2 Аэродинамический расчет паровых котельных агрегатов малой мощности

2.1 Аэродинамический расчет газового тракта

Для горения топлива в топку необходимо подавать воздух. Для удаления образовавшихся при горении газов и их перемещения через поверхность нагрева котельного агрегата надо осуществить тягу, которая может быть естественной, создаваемой дымовой трубой за счет разности в плотности горячих дымовых газов и воздуха и искусственной, создаваемой дымососами. Расчет плотностей и объемов газов по газоходам сведен в табл.5.

Аэродинамический расчет производится для определения производительности тяговой и дутьевой систем, перепад полных давлений в газовом и воздушном тракте и завершается выбором необходимых тягодутьевых машин. Расчет сопротивлений газового тракта сведен в табл. 6.

В котлах с уравновешенной тягой рассчитывают отдельно газовый и воздушный тракт.

Производительность и давление создаваемое тягодутьевой системой, определяется по данным теплового расчета для номинальной нагрузки котельного агрегата.

При сжигании котельных углей и бурых с W``<8 газовый тракт состоит из следующих основных элементов:

- собственно котел;

- экономайзер;

- золоуловитель;

- дымосос;

- дымовая труба.

Газоходы соединяют между собой элементы газового тракта. Воздуховод служит для подачи воздуха на горение.

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

14

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

При сжигании твердого топлива в атмосферу с дымовыми газами поступают значительное количество золы (пыль неорганическая, SiO22О-70%), оксида углерода, диоксида серы, оксидов азота.

Дымовая труба должна быть достаточной высоты для рассеивания этих веществ в атмосфере, так чтобы концентрация не превышала предельно допустимых (ПДК).

Каждый котельный агрегат комплектуется вентилятором и дымососом индивидуально.

Сопротивление газовоздухопроводов.

При разработке компоновки (расположение оборудования) котельного агрегата должна быть обеспечена рациональная трассировка газовоздухопровода и оптимальная форма их узлов. Простота схемы способствует повышению надежности и экономичности установки.

Схема и компоновка газовоздухопроводов должна быть такова, чтобы сопротивление основного потока воздуха или газов было минимальным при оптимальных значениях скоростей.

На коротких участках тракта сечения газовоздухопровода и, следовательно, скорости в них обычно определяются присоединительными размерами элементов оборудования, расположенных на этих участках. Для основных участков достаточно большой протяженности принимают скорости, обеспечивающие минимум суммарных эксплуатационных затрат, эти скорости называют экономическими.

Экономическая скорость газов и воздуха ж в стальных газо-воздухопроводах и внешних газоходах зависит от конфигурации и конструкции, мощности установки, температуры газов или воздуха и т.д.

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

15

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

Условные обозначения: К – котел, Э – экомайзер, В – воздухоподогреватель, З – золоуловитель, Д – дымосос, ДТ – дымовая труба, А, Б – точки на сборном газоходе.

Таблица 2 - Действительные плотности и объемы газов по газоходам установки

Наимено-вание расчиты- ваемой величин	Об-оз-наче ние	Ед. изм.	Расчетная формула или обоснование	Газоходы
				К-Э (В)	Э (В)	Э-З	З	З-Д	Д-ДТ			ДТ
									Д-А	А-Б
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1. Присос воздуха	∆α	−	Рекомендация (1,4)	0	0,1	0	0,1	0	0	0	0
2. Коэффи- циент избыт- ка воздуха	α	−	Для стб. 5, 7 значения берутся из теплового расчета. Для стб. 9 α = αyx+∆αз +∆αэ-з. Для стб. 6 и 8 - средне арифметическое соседних значении	1,5	1,55	1,6	1,65	1,7	1,7	1,7	1,7
3. Темпера- тура дымовых газов	θ	°С	Для стобцов 5,6,7 из теплового расчёта. Для столбца 9 θд=((αухθух+∆αзtхв)/(αух+∆αз)). Для столбцов 10-12 принимается по столбцу 9.	300	300 255 5,	225 150 5,77	150 146,5 5,57	146,5 143 5,87	143 143 6,17	143 143 6,17	143 143 6,17
4.Объем газов при нормаль-ных условий	Vг	м3/кг	Vг=V0г+(α - 1) ·V0в V0г=5,01 м3/кг V0в=4,37 м3/кг	7,94	8,18	8,42	8,67	8,91	8,91	8,91	8,91
5. Плот-ность газов при нормаль-ных условиях	ρ0	кг/нм3	ρo=(l-0,01·Ar+l,306·α·V0B)/Vг, Аr - зольность топлива, % Аr =16,8%	1,311	1,311	1,211	1,213	1,311	1,311	1,311	1,311
6. Плот-ность газов при тем­пературе θ	ρ	кг/м3	р=р0(273/(273+ θ))	0,62	0,68	0,78	0,79	0,86	0,86	0,86	0,86

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

16

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

7. Полный объем газов по газохо-дам	Q	м3/ч	Q=BpVг((273+θ)/273)N, N - число котлов, присоеди­ненных к участку для столбцов 5-10 N=1 Bp=1584 кг/ч Vг=7,449 м3/кг	26123	24071	19285	19125	18965	18965	37931	56965
8. Число котлов	N	−		1	1	1	1	1	1	2	3

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

17

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

Рисунок 2- Газовый тракт котла КЕ-10-14С с экономайзером:

а- котел- экономайзер; б- экономайзер- золоуловитель; в- золоуловитель- дымосос.

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

18

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

Рисунок 3- Внешние газоходы котельной установки с паровыми котлами КЕ 22-27- участки (нумерация соответствует таблице 6)

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

19

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

2.2 Расчет сопротивления газового тракта с экономайзером

Таблица 3 – Расчет сопротивления газового тракта

№ уч-ка	Наименова- ние участка	Объем газов, Q, м3/ч		Площадь сечения, F, м2		Скорость газов, W, м/с W=Q/3600F		Динамиче- ское давление W2ρ/2, Па		Коэффи- циент сопроти- вления, ζ		Попра- вочный коэффи- циент k		Сопро-тивление участка ∆h, Па
1	2	3	4		5		6		7		8		9
1	Паровой котел	-	-		-		-		-		-		900
Газоход котел — экономайзер К-Э
2	Колено 90°, r/b - 1	26123	0,8		9,1		25,7		0,3		1		7,71
3	Колено 90°, r/b = 1	26123	0,8		9,1		25,7		0,3		1		7,71
4	Колено 90°, r/b = 1	26123	0,8		9,1		25,7		0,3		1		7,71
5	Экономайзер	24071	2		3,3		3,7		8		1,3		38,5
Газоход экономайзер — золоуловитель Э-З
6	Колено 90°, r/b = 1	19285	0,6		8,9		31,0		0,3		1		9,3
7	Диффузор 40°	−	−		−		−		−		−		−
8	Колено 90°, r/b = 1	19285	0,6		8,9		31,0		0,3		1		9,3
9	Конфузор 80°	19285	0,5		10,7		44,7		0,2		1		8,9
10	Колено 90°, r/b = 1	19285	0,6		8,9		31,0		0,3		1		9,3
11	Диффузор 30°	19285	0,9		5,9		13,6		0,18		1		2,4
12	Золоулови-тель	19125	−		−		−		−		−		−
Газоход золоуловитель — дымосос З-Д
13	Конфузор 30°	18965	1,13		4,7		9,5		0,1		1		1,0
14	Колено 90°, r/b = 1	18965	0,72		7,3		22,9		0,3		1		6,9
15	Колено, 900r/b=1	18965	0,72		7,3		22,9		0,3		1		6,9
16	Конфузор 45°	18965	0,72		7,3		22,9		0,1		1		2,3

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

20

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

17 Конфузор 60° 18965 0,63 8,4 30,3 0,1 1 3,0 18 Колено с острыми кромками 18965 0,54 9,8 41,3 1,3 1 53,7 19 Дымосос − − − − − − − Газоход дымосос – А(Д-А)
20	Диффузор 250	18965	0,6	8,8	33,3	0,5	1	16,7
21	Колено 45° с острыми кромками	18965	0,6	8,8	33,3	0,42	1	14,0
22	Колено 45° с острыми кромками	18965	0,6	8,8	33,3	0,42	1	14,0
23	Тройник в боковом отверстии	18965	0,6	8,8	33,3	0,6	1	20,0
Газоход А-Б
24	Колено 45° с острыми кромками	37931	1,2	8,8	33,3	0,42	1	14,0
25	Колено 45° с острыми кромками	37931	1,2	8,8	33,3	0,42	1	14,0
26	Вход в дымовую трубу	56896	1,2	13,2	74,9	1	1	74,9
Итого: 1242,2

2.3 Выбор высоты дымовой трубы. Ее сопротивление.

Дымовые трубы являются сложным инженерным сооружением и для их строительства используют типовые проекты. Диаметр выходных отверстий подбирают на основе заданной скорости газов на выходе (w₀=20÷30 м/с при высоте трубы до 100м).

Предварительный диаметр выходной трубы отверстия:

d₀^*=0,018·(Q_дт/w₀)^1/2,

где Q_дт – объём газов в дымовой трубе, м³/ч.

d₀^*=0,018·(56965/20)^1/2=1,0м

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

21

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

По вычисленному диаметру принимаем ближайший из приведенных по типовому проекту, а также высоту металлической трубы: d=1,2м , H=30м.

Скорость газов в дымовой трубе:

w=(0,0188/d)2·Qдт

w=(0,0188/1,2)2·56965=11,7

Количество летучей золы и несгоревшего топлива, выбрасываемое с дымовыми газами:

М=Аr ·B ·f ·(1 – 0,01 ·η),

где Аr – зольность топлива, %;

В=(Вр · N)/3,6= (1513,4· 3)/3,6=1261т/ч - расход топлива, г/с;

f – безразмерный коэффициент, характеризующий топку; η – эффективность работы золоуловителей, %.

М=15,4·1261·0,0035(1 – 0,01·90)=6,8г/с

Выброс оксида углерода:

М=0,001 ·В ·Ссо·(1 – 0,01 ·q4),

где Ссо – выход оксида углерода при сжигании топлива, кг/т, определяется по формуле:

Ссо=q3 ·R ·Qнr,

где R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива(для твердого топлива R=1) ;

Qнr – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг

Ссо= 0,5·1·18,04=9,02кг/т

М=0,001·1261·9,02·(1 – 0,01·5)=10,8г/с

Выброс оксида азота:

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

22

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

М=0,001 ·В · Qнr · КNO2 (1 - β),

где КNO2 – параметр характеризующий количество оксида азота, образующихся на один ГДж теплоты, кг/ГДж(для котла КЕ 10-14С КNO2=0,24);

β – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений (для слоевых топок β=0);

Qнr – низшая теплота сгорания, МДж/кг.

М=0,001·1261·18,04·0,24· (1 - 0)=5,5г/с

Выброс диоксида серы:

М=0,02 ·В ·Sr ·(1 – μSO2),

где Sr – cодержание серы в топливе, %;

μSO2– доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива.

М=0,02·1261·0,5·(1 – 0,2)=10,1г/с

Сопротивление дымовой трубы складывается из сопротивления трения и сопротивления выхода в атмосферу.

Сопротивление трения для металлических труб вычисляется по формуле:

∆hтдт = (λ/d) ·H ·(w2/2) ·ρ,

где λ – безмерный коэффициент трения; Н – высота выбранной дымовой трубы, м; ρ – плотность дымовых газов, кг/м3.

∆hтдт=(0,03/1,2)·30·(11,72/2) ·1,311=134,6Па

Сопротивление выхода в атмосферу:

∆hмдт=ξ·(w2/2) ·ρ,

где ξ=1 – коэффициент сопротивления.

∆hмдт= 1·(11,72/2) ·1,311=89,7Па

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

23

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

2.4 Подбор тягодутьевых машин

Для подбора дымососа необходимо знать сопротивление газового тракта.

∆hг=(∆hгт+∆hдт) ·(Рбар/101,3)+hт,

где ∆hгт – сопротивление газового тракта котельного агрегата, Па, (включая котел, экономайзер, золоуловитель и газоходы);

∆hдт=∆hтдт+∆hмдт=134,6+89,7=224,3Па – сопротивление дымовой трубы;

Рбар – барометрическое давление района расположения котельной, кПа;

hт – разряжение в топке, Па(20 – 30).

∆hг=(1242,2+224,3) ·(98/101,3)+20=1443Па

Перепад давлений в газовом тракте:

∆Hпг= ∆hг – hсдт,

где hcдт – учитываемая в расчете самотяга дымовой трубы без поправки на барометрическое давление, Па, определяется по формуле:

hcдт=g·H ·(ρa – ρг),

где g – ускорение свободного падения, м/с2; ρа, ρг – соответсвенно плотность атмосферного воздуха и перемещаемой среды, кг/м3.

hcг=9,8·30·(1,293 – 0,86)=127,3 Па

∆Hпг=1443– 127,3=1315,7 Па

Рассчитываем производительность дымососа, м3/ч, определяют по формуле:

Qр=β1·Q·(101,3/Pбар),

где β1 =1,05 – коэффициент запаса по производительности;

Q=24765 м3/ч – расход дымовых газов.

Qp =1,05·26123·(101,3/98)=28353м3/ч

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

24

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

Расчетное полное давление дымососа, Па, вычисляется по формуле:

Hp=β2 ∆Hпг,

где β2=1,1 – коэффициент запаса по давлению;

Нр= 1,1·1315,7=1447 Па

Для того чтобы установить, удовлетворяет ли данная машина требуемым значениям Qp и Нр необходимо привести Нр к тем условиям, для которого составлена характеристика машины, по формуле:

НрПР=(1,293/ρ0) ·[(273+θ)/(273+t)] ·(101,3/Pбар) ·Нр,

где ρ0 – плотность перемещаемых газов при нормальных условий, кг/м3;

θ – температура газов перед машиной, 0C; t – температура воздуха, 0С, при которой составлена характеристика.

НрПР= (1,293/1,311) ·[(273+143)/(273+200)] ·(101,3/98) ·1447=1297,4

Дымосос типа ДН11,2у

2.5 Подбор золоуловителя

Q= Вр ·[V0г +( α – 1) ·V0в] ·(273+θ)/273

V0г=5,496 м3/кг

V0в=4,881 м3/кг

Q= 1513,4 ·[5,496 +(1,7 – 1) ·4,881] ·(273+143)/273=20554м3/ч

Выбираем золоуловитель БЦУ-30С, m=2600 кг.

КП 270109.65-0710077-ПЗ

Лист

25

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата