Расчет форсунок
Расчет форсунок основан на формулах истечения. Цель расчета: определения проходных сечений для мазута распылителя и воздуха идущего на сгорание. Расчет проходного сечения воздуха идущего на сгорание аналогичен расчету проходного сечения воздуха в горелках без предварительного смешения.
Рассмотрим методику расчета форсунок высокого давления:
3.1.1 Исходные данные:
а) параметры мазута: давление, температура, плотность;
б) параметры распылителя: абсолютное давление, температура, плотность;
в) расход мазута;
г) расход распылителя (удельный).
3.1.2 Цель расчета: определение конструктивных размеров форсунки.
Схема расчета представлена на рисунке 3.
1- мазут; 2 – распылитель первичный; 3 - распылитель вторичный
Рисунок 3 – Расчетная схема форсунки высокого давления
3.1.3 Порядок расчета:
3.13.1 Скорость истечения мазута из сопла
(3.1),
где μ - коэффициент истечения мазута из сопла, μ=0,2;
ρм – плотность мазута, ρм=960 кг/м3.
3.1.3.2 Диаметр мазутного сопла
(3.2)
По этой формуле построен график (Рисунок Б2, приложение Б) по которому можно определить dм в зависимости от расхода Вм и давления pм.
Диаметр мазутного сопла dм должен быть не меньше 3мм (чтобы избежать засорения).
3.1.3.3 Скорость распылителя в критическом (в узком) сечении сопла Лаваля
(3.3),
где φ – коэффициент истечения для сопла Лаваля, φ=0,8;
М-масштаб: для воздуха М=0,685; для сухого пара М=0,635; для перегретого пара М=0,667; ρор – плотность распылителя: для воздуха ρор=1,29 кг/м3; для сухого пара ρор=0,804; для перегретого пара ρор=0,804; Рр - абсолютное давление распределителя; То – температура окружающей среды, Ро – атмосферное давление.
3.1.3.4 Площадь сечения сопла Лаваля
(3.4)
3.1.3.5 Площадь выходного (конечного) сечения сопла Лаваля
(3.5)
где А – коэффициент, который определяется из таблицы А1 (Приложение А) для воздуха или пара по значению их давления.
3.1.4 Расчет смесителя
3.1.4.1 Плотность распылителя, поступающего в смеситель
(3.6),
где П – коэффициент, который определяется из таблицы А1 (Приложение А) для воздуха или пара по значению их давления.
3.1.4.2 Скорость распылителя поступающего в смеситель
(3.6 а)
3.1.4.3 Суммарная кинетическая энергия в начальном сечении смесителя, отнесенная к 1кг мазута, складывается из кинетической энергии мазута и распылителя
(3.7)
3.1.4.4 Расход энергии на смешение, отнесенный к 1кг мазута
(3.8)
3.1.4.5 Радиус капли распыленного мазута
(3.9)
3.1.4.6 Расход энергии на распыление 1кг мазута
(3.10),
где σ – коэффициент поверхностного натяжения (берется в пределах 0,024-0,033 Н/м).
Кинетическая энергия в выходном сечении смесителя, отнесенная к 1кг мазута
(3.11)
где 
- к.п.д. смесителя, = 0,8-0,9.
3.1.4.7 Скорость смеси на выходе
(3.12)
3.1.4.8 Температура распылителя, поступающего в смеситель
(3.13)
3.1.4.9 Энтальпия мазута и распылителя, поступающих в смеситель, отнесенная к 1 кг мазута
, Дж/кг (3.14),
где см – теплоемкость мазута; см = 1880-2050 Дж/кг·°С;
ср- теплоемкость распылителя.
3.1.4.10 Тепло смешения и трения, отнесенное к 1 кг мазута
(3.15)
3.1.4.11 Температура смеси на выходе
(3.16)
3.1.4.12 Плотность смеси на выходе
(3.17)
3.1.4.13 Площадь смеси на выходе
(3.18)
Пример расчета форсунки
Рассчитать форсунку высокого давления для сжигания мазута, BМ = 0,028 кг/с. Давление мазута перед форсункой рМ = 200 кПа, температура t = 90 °С. Распылитель - компрессорный воздух по давлением РР = 600 кПа с температурой tр = 50 °С. Удельные расходы первичного и вторичного распылителя одинаковы и равны q = 0,65 кг/кг мазута.
3.2.1 Скорость истечения мазута из сопла
3.2.2 Диаметр мазутного сопла
3.2.3 Скорость распылителя в критическом (в узком) сечении сопла Лаваля
3.2.4 Площадь сечения сопла Лаваля
3.2.5 Площадь выходного (конечного) сечения сопла Лаваля
3.2.6 Плотность распылителя, поступающего в смеситель
3.2.7 Скорость распылителя поступающего в смеситель
3.2.8 Суммарная кинетическая энергия в начальном сечении смесителя
3.2.9 Расход энергии на смешение
.
3.2.10 Радиус капли распыленного мазута
3.2.11 Расход энергии на распыление 1кг мазута
3.2.12 Кинетическая энергия в выходном сечении смесителя
3.2.14 Скорость смеси на выходе
3.2.15 Температура распылителя поступающего в смеситель
3.2.16 Энтальпия мазута и распылителя, поступающих в смеситель
3.2.17 Тепло смешения и трения, отнесенное к 1 кг мазута
3.2.18 Температура смеси на выходе
3.2.19 Плотность смеси на выходе
3.2.20 Площадь смеси на выходе
3.2.21 Диаметр выходного сечения смесителя
Принимается dсм = 13 мм
Литература
1 Маслов В.И., Винтовкин А.А., Дружинин Г.М. Рациональное сжигание газообразного топлива в металлургических агрегатах. – М.: Металлургия, 1987. – 112 с.
2 Спейшер В.А., Горбаненко А.Д. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 184 с.
3 Сожигательные устройства нагревательных и термических печей. Справочник Гусовский В.Л., Лифшиц А.Е., Тымчак М.М. – М.: Металлургия, 1981. – 272 с.
4 Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. – Л.: Недра, 1989. – 304 с.
5 Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. – М.: Энергия, 1976. – 488 с.
6 Мадоян А.А., Балтен В.Н., Гречаный А.Н. Эффективное сжигание низкосортных углей в энергетических котлах. – М., Энергоатомиздат, 1991. – 199 с.
7 Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов. – М., Энергоатомиздат. 1990. – 104 с.
8 Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива. – Л.: Недра, 1987. – 337 с.
9 Горелочные устройства промышленных печей и топок (конструкции и технические характеристики). Справочник. / А.А. Винтовкин, М.Г. Ладыгичев, В.Л. Гусовский, Т.В. Калинова. – М.: "Интермет Инжиниринг", 1999. – 560 с.
Приложение А
(обязательное)
Таблица А.1 - Значения коэффициентов А, П и D 
Продолжение приложения А
Продолжение таблицы А.1
Продолжение приложения А
Окончание таблицы А.1
Рисунок А.1- Значения коэффициентов А, П и D
Приложение Б
(обязательное)
а – при ρОГ = 1,29 кг/м3, t = 0oC; б – поправка на плотность газа;
в – поправка на температуру газа
Рисунок Б.1 - Скорость истечения газа из сопла
Рисунок Б.2 - Определение диаметра мазутного сопла
Приложение В
(обязательное)
Таблица В.1 – Средний состав природного газа, его теплота сгорания, плотность, объемы воздуха и продуктов сгорания при 
=1
| №№ газопровода (вариант) | Состав газа, % |  , МДж/м3 (ккал/м3)
|  , кг/м3
| 
| 
| 
| 
| 
| ||||||||||||||||||||||
| CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | C5H12 (более) | N2 | CO2 | м3/ м3 | |||||||||||||||||||||||
| 1 Брянск-Москва | 92.8 | 3.9 | 1.1 | 0.4 | 0.1 | 1.6 | 0.1 | 37.31 (8910) | 0.775 | 9.91 | 1.06 | 7.84 | 2.20 | 11.11 | ||||||||||||||||
| 2 Бухара-Урал | 94.2 | 2.5 | 0.4 | 0.2 | 0.1 | 2.6 | - | 36.17 (8640) | 0.752 | 9.54 | 1.01 | 7.56 | 2.14 | 10.72 | ||||||||||||||||
| 3 Газли-Каган-Ташкент | 94.0 | 2.8 | 0.4 | 0.3 | 0.1 | 2.0 | 0.4 | 36.26 (8660) | 0.751 | 9.64 | 1.03 | 7.64 | 2.16 | 10.83 | ||||||||||||||||
| 4 Газли-Каган | 95.4 | 2.6 | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 1.1 | 0.2 | 36.59 (8740) | 0.750 | 9.72 | 1.04 | 7.69 | 2.18 | 10.91 | ||||||||||||||||
| 5 Гоголева-Полтава | 8.5 | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 13.7 | 0.1 | 30.98 (7400) | 0.789 | 8.26 | 0.87 | 6.66 | 1.86 | 9.39 | |||||||||||||||||
| 6 Дашава-Киев | 98.9 | 0.3 | 0.1 | 0.1 | 0.4 | 0.2 | 35.88 (8570) | 0.712 | 9.52 | 1.00 | 7.52 | 2.15 | 10.68 | |||||||||||||||||
| 7 Джаркак-Ташкент | 95.5 | 2.7 | 0.2 | 0.2 | 0.1 | 1.0 | 0.1 | 36.68 (8760) | 0.748 | 9.74 | 1.04 | 7.70 | 2.18 | 10.92 | ||||||||||||||||
| 8 Игрим-Пунга-Серов-Нижний Тагил | 95.7 | 1.9 | 0.3 | 0.3 | 0.1 | 1.3 | - | 36.47 (8710) | 0.741 | 9.68 | 1.03 | 7.66 | 2.17 | 10.86 | ||||||||||||||||
| Продолжение приложения В Продолжение таблицы В.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 9 Карабулак-Грозный | 68.5 | 14.5 | 3.5 | 3.5 | 1.0 | 3.5 | 1.4 | 45.85 (10950) | 1.036 | 12.21 | 1.41 | 9.68 | 2.54 | 13.63 | ||||||||||||||||
| 10 Карадаг-Тбилиси-Ереван | 93.9 | 3.1 | 0.3 | 0.3 | 0.1 | 1.3 | 0.2 | 37.09 (8860) | 0.766 | 9.85 | 1.05 | 7.79 | 2.19 | 11.04 | ||||||||||||||||
| 11 Коробки-Жирное-Камышин | 81.5 | 8.0 | 2.3 | 2.3 | 0.5 | 3.2 | 0.5 | 41.45 (9900) | 0.901 | 10.95 | 1.22 | 8.68 | 2.35 | 12.25 | ||||||||||||||||
| 12 Коробки-Лог-Волгоград | 93.2 | 1.9 | 0.3 | 0.3 | 0.1 | 3.0 | 0.7 | 35.84 (8560) | 0.766 | 9.51 | 1.02 | 7.54 | 2.13 | 10.69 | ||||||||||||||||
| 13 Кумертау-Ишимбай-Магнитогорск | 71.7 | 5.3 | 0.9 | 0.9 | 0.3 | 8.8 | 0.1 | 36.80 (8790) | 0.858 | 9.74 | 1.06 | 7.79 | 2.13 | 10.98 | ||||||||||||||||
| 14 Лижво-Кологривовка-Вольск | 93.2 | 2.6 | 1.2 | 0.7 | - | 2.0 | 0.3 | 37.01 (8840) | 0.782 | 9.81 | 1.05 | 7.74 | 2.18 | 11.00 | ||||||||||||||||
| 15 Оренбург-Совхозное | 91.4 | 4.1 | 1.9 | 0.6 | - | 0.2 | 0.7 | 38.02 (9080) | 0.883 | 10.05 | 1.08 | 7.94 | 2.28 | 11.25 | ||||||||||||||||
| 16 Первомайск-Сторожевка | 62.4 | 3.6 | 2.6 | 0.9 | 0.2 | 30.2 | 0.1 | 28.30 (6760) | 0.952 | 7.51 | 0.82 | 6.24 | 1.64 | 8.70 | ||||||||||||||||
| 17 Промысловка-Астрахань | 97.1 | 0.3 | 0.1 | 2.4 | 0.1 | 35.04 (8370) | 0.733 | 9.32 | 0.98 | 7.38 | 2.11 | 10.47 | ||||||||||||||||||
| 18 Рудки-Минск-Вильнюс, Рудки-Самбор | 95.6 | 0.7 | 0.4 | 0.2 | 0.2 | 2.8 | 0.1 | 35.51 (8480) | 0.740 | 9.45 | 1.0 | 7.49 | 2.12 | 10.62 | ||||||||||||||||
| Продолжение приложения В Продолжение таблицы В.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 19 Саратов-Горький | 91.9 | 2.1 | 1.3 | 0.4 | 0.1 | 3.0 | 1.2 | 36.13 (8630) | 0.786 | 9.57 | 1.03 | 7.59 | 2.13 | 10.75 | ||||||||||||||||
| 20 Саратов-Москва | 78.2 | 4.4 | 2.2 | 0.7 | 0.2 | 14.2 | 0.1 | 34.16 (8160) | 0.879 | 8.99 | 0.98 | 7.25 | 1.98 | 10.20 | ||||||||||||||||
| 21 Саушино-Лог-Волгоград | 96.1 | 0.7 | 0.1 | 0.1 | 2.8 | 0.2 | 35.13 (8390) | 0.741 | 9.32 | 0.98 | 7.39 | 2.10 | 10.48 | |||||||||||||||||
| 22 Серпухов-Ленинград | 89.7 | 5.2 | 1.7 | 0.5 | 0.1 | 2.7 | 0.1 | 37.43 (8490) | 0.799 | 10.0 | 1.0 | 7.93 | 2.21 | 11.22 | ||||||||||||||||
| 23 Средняя Азия-Центр | 93.8 | 3.6 | 0.7 | 0.2 | 0.4 | 0.7 | 0.6 | 37.56 (8970) | 0.776 | 9.91 | 1.07 | 7.84 | 2.21 | 11.11 | ||||||||||||||||
| 24 Ставрополь-Невинномысск-Грозный | 98.2 | 0.4 | 0.1 | 0.1 | 1.0 | 0.2 | 35.63 (8510) | 0.728 | 9.47 | 1.0 | 7.4 | 2.14 | 10.63 | |||||||||||||||||
| 25 Ставрополь-Москва: 1-я нитка | 93.8 | 2.0 | 0.8 | 0.3 | 0.1 | 2.6 | 0.4 | 36.09 (8620) | 0.764 | 9.58 | 1.02 | 7.60 | 2.14 | 10.76 | ||||||||||||||||
| 2-я нитка | 92.8 | 2.8 | 0.9 | 0.4 | 0.1 | 2.5 | 0.5 | (8730) 36.55 | 0.772 | 9.68 | 1.04 | 7.67 | 2.16 | 10.86 | ||||||||||||||||
| 3-я нитка | 91.2 | 3.9 | 1.2 | 0.5 | 0.1 | 2.6 | 0.5 | (8840) 37.01 | 0.786 | 9.81 | 1.06 | 7.78 | 2.18 | 11.01 | ||||||||||||||||
| Продолжение приложения В Окончание таблицы В.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| В қосымшанің жалғасы В.1 кестесінің аяғы | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 26 Угерско-Стрый, Угерско-Гнездичи, Угерско-Львов | 98.5 | 0.2 | 0.1 | 1.0 | 0.2 | 35.50 (8480) | 0.722 | 9.43 | 0.99 | 7.46 | 2.13 | 10.59 | ||||||||||||||||||
| 27 Урицк-Сторожевка | 91.9 | 2.4 | 1.1 | 0.8 | 0.1 | 3.2 | 0.5 | 36.47 (8710) | 0.789 | 9.70 | 1.04 | 7.70 | 2.16 | 10.89 | ||||||||||||||||
| 28 Хаджи-Абад-Фергана | 85.9 | 6.1 | 1.5 | 0.8 | 0.6 | 5.0 | 0.1 | 38.35 (9160) | 0.832 | 10.03 | 1.09 | 7.97 | 2.20 | 11.26 | ||||||||||||||||
| 29 Щебелинка-Острогожск, Щебелинка-Днепропетровск, Щебелинка-Харьков | 92.8 | 3.9 | 1.0 | 0.4 | 0.3 | 1.5 | 0.1 | 37.31 (8910) | 0.781 | 9.93 | 1.07 | 7.88 | 2.21 | 11.16 | ||||||||||||||||
| 30 Щебелинка-Брянск-Москва | 94.1 | 3.1 | 0.6 | 0.2 | 0.8 | 1.2 | - | 37.87 (9045) | 0.776 | 9.98 | 1.07 | 7.90 | 2.22 | 11.19 | ||||||||||||||||
| 31 Смесь из Западной Сибири | 92.66 | 5.04 | 0.45 | - | 1.85 | - | - | 36.84 (8800) | 0.800 | - | - | - | - | - | ||||||||||||||||
| 32 Якутск-Усть-Вилюй | 94.8 | 2.3 | 0.8 | 0.5 | 0.1 | 0.3 | 1.2 | 34.37 (8210) | 0.764 | - | - | - | - | - | ||||||||||||||||
| Примечания: 1 Для сжиженного природного газа МДж/м3 (22000-23000 ккал/м3). 2 Номер варианта курсовой работы выбирается в зависимости от номера газопровода | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Содержание | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Введение | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Расчет основных размеров горелок без предварительного смешения | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 1.1 | Расчет горелок | |||||||||||||||||||||||||||||
| 1.2 | Пример расчета горелки | |||||||||||||||||||||||||||||
| Расчет инжекционных горелок | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 2.1 | Расчет горелок | |||||||||||||||||||||||||||||
| 2.2 | Пример расчета горелки | |||||||||||||||||||||||||||||
| Расчет форсунки высокого давления | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 3.1 | Расчет форсунок | |||||||||||||||||||||||||||||
| 3.2 | Пример расчета форсунки | |||||||||||||||||||||||||||||
| Литература | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Приложение А | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Приложение Б | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Приложение В | ||||||||||||||||||||||||||||||
Баубеков Куат Талгатович
Сдано в набор 30.05.2014 Подписано в печать 03.06.2014
Формат 60х84 1/16 Заказ № 79
Усл. печ.л. 1,93 Тираж 50 экз.
