Практична робота №1

Тема практичної роботи: Розрахунок інжекційного пальника низького тиску.

Мета практичної роботи: Набуття студентом навиків проведення розрахунку інжекційного пальника низького тиску, користування нормативними даними.

Матеріально-технічне забезпечення: інструкційні картки, довідникова література, калькулятор.

Література:

1). Енін П.М., Шишко Г.Г., Предун К.М. Газопостачання населених пунктів і об’єктів природним газом. Навчальний посібник. – К.: Логос, 2002. – 198 с.

2). Г.Г. Шишко, П.М. Енин Учет расхода газа. – К.: Урожай, 1993 – 310с.

Студент повинен знати:

- типи інжекційних пальників;

- принцип роботи інжекційного пальника низького тиску;

- порядок проведення теплового розрахунку інжекційного пальника низького тиску;

- порядок проведення конструктивного розрахунку інжекційного пальника низького тиску.

Студент повинен вміти:

- проводити тепловий розрахунок інжекційного пальника низького тиску;

- проводити конструктивний розрахунок інжекційного пальника низького тиску;

- користуватися довідниковою літературою.

Послідовність виконання практичної роботи

1.Перевірка викладачем готовності до виконання практичної роботи.

2.Ознайомлення студента з завданням на практичну роботу.

3.Виконання практичної роботи в присутності викладача.

4.Оформлення звіту з практичної роботи.

5.Захист практичної роботи.

Вихідні дані для виконання практичної роботи

№ п/п	Теплова потужність газового приладу Q, кВт	Коефіцієнт корисної дії приладу η	Родовище	Густина газу ρг, кг/м^3	Тиск газу перед соплом пальника Р, Па
	20,9	0,8	Шебелинське	0,73
	23,2	0,81	Уренгойське	0,73
	29,0	0,82	Північно-Ставропольське	0,73
	20,9	0,83	Середньо-Азіатське	0,73
	23,2	0,84	Дашавське	0,73
	29,0	0,85	Бухарське	0,73
	20,9	0,8	Шебелинське	0,73
	23,2	0,81	Уренгойське	0,73
	29,0	0,82	Північно-Ставропольське	0,73
	20,9	0,83	Середньо-Азіатське	0,73
	23,2	0,84	Дашавське	0,73
	29,0	0,85	Бухарське	0,73
	20,9	0,8	Шебелинське	0,73
	23,2	0,81	Уренгойське	0,73
	29,0	0,82	Північно-Ставропольське	0,73

Теоретична довідка

Інжекційні пальники – це пальники, в яких необхідне для згорання повітря поступає повністю (α ₁> 1) або (α₁< 1) як первинне. Відповідно інжекційні пальники поділяють на 2 групи в залежності від величини коефіцієнта надлишку первинного повітря. Надходження повітря у пальник відбувається за рахунок кінетичної енергії струменя газу, який витікає із сопла.

Інжекційні пальники з α ₁> 1. Газ, який витікає з сопла з великою швидкістю, засмоктує в інжектор з навколишнього середовища повітря у такій кількості, що забезпечує повноту його згорання. Тобто вторинне повітря повністю відсутнє, і процес спалювання газу відбувається за кінетичним принципом. Інтенсивне змішування газу з повітрям відбувається в горловині (див. рис.) і закінчується в дифузорі. В останньому статистичний тиск потоку підвищується за рахунок плавного зменшення його швидкості. Конфігурація змішувача пальника (за принципом Вентурі) забезпечує повне змішування газу з повітрям і створення однорідної газоповітряної суміші, що дозволяє повністю спалювати природний газ з мінімальним надлишком повітря (α = 1,02-1,05). Вирівнювання поля швидкостей відбувається в спеціальному насадку, що має форму конфузора. Кількість повітря, що надходить у пальник, змінюється за допомогою регулятора первинного повітря, що у більшості випадків має форму шайби, яка крутиться на різьбовій поверхні сопла.

У всьому робочому діапазоні пальника має місце відрив полум’я, для попередження якого ці пальники оснащуються стабілізаторами полум’я, котрі забезпечують постійне підпалювання газоповітряної суміші, що витікає з насадка.

Інжекційні пальники з α ₁> 1, як правило, використовують газ пониженого середнього тиску (Р = 10-90 кПа). Їх встановлюють на промислових та комунальних тепло агрегатах. Максимальну величину витрати газу обмежують значенням у 100 м³/год. Для більших витрат газу ці пальники стають громіздкими та метало ємкими, що ускладнює їх компонування з тепло агрегатами та печами.

До переваг цих пальників слід віднести відсутність вторинного повітря, можливість роботи в топках з невеликим розрідженням (до 20 Па), наприклад, у камерних нагрівальних печах. Вони забезпечують в робочому діапазоні автоматичність співвідношення «газ-повітря», тобто сталість величини коефіцієнта первинного повітря назалежно від зміни тиску газу. Суттєвим недоліком інжекційних пальників з α ₁> 1 є низька стійкість до таких явищ, як відрив та проскок полум’я. І тому ці пальники комплектують стабілізаторами горіння.

Інжекційні пальники з α₁< 1. У переважній більшості дані пальники використовують газ низького тиску (Р < 2 кПа). За таких умов енергії струменя газу, який витікає із сопла в інжектор, недостатньо для того, щоб забезпечити таку вихідну швидкість газоповітряної суміші в насадці пальника чи у вогневих отворах, що буде не меншою за швидкість розповсюдження полум’я. Тому максимальна теплова потужність таких пальників визначається, як правило, швидкістю відриву полум’я. А так як пальники повинні мати достатньо широкий діапазон зміни теплової потужності, то доводиться вибирати таке значення коефіцієнта первинного повітря, щоб газоповітряна суміш усередині змішувача була негорючою. Тоді проскок полум’я при зменшенні витрати газу буде відсутнім. Для природного газу α_1min = 0,4. Якщо значення цього коефіцієнта буде меншим, то процес спалювання газу наближатиметься до дифузійного, при якому має місце хімічний недопал.

Повне спалювання газу в таких пальниках можна забезпечити тільки при подачі вторинного повітря. Сумарний коефіцієнт надлишку повітря повинен бути не меншим, ніж 1,15-1,20.

Порівняно з інжекційними пальниками середнього тиску (α ₁> 1) пальники низького тиску (α ₁> 1) мають певні особливості:

- необхідне організоване підведення вторинного повітря;

- топки газових приладів повинні бути під розрідженням;

- процес спалювання газу – комбінований: початок горіння має кінетичний, а далі – дифузійний характер;

- внаслідок більшої стійкості до відриву і проскоку полум’я відпадає необхідність стабілізатора полум’я.

Інжекційні пальники низького тиску комплектуються різноманітними насадками. Їх конструкція визначається топкою приладу, який оснащується даними пальниками. А ці пальники досить широко використовуються у побутових газових приладах, малометражних водогрійних опалювальних котлах.

Методичні вказівки до виконання практичної роботи

1. Тепловий розрахунок інжекційного пальника низького тиску

Метою теплового розрахунку є визначення необхідних кількостей газу і повітря для роботи газового приладу в номінальному режимі. Його виконують у такій послідов­ності:

1. Визначають теплопродуктивність газопальникового пристрою:

, кВт (1.1.)

де Q - теплова потужність приладу, кВт (приймається за даними додатка 12) [1];

η- коефіцієнт корисної дії.

2. Обчислюють витрату газу:

, м³/год (1.2.)

де Q^Н_Р - нижча теплота спалювання газу (додаток № 14) [2], МДж/м³.

3. Знаходять теоретично необхідну кількість повітря для спалювання 1 м³ газу:

, м³/м³ (1.3.)

а також для всієї кількості газу:

, м³/год (1.4.)

4. Визначають фактичний об'єм продуктів спалювання за формулою:

, м³/год (1.5.)

де α - коефіцієнт надлишку повітря (для різних конструкцій апаратів знаходиться у ме­жах α=1,1-1,3).

2. Конструктивний розрахунок інжекційного пальника низького тиску

Метою конструктивного розрахунку є визначення геометричних розмірів сопла і змішувача пальника.

Змішувач, як правило, складається з трьох частин:

1) конфузора, у який за рахунок кінетичної енергії газу, що витікає із сопла, надхо­дить повітря з навколишнього середовища:

2) безпосередньо змішувача, в якому відбувається змішування газу з первинним по­вітрям;

3) дифузора, де закінчується формування газоповітряної суміші і вирівнюється поле швидкостей.

Конструктивний розрахунок газопальникового пристрою виконують в такій послі­довності:

1. Визначають швидкість виходу газу із сопла:

, м/с (1.6.)

де Р ₁ - надлишковий (манометричний) тиск газу перед соплом, Па (приймають за резуль­татами гідравлічного розрахунку внутрішньобудинкових газопроводів або згідно з завдан­ням на практичну роботу);

ΔР - перепад тиску у газопроводі перед соплом Р₁ і в топковій каме­рі газового апарата Р₂, Па (для пальників атмосферного типу ΔР =Р₁);

φ - коефіцієнт, який враховує нерівномірність розподілу швидкостей потоку газу по площі сопла, можна приймати φ =0.8;

ρ_г - густина газу, кг/м³.

2. Знаходять площу поперечного перерізу сопла пальника:

, м² (1.7.)

а потім його діаметр:

, м (1.8.)

3. Обчислюють діаметр горловини змішувача:

, м (1.9.)

де α₁ - коефіцієнт надлишку первинного повітря;

S=ρ_п/ρ_г - коефіцієнт інжекції;

ρ_п - густина повітря, кг/м³;

ρ _г - густина газу, кг/м³.

4. Визначають інші конструктивні розміри змішувача газопальникового пристрою, використовуючи емпіричні формули:

Діаметр дифузора:

, м (1.10.)

Діаметр конфузора:

, м (1.11.)

Довжина горловини змішувача:

, м (1.12.)

Довжина конфузора:

,м (1.13.)

Довжина дифузора:

, м (1.14.)

де β - напівкут розкриття дифузора, β =3°-4°.

Після розрахунку змішувача переходять до конструктивного розрахунку вогневої насадки, суттю якого є вибір необхідної кількості отворів для виходу газоповітряної сумі­ші в топку газового приладу чи в навколишнє середовище.

5. Приймають діаметр вогневого отвору d₀,м (знаходиться у межах

d₀= (2-6)∙10^-3м).

6. Визначають швидкість виходу газоповітряної суміші з вогневих отворів за умови стабільної роботи пальника для прийнятого коефіцієнта первиного повітря (для атмос­ферних пальників, які працюють на природному газі, α₁ = 0,45-0,7):

, м/с (1.15.)

де W_max - максимальна швидкість виходу газоповітряної суміші (швидкість відриву полу­м'я).

7. Знаходять сумарну площу вогневих отворів насадки пальника:

, м² (1.16.)

а згодом - і їх кількість:

, шт. (1.17.)

З вогневої насадки атмосферного пальника газоповітряна суміш виходить через от­вори зі швидкістю, яка забезпечує стале горіння і згорає бунзенівським полум'ям. Вто­ринне повітря дифундує до полум'я безпосередньо з навколишнього середовища. Пра­вильно запроектовані і добре відрегульовані атмосферні пальники забезпечують практич­но повне спалювання природного газу при коефіцієнтах: первинного повітря α₁=0,45-0,7 і надлишку повітря у топці

α= 1,1-1,3.

Вогнева насадка пальника може мати найрізноманітнішу форму, але звичайно - це колектор з великою кількістю вихідних отворів. Конструкція насадки визначається тим газопальниковим пристроєм, для якого вона призначена. Насадки пальників газових плит повинні відповідати відстані, на якій встановлюють на них посуд, а насадки пальників во­донагрівачів, котлів тощо - габаритам їх топок. Насадки пальників розміщують у топці та­ким чином, щоб були забезпечені правильне підведення вторинного повітря, нормальний розвиток конусу полум'я і відведення продуктів спалювання.

Для рівномірного нагрівання теплообмінника газового приладу (водонагрівача, кот­ла тощо) вогнева насадка пальника повинна мати ту ж саму форму в плані, що і топочна камера приладу. Вогневі отвори розміщуються рівномірно по площі насадки.

Висоту топочної камери вибирають такою, щоб не створювались умови, які сприя­ють появі хімічного недопалу природного газу. Внутрішній конус полум'я не повинен торкатись холодних поверхонь нагріву тому, що це призводить до хімічної неповноти спа­лювання і до появи в продуктах згоряння палива оксиду вуглецю. Стикання зовнішнього конусу полум'я з поверхнею нагріву при правильному підведенні вторинного повітря і відведенні продуктів спалювання не дає помітного хімічного недопалу.

Висота внутрішнього конусу полум'я залежить від складу газу, коефіцієнта пер­винного повітря, швидкості виходу газоповітряної суміші (чи теплової напруги попереч­ного перерізу вихідних отворів вогневої насадки пальника) і діаметра отворів. Висоту внутрішнього конусу полум'я атмосферного пальника можна визначити за емпіричною формулою:

, мм (1.18)

де k - емпіричний коефіцієнт, який залежить від складу газу і коефіцієнта первинного по­вітря;

R - теплова напруга поперечного перерізу вихідних отворів насадки пальника, Вт/м²;

d₀ - діаметр вихідного отвору, мм.

, Вт/м² (1.19.)

Висоту зовнішнього конусу полум'я визначають також за емпіричною формулою:

, мм (1.20.)

де k₁ - емпіричний коефіцієнт, який залежить від відстані між вогневими отворами

Таким чином, висота топки газового приладу повинна бути не меншою від значення висоти зовнішнього конусу полум'я, тобто величини h₁.

Захист практичної роботи проводиться викладачем по практичним і теоретичним питанням даної теми після повного виконання практичної роботи студентом.

Питання для самоконтролю

1.Типи інжекційних пальників.

2.Принцип роботи інжекційного пальника низького тиску.

3.Порядок проведення теплового розрахунку інжекційного пальника низького тиску.

4.Порядок проведення конструктивного розрахунку інжекційного пальника низького тиску.

Дата добавления: 2015-07-15