2 Расчёт газового тракта с выбором дымососа

Для сгорания 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.2.

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. 3.

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. Схема внутренних газоходов приведена на рисунке5, внешних – на рисунке6. Воздуховод служит для подачи воздуха на горение.

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 присоеденительными 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.

Золоуловитель подбираем по расходу дымовых газов:

Q=18000м³/ч при температуре t=200° С сопротивлении ∆hт=500Па

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

Сопротивление золоуловителя:

, (3)

где ∆h– номинальный сопротивление золоуловителя, Па;

Q_з – расход золоуловителя, м³/ч

Q – номинальный расход золоуловителя, м³/ч

t – номинальная температура золоуловителя, ^оС

t_з - температура золоуловителя, ^оС

Δh_з = 500*(19941/1800)²*(273+146)/(273+200)*1.2 = 545.01.

а-котел-экономайзер;

б-экономайзер-золоуловитель;

в-золоуловитель-дымосос

Рисунок5 - Газовый тракт котла КЕ-10-14С с экономайзером

Рисунок 6 - Внешние газоходы котельной установки с паровыми котлами КЕ

Таблица 2 - Действительные плотности и объемы газов по газоходам установки

Наименование расчитываемой величины	Обозначе-ние	Ед.изм	Расчетная формула	Газоходы
				К-Э	Э	Э-З	З	З-Д	Д-ДТ		ДТ
									Д-А	А-Б
Присос воздуха		-		0	0,1	0	0,1	0	0	0	0
Коэффициент избытка воздуха		-		1,4	1,45	1,5	1,55	1,6	1,6	1,6	1,6
Температура дымовых газов		С		300	225	150	146,25	142,5	142,5	142,5	142,5
Объем газов при нормальных условиях	Vг	м3/ч		8,3	8,6	8,9	9,1	9,4	9,4	9,4	9,4
Плотность газов при нормальных условиях	о	кг/м3		1,32	1,32	1,32	1,32	1,32	1,32	1,32	1,32
Плотность газов при температуре		кг/м3		0,629	0,724	0,852	0,859	0,867	0,867	0,867	0,867
Полный объем газа по газоходам	Q	м3/ч		23372,976	20991,2	18405,35	18812,56	19209,57	19209,57	38419,13	57628,7
Число котлов	N	шт		1	1	1	1	1	1	2	3

Таблица 3 - Расчет сопротивлений газового тракта с экономайзером

N участка	Наименование участка	Объем газов, м3/ч	Площадь сечения, м2	Скорость газов, м/с	Динамическое давление, Па	Коэф-т сопротивления	Поправочный коэф-т		Сопро-тивление участка, Па
1	Котел КЕ-10-14С	-	-	-	-	-	-		900
Газоход котел - экономайзер
2	Колено 90,r/b=1	23373	0,8	8,12	20,73	0,3125	1		6,48
3	То же	23373	0,8	8,12	20,73	0,243	1		5,04
4	То же	23373	0,8	8,12	20,73	0,5141	1		10,66
5	Экономайзер	20992	329,5	5,75	11,97	9	1,2		129,265
Газоход экономайзер – золоуловитель
6	колено, 90	18406	0,6	8,52	30,94	0,243	1		7,52
7	Колено 90° r/b=1	18406	0,6	8,52	30,94	0,2875	1		8,89
8	Конфузор 30°	18406	0,36	14,20	85,93	0,156	1		13,41
9	Колено 90°,r/b=1	18406	0,36	14,20	85,93	0,52	1		44,69
10	Диффузор 30°	18406	0,6	8,52	30,94	0,22	1		6,81
11	Золоуловитель	18813					1,2		545
Газоход золоуловитель – дымосос
12	Конфузор 30°	19210	0,6	8,89	34,28	0,22	1		7,54
13	Колено 90°,r/b=1	19210	0,6	8,89	34,28	0,2875	1		9,86
14	Коелно с острыми кромками	19210	0,5	10,67	49,37	1,2	1		59,24
15	Колено с острыми кромками	19210	0,5	10,67	49,37	0,78	1		38,51
16	Дымосос	19210
Газоход Дымосос - А
17	Диффузор, 25	19210	0,1675	31,86	439,92	0,3	1		131,98
18	Колено 45° с острыми кромками	19210	0,6	8,89	34,28	0,42	1		14,40
19	То же	19210	0,6	8,89	34,28	0,42	1		14,40
20	Тройник на проход 45°	19210	0,6	8,89	34,28	0,575	1		19,71
Газоход А-Б
21	Колено 45° с острыми кромками	38420	1,2	8,89	34,28	0,42	1		14,40
22	То же	38420	1,2	8,89	34,28	0,42	1	14,40
23	Вход в дымовую трубу	38420	1,2	8,89	34,28	0,5	1	17,14
									∑=2019,33

Диаметр выходных отверстий дымовой трубы подбирают на основе заданной скорости газов на выходе. Скорость газов на выходе в атмосферу принимают 20-30м/с, при высоте трубы до 100 м.

Предварительный диаметр выходного отверстия определяется по формуле:

, (4)

где Q_дт – объем газов в дымовой трубе, м³/ч,

ω₀ – предварительная скорость газа, м/с.

принимаем d=1 м.

Скорость газов определяем по формуле:

, (5)

где Q_дт – то же, что и в формуле (4)

d – диаметр выходного отверстия, м.

Выброс диоксида азота определяется по формуле:

, (6)

где К_NO2 – параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1ГДж теплоты;

К_п - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксида азота в результате применения технических решений;

B_p – расход тепла на1 котёл, г/с;

N_p – число рабочих котлов, шт;

Q^r_H – низшая теплота сгорания, МДж/кг.

G_NO2 = 0.8*G_NOX, (7)

где G_NOx –значение находится по формуле (6).

G_NO = 0.13*G_NOX, (8)

где G_NOx –значение находится по формуле (6).

Выброс оксида углерода определяется по формуле:

, (9)

где B_p– расход топлива на 1 котел;

n-число котлов;

q₄ – потеря теплоты вследствие механической неполноты сгорания,%

С_СО – выход оксида углерода при сжигании топлива, кг/ч;

C_CO =q₃*R*Q_N^R, (9)

где g₃ – потеря теплоты вследствие химического недожога, %;

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

Q^r_н – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг

Выброс диоксида серы:

, (10)

где S^r- содержание серы в топливе, %.;

B_p – расход тепла на1 котёл, г/с;

N_p – число рабочих котлов, шт;

- доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива.

Количество летучей золы и несгоревшего топлива, выбрасываемое с дымовыми газами от котельной установки определяется по формуле:

, (11)

где В – расход натурального топлива;

А^r – зольность топлива, %;

χ – безразмерный коэффициент, характеризующий топку (для котлов КЕ χ – 0,0035);

_з – эффективность работы золоуловителя.

Произведен расчет рассеивания вредных веществ по программе «ЭКОЛОГ» (версия 2), максимальные расчетные приземные концентрации вредных веществ не превышают 1 ПДК (рисунок 7), к установке принята стальная труба высотойh=31,815 м и диаметром выходного отверстия d=1000мм.

Подбор дымососа.

Для подбора дымососа вычисляют сопротивление газового тракта:

Δh_T = (Δh^ГТ+Δh^ДТ)*(P_бар/101,3)+h_T, (12)

где h^ГТ – сопротивление газового тракта котельного агрегата, Па;

h^ДТ– сопротивление дымовой трубы, Па;

h_Т– разряжение в топке, Па

Рисунок 7 - Расчет суммарного рассеивания вредных веществ

Сопротивление трения металлической дымовой трубы:

Δh^ДТ_Т= (λ/d)*H*(W²/2)*ρ, (13)

где λ – безразмерный коэффициент трения;

d – диаметр дымовой трубы, м;

H – высота дымовой трубы, м;

W – скорость дымовых газов в дымовой трубе, м/с;

ρ – плотность дымовых газов.

Сопротивление выхода в атмосферу:

Δh^дт_м = ξ(W²/2)*ρ, (14)

где ξ –коэффициент трения;

W – то же, что и в формуле (13) ;

ρ – то же, что и в формуле (13).

Сопротивление дымовой трубы:

Δh^ДТ = Δh^ДТ_Т + Δh^ДТ_М, (15)

где Δh^ДТ_Т – значение определяется по формуле (13);

Δh^ДТ_М – значение определяется по формуле (14).

Самотяга дымовой трубы без поправки на барометрическое давление:

Δh^ДТ_С = g*H*(ρ_A - ρ_Т), (16)

где g – ускорение свободного падения;

Н – высота дымовой трубы, м;

ρ_A,ρ_Т – плотность атмосферного воздуха и дымовых газов соответственно.

Перепад давлений в газовом тракте:

ΔH^Г_П = Δh_г - Δh^ДТ_С, (17)

где Δh_г- сопротивление газового тракта,(h_Г=2258,2Па);

Δh^ДТ_С – значение определяется по формуле (16).

Расчетное полное давление дымососа:

H_p = β₂*ΔH^г_п, (18)

где β₂ - коэффициент запаса по давлению;

Δh^ДТ_С – значение определяется по формуле (17).

Приведенное расчетное полное давление:

H^пр_р = к_р*H_р, (19)

где Нр - значение определяется по формуле (18);

Кр – коэффициент учитывающий зависимость температуры и плотности;

, (20)

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

θ – температура дымовых газов, ⁰С;

t–температура газов при испытании дымососа (t = 200 ^oC)

Расчетная производительность дымососа:

Q_Р = β₁*Q*P_БАР/101.3, (21)

где β₁ – коэффициент запаса по производительности;

Q – расход дымовых газов при номинальных условиях, м³/ч;

P_БАР – барометрическое давление, (P_БАР =98 кПа).

По полученным данным подбираем дымосос:

ДН 10у N=15кВт, n=1500об/мин,=82%