ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ

 

Работа котлоагрегата требует обеспечения непрерывной подачи воздуха, необходимого для горения топлива и отвода продуктов сгорания топлива.

В современных котельных установках применяют искусственную механическую тягу, создаваемую специальными вентиляторами (дымососами), способными преодолеть сопротивление газового тракта. Газовые тракты обычно работают под разряжением.

Подача воздуха в топку котла осуществляется дутьевыми вентиляторами. Весь воздушный тракт находится под давлением.

Целью аэродинамического расчёта является определение производительности тяговой и дутьевой систем и гидравлических потерь в газовом и воздушном трактах, по которым в итоге будут выбраны к установке дымососы и вентиляторы [8].

 

4.1. Расчёт дымовой трубы

Расчёт, как правило, начинают с дымовой трубы. В паровых котлах малой производительности (до 2,5 т/ч) обычно применяется естественная тяга. Это тяга, создаваемая дымовой трубой за счёт разности плотностей дымовых газов и окружающего воздуха.

В котлах большей производительности тяга создаётся за счёт мощности дымососа и частично с помощью дымовой трубы.

Итогом расчёта является определение гидравлического сопротивления дымовой трубы и самотяги трубы.

 

 

Порядок расчёта

1. Для данного расчёта рекомендуется принять кирпичную трубу. Её высота принимается по рекомендации [8]:

Н = 30 или 45 м для котлов с производительностью до 10 т/ч,

Н = 60 для котлов с производительностью 25 т/ч.

2. Определим температуру дымовых газов на входе в дымосос:

_д.тр. =

где _ух – температура дымовых газов после ВЭ, °С; – коэффициент расхода воздуха у дымовой трубы; – присос воздуха в газопроводе от ВЭ до дымовой трубы. Принять =0,01 на каждые 10 м дымохода.

3. Расход газов через дымовую трубу для случая одновремен-

ной работы всех котлов в котельной при их номинальной нагрузке, м³/ч:

V _д.тр.= В _р V _ух n =

где В _р – расчётный расход топлива на 1 котёл, м³/ч или кг/ч; V _ух = V _д.г + Δα V ^{о =} – объём дымовых газов на входе в дымовую трубу, м³/ м³ или м³/кг; V ^о– теоретический объём воздуха для горения, м³/ м³ или м³/кг; V _дг – объём дымовых газов за ВЭ, (см. табл.3.3), м³/м³ или м³/кг; n – число работающих котлов.

4. Скорость дымовых газов на выходе из дымовой трубы. Выбирается по условиям обеспечения рассеивания вредных примесей в дымовых газах. Для котлов малой и средней мощности скорость при искусственной тяге принимается ω_вых =
= 8 – 15 м/с.

5. Определим внутренний диаметр устья дымовой трубы, м:

d _д.тр = 0,0188 =

Далее округлим d _д.тр до ближайшего типоразмера (1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 4,3) и уточним скорость, м/с:

ω_вых = =

6. Гидравлическое сопротивление дымовой трубы, Па:

Δ Р _д.тр = Δ Р _тр + Δ Р _вых=

Сопротивление на трение для кирпичных труб, Па:

Δ Р _тр = =

где λ = 0,05 – коэффициент гидравлического трения; i = 0,01 - гидравлический уклон внутренней поверхности трубы;
ρ_г = 1,29 – плотность дымовых газов при температуре газов на входе в трубу, кг/м³.

Сопротивление на выходе из дымовой трубы, Па:

Δ Р _вых = ζ_{вых =}

где ζ_вых = 1,0 – местный коэффициент гидравлического трения при выходе газов из трубы, Па.

7. Самотяга дымовой трубы, Па:

Р _сам = Нg (ρ_в– ρ_г)=

где Н – высота дымовой трубы, м; ρ_в – плотность атмосфе-

рного воздуха около трубы, кг/м³, (ρ_в = 1,2 кг/м³); ρ_г – плот-

ность газов на выходе из трубы, принимается равной

0,85 – 0,88 кг/м³ при 120 – 150°С.

 

4.2. Расчёт газового тракта

Расчёт потерь давления (гидравлических сопротивлений) в газовом и воздушном трактах ведётся со следующим упрощением. Принимаем, что плотность газов выбирается по плотности сухого воздуха. Такое допущение и позволяет упростить расчёт, применяя номограммы.

t,°С 0 100 200 400 600 800 1000 1200

ρ_в, кг/м³ 1,293 0,946 0,746 0,254 0,404 0,329 - -

ρ_г, кг/м³ 1,259 0,950 0,748 0,525 0,405 0,330 0,275 0,240

Расчёт ведётся на номинальную нагрузку для одного из котлов.

Предварительно составляется эскиз газохода, куда входят все участки, ВЭ, золоуловитель, шибер, дымосос, дымовая труба (рис.4.1).

 

Рис.4.1. Схема газового тракта

 

Полное сопротивление газового тракта (от топки до выхода газов в дымовую трубу), Па:

Δ Р _г.тр = Δ Р _тгу + Δ Р _вэ + Δ Р _вп + Δ Р _зу + Δ Р _б + Δ Р _д.тр =

1. Δ Р _тгу – суммарное сопротивление теплогенератора; складывается из сопротивлений поперечно и продольно омываемых труб, сопротивлений поворотов и выхода газов. Обычно сопротивление не считается, а принимается по данным завода-изготовителя. (табл.4.1.).

2. Δ Р _вэ – сопротивление водяного экономайзера; считается как поперечно омываемые пучки труб, Па:

Δ Р _вэ = ζ_вэ =

где – скорость газов в экономайзере принимается из теплового расчёта, м/с; ζ_вэ= 0,5 z ₂ – гидравлическое сопротивление одной трубы; z ₂ – число труб водяного экономайзера по ходу газов.

 

Таблица 4.1

Сопротивление серийных котлов, Па

Марка	Δ Р тгу
ДКВр-4-14 (мазут)

 

3. Δ Р _вп = – сопротивление воздушного подогревателя, Па. Рассчитывается в зависимости от конструкции ВП или принимается по паспортным данным.

4. Δ Р _{зу =} – сопротивление золоуловителей. Обычно приводятся в паспортных данных завода изготовителя (табл 4.2).

Например, при объёме газов от 6000 до 20000 м³/ч рекомендуются циклонные блоки ЦКТИ или НИИГАЗ.

Таблица 4.2

Сопротивления золоуловителей

Тип	Δ Р зу , Па	Тип	Δ Р зу , Па
ЦКТИ ЦН 24 ЦМС – 27 Д – 49		БЦУ «Энергия» БЦНР с ЗЛ БЦ ЦКТИ БЦ с ЛА	65,85

 

При объёме газов от 15000 до 150000 м³/ч рекомендуется принимать батарейные циклоны. Вообще золоуловители рекомендуется выбирать не только по производительности, но и по степени очистки.

5. Δ Р _б = ΔР_д.тр + Δ Р _м – сопротивление газовых каналов (боро-
вов), Па,

где Δ Р _тр = – сопротивление на трение, Па;

Δ Р _м = Σ ζ – местные сопротивления (повороты, расширения, сужения, входы, выходы, шибера, заслонки и прочая арматура), Па; – коэффициент гидравлического трения, зависит от относительной шероховатости стенок канала и числа Рейнольдса; l – длина газохода или его отдельного участка, м; d – эквивалентный диаметр канала d = 4· f / U; f – площадь живого сечения, м²; U – периметр сечения, м; ρ – плотность газов при данной температуре, кг/м³; ω – скорость газов на участке канала, м/с; Δ Р _д.тр – сопротивление дымовой трубы, определено в подразд. 4.1.

 

Последовательность расчёта

1. Определить секундный расход дымовых газов на один котёл, м³/с:

V _д = В _р(V _дг + Δα V ^о) =

Все параметры для расчёта принять из расчёта дымовой трубы.

2. Опредить сечение газохода, м²:

f =V _д/ω=

Скорость газов в газоходе для ориентировочных расчётов можно принять:

ω = 8 – 12 м/с для стальных газоходов; ω = 4 – 6 м/с для кирпичных боровов.

Для прямоугольного газохода необходимо определить стороны прямоугольника b, h из соотношения

b = =

h h = f / b=

b

Далее округлить результаты до 0,05 м и уточнить скорость.

3. Определить полное сопротивление боровов, Па:
Δ Р _б =(λ +Σζ) =

Для расчётов необходимо определить длину газопровода. Если площадь сечения газохода не меняется, то газоход следует разбивать на отдельные участки и длину определить согласно составленному эскизу.

При определении местных потерь потребуются коэффициенты местных сопротивлений. Некоторые из них:

Для поворота:

на 90º ζ⁹⁰ = 0,30, 45º ζ⁴⁵ = 0,15,

60º ζ⁶⁰ = 0,20, 30º ζ³⁰ = 0,10;

открытого шибера ζ_ш = 0,1;

всасывающего кармана дымососа ζ_вк = 0,2;

диффузора за дымососом ζ_диф = 0,2 – 0,25;

входа в дымовую трубу ζ_вх = 1,1.

Для расчёта потерь на трение принять коэффициент гидравлического трения равным λ = 0,02 для стальных боровов и
λ = 0,03 – для кирпичных.

4. Определить полное сопротивление газового тракта, Δ Р _г.тр,Па:

Δ Р _г.тр = Δ Р _тгу + Δ Р _вэ + Δ Р _вп + Δ Р _зу + Δ Р _б + Δ Р _д.тр=

5. Перепад полных давлений по газовому тракту, Па:

Δ Р _п =Δ Р";+ Δ Р _{.тр г}– Δ Р _сам=

где Δ Р"; – разряжение на выходе из топки, необходимое для

предотвращения выбивания газов. Обычно принимают

Δ Р"; = 20 – 30 Па; Δ Р _сам – самотяга дымовой трубы (определена ранее), Па.

После аэродинамического расчёта газового тракта необходимо выбрать дымосос. Он выбирается по расчётной подаче
Q _др и создаваемому разряжению.

Расчётная подача дымососа, м³/с:

= β₁ V _д =

где β₁ – коэффициент запаса, который выбирается равным

1,1 для котлов небольшой производительности

Мощность двигателя для привода дымососа, кВт:

=

где β₂ – коэффициент запаса мощности; расчётная подача дымососа, м³/с; Н _д – расчётный полный напор дымососа, кПа;

– эксплуатационный КПД дымососа, %.

 

4.3. Расчёт воздушного тракта

Расчёт воздушного тракта, как и газового, ведётся на номинальную нагрузку котла. Воздуховоды обычно выполняются стальными квадратами, прямоугольными и круглыми. Для нашего расчёта выберем стальной воздухопровод квадратного сечения.

Перед расчётом составим эскиз воздушного тракта (рис.4.2). Для котельных установок, работающих на холодном воздухе, тракт включает только воздухопроводы и дуть-

евую установку.

Температура холодного воздуха, засасываемого вентилятором из котельной, принимается обычно в соответствии с нормативным методом теплового расчёта равной 30°С. Плотность воздуха при этой температуре ρ_хв= 1,2 кг/м³.

Расчёт сопротивления воздуховодов сводится в основном к определению местных сопротивлений. Сопротивление трения при скоростях воздуха менее 10 м/с очень малы и их в расчётах не учитывают.

 

Последовательность расчёта:

1. Определить количество холодного воздуха, подаваемого дутьевым вентилятором, м³/ч:

V _хв = В _р V °(α_т – Δα_т) =

где В _р – расчётный расход топлива, м³/ч или кг/ч; V ^о – теоретический расход воздуха для горения, м³/м³ или м³/кг; a_т – коэффициент избытка воздуха в топке; Da_т – присосы воздуха в топке; t _хв – температура холодного воздуха, ^оС.

Рис.4.2. Схема воздушного тракта

2. Определить суммарное сопротивление воздушного тракта, Па:

D Р _S = D Р _ту+D Р ^хв+D Р ^гв+D Р _вп=

где D Р _ту– сопротивление топочного устройства для подвода воздуха. Обычно принимается по рекомендациям или паспортным данным конкретного устройства. При сжигании газа и мазута можно выбрать горелки типа ГМ с сопротивлением
883 – 1180 Па, а для слоевых механических топок сопротивление решёток можно принять равным 785 Па; D Р ^хв, D Р ^гв – сопротивление участков воздушного тракта при протекании холодного и горячего воздуха, Па. Так как мы воздух не греем, то по всему тракту протекает холодный воздух; D Р _вп – сопротивление воздушного подогревателя, Па.

3. Сопротивление воздушного тракта по холодному воздуху, Па:

D Р ^хв =Sζ =

где ζ – коэффициент местных сопротивлений. Сопротивления поворотов были приведены при расчёте газового тракта. Коэффициент сопротивления патрубка для забора воздуха можно принять ζ_пз = 0,2 – 0,3; коэффициент сопротивления дутьевого вентилятора ζ_дв= 0,35 – 0,45; w_хв – скорость воздуха в канале; можно принять w_хв = 8 – 12 м/с.

4. Полный перепад давлений в воздушном тракте, Па:

D Р _вп =D Р _S ± Р _с – D Р _т¢=

где D Р _S – суммарное сопротивление воздушного тракта, Па;
Р _с – самотяга на участках воздухопровода, Па; считается только на участках горячего воздуха, причём с плюсом берётся опускной канал, а с минусом - подъёмный; D Р _т¢ = D Р _т¢¢ + 0,95 qH ¢ = – полное разряжение на выходе из топки; D Р _т¢¢ = 20 Па – разряжение в топке, создаваемое дымососом; 0,95 qH ¢ – подъёмная сила, возникающая в топке при движении горячих газов, Па;
H ¢ – расстояние по вертикали между центрами горелок и
сечением выходного окна для газов, м, при

сжигании газа. Для слоевых топок это расстояние от колосниковой решётки до середины выходного окна.

Дутьевой вентилятор выбираем по производительности и полным аэродинамическим потерям.

Расчётная производительность дутьевого вентилятора, м³/с:

Q _дв = b₁ V _хв=

где b₁ – коэффициент запаса, который можно принять рав-
ным 1,1.

Установленная мощность электродвигателя для вентилятора

N = b₂ Q _дв Н _дв/ =

где b₂ – коэффициент запаса мощности; Q _дв – расчётная подача вентилятора,м³/с; Н _дв – полный напор, создаваемый вентилятором, кПа; - эксплуатационный КПД вентилятора (воздуходувки),%.