но разной плотностью равно отношению их плотностей. Следовательно, отношение относительной плотности кислорода на разных высотах к плотности кислорода в стандартном состоянии равно массовому отношению содержания кислорода на единицу объема из двух. Это соотношение фактически является поправочным значением фактического требуемого объема воздуха. для горения на разных высотах, а именно:
К=ρ0′/ρ0 (5)
В формуле: K – поправочный коэффициент плато;
ρ0 – плотность кислорода в стандартном состоянии, кг/м3.
Значения, приведенные в таблице 3, представляют собой относительную плотность кислорода на обычных высотах при 15°C, рассчитанную по формуле (4), и значения в таблице 2.
Таблица 3 Относительная плотность кислорода на обычно используемых высотах (15°C)
Высота Н
(м) []1000[]2000[]3000[]4000 относительное содержание кислорода ρ0′
(кг/м3)[]0,233[]0,211[]0,191[]0,17215°C (T=288K) Объемный процент содержания кислорода в воздухе у земли, где высота равна нулю, составляет 20,95%[5], согласно формула (4) Плотность кислорода у земли для этого условия:
ρ0=Cρ=20,95%×1,225=0,2566 кг/м3
В таблице 4 показаны значения коррекции плато для обычно используемых высот при 15°C (T=288K).
Таблица 4 Значения коррекции плато для обычно используемых высот (15°C)
Высота над уровнем моря H (м) [] 1000 [] 2000 [] 3000 [] 4000 Поправочный коэффициент плато K [] 0,908 [] 0,823 [] 0,744 [] 0,67 По справочным материалам [1] Среднее атмосферное давление зимой и летом в различных регионах моей страны Разница невелика, что доказывает, что температура мало влияет на давление и плотность одного и того же газа.Поэтому автор в основном рассчитывает по значениям в таблице 4 при реальном использовании. При правильном выборе горелки можно полностью исключить влияние температуры воздуха на плотность кислорода.
4 Выбор горелок в высокогорных районах
В настоящее время жидкотопливные и газовые котлы обычно оснащаются горелками импортного производства, имеющими собственные нагнетатели. Его выходные характеристики можно получить из диаграммы характеристик каждой модели. По оси абсцисс отложена мощность горелки, по оси ординат - давление нагнетателя. Для определенной точки характеристической кривой ее значение по оси абсцисс представляет собой не только выходную мощность горелки, но и количество воздуха, которое может подать нагнетатель, прикрепленный к горелке, для обеспечения полного сгорания топлива, соответствующего этой выходная мощность и ее значение по оси ординат Способность горелки преодолевать полное сопротивление стороны дымовых газов котла в условиях выходной мощности. Поэтому, когда горелка используется в обычном или близком к стандартному состоянии, мы обычно выполняем следующие шаги, чтобы определить модель горелки:
(1) Рассчитайте выходную мощность Qb горелки.
Qb=Q/η
В формуле: Q — номинальная мощность котла, МВт;
η – тепловой КПД котла.
(2) Определите общее сопротивление ΔP на стороне дымовых газов соответствующего котла.
(3) Проверьте давление нагнетателя горелки.
В соответствии с характеристической кривой горелки проведите линию вверх от выходной мощности Qb и пересеките характеристическую кривую в точке Pf и выберите модель горелки, соответствующую характеристической кривой Pf>ΔP, чтобы завершить выбор горелки.
Когда горелка используется на плато, поскольку значение поправочного коэффициента плато K меньше 1, то есть содержание кислорода в воздухе только в K раз больше, чем в стандартном состоянии, объем воздуха соответствует точке Qb/k. на характеристической кривой может соответствовать мощность горелки Полное сгорание топлива при мощности равно Qb, причем значение ординаты этой точки также должно быть больше полного сопротивления ΔP на стороне дымовых газов котла. Этапы выбора горелки в условиях плато следующие:
(1) Рассчитать поправочный коэффициент плато
К=ρ0′/ρ0
(2) Рассчитайте фактическую выходную мощность горелки.
Qb=Q/η
(3) Рассчитайте выходную мощность горелки, когда она соответствует объему воздуха плато.
Qbh=Q/η·K
(4) Проверьте давление нагнетателя горелки.
Согласно графику характеристической кривой горелки, от Qbh до точки пересечения характеристической кривой Pfh. Выберите модель горелки, соответствующую характеристической кривой Pfh > ΔP, то есть завершите выбор условий работы плато горелки.
Например, процесс коррекции газовой горелки водогрейного котла мощностью 2,8 МВт на высоте 3000 м:
(1) Когда известная высота составляет 3000 м, K=0,744.
(2) Примите η=91% для КПД котла.
Выходная мощность Qb=2,8 МВт/0,744×91%=4,136 МВт при встрече горелки с объемом воздуха на высоте 3000 м.
(3) Общее сопротивление котла ΔP=12 мбар=1,2 кПа
(4) Характеристика горелки показана на рис. 1 [6]
Рис. 14. При мощности 136 МВт ордината Pf, соответствующая нескольким горелкам, представляет собой напор нагнетателя горелки.
а. GI350DSPGNPf=11 мбар<ΔP
б. GI420DSPGNPf=20 мбар>ΔP
Таким образом, на высоте 3000 м выбор GI420DSPGN может гарантировать, что котел сможет достичь номинальной мощности нагрузки 2,8 МВт. После завершения расчета коррекции плато выберите группу электромагнитных клапанов соответствующего калибра в соответствии с фактическим объемом газа в горелке.
5 Несколько общих проблем при использовании горелок в высокогорных районах
1. Введение
С постепенным завершением проекта газопровода Запад-Восток природный газ стал широко использоваться в качестве экологически чистого топлива на западе моей страны. Поскольку многие провинции западного региона расположены на плоскогорьях, атмосферное давление низкое, а воздух относительно разреженный, то процесс сжигания топлива и способ выбора горелок имеют свои особенности по сравнению с равнинами. В этой статье в основном будет обсуждаться процесс расчета и метод выбора коррекции плато при использовании газовых горелок в высокогорных районах.
2 Особенности горелки при использовании в высокогорных районах
Горелка представляет собой устройство, которое преобразует горючие компоненты топлива в тепловую энергию после полного смешения и сжигания кислорода воздуха. Кислород, необходимый для сжигания топлива, поступает из воздуха, объемный процент кислорода в воздухе составляет около 21% Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м3 природного газа при стандартных условиях, составляет около 9,64 м3[1]. Однако в высокогорных районах при изменении высоты атмосферное давление, плотность воздуха и содержание кислорода будут значительно отличаться от стандартного состояния, как показано в таблице 1 [2].
Из табл. 1 видно, что с увеличением высоты атмосферное давление уменьшается, плотность воздуха уменьшается и соответственно уменьшается содержание кислорода. Из-за изменения содержания кислорода в воздухе рассчитанное нами теоретическое значение объема воздуха в штатном состоянии не подходит для расчета в высокогорных районах.
Например: Многие барабаны котлов и вытяжные вентиляторы, используемые в высокогорных районах, часто используют ту же модель, что и в равнинных районах, и в настоящее время котлы имеют намного меньшую номинальную выходную мощность. Некоторые пользователи выберут больший размер барабана и вытяжного вентилятора, но даже в этом случае эффект от использования все еще неудовлетворителен. Основная причина такого результата заключается в том, что количество воздуха, подаваемого нагнетателем, не соответствует количеству кислорода, необходимому для полного сгорания топлива. Отсюда нетрудно увидеть, что, только принимая за основной параметр содержание кислорода в воздухе, соответствующее высоте, и корректируя фактическое количество воздуха, необходимого для горения, можно достичь цели полного сгорания топлива с минимальным излишком. воздушный коэффициент. Именно этот процесс коррекции делает горелку особенной при использовании на больших высотах.
Таблица 1 Атмосферное давление, плотность воздуха,
Содержание кислорода и температура кипения воды
Высота над уровнем моря (м) []0[]3000[]4000[]5000[]6000[]7000 Атмосферное давление (кПа)[]101,32[]70,7[]62,4[]54,9[]48,1[]42 Плотность воздуха (г/ м3)[]1292[]892[]802[]719[]644[]573Содержание кислорода (г/м3)[]260[]206[]186[]166[]149[]133Точка кипения воды (℃) []100[]90[]87[]84[]80[]773 Поправочный расчет при использовании горелки в высокогорных районах
Поскольку давление воздуха, температура и плотность соответствуют уравнению состояния идеального газа, при определенной температуре атмосферное давление пропорционально его плотности, а взаимосвязь между ними выражается уравнением состояния идеального газа [3]:
р=RρT(1)
или ρ=p/RT(2)
В формуле: p – атмосферное давление, Па;
ρ – плотность воздуха, кг/м3;
T – термодинамическая температура, К;
R – газовая постоянная, Дж/(кг·К).
Для газовой постоянной воздуха R=287 Дж/(кг·К), зная два основных параметра определенного состояния, можно рассчитать плотность воздуха в этом состоянии по формуле (2). Атмосферное давление в каждом регионе можно найти по соответствующим данным, а также рассчитать по следующей формуле [4];
pH=p0(1-H/44340)5,256 (3)
В формуле: pH – атмосферное давление на высоте H, Па;
p0 – атмосферное давление на уровне моря, Па;
Н – высота над уровнем моря, м.
Значения температуры, давления и плотности воздуха на обычно используемых высотах при температуре 15°С приведены в таблице 2 [4].
Таблица 2 Температура воздуха, давление и плотность на обычно используемых высотах (при 15°C)
Высота над уровнем моря H (м) [] Температура T (K) [] Давление p (кПа) [] Плотность ρ (кг/м3) 0 [] 288 [] 101,325 [] 1,2251000 [] 281,651 [] 89,872 [] 1,11172000 [] 275,154 []79,501[]1,00663000[]268,659[]70,121[]9,0925×10-14000[]262,166[]61,66[]8,1935×10-1 Если мы аппроксимируем объемный процент содержания кислорода в атмосфере как константу, через по формуле ( 4) Относительная плотность кислорода может быть рассчитана в одних и тех же условиях на разных высотах и на земле.
ρ0′=CρH(4)
В формуле: ρ0' — относительная плотность кислорода на разных высотах, кг/м3;
C — процент содержания кислорода у земли;
ρH – плотность воздуха на разных высотах, кг/м3.
Поскольку плотность — это масса вещества на единицу объема, отношение масс двух веществ с одинаковым объемом, но разной плотностью равно отношению их плотностей. Следовательно, отношение относительной плотности кислорода на разных высотах к плотности кислорода в стандартном состоянии равно массовому отношению содержания кислорода на единицу объема из двух. Это соотношение фактически является поправочным значением фактического требуемого объема воздуха. для горения на разных высотах, а именно:
К=ρ0′/ρ0 (5)
В формуле: K – поправочный коэффициент плато;
ρ0 – плотность кислорода в стандартном состоянии, кг/м3.
Значения, приведенные в таблице 3, представляют собой относительную плотность кислорода на обычных высотах при 15°C, рассчитанную по формуле (4), и значения в таблице 2.
Таблица 3 Относительная плотность кислорода на обычно используемых высотах (15°C)
Высота Н
(м) []1000[]2000[]3000[]4000 относительное содержание кислорода ρ0′
(кг/м3)[]0,233[]0,211[]0,191[]0,17215°C (T=288K) Объемный процент содержания кислорода в воздухе у земли, где высота равна нулю, составляет 20,95%[5], согласно формула (4) Плотность кислорода у земли для этого условия:
ρ0=Cρ=20,95%×1,225=0,2566 кг/м3
В таблице 4 показаны значения коррекции плато для обычно используемых высот при 15°C (T=288K).
Таблица 4 Значения коррекции плато для обычно используемых высот (15°C)
Высота над уровнем моря H (м) [] 1000 [] 2000 [] 3000 [] 4000 Поправочный коэффициент плато K [] 0,908 [] 0,823 [] 0,744 [] 0,67 По справочным материалам [1] Среднее атмосферное давление зимой и летом в различных регионах моей страны Разница невелика, что доказывает, что температура мало влияет на давление и плотность одного и того же газа.Поэтому автор в основном рассчитывает по значениям в таблице 4 при реальном использовании. При правильном выборе горелки можно полностью исключить влияние температуры воздуха на плотность кислорода.
4 Выбор горелок в высокогорных районах
В настоящее время жидкотопливные и газовые котлы обычно оснащаются горелками импортного производства, имеющими собственные нагнетатели. Его выходные характеристики можно получить из диаграммы характеристик каждой модели. По оси абсцисс отложена мощность горелки, по оси ординат - давление нагнетателя. Для определенной точки характеристической кривой ее значение по оси абсцисс представляет собой не только выходную мощность горелки, но и количество воздуха, которое может подать нагнетатель, прикрепленный к горелке, для обеспечения полного сгорания топлива, соответствующего этой выходная мощность и ее значение по оси ординат Способность горелки преодолевать полное сопротивление стороны дымовых газов котла в условиях выходной мощности. Поэтому, когда горелка используется в обычном или близком к стандартному состоянии, мы обычно выполняем следующие шаги, чтобы определить модель горелки:
(1) Рассчитайте выходную мощность Qb горелки.
Qb=Q/η
В формуле: Q — номинальная мощность котла, МВт;
η – тепловой КПД котла.
(2) Определите общее сопротивление ΔP на стороне дымовых газов соответствующего котла.
(3) Проверьте давление нагнетателя горелки.
В соответствии с характеристической кривой горелки проведите линию вверх от выходной мощности Qb и пересеките характеристическую кривую в точке Pf и выберите модель горелки, соответствующую характеристической кривой Pf>ΔP, чтобы завершить выбор горелки.
Когда горелка используется на плато, поскольку значение поправочного коэффициента плато K меньше 1, то есть содержание кислорода в воздухе только в K раз больше, чем в стандартном состоянии, объем воздуха соответствует точке Qb/k. на характеристической кривой может соответствовать мощность горелки Полное сгорание топлива при мощности равно Qb, причем значение ординаты этой точки также должно быть больше полного сопротивления ΔP на стороне дымовых газов котла. Этапы выбора горелки в условиях плато следующие:
(1) Рассчитать поправочный коэффициент плато
К=ρ0′/ρ0
(2) Рассчитайте фактическую выходную мощность горелки.
Qb=Q/η
(3) Рассчитайте выходную мощность горелки, когда она соответствует объему воздуха плато.
Qbh=Q/η·K
(4) Проверьте давление нагнетателя горелки.
Согласно графику характеристической кривой горелки, от Qbh до точки пересечения характеристической кривой Pfh. Выберите модель горелки, соответствующую характеристической кривой Pfh > ΔP, то есть завершите выбор условий работы плато горелки.
Например, процесс коррекции газовой горелки водогрейного котла мощностью 2,8 МВт на высоте 3000 м:
(1) Когда известная высота составляет 3000 м, K=0,744.
(2) Примите η=91% для КПД котла.
Выходная мощность Qb=2,8 МВт/0,744×91%=4,136 МВт при встрече горелки с объемом воздуха на высоте 3000 м.
(3) Общее сопротивление котла ΔP=12 мбар=1,2 кПа
(4) Характеристика горелки показана на рис. 1 [6]
Рис. 14. При мощности 136 МВт ордината Pf, соответствующая нескольким горелкам, представляет собой напор нагнетателя горелки.
а. GI350DSPGNPf=11 мбар<ΔP
б. GI420DSPGNPf=20 мбар>ΔP
Таким образом, на высоте 3000 м выбор GI420DSPGN может гарантировать, что котел сможет достичь номинальной мощности нагрузки 2,8 МВт. После завершения расчета коррекции плато выберите группу электромагнитных клапанов соответствующего калибра в соответствии с фактическим объемом газа в горелке.
5 Несколько общих проблем при использовании горелок в высокогорных районах
