II. Аэродинамический расчет

Расчет дутьевой установки

В соответствии со СНиП II-35-76 тягодутьевые установки, как правило, должны предусматриваться индивидуальными к каждому котлоагрегату.

Расчетная производительность дутьевого вентилятора:

Здесь 1,05 – коэффициент запаса, учитывающий утечку воздуха через неплотности воздуховодов;

– коэффициент избытка воздуха в топке;

B_к – номинальный расход топлива котлоагрегатом, кг/с;

V⁰ – теоретическое количество воздуха, необходимое для горения топлива, м³/м³;

t_в – температура подаваемого в топку воздуха.

Полное давление, создаваемое вентилятором, расходуется на преодоление сопротивления воздуховодов h_ВВ и сопротивления горелки h_гор или колосниковой решетки со слоем топлива:

Значения сопротивлений принимают в следующих пределах:

h_ВВ = 150 250Па;

для твердого топлива, сжигаемого в слое, h_гор = 1500 3000Па.

Рекомендуемые типы вентиляторов описаны в [5, 7].

По производительности и давлению подбирают центробежный дутьевой вентилятор.

Тип вентилятора ВДН-8

Производительность номинальная V_ДВ = 4000 м³/ч

Полное давление номинальное H_ДВ = 1200 Па

Частота вращения n = 980 об/мин

КПД вентилятора η_ДВ =0,77.

Мощность на валу вентилятора:

По полученной мощности и частоте вращения подбирают электродвигатель к вентилятору согласно данным [5, 7]:

Тип электродвигателя 4А-160S6

Мощность N_ДВ = 11кВт

Частота вращения n = 980 об/мин.

Расчет тяговой установки

В соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий и СНиП II-35-76 высоту дымовых труб нужно принимать 30 м для стальных цилиндрических труб и 45 или 60 м для кирпичных труб.

Принимаем к установке кирпичную дымовую трубу высотой H_тр = 30 м.

Расход дымовых газов на выходе из дымовой трубы:

где V ^г – полный объем газообразных продуктов сгорания, м³/м³.

Диаметр устья дымовой трубы:

где W_вых – скорость движения дымовых газов на выходе из дымовой трубы при искусственной тяге может достигать 20 м/с. Учитывая возможность дальнейшего расширения котельной, рекомендуем принимать значение W_вых порядка 15 м/с.

Полученный диаметр округляем до ближайшего рекомендуемого СНиП II-3576 [6].

Принимаем диаметр устья дымовой трубы 1,2м.

Диаметр дымовой трубы у основания (для кирпичных труб):

где 0,01 – внутренний угол стенки трубы по отношению к вертикали.

В соответствии со СНиП II-35-76, в целях предупреждения проникновения дымовых газов в конструкцию стен кирпичных труб не допускается положительное статическое давление на стенки газоотводящего ствола. Для этого нужно выполнить условие R<10,

где R – определяющий критерий

Здесь – коэффициент трения;

i – постоянный уклон внутренней поверхности верхнего участка трубы;

ρ_в – плотность наружного воздуха при расчетном режиме, кг/м³;

d_в – диаметр устья дымовой трубы, м;

h₀ – динамическое давление газа в выходном отверстии дымовой трубы, Па,

где W ²_вых – скорость газов в выходном отверстии труб, м/с;

ρ_г – плотность дымовых газов при расчетном режиме, кг/м³;

где ρ₀ = 1,34 кг/м³ (см. проект №1).

Если R >10, то следует увеличить диаметр дымовой трубы.

Аэродинамическое сопротивление котельной установки.

Полное аэродинамическое сопротивление котельной установки складывается из сопротивлений отдельных ее элементов.

Разряжение топочном пространстве ∆h_т принимают в пределах 20 50 Па.

∆h_т = 30Па.

Аэродинамическое сопротивление котла ∆h_к при номинальной нагрузке приведено в [3].

Для других типов котлов ∆h_к определяют по справочным данным [4].

∆h_к = 191 Па.

Аэродинамическое сопротивление водяного экономайзера ВТИ

Здесь Z₂ – число горизонтальных рядов труб экономайзера;

W_эк – средняя скорость движения дымовых газов в экономайзере (по данным проекта №1), м/с;

ρ_г – плотность дымовых газов при средней температуре в экономайзере, кг/м³;

Примечание. Значения Z₂, W_эк и t_эк принимают из проекта №1.

Аэродинамическое сопротивление воздухоподогревателя ∆h_воз дано в [3].

∆h_воз = 0.

Аэродинамическое сопротивление золоуловителя ∆h_зол находится в пределах 600 650 Па.

∆h_зол = 0.

Аэродинамическое сопротивление боровов принимают из расчета ∆h_бор = 20Па на каждые 25 погонных метров длины борова, которая определяется конструктивно.

∆h_бор = 30Па.

Аэродинамическое сопротивление шиберов ∆h_ш принимается из расчета 5 15Па на каждый шибер.

∆h_ш=10∙N_к = 40Па.

Аэродинамическое сопротивление дымовой трубы

Здесь – коэффициент трения;

ξ – коэффициент местного сопротивления на выходе из трубы;

d_ср – средний диаметр дымовой трубы, м;

W_дт – средняя скорость движения газов в дымовой трубе, ориентировочно может быть принята равной скорости на выходе из трубы, м/с;

ρ_дт – плотность дымовых газов при температуре t_ух, кг/м³

.

Таким образом, полное аэродинамическое сопротивление котельной установки

∆h_ку=∆h_т+∆h_к+∆h_эк+∆h_воз+∆h_зол+∆h_бор+∆h_ш+∆h_дт=

=30+191+204+0+0+80+40+123=668Па.

Проверка дымовой трубы на естественную тягу.

Тягу, необходимую для преодоления полного аэродинамического сопротивления котельной установки, определяют из выражения

Самотяга принятой дымовой трубы

где H_тр принятая высота дымовой трубы, м;

t_в – температура наружного воздуха. Учитывая, что наиболее неблагоприятные условия для естественной тяги имеют место в летний период. Принимаем значение t_в равным расчетной температуре для данной местности, ;

P_бар – барометрическое давление, мм рт. ст.

Если S ^c_дт < S, то для обеспечения заданной тяги необходима установка дымососов.

119Па < 738Па.

Выбор дымососов

Расчетная производительность дымососов прямого давления.

Здесь В_к – расчетное количество сжигаемого топлива (принимают по данным проекта №1), м³/с;

V^г – объем продуктов сгорания (принимают из проекта №1 для α_эк), м³/м³.

Расчетное давление дымососа

где 200 – температура газов при характеристических испытаниях дымососа, .

Рекомендуемые типы дымососов описаны в [5,7] .

По производительности V_Д и напору H_Д подбираем модель индивидуального (на каждый котел) дымососа прямого действия:

Тип дымососа ДН-9

Производительность номинальная V_Д = 7000 м³/ч

Полное давление номинальное H_Д = 1200 Па

Частота вращения n = 980 об/мин

КПД дымососов η_Д =0,81.

Электродвигатель к дымососу подбирают аналогично дутьевому вентилятору.

Мощность на валу дымососа:

Принимаем электродвигатель согласно данным [5]:

Тип электродвигателя 4А-160S6

Мощность N_Д =11 кВт

Частота вращения n = 980 об/мин.