Procese Si Aparate de Ardere [PDF]

Zitiervorschau

Generalități Prezenta lucrare de curs se elaborează in cadrul disciplinei Procese si aparate de ardere a gazelor combustibile. In lucrare se va alege tipul, numărul si se va efectua calculul de dimensionare a arzătoarelor pentru cazane si agregate, care se trec la funcțiune cu gaze combustibile.

Noțiuni generale privind arderea combustibilului gazos Aspectul fizic al arderii În general arderea cuprinde două procese importante: a) Amestecarea combustibilului cu oxigenul(proces de contact fizic dintre combustibil și aer carburant) b) Desfășurarea reacțiilor chimice de oxidare Timpul necesar pentru arderea combustibilului cuprinde timpul

1

pentru realizarea contactului

2

fizic dintre combustibil și oxidant și timpul pentru desfășurarea reacției chimice de oxidare. În cazul care combustibilul este amestecat cu oxidantul în proces separat ,care precede faza de ardere ,arderea se desfășoară într-un amestec omogen, iar timpul caracteristic al fazei de amestecare 1 1 este nul, =0 În cazul în care, în camera de arderea combustibilul și oxidantul sunt introduși separat, astfel înainte de a se desfășura reacția de ardere trebuie să se producă prin difuzie contactul dintre combustibil și

1 oxidant, timpul caracteristic al fazei de amestecare, denumit timp de difuzie, >0 Valoarea timpului de difuzie depinde de următorii factorii: 1) regimul curgeri realizat de jeturile de combustibil și oxidant: laminar , turbulent, turbulent cu schimb de căldură; 2) concentrațiile relative ale substanțelor; 3) valoarea constantelor chimice: conductibilitatea termică(λ), difuzia moleculară(D), difuzia termică(DT),difuzia turbulent(Dt) Deoarece arderea se desfășoară conform legilor cineticii chimice,timpul caracteristic desfășurării

2

reacțiilor este denumit timpul procesului cinetic Din punct de vedere a instalațiilor de ardere există următoarele posibilității de desfășurare a arderii: a) incinta în care amestecul combustibil este în repaus și se produce o reacție de ardere simultan în întregul volum, în timpul de ardere b) incinta în care amestecul combustibil este în repaus și se produce o reacție de ardere provocată într-un punct ,după care ardere se transmite print-un front de flacară, care se înaitează viteza de ardere

c) jet de amestec de combustibil în care se stabilizează un front de flacară, staționar ca poziție,pentru care viteza de ardere este egală cu viteza de înaitare a jetului pe frontul de flacară

Arderea cinetică- acest proces de ardere este determinat de viteza reacției chimice.În acest caz amestecare gazelor combustibile cu aerul se efectuiază integral preliminar într-o incintă pînă la introducerea în zona de ardere și viteza totală a procesului de ardere va fi determinată de durata de desfășurare a proceselor intermediare de încălzire și ardere. Viteza totală a arderii, deci este determinată de legiile cinetice chimice și depin de proprietățiile fizice și cinetice ale amestecului combustibil cum ar fi: energia de activare, concentrația agețiilor de reacție, coificienții de conductivitate termică, temperature și presiunea realizată în spațiul de ardere. Arderea difuzivă- se consider difuzivă , în cazul cînd în procesul de ardere, se include toate 3 etape ale procesului(amestecare, încălzire, ardere), combustibilul și aerul sunt deplasați în zona de ardere separat.În acest caz viteza de ardere va fi determinată de durata procesului de amestecare, care reprezintă partea cea mai complicată a procesului prin faptul că contactul între gaz aer se realizează prin difuzia molecular sau turblentă. Procesul difuzional de ardere este caracterizat de o stabilitate mai înaltă decît cel cinetic, însă la accelelări mari necesită utilizarea procedeelor artificial de stabilizare a frontului de ardere. Arderea cietico –difuzivă- cazul cel mai general , cînd în procesul de ardere vitezele racțiilor chimice și de amestecare sunt comparabile,nefiind posibilă nici uneia din faze.Deci aici reiese metodele de organizare a procesului de ardere, bazate pe rpincipiul cinetic și difuzional reprezintă două exremității, în intermediul cărora, sunt întîlnite procese de desfășurare a arderii, care include atît principiul cinetic cît și cel difuzional. Avantajul metodei cinetico-difuzionale de organizare a arderii este determinat de posibilitatea reglări procesului într-un interval destul de larg.

Instalații pentru arderea gazelor combustibile Toate etapele descrise anterior( amestecarea,încălzire amestecului) , arderea se realizează în arzătoare și în camere de ardere numite focare. Arzătoarele de gaze sunt dispozitive destinate pentru introducerea în spațiul de ardere a cantităților necesare de gaze combustibile și oxidant, aer sau oxigen, asigurînd: -

amestecului gazului combustibil cu oxidantul carburant; transportarea amestecului format către locul de ardere; arderea gazelor precedată de faza de încălzire a amestecului;

Se deosebesc azătoare cu sau fără amestec prealabil. Arzătoarele fără amestec prealabil, denumite și arzătoare cu aer secundar conțin un canal de gaze și un canal de aer, în timp ce arzătoarele cu amestec prealabil, demumite arzătoare cu aer primar, au un plus în camera de amestec. Arzătoarel trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

-

să asigure arderea complectă a gazului cu exces minim de aer și cu procente reduse de substanțe nocive în produsele de ardere; se realizeze transferul de căldură necesar și să utilizeze la maximum capacitățiile calorice ale combustibilului gazos; să premită reglajul în limitile variației sarcini termice a agregatului de utilizare; să funcționeze silențios, cu nivel de zgomot sub 85 db; să aibă construcție simplă și fiabilă în exploatare; ușurință în intervenții pentru întreținere și reparații; să premită folosirea sistemelor de automatizare de reglare și de siguranță; să aibă design industrial;

Clasificarea arzătoarelor de combustibil gazos Arzătoarel de combustibil gazos se poat clasifica după mai multe criterii.Un criteriu important care ține seama de procesele fizice ale arderii îl constituie modul de realizare al amestecului gazului cu aerul.În acst caz arzătoarele se pot clasifica în tre grupe: 1) arzătoare cu amestecare preliminară complectă, în care amestecul gaz aer se realizează în interiorul arzătorului, astfel ca la eșire din arăztor să se obțină un amestec combustibil cu coificientul de exces de aer a > 1 , și care funcționează conform principiului cinetic; 2) arzătoare cu amestecare preliminară parțială a gazelor cu aer în interiorul arzătorului a < 1și finisarea procesului de amestecare în zona de ardere prin introducerea separată a restului de aer necesar în spațiul de ardere, și care funcționează conform principiului cinetico-difuzional; 3) arzătoare cu amestecare exterioară( în spațiul focarului, în limitile flăcarii) care organizează introducerea aerului și a gazelor combustibile în spațiul de ardere în fluxuri separate cu curenții paraleli dsu încrucișații și care funcționează conform principiului difuzional; Arzătoare după presiunea gazelor combustibile: -

arzătoare de presiune joasă PJ = pînă la 5 kPa; arzătoare de presiune medie Pm = de la 5-300 kPa; arzătoare de presiune înaltă Pî = de la 300-600 kPa;

După principiul de aducție a aerului: -

arzătoare, în care aerul este parțial sau total injectat datorită energiei cinetice a gazelor(energia jetului gazelor combustibile) ; arzătoare fără insuflare, în care aerul este aspirat datorită asigurării depresiunii(tirajului în focar) ; arzătoare cu insuflare aerului în focar, organizată cu ajutorul unei instalații de ventilatoare;

După modalitatea de realizare a arderii: -

arzătoare, la care arderea are loc în spațiul focarului cu flacără vizibilă arzătoare,la care arderea este cu flacără invizibilă și are loc în tuneluri din materiale refractar, amplasate înaitea spațiului de lucru a focarului(arzător tunel, arzătoare ceramice, radiante)

După puteria caloric a gazelor combustibile: -

arzătoare pentru gaze sărace(gaz de furnal,gaz de generator) arzătoare pentru gaze superioare(gaze natural)

Calculul caracteristicilor tehnice și energetice ale gazelor combustibile și ale elementelor de ardere 1) Căldura inferioară și superioară de ardere în stre anhidră cu formula: [ kj/m3N] Q ¿ (¿ inf ❑¿ × n j) ¿ m

Q =0,01 ∑ ¿ anh inf

j =1

Qinf și Qsup- sunt căldurile inferioare și respectiv superioare de ardere ale componentului’’j,, din amestec nj –conținutul procentual al componentului ‚,j’’ din amestec

Qanh inf =0,01 × ( 35840 ×96,4 )+ ( 63730× 0,3 ) + ( 93370 × 0,2 ) + ( 128500 ×1,1 ) + ( 146340 ×0,8 ) =0,01 ×3784226=37 5 [ kj/m3N] 2) Se calculează coificientul de corecție cu formula:

K

0.804 0.804  d

d – este conținutul de umeditate [kg/m3N] 0,804 – densitatea vaporilor de apă la condiții normale [kg/m3N]

K

0.804 0,804   0,988 0.804  0,009 0,813

3) Se calculează căldurile inferioare și superioare de ardere a amestecului în stare umedă cu formula: [kJ/m3N] u anh Qinf  Qinf K

u

Qinf =3751200,× 0,988=3706186 4)Se calculează densitatea amestecului de gaze cu formula:

[kJ/m3N] [kg/m3N]

m

ρ =0,01 ∑ ρ j × n j ¿ anh

j=1

ρanh =( ρanh + d) × K ρanh =0,01 ( 0,717 ×96,4 ) + ( 1,356 ×0,3 ) + ( 2,02 ×0,2 ) + ( 2,7 × 1, 1 ) + ( 3,221× 0,8 ) + ( 1.98 ×0.6 ) + ( 1,251 ×0,4 )=0,01 ×77,16=0, 77 ρu=( 0,77 +0,009 ) ×0,98 8=0 ,76

[kg/m3N]

[kg/m3N]

5) Calculul volumului teoretic de aer necesar arderii, în cazul, în care amestecul combustibil este alcătuit numai din hidrocarburi(saturate sau nesaturate) cu formula:





  

L0  0.0476   4  L0  0,0476  1    96,4   2  4    0,0476  208,4  9.919

 n m   Cm H n  4 

[m3N/m3N]

 6 8 10  12       0,3   3    0,2   4    1,1   5    0,8 4 4 4 4    

6)Calculul volumului real de aer necesar arderii cu formula: Vr=Vt ×α α – coificientul de exces de aer, adoptăm pe α=1,1 Vr =9.919× 1,11 =11,01

[m3N/m3N]

7) Calculul volumului de oxigen necesar arderii cu formula:

VO2  0.21    Vt Vt =L0- volumul teroretic necesar arderii α – coificientul de exces de aer, adoptăm pe α=1,1

VO2  0.21    Vt  0,21  1,1 9,919  2,291 [m3N/m3N] 8)Calculul temperaturei de autoaprindere amestecului de gaze cu formula:

t ams aut =

∑ t aut = 645+530+504+ 430+ 430 =507,8[° C ] m

5

taut- sunt temperaturile de autoaprindere a componenților m din amestec 9)Calculul limitelelor de inflamabilitate inferioară și superioară ale amestecului cu formula: L1,l2,l3…lk –sunt limitile de inflamabilitate a compușilor amestecului în stare pură %

Linf 

n1  n2  n3  n4  n5 96,4  0,3  0,2  1,1  0,8 98,8    4,85[ 0C ] 1,1 0,8 20,34 n1 n2 n3 n4 n5 96,4 0,3 0,2         5 3,2 2,37 1,86 1,4 l1 l2 l3 l4 l5

10)Calculul vitezei normale de propagare a flăcării amestecului cu formula: U1,U2,U3...Uk – sunt vitezele normale maximale de propagare a flăcării a componenților respectivi din amestec [ cm/s]

U nmax 

n1  U1  n2  U 2  n3  U 3  n4  U 4  n5  U 5  n1  n2  n3  n4  n5

(96,4  37)  (0,3  40)  (0,2  38)  (1,1 37)  (0,8  37) 3656,7   37,04[m / s ] 96,4  0,3  0,2  1,1  0,8 98,7 Volumul gazelor de ardere a amestecului combustibil [m3N/m3N] 11) Calculul volumului de azot(N2) cu fomula:

VN2  0.79    Vt  0.01  N 2

VN 2  (0,79  1.1  9.919)  (0.01  0,4)  8,61  0,004  8,614 12) Calculul volumului gazelor triatomice cu fomula:

VCO2  0.01(CO2  CO   mCmHn)

[m3N/m3N]

VCO2  0.01(0.1  (1 96,4)  (2  0,3)  (3  0,2)  (4  1,1)  (5  0,8)  1,088

13) Calculul volumului de bioxid de carbon (CO2) cu fomula:

VCO2  0.01(CO2  CO   mCmHn)  1,088

[m3N/m3N]

14) Calculul volumului de vaporii de apă cu fomula:

VH02O  0,01( H 2  0,5   n  Cm  Hn  H 2 S  0,124d  1,61  L0 ) 

0,01  (0,5  (4  82.7)  (6  6)  (8  3)  (10  1)  (12  0,2)  (0,124  0,0110)  (1,61  9.972)  199.42  0,01  1.99[m 3 N / m 3 ]

15) Calculul vaporii de apă cu fomula:

VH 2O  VH02O  0.0161(  1) L0 VH 2O  1.99  0,0161(1,1  1)  9.919  2,03[m 3 N / m 3 ] 16) Calculul volumului de oxigen(O2) cu fomula:

VO2  0.21(  1)Vt  0.21(1,1  1)  9.919  0,64 [m3N/m3N] 17) Calculul volumului total de gaze de ardere cu fomula:

Vtot  VH 2 O  VCO2  VN 2  VO2  2,03  1,088  8,614  0,64  12.13[m3 N ] Determinarea temperaturii de ardere Tc Temperatura calorica de ardere , este definita ca temperatura , pina la care s-ar fi incalzit produsele de ardere , daca toata caldura combustibilului si a aerului s-ar consuma la incalzirea lor . Temperatura reala de ardere in focarele generatoarelor de caldura , de obicei , se mentine in limitele

1000...16000 C

. Ridicarea temperaturii arderii peste CO2

H 2O

16000 C

conduce la reactii

endotermice de disociere a produselor de ardere si in radicali si cvazi molecule de CO si OH . De aceea mentinerea temperaturilor inalte se permite numai in cazul necesitatilor tehnologice , spre exemplu – la topirea metalelor , fabricarea sticlei , etc.

Temperaturile inalte in procesele tehnologice din sobele metalurgice si de alta destinatie se obtin prin incalzirea preliminara pina la

300...400 0 C

a gazelor combustibile sau a aerului introdus in 0

arzator , iar in unele cazuri si pina la

800...1000 C

. Incalzirea gazelor combustibile nu ridica

temperature de ardere esential , apre exemplu – incalzirea gazelor naturale cu 0

3000 C

ridica

0

25 C 300 C temperature arderii lui cu . Insa , incalzirea aerului cu , efectuata in instalatii termice speciale in baza caldurii produselor de ardere , ridica randamentul instalatiei si temperature arderii

cu

190 0 C

datorita asigurarii arderii mai complete a gazelor naturale . 1000  10500 C Temperatura flacarii luminiscente difuzive constituie si este omogena pe toata 14000 C

suprafata ei . Partea interioara a flacarii difuzionale are o temperatura mai inalta si atinge la distanta aproximativ 2/3 din lungimea flacarii , masurata de la baza ei . Temperatura de aredere a amestecului combustibil poate fi determinate din ecuatia bilantului arderii .

Ecuația bilanțului căldurii

1)Entalpia gazelor combustibile- cantitatea de călduăr introdusă în focar cu gazele combustibile cu formula:

I g .c    C p  V g .c  t g .c   t  C p  V g .c

V g .c -continutul gazelor combustibile; t g .c -temperatura gazelor combustibile, t g .c  90 0 C

C

;

Kj mN3 C

Cp -capacitatea termica spacifica izobara,

;

I g .c  90(1,5674  96,4)  (2,2678  0,3)  (3,139  0,2)  (4,2426  1,1)  (5,262  0,8) 3

 14505,26[kj / m ] 2)Entalpia aerului- cantitatea de căldură introdusă în focar cu gazele combustibile cu formula : ta- temperatura aerului ta= 20+273,15= 293,15 [oC] C ap −¿ capacitatea termică specific izobară a aerului [kJ/m3N oC]

Vr – volumul de aer real, necesar arderii [m3N/m3N]

I a  ta  C pa  Vr  293,15  1,297  9.919  3790.74 3)Calculul temperaturii calorice ale gazelor de ardere cu formula: Calculu temperaturii calorice se va efectua prin metoda aproximațiilor succesive.Inițial se adoptă o temperatură arbitrară (în limitile 1500÷1800 oC) pentru care se calculează Ig.a, se verifică valoarea temperaturii calorice de ardere. În cazul ,în care temperature obținută prin calcul va fi diferi esențial( mai mult de 20 oC ) de temperature adoptată, se recalculează, prin adoptarea temperaturii gazelor de ardere, egală cu cea obținută prin calcul.Valorile capacității termice specific a gazelor de ardere se vor luat din tab. 3 din anexă.Dacă temperatura gazelor, obținută prin calcul de ardere va devia în limitile ± 20 oC, se va considera terminată. Pentru t =1700 oC îl adoptăm pe Cp u Qinf  I g .c  I a 37003.46  14505,26  3790.74 t gK.a    1817.33 C p  V H O  C p  V N  C p  VO  C p  VCO (1,899  2,03)  (1,46  8,.614)  (1,54  0,64)  ( 2,3  1,088) 2

2

2

2

4) Calculul temperaturii teoretice de ardere cu formula: Temperatura teoretica de ardere este considerate acea temperatură , pina la care s-ar fi încălzit produsele de ardere , in ipoteza ca la incalzirea lor nu se va consuma toata cantitatea de caldura

Qin introdusa in focar , insa numau cantitatea fara caldura pierduta prin arderea incomplete

si

Qdis caldura , consumata la disocierea gazelor triatomice

, care in conditiile temperaturilor inalte din

0

(1600...2000 C ) spatial de ardere

corespunzator vor varia in limitele

Qin  (0,002...0,012)Qr si Qdis  (0,025...0,07)Qr La temperature sub

15000 C

caldura pierduta prin

Qin

Qdis

arderea incompleta si caldura , consumata la disocierea gazelor triotomice considerate egale cu zero .

pot fi

n

tt 

t i

n

t



2040  2050  2107  2117  2120  2086.6[ o C ] 5

5) Calculul temperaturii reale de ardere cu formula: Kp- coificient pirometric Kp= 0,65.....0,75 sau Kp= 0,8.....0,85 pentru agregate energofage de performanță

t r  K p  t gK.a  0.70  1817.33  1272.13[ 0 C ]

5) Calculul bilanțului de căldură cu formula: Quinf =I g .c + I a=I g . a=37512 .26+441.14 +3790.74=42074.14

Arzător cu injecție de presiune joasă cu distibuitor tubular

Arzătoarele cu injector de combustibil gazos au o răspîndire largă în practica utilizării gazelor naturale.Din punct de vedere funcțional și constructiv, arzătoarele cu injector pentru combustibilii gazoși pot fi clasificate după mai multe criterii : -

după starea termică a fluizilor participanții în procesul de ardere după configurația găurii de eșire după valoarea presiunii gazelor

Injectoarele sunt dispozitive perfecte de amestecare, constructiv simple și fiabile în funcționare. Injectorul este alcătuit din următoarele elemente: Duză, cameră de amestecare, gîtul injectorului, difuzorul Esența funcționării injectorului constă în următoarele: - gazelle se scurg prin duză în formă de jet liber - în duză energia potențială a presiunii gazelor se transform în energie cinetică - jet liber al gazelor se extinde sub un unghu egal aproximativ cu 25…29 0

Construcția arzătorului 1) Duză 2) Confuzor 3) Camera de amestecare

4) Difuzor 5) Crater 6) Distribuitor tubular

Datele inițiale 1) Puteria termică Q = 37061 kj/m 2) V t= 12.23 m3 3) Presiunea gazelor P = 2,2 KPa = 2200 Pa

4) Coificentul de exces de aer a = 1,1

Calculul arzătorului cu injecție de presiune joasă Arzătoarele cu injecție de presiune joasă se folosesc în generatoarele de căldură volumetrice și instantanee, mașini de gătit, și emițătoare de raze infraroșii 1)Viteza medie de ieșire a gazului combustibil din ajutajul(duză) arzătorului [ m/s ]

Vg  

2p g

ρg- densitatea gazelor [ kg/m3] ΔP- căderea de presiune [ Pa] ΔP= P1-P2 P1- presinea gazelor înaitea ajutajul [ Pa] P2- presinea mediului în care se scurg gazele [ Pa] pentru arzătoare de presiune joasă P2 este egală cu presiunea atmosferică de aceea ΔP= P1 φ- coificientul de scurgere, evidențiază repartizarea vitezelor fluxului de gaze în secțiunea ajutajului și rezistența fluxului ,depinde de forma duzei și se stabileștee conform literaturii de specialitate.pentru duzele cilindrice larg răspîndite φ = 0,75- 0,8

Vg  

2p 2  2200  0,8   53,59[ m / s] g 0,77

2)Aria secțiunii transversale a ajutajului [ mm2]

10 6  1 fD1  10  V g /(3600  V g )   4,82mm 2 3600  57,59 6

3)Diametru ajutajului [ mm]

D1 

4 f D1





4  4,82  2.47 mm 3.14

4) Diametru camrei de amestec[ mm] – se determină pe baza legii păstrării cantității de mișcăre la amestecarea fluxulor de gaze și aer. ' Diametru părții cilindrice a camerei de amestecare V a = 0,4 ...0,6 -penru gaze naturale

'

V a = 0,4 ...0,6

-penru gaze lichefiate

V 'a = 0,5 ...0,7

V 'a=0,5× V t V t - volumul teoretic de aer

V t =9.972

'

V a=0,5× V t=0,5× 9.919=4.985 ρaer –densitatea aerului [ kg/m3] V 'a - cantitatea de aer, injectată de 1 m3 de gaz

  D3  D1 1  Va   1  Va  aer  g 



1  4.985  (1  4.985  1,293 / 0,77)  16.53[mm]

  2,47   

5)Diametru confuzorului (D2) și difuzorului(D4) [ mm] D2 = ( 1,5 …2,0)= 2 × 16.53= 33.15 [ mm] D4 = ( 2,0 …2,2)= 2,2 × 16.53= 36,36 [ mm] 6)Lungimea confuzorului [ mm] l1 =( 1,5 …2,0)×D3 = 1,5 × 16,53=24,79 [ mm] 7)Lungimea camerei de amestecare [ mm] l2 =( 1,0 …1,2)×D3 = 1,2 × 16,53= 19,83 [ mm] 8)Lungimea difuzorului [ mm]- depinde de unghiul de deschidere β= 60 …80

l3 

 D4  D3 

    2tg  2       



 36,366  16,53  170[mm] 

 8   2tg  2      

9)Aria totală a orificiilor de foc [ mm] vfoc – viteza de scurgere a gazului din orificiile de foc [ m/sec] vfoc – adoptăm egal 2,5



f foc 

V g 1  Va  Vam 1  1  4.985    0.000690 m 2  6.9  10  4 3600 *V foc  3600 *V foc   3600  2,4

10)Numărul de orificiiilor de foc

Z

4 f foc

  d 

11)Pasul optimal dintre orificii (S) [ mm] α = 0,52

2 foc



4  690  98 3.14  3 2

d=3 a =0,4 ÷0,6 Metoda interpolării 0,4 S 12 0.6 S 8 0,6 -0,4 = 0,2 12 – 8 = 4 Mijlocul dintre valorile 0,4 și 0,6 este 0,52

0,52  12  10,4[mm] 0,6 12)Lungimea colectorului arzătorului [ mm]

lcol  ( z  1) 

S 10.4  2 S  (98  1)   2  10.4  525,2[mm] 2 2

13)Distanța optimală (l0) [ mm] l0 =( 0,5 …1,4)×D3 = 1,4 × 16,53= 23,142 [ mm]

Arzător cu injecție de presiune medie Arzătoarele cu injecție de presiune medie cu preamestecare complectă gaz-aer se folosesc la presiune medie ale gazelor 3...90 KPa, în sobe termice cu volum mic ale focarului și în generatoare de căldură de capacitateredusă ( pînă la 12..20 t/h) cu volum mic al focarului, utilizate pentru procesele tehnologice, care necesită: - Valori mari ale lungimii flăcări - Încălzire integrată a focarului - Focare cu suprafețe ecranate. Pentru asigurarea posibilității mării limitelor reglări capacității de generare a căldurii este posibil de folosit cîteva arzătoare sau arzătoare multicelulare, care sunt compuse din mai multe ( 3... 32 arzătoare) dispuse circular . Principiul de fucționare Funcționarea injectorului acestor arzătoare este asimilar celor de presiune joasă.Pentru aceste arzătoare sunt caracteristice doar: alte valori ale coificientului de exces de aer a= 1,05 ...1,15 valori mai mari ale presiuni gazelor P = 3.... 90 KPa, viteze mult mai ridicate ale gazelor la eșire dibn ajutaj duzei, care pot atinge valori subcritice 113 .. 402 m/s debite mari de gaze V = 12 ...120 m3/ h Construcția arzătorului

1. Ajutaj 2. Confuzor 3. Camera de amestecare

4. difuzor 5. crater 6. capul arzătorului 7. tunel

1)Viteza medie de scurgere a gazelor din ajutaj

Vg  

2  k  P1  (1  ( P2 / P1 ) k 1 / k ( k  1) 1

K = Cc / Cv – indicele adiabatic pentru gazele naturale k = 1,3 P2 – presiunea gazelor la condiții normale P1 = 101325 Pa P1 - presiunea gazelor P1 + P = 101325 +23000 =124325 Pa ρ1 – desensitatea gazului în stare anhidră ρ1 = 0,83 kg / m3 φ- coificientul de scurgere, evidențiază repartizarea vitezelor fluxului de gaze în secțiunea ajutajului și rezistența fluxului ,depinde de forma duzei și se stabileștee conform literaturii de specialitate.pentru duzele cilindrice larg răspîndite φ = 0,75- 0,8

Vg    0,85

2  k  P1  (1  ( P2 / P1 ) ( k  1) 1

k 1 / k

 0,85

2  1,3(16000  101325)(1  101325 / 124325)

16162.25  0,05  0,85 63381.126  213.99 m / s  0,25

2)Aria secțiunii transversale a ajutajului [ mm2]

fD1 

10 6  V g

k

3600  V g

Vgk – volumul de gaze Vgk = 23 m3/ h Vg – viteza medei de scurgerea gazelor prin ajutaj Vg – 214 [ m/s]

10 6  Vg

k



10 6  42 23000000 fD1     28.65  30 mm2 3600  Vg 3600  214 770400 3)Debitul de gaze se determină cu relația:

V

g

 3600 

f

D1

 vg



1, 31 1, 3

f

f

D1

D1

= 30 mm2

- aria secțiunii transeversale

Vg – volumul de gaze Vg = 23 m3/ h

V

f

 3600 

g

D1



 v g  3600  0,03  23  2484 m 3 / h



4)Diametrul duzei se determină cu relația:

D1 

f 

4

D1

4  30 120   38.21  6.18 mm 3,14 3,14



4)Se determină gradul de injecție a aerului cu relația:

V V a

II a

V t  a

t

- volumul teoretic de ardere pentru arderea complectă a gazelor

- coificient de exces de aer

V

II a

a

= 1,1

V

t



=9.97 m3

 V t  a  9.919  1,1  10,91 m 3 / m 3



5)Diametrul camerei de amestecare se determină cu relația: II

D3  D1 (1  V a  



aer

- densitatea aerului



II a

- gradul de injecție a aerului

D

1





aer

g

= 1,293 kg/ m3

g

D

II a

aer

- densitatea gazului în stare anhidră

V

V )  (1 

V

g

=0,85 kg/ m3

II a

= 11.26 m3 /m3

1

- diametrul duzei

II

D3  D1 (1  V a

=7,45 mm

V )  (1 

II a





aer

 88,6 mm

g

6)Diametrul confuzorului se determină cu relația: D2 = ( 1,7 ….2,0) × D3 = 2 × 88,16 = 176,32 [mm]

7)Diametrul difuzorului se determină cu relația: D4 = ( 1,5 ….1,7) × D3 = 1,5 × 88,16 = 132,24 [mm] 8)Lungimea confuzorului se determină cu relația: l1 = ( 1,5 ….1,7) × D3 = 1,5 × 88,16 = 132,25 [mm] 9)Lungimea camerei de amestecare se determină cu relația: l2 = ( 3…4) × D3 = 4 × 88,16 =352,64 [mm] 10)Lungimea capului arzătorului se determină cu relația: l4 = ( 1,0…1,5) × D3 = 1 × 88,16 = 88,16 [mm] 11)Lungimea difuzorului se determină cu relația:

l3  l

tot

( D4  D3) 2tg (  / 2)



132,24  88,16 44,08   734,66 mm 2tg (3,5 / 2) 0,06

 1,307 m

12)Diametrul craterului se determină cu relația: Dcr = ( 1,07 ….1,1) × D3 = 1 × 88,16 = 88,16 [mm] 13)Diametrul tunelului se determină cu relația: D2 = ( 2,5 ….2,6) × Dcr = 2.5 × 88,16 = 220,4 [mm]

14)Lungimea tunelului

l

t

 (2.5...6.0) Dcrt  5  88,16  440,8mm

15)Se determină viteza medie la ieșire din crater cu formula: 3 2 V am  3,6  10  d cr  T 

d

cr

V

t

-diametru craterului

d

cr

=88,16 mm T T - temperatura la starea standartă =293,15 0C - volumul teoretic de aer necesar arderii

V

t

= 9.919 m3

1 V t I

1  (a V t )

a

V

- coeficient de exces de aer

am

a

= 1,1

 3,6  10 3  92.13  293,15 2 

1  9.919  25 m / s  1  (1,1  9.919)

Din motivul ca viteza medie la iesire din crater este mai mare de 18 m/s se alege stabilizatorul de viteza. Aleg tipul:

stabilizator tip tunel cilindric cu unghi mare de deschidere.

Metodele de stabilizare a flăcării Stabilitatea arderii flăcării în intervalul larg de variație a debitelor de gaze, și volumelor de aer, necesare ardereii, constituie un factor decesiv, care determină fiabilitatea și eficiența funcționării arzătoarelor. În regim laminar de scurgere a amestecului combustibil, cea mai stabilă parte a flăcării lîngă orificiile de foc, deoarece aici viteza de scurgere amestecului , micșorată prin tregiversarea lui de pereții canalelor de foc, corespunde vitezei de propagare a flăcării, reduse din contul răcirei frontului de flacărără de aceeași pereții.Datoriă acestui fapt, la baza flăcării se formează un inel de foc( de aprindere), care stabilizează procesul de ardere într-un anumit interval de variației a debitului amestecului combustibil.În acest caz în procesul de ardere se stabilește un echilibru dinamic între tendița flăcrii de a se deplasa spre amestecul combustibil și tendița fluxului de a arunca flacara la orificiile de foc. numitul< returul flăcării>, și are loc în cazul cînd viteza de propagare a flăcări într-un anumit punct al frontului de ardere depășește viteza de scurgere a amestecului combustibil. Ruperea flăcării duce la majorarea inadmisibilă a concentrației gazelor combustibile în focare, în canalele de evacuare a gazelor de ardere, care pot provoca explozii și ca urmare serioase și detiorări. Returul flăcării apare mai fregvent în momentele apriderii și stîngerii incorecte a arzătoarelor, deastfel și la micșorarea bruscă a capacității lor termice, ca rezultatul retului flăcării sun posibile: - Întreruperea arderei - Pătrunderea flăcării în interiorul camerei de amestecare

Stabilitatea arderei se asigură prin menținerea frontului flăcării lîngă orificiile de foc a arzătorului balasînd viteza normal de propagare a flăcării cu viteza fluxului de amestec combustibil. Factorii principali, care influiențează fenomenele de rupere și returul flăcării sunt: -

Proprietățiile fizice și chimice a gazelor și a amestecului combustibil Diametrul orificiiilor de foc a arzătorului Regimul de scurgere a amestecului combustibil și particularitățiile constructive ale arzătorului

Evitarea fenomenului ‘’returul flăcării,, se obține prin majorarea vitezei de scurgere a amestecului din orificiile de foc și evacuarea călduri de la suprafața lor