7. Аеродинамічний розрахунок газоповітряного тракту котельні

Газоповітряний тракт котельні розбивається на окремі розрахункові ділянки, на яких швидкість і витрата продуктів горіння є постійною і які виготовленні з того ж матеріалу.

Об’єм продуктів горіння при розрахунковому навантаженні і температурі t = 0ºС рівний:

, м³/год

де В_р – розрахункова витрата палива одним котлоагрегатом (В_р = 163 м³/год);

∆α – величина присмоктів повітря в котлоагрегаті (при спалюванні рідкого палива ∆α = 0,1).

Отже:

, м³/год

Зниження температури продуктів горіння на кожній з розрахункових ділянок ∆t_діл знаходять за формулою:

, ºС

де l –довжина розрахункової ділянки,м;

∆t_пит – питоме падіння температури продуктів горіння (для металевої частини ∆t_пит = 1,9ºС/м; для цегляної частини ∆t_пит = 0,35ºС/м).

Газоповітряний тракт розбиваємо на 2 ділянки, на цегляну та металеву ділянки труби.

Враховуючи, що ділянки 1-2 знаходяться в приміщенні котельні, вважаючи, що вони теплоізольовані, в подальших розрахунках не враховуємо зниження температури продуктів горіння на даних ділянках. В цегляній частині зниження температури продуктів горіння буде:

ºС

В металевій частині димової труби:

ºС.

Загальне падіння температури димових газів в димовій трубі буде рівним ºС

Середня температура продуктів горіння на розрахунковій ділянці рівна:

, ºС

де t_вих – температура продуктів горіння на виході з розрахункової ділянки,

t_вх – температура продуктів горіння на вході розрахункової ділянки; оскільки прийнято, що ділянки 1-2 ізольовані і в них немає падіння температури, то t_вх цегляної частини труби буде рівна температурі виходу продуктів горіння із котлоагрегату, тобто t_вх = Т₂ = 160 ºС [дод. 1; 7].

Отже, після розрахунків отримаємо:

• цегляна частина:

ºС;

, ºС

• металева частина:

ºС;

ºС

Величина природної тяги, яка виникає в димовій трубі:

, Па.

де h_тр - загальна висота димової труби, м (30 м);

ρ_п і ρ_г – відповідно, густина зовнішнього повітря (при t_з = t_х.5) і продуктів горіння при їх середній температурі в димовій трубі :

,ºС

Густини зовнішнього повітря та димових газів при відповідних температурах визначимо із залежності: кг/м³. Розрахунок зводимо в таблицю 4.

Таблиця 4.

Густина зовнішнього повітря та димових газів.

Температура, ºС	-20	112	136	159	160
Густина, кг/м3	1,39	0,713	0,680	0,649	0,648

Отже, величина природної тяги, що виникає в димовій трубі буде рівною:

Па.

Дійсна об’ємна годинна витрата продуктів горіння на кожній із розрахункових ділянок V_діл, м³/год, буде рівною:

.

Розрахунок за даною формулою зводимо в таблицю 5.

Таблиця5.

Дійсна об’ємна витрата продуктів горіння на ділянках

Ділянка		1	2	Цегляна частина димової труби	Металева частина димової труби	Вихід з димової труби
Температура, ºС	0	160	160	159	136	112
Витрата, ,м3/год	1921	3047	6094	6080	5756	5418

Для визначення діаметру димоходів задаємося швидкістю руху димових газів в газоходах, рівною 5м/с. Газоходи приймаємо круглого поперечного перерізу.

Потрібна площа поперечного перерізу кожної ділянки :

, м²,

де ω – швидкість руху димових газів, м/с (5 м/с).

За отриманими значеннями приймається стандартний канал з найближчою площею поперечного перерізу та визначається дійсна швидкість продуктів горіння на ділянці за формулою:

.

За наведеними формулами складаємо таблицю 6.

Таблиця 6.

Розрахунок площі поперечного перерізу газоходів та визначення дійсної швидкості руху димових разів.

Ділянка	1	2	цегляна частина труби	металева частина труби	вихід з димової труби
Швидкість, ω, м/с	5	5	5	5	5
Витрата, V, м3/год	3047	6094	6080	5756	5418
Площа поперечного перерізу, м2	0,17	0,34	0,34	0,32	0,30
Стандартний канал, d, м	0,5	0,7	0,7	0,7	0,65
Дійсна швидкість продуктів горіння, ωділ, м/с	4,85	4,92	4,27	4,04	4,97

Втрати тиску на розрахунковій ділянці визначаються за формулою:

, Па,

де λ – коефіцієнт опору тертя, для металевих газоходів – λ = 0,02, а для цегляних – λ = 0,04;

l – довжина ділянки, м;

d – діаметр каналу, м, при прямокутному перерізі зі сторонами a і b приймається як еквівалентний діаметр, м;

Σξ – сума коефіцієнтів місцевих опорів, визначається з [5];

ρ – густина продуктів горіння при середній температурі на ділянці, кг/м³.

Розрахунок зводимо в таблицю 7.

Таблиця 7.

Розрахунок втрат тиску газоповітряного тракту.

Ділянка	1	2	цегляна частина труби	металева частина труби
Розміри каналу, d, м	0,5	0,7	0,7	0,7
Довжина ділянки, м	5,2	8,7	5	25
Коефіцієнт опору тертя	0,02	0,02	0,04	0,02
Втрати тиску на ділянці ∆h, Па	5,53	0,77	3,91	2,03
			Сумарні втрати тиску Δhділ , Па	12,2

При розрахунку газоповітряного тракту враховувались такі коефіцієнти місцевих опорів:

1 ділянка:

Відвід на 90° 0,9

Σξ = 0,9

2 ділянка

трійник на всмоктуванні 1,6

Σξ = 1,6

Цегляна частина

коліно зі зміною січення (f/F=0,9) 1,09

Σξ = 1,09

Металева частина

плавне звуження (f/F=0,67) 0,1

вільний вихід 1,0

Σξ = 1,1

Загальний опір газового тракту визначається за залежністю:

, Па.

В дод. 1 [7] для котла КСВ-2”ВК-21”, вказана величина , що рівна 100 Па.

Тоді,

Па.

Оскільки загальний опір газового тракту набагато меншим за величину природної тяги, що створює димова труба ( Па Па), то котельня може працювати на природній тязі.