8015

20

3. Дутьевые – воздух подаётся в горелку или топку с помощью вентилятора (с принудительной подачей воздуха).

Горелки также могут работать при разных давлениях газа: низком, среднем и высоком.
Важной характеристикой горелки является её тепловая мощность.
Qг	Q ∙ V , МВт
V4	- часовой распад газа, м3/4

QH - низшая теплота сгорания, кДж/м3

Различают максимальную, минимальную и номинальную тепловые мощности газовых горелок.

Максимальная тепловая мощность достигается при длительной работе горелки с большим расходом газа и без отрыва пламени.

Минимальная тепловая мощность возникает при устойчивой работе горелки при наименьшем расходе газа без отрыва пламени.

Номинальная тепловая мощность горелки соответствует режиму работы с номинальным расходом газа, т.е. расходом, обеспечивающим наибольший КПД при наибольшей полноте сгорания (указывается в паспорте).

Ещё одной важной характеристикой горелки является предел регулирования тепловой мощности

nQ Q

Общие требования для всех горелок: обеспечение полноты сгорания газа, устойчивость при изменении тепловой мощности, надёжность в эксплуатации, компактность, удобство в обслуживании.

Диффузионные горелки

В диффузионных горелках воздух, необходимый для сгорания газа, поступает из окружающего пространства к фронту факела за счёт диффузии. Такие горелки обычно применяются в бытовых приборах.

Газ подаётся в горелку без примеси первичного воздуха и смешивается с ним за пределами горелки, поэтому иногда такие горелки называют горелками внешнего сгорания.

Наиболее простые по конструкции диффузионные горелки представляют собой трубу с высверленными отверстиями, расстояние между которыми выбирается с учётом скорости распространения пламени от одного отверстия к другому.

Рис.9. Диффузионная горелка: 8 – вход газа, 9 – коллектор.

К промышленным горелкам диффузионного типа относятся подовые щелевые горелки. Обычно они представляют собой трубу диаметром до 50 мм, в которой просверлены отверстия диаметром до 4 мм в два ряда. Коллектор горелки размещается над колосниковой решёткой в кирпичном канале. Канал представляет собой щель в поде котла, откуда и образ. Название подовые щелевые.

21

Инжекционные горелки

Инжекционными называют горелки, в которых образование газовоздушной смеси происходит за счёт энергии струи газа. Основной элемент инжекционной горелки – инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства внутрь горелок.

В зависимости от количества инжектируемого воздуха горелки могут быть с неполной инжекцией воздуха или полного предварительного смешения газа с воздухом.

Горелки с неполной инжекцией воздуха

К фронту горения поступает только часть необходимого для сгорания воздуха, остальной воздух поступает из окружающего пространства.

Такие горелки работают на низком давлении и их называют инжекционными горелками низкого давления.

Их основными элементами являются регулятор первичного воздуха, форсунка, смеситель и коллектор.

Регулятор первичного воздуха представляет собой вращающийся диск или шайбу и регулирует количество первичного воздуха, поступающего в горелку.

Форсунка служит для превращения потенциальной энергии давления газа в кинетическую, т.е. для придания газовой струе такой скорости, которая обеспечит подсос необходимого воздуха.

Смеситель горелки состоит из 3 частей: инжектора, конфузора и диффузора.

Инжекционная атмосферная горелка низкого давления

Рис. 10. Инжекционная атмосферная горелка низкого давления: 1 – форсунка, 2 – инжектор, 3 – конфузор, 4 – диффузор, 5 – коллектор, 6 – отверстия, 7 – регулятор первичного воздуха.

Инжектор (2) создаёт разряжение и подсос воздуха. Самая узкая часть смесителя – конфузор (3) – выравнивает струю газовоздушной смеси. В диффузоре (4) происходит окончательное перемешивание газовоздушной смеси и увеличение её давления за счёт снижения скорости. Из диффузора газовоздушная смесь поступает в коллектор (5), который и распределяет смесь по отверстиям (6). Форма коллектора и расположение отверстий зависят от типа грорелок и их назначения.

Важной характеристикой инжекционных горелок является коэффициент инжекции – это отношение объёма инжектируемого воздуха к объёму воздуха, необходимого для полного сгорания газа.

Если для сгорания 1м3 газа необходимо 10м3 воздуха, а первичный воздух составляет 4м3, то коэффициент инжекции равен 4/10 = 0,4.

Характеристикой горелок является также кратность инжекции – это отношение первичного воздуха к расходу газа горелкой (для нашего примера = 4).

Данные горелки получили своё распространение за счёт их свойства саморегулирования, т.е. поддержания постоянной пропорции между количеством газа, подаваемого в горелку, и количеством инжектируемого воздуха при постоянном давлении газа.

22

Горелки полного предварительного смешения газа с воздухом

Инжекция всего воздуха, необходимого для полного сгорания газа, обеспечивается постоянным давлением газа. Горелки работают в диапазоне от 5000Па до 0,5МПа. Их называют инжекционными горелками среднего давления и применяют в основном в отопительных котлах и для обогрева промышленных печей.

Недостаток: с увеличением мощности усложняется борьба с проскоком пламени и смесители становятся более громоздкими.

Горелки полного предварительного смешения газа с воздухом подразделяются на 2

типа:

-с металлическими стабилизаторами;

-с огнеупорными насадками

Рис. 11. Горелки полного предварительного смешения газа с воздухом с огнеупорными насадками: 1 – стабилизатор, 2 – насадок, 3 – конфузор, 4 – форсунка, 5 – регулятор первичного воздуха.

Регулятор первичного воздуха (5) одновременно выполняет функции глушителя шума, который создаётся за счёт повышения скоростей движения газовоздушной смеси.

Пластинчатый стабилизатор (1) обеспечивает устойчивую работу горелки без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузки.

Стабилизатор состоит из стальных пластин толщиной 0,5мм при расстоянии между ними 1,5мм. Пластины стабилизатора стягиваются между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов сгорания и непрерывно поджигают газовоздушную смесь.

В горелках с огнеупорными насадками природный газ сгорает с образованием малосветящегося пламени. Малая светимость факела газа компенсируется излучением раскалённых огнеупорных материалов при сжигании газа методом беспламенного горения. В таких горелках газовоздушная смесь приготавливается с небольшим избытком воздуха и поступает в раскалённые огнеупорные каналы, где интенсивно нагревается и сгорает.

Преимущество беспламенного сгорания газа – это полное сгорание, возможность сгорания при малых избытках воздуха, достижение высоких температур горения, высокое тепловое напряжение объёма горения, передача значительного количества теп-ты инфракрасным излучением.

Горелка инфракрасного излучения

Рис. 12. Схема горелок инфракрасного излучения: 1 – рефлектор; 3 – смеситель 4 – сопло; 5 – корпус; 6 – сборная камера

23

Через сопло (4) газ поступает в горелку и инжектирует весь воздух, необходимый для полного сгорания газа. Из горелки газовоздушная смесь поступает в сборную камеру

(6) и далее направляется в огневые отверстия керамической плитки. Во избежание проскока пламени d огневых должен быть меньше критической величины и составлять 1,5мм. Выходящая из огневых камер газовоздушная смесь поджигается при малой скорости вылета, чтобы избежать отрыва пламени. В дальнейшем скорость вылета газовоздушной смеси можно увеличить, т.к. керамические плитки нагреваются до 1000°C и отдают часть теплоты газовоздушной смеси, что приводит к увеличению скорости распространения пламени и предотвращению отрыва пламени.

Если инфракрасные горелки работают на газе среднего давления, то применяются специальные плитки из жаропрочных пористых материалов. Вместо цилиндрических каналов у них искривлённые каналы, заканчивающиеся расширяющимися камерами сгорания.

При сжигании газа в многочисленных каналах происходит нагрев их внешних поверхностей до температуры около 1000°C. В результате поверхности приобретают оран- жево-красный цвет и становятся источниками инфракрасных лучей, которые поглощаются различными предметами и вызывают их нагрев.

Конструкции дымовых труб

Высота дымовой трубы определяется в зависимости от выполнения двух условий:

1.Рассеивание вредных выбросов

2.Естественная тяга

Материалы для изготовления дымовых труб:

-кирпичные дымовые трубы;

-железобетонные дымовые трубы;

-стальные дымовые трубы.

Высоту кирпичных, армокирпичных и стальных свободностоящих бескаркасных труб следует принимать не более 100 м. При большей высоте применяются монолитные железобетонные трубы.

Классификация дымовых труб

По конструктивным особенностям:

Самонесущие дымовые трубы

Основой данной конструкции является один или несколько дымоотводящих теплоизолированных стволов, фиксированных на обечайке, которой принадлежит основная несущая функция. Газоотводящие стволы крепятся с помощью анкерной корзины на фундаменте. Ствол дымовой трубы состоит из 3 слоёв:

-внутренний – 1-4 мм, из высококачественной стали, устойчивой к действию химически активных продуктов сгорания;

-теплоизоляция (мин. вата) – позволяет минимизировать отхождение газов и образование конденсата агрессивной жидкости;

-наружный (обечайка) – сталь 3-6мм, несущий ветровую и статическую нагрузки.

Мачтовые дымовые трубы на растяжках.

24

Представляют собой свободностоящие металлические стволы, закреплённые к анкерной корзине, удерживаемые в вертикальном положении при помощи одного или нескольких поясов растяжек из металлических тросов. Нижняя часть стальной дымовой трубы для крепления к фундаменту имеет цокольную плиту толщиной 10-20 мм, снабжённую рёбрами жёсткости. Внешняя поверхность трубы покрывается огнеупорной эмалью для защиты от коррозии, но может быть утеплена мин. ватой и закрыта кожухом из оцинкованной стали.

К плюсам можно отнести:

-малую металлоёмкость;

-простоту изготовления и монтажа;

-высокую надёжность и устойчивость, позволяющую использовать этот способ крепления в сейсмоопасных районах.

При проектировании дымовых труб с оттяжками их расположение должно приниматься следующее:

-высота верхней части ствола трубы под оттяжками при одном ярусе оттяжки должна составлять от 1/3 до 1/4 общей высоты трубы;

-при двух ярусах оттяжки – не более 1/5, расстояние между ярусами оттяжки должно быть равно 1/3.

Растяжки крепятся к газоотводящей трубе под углом 30°.

Фермовые дымовые трубы

Дымоходы таких труб, как правило, снабжены термоизоляцией, крепятся к прочной самонесущей ферме.

Теплоизоляционный слой защищён от атмосферных воздействий кожухом из нержавеющей стали.

Несущая ферма состоит из металлических профилированных балок, связанных горизонтальной диафрагмой и системой раскосов. Ферма соединяется с анкерной корзиной, заливаемой в массивный железобетонный фундамент. Возможно крепление газохода внутри фермовой решетки. Монтаж фермовой конструкции осуществляется на земле с последующим совместным подъёмом секций и контролем вертикальности. Для антикоррозийной защиты каркаса фермы и эстетического внешнего вида конструкция покрывается грунтовкой и окрашивается.

Рис. 13. Схема башни трёхмачтовой

Околофасадные и фасадные дымовые трубы.

Металлический дымоход с теплоизоляцией и кожухом из оцинкованной стали фиксируется с помощью хомутов и кронштейнов к стене здания при помощи лёгкой рамы вблизи стены.

25

Монтаж фасадных конструкций возможен при достаточной высоте здания. Ветровая нагрузка в этом случае передаётся на несущую стену.

2.3.4 Раздел 4: Системы снабжения потребителей сжиженными углеводородными газами.

Сжиженный углеводородный газ (СУГ) или пропан-бутан является одним из наиболее широко распространенных видов альтернативного топлива.

Газ, сжиженный углеводородный представляет собой смесь пропана, нормального бутана, изобутана, пропилена, этана, этилена и других углеводородов.

Его получают как продукт переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах или при добыче нефти и природного газа.

Использование смеси данных газов в качестве топлива обусловлено рядом физикохимических свойств. В первую очередь это достаточно высокие температуры кипения при атмосферном давлении.

Такие свойства позволяют хранить пропан-бутановую смесь в сжиженном состоянии в диапазоне эксплуатационных температур от минус 40° С до плюс 45° С при относительно низком давлении (до 1,6 МПа).

Каждый из компонентов газа имеет определенную температуру кипения, поэтому давление паровой фазы сжиженного газа зависит как от температуры, так и от его компонентного состава. Компонентный состав сжиженного углеводородного газа регламентируется ГОСТ 20448-90 «ГАЗЫ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ СЖИЖЕННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ДЛЯ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ».

Стандарт предусматривает 3 марки газа: ПТ (пропан технический), СПБТ (смесь пропана и бутана технических) и БТ (бутан технический).

Примерный перечень вопросов (к зачету):

Экономические и технические преимущества газа. Расчет годового потребления газа городом. Основные элементы систем газоснабжения городов. Нормы потребления газа.

Состав газообразного топлива. Горючие и негорючие компоненты, примеси. Расположение на газовых сетях отключающих устройств и оборудования. Классификация горючих газов. Горючие газы, используемые для газоснабжения городов и требования к ним.

Внутридомовые газопроводы: устройство, конструкция, правила прокладки. Обработка природного газа.

Переходы газопроводами естественных и искусственных препятствий. Трассировка газопроводов.

Одоризация газа и одоризационные установки. Режим потребления газа. Графики потребления. Классификация газопроводов.

Сезонная, суточная и часовая неравномерность потребления газа.

Городские системы газоснабжения и их основные элементы. Условия присоединения потребителей.

Коэффициенты неравномерности потребления. Одноступенчатая система газоснабжения. Гидравлический расчет внутридомовых газопроводов. Двух, трех и многоступенчатая системы газоснабжения.

Гидравлическое сопротивление газопроводов низкого, среднего и высокого давления. Схемы газоснабжения. Надежность схем газоснабжения.

26

Расчет местных сопротивлений.

Факторы, определяющие выбор системы газоснабжения. Расчет газопроводов низкого давления по формулам. Устройство и конструкция наружных газопроводов.

Расчет газопроводов низкого давления в условиях ламинарного движения газа. Расчет тупиковых, разветвленных сетей низкого и среднего давления. Определение расчетного перепада давлений.

Подземные, надземные и наземные газопроводы.

Гидравлический расчет газопроводов среднего и высокого давлений. Определение расчетных расходов газа на участках.

Таблицы и номограммы для расчета газопроводов. Расчет местных сопротивлений. Расчет кольцевых сетей низкого и среднего давления.

Гидростатический напор.

Расчет тупиковых, разветвленных сетей низкого и среднего давления. Определение расчётного перепада давления.

Примерный перечень вопросов (к экзамену в дополнение к вопросам к зачету):

Реакции горения и их тепловой эффект.

Горелки полного предварительного смешения газа с воздухом. Расчёты горения.

Горелки неполного смешения газа с воздухом. Температура горения.

Горелки с незавершенным предварительным смешением газа с воздухом. Температура воспламенения.

Горелки без предварительного смешения газа с воздухом. Пределы воспламенения.

Горелки бытовых газовых приборов. Горение в неподвижной среде. Комбинированные горелки. Горение в ламинарном потоке. Стабилизаторы газовых горелок. Горение в турбулентном потоке. Горелки инфракрасного излучения. Устойчивость горения.

Интенсивность процесса смесеобразования. Принципы сжигания газа.

Расчет продуктов сгорания. Классификация газовых горелок. Скорость реакции горения.

27

3. Методические указания по подготовке к практическим занятиям

3.1Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям

Входе подготовки к практическим занятиям необходимо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях: журналах, газетах и т.д. с учетом рекомендаций преподавателя и требования учебной программы.

При подготовке к занятиям можно также подготовить краткие конспекты по вопросам темы. Также важно самостоятельно решать пройденные на занятиях задачи во время подготовки, для выработки соответствующих навыков.

Своевременное и качественное выполнение самостоятельной работы базируется на соблюдении настоящих рекомендаций и изучении рекомендованной литературы. Студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при написании курсовых и дипломных работ.

3.2Работа на практических занятиях

Основной работой на практических занятиях является подготовка к выполнению расчетно-графической и курсовой работам.

Акцент сделан на самых основных математических зависимостях.

Гидравлический расчёт газопроводов

Расчёт газопроводов низкого давления

Закольцованную и пронумерованную по кольцам газовую сеть разбиваем на участки и находим расчётные длины. Длины участков определяем по границам изменения расходов, а при большой протяжённости (более 250 м) разбиваем участки и в пределах неизменяющихся расходов.

Определяем удельный расход газа на сеть для одного ГРП:

	вуд =	Q нд	, м3/(ч · м)
		рч		(1)
		n × ∑ l р

где Σlр – сумма расчетных длин участков сети, м;

нд часовой расход газа на сеть низкого давления м ч

рч − , ³/ ; n – количество ГРП.

Расчётные длины на участках в зависимости от условий питания потребителей при-

нимаем:
lр = lд – при двухстороннем разборе газа;
lр = 0,5 · lд – при одностороннем разборе газа;
lд – действительная длина участка газопровода,			измеренная по плану согласно мас-
штаба, м;
Суммарный (путевой) расход газа, равномерно расходуемый на участке, определя-
ем по формуле:
В	= в	уд	× l	р	, м3/ч	(2)
пут

Расчет бытовых потребителей характерен тем, что на каждом участке распределения газа проходит равномерный отбор газа. Для упрощения расчета расходы газа, переменные по длине магистрали, могут быть условно заменены одним постоянным эквивалентным расходом Вэкв. Эквивалентный расход на участке будет составлять некоторую

28

долю путевого расхода газа Впут. Эквивалентный расход принимаем в размере 50% от путевого.

Вэкв = 0,5 · Впут, м3/ч

(3)

Для неконцевых участков сети учитываем транзитные расходы газа Втр, отбор этого газа происходит на последующих участках по ходу движения газа.

Транзитный расход составит сумму всех путевых расходов последующих по ходу

газа участков:

Втр = ΣВпут, м3/ч

(4)

Расчетный расход газа складывается из транзитного и эквивалентного расходов

данного участка:

Вр = Вэкв + Втр, м3/ч

(5)

Результаты расчётов сводим в таблицу 4.

Таблица 2 Определение расчетных расходов газа на участках

№

Длина

Разбор

Расчетная

bуд,

Расходы газа , м³/ч

участка

участка

газа

длина lр, м

м³/(ч·м)

Bпут

Bэкв

Bтр

Bр

lд,м

После построения таблицы, строим расчетную схему с указанием участков и рас-

ходов на них. В левом верхнем углу указывается путевой расход, в левом нижнем –

тран-

зитный, в правом верхнем – эквивалетный, в правом нижнем –

расчетный (см. рис. 1).

Находим средние удельные потери давления от ГРП до наиболее удаленного по-

требителя по формуле:

Р

уд =

Pдоп

, Па/м

(6)

1,1 × lд

где Рдоп – допустимые потери давления газа в сетях низкого давления, Па: Рдоп = 1200

Па по [5, п. 3.25];

lд – длина уличной сети от ГРП до самой удаленной точки;

1,1 − коэффициент запаса, учитывающий потери давления в местных сопротивления (колена, тройники, запорная арматура и др.).

Средние удельные потери давления дают возможность принять диаметры ориентировочно близкими к необходимым. Расчетный внутренний диаметр газопровода предварительно определяем по формуле[5, п. 3.39]:

d р	= т1		А× В× ρ	0 × (В	р )m
							, см	(7)
			DРуд

от категории сети (по давлению) и материала газопровода, см. табл. 5 и 6. Для сооружения газопроводов применяем трубы из полиэтилена либо стали (при обосновании);

ρ0 – плотность газа при нормальных условиях, кг/м³; Вр – расчетный расход газа, м3/ч.

				29
	Таблица 3 Коэффициент в соответствии с категорией сети
		Категория сети			А
	Сети низкого давления				106/(162π2)=626
					P0/(Pm162 π2)
	Сети среднего и высокого				Р0=0,101325 МПа,
		давления			Рm-усредненное давление газа (аб-
					солютное) в сети, МПа.
	Таблица 4 Коэффициент в зависимости от материала трубы
Материал					В		m		m1
Сталь				0,22			2		5
			0,3164(9 πν)0,25=0,0446
Полиэтилен			ν-кинематическая вязкость газа при нор-				1,75		4,75
			мальных условиях, м/с

Окончательно внутренний диаметр газопровода принимаем из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов [5, прил.Б]: ближайший меньший – для полиэтиленовых газопроводов, ближайший больший для стальных [5, п.3.40].

Падение давления на участке газовой сети определяем по формуле, приведённой в [5, п.3.27]. Для сетей низкого давления:

DР =

106

× λ ×

В

р2

× ρ 0 × l р = 626,1× λ ×

Вр2

× ρ 0 × l р , Па

(8)

где λ –

162π 2

d

5

d 5

коэффициент гидравлического трения;

d –

внутренний диаметр газопровода, см;

lр −

расчетная длина участка газопровода, м, определяется по формуле:

lр = 1,1 · lд , м

(9)

lд

–

действительная длина участка газопровода, измеренная по плану согласно мас-

штаба, м;

Вр ,ρ0 –– обозначение то же, что и в формуле (34);.

Коэффициент гидравлического трения λ определяем в зависимости от режима дви-

жения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса:

!

"р

'10*

9 ∙ $ ∙ % ∙ &

где Вр, d – обозначения те же, что и в формуле (34)

v –

коэффициент кинематической вязкости газа, м2/с, при нормальных условиях[5],

принимаем v =14,3×10-6 м2/с;

Проверяем условие гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода:

! ∙ ,+ - 23,

(11)

где n – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных – 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных

-0,1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации – 0,0007 см.

Взависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения λ определяет-

ся:

- для ламинарного режима движения газа (Re ≤ 2000) по формуле:

λ= 64/Re,	(12)
- для критического режима движения газа (Re = 2000÷4000) по формуле:
λ=0,0025·Re0,333	(13)