Горелки без предварительного смешения газа с воздухом

(подовые горелки)

Данный тип горелок относятся к многофакельным диффузионным горелкам с повышенной устойчивостью горения и тепловым излучением. Подовая газовая горелка состоит из двух элементов: стальной бесшовной трубы (коллектора) с просверленными в ней отверстиями для выхода газа и огневой части. Схема установки подовых горелок и расположение у них газовых струек показано на рис. 7.9.

Рис. 15.9. Схема установки подовых горелок в котле (а) и расположение газовых струек (б); h_щ - высота щели; а - ширина щели; l_щ - длина щели

При расчете определяют: а) размеры коллектора и огневой части;

б) диаметр выходных отверстий, их число и расположение на коллекторе; в) необходимое давление газа перед горелкой.

Число горелок принимают равным числу топочных дверок (обычно 1÷3). В том случае, если горелки располагают в поперечном направлении относительно топки, их вводят через боковую стенку котла. Диаметр коллектора составляет 40÷200 мм, скорость движения газа принимают до 20 м/с. Для обеспечения равномерной высоты пламени рекомендуется принимать поперечное сечение трубы в 1,5-2,5 раза больше суммарного сечения выходных отверстий.

Ширину огнеупорной части горелки определяют по скорости движения воздуха в узком сечении щели. Скорость воздуха принимают 2,5÷8 м/с. Меньшую величину выбирают для топок, работающих за счет тяги (без дутья); она должна соответствовать разрежению в топке. Минимальное разрежение для топок чугунных отопительных котлов составляет 8 Па. Для производственно-отопительных котлов разрежение в топке равно 20-30 Па.

Скорость воздуха в узком сечении щели W_в при работе топки без дутья рассчитывают по формуле

(15.16)

где μ_в - коэффициент расхода, который учитывает все гидравлические сопротивлении на пути движения воздуха, его принимают равным 0,7; Δр_т - разрежение в топке; ρ_в - плотность воздуха при рабочих условиях.

Ширина щели равна:

, (15.17)

где а - ширина щели (между огнеупорными стенками); α - коэффициент избытка воздуха; V₀ - теоретическое количество воздуха, необходимого для горения, м³/м³; Т_в - температура воздуха, К; l - длина коллектора; d_н - наружный диаметр коллектора.

Для определения величины а предварительно следует задать длину коллектора, которую ориентировочно находят по тепловой нагрузке на 1 м горелки q_к, т.е.

(15.18)

где N - число горелок; q_к составляет: для отопительных котлов 230-460 кВт/м, для котлов малой производительности с высотой топки до 3 м 1150-1750 кВт/м, для котлов средней производительности с высотой топки более 3 м 2300-3500 кВт/м.

Длину коллектора принимают на 100-600 мм меньше длины колосниковой решетки, а расстояние между горелками составляет 500-1200 мм. В соответствии с полученной шириной щели определяют глубину проникания струи h и диаметр отверстий d_о. Диаметр струи D_с, принявшей направление потока воздуха на расстоянии h от отверстий, определяют соотношением

D_с = 0,75 h.

Для повышения стабильности горения глубину проникания струи принимают немного больше ширины щели и определяют по следующему соотношению. Если глубину проникания принять равной ширине, она будет составлять

ее же принимают равной:

. (15.19)

Диаметр отверстий для выхода газа рассчитывают по формуле Ю.В. Иванова [9]:

, (15.20)

где h - глубина проникновения струи газа; d - диаметр газовых отверстий; W_г - скорость истечения газа; W_в - скорость воздушного потока; α - угол встречи газового и воздушных потоков; k - опытный коэффициент, зависящий от относительного шага между газовыми отверстиями(δ/d). При δ/d = 4; 8; 6, коэффициент k соответственно равен 1,6; 1,7; 1,9.

Отношение скоростей газа и воздуха рекомендуется принимать W_г / W_в =
= 10÷15, что соответствует скоростям газа 30÷80 м/с. Большее отношение выбирают при работе котла без дутья.

Шаг между огневыми отверстиями δ принимают равным:

δ = 0,75∙ h + (2...5) мм.

Для чугунных котлов целесообразнее принимать диаметр отверстий 1,3÷2 мм с шагом 13-20 мм, а для производственных котлов величина d_o = 2÷4 мм, a

δ = 20÷30 мм. Отверстия располагают на трубе горелки в два ряда в шахматном порядке.

Длина коллектора составляет

где n - число выходных отверстий.

Длину огневой щели, учитывая возможное тепловое расширение, принимают на 30÷50 мм больше длины коллектора. Полученная длина коллектора l должна отличаться от предварительно принятой не более чем на 10%. В противном случае следует произвести пересчет.

Необходимое давление газа перед задвижкой горелки определяют по формуле

(15.21)

где μ₀ - коэффициент расхода отверстий горелки, равный 0,7÷0,6;

- сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений горелки (местных и линейных) от задвижки (включая последнюю) до выходных отверстий (коэффициент ξ отнесен к динамическому давлению газа в коллекторе горелки);

F_o - суммарная площадь выходных отверстий;

ρ_газ - плотность газа.

Для чугунных отопительных котлов рекомендуется давление газа 800÷1100 Па, а для производственных котлов - 5000÷10000 Па.