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.
