Расчет котлов и котельных установок

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА

Как уже отмечалось, в котлах с уравновешенной тягой воздушный тракт до топки находится под давлением, развивае­мым дутьевым вентилятором, а газовый тракт от топки — под разрежением, создаваемым дымососом (рис. 138, кривая 2). В котлах под наддувом воздушный тракт и газоходы находятся под давлением (рис. 138, кривая /).

При аэродинамическом расчете в зависимости от схемы газо­воздушного тракта определяют скорости среды в воздуховодах, газоходах, в расположенных в них поверхностях нагрева и в раз­личном оборудовании тракта. Сопротивление воздушного и газо­вого трактов котла зависит от скорости воздуха и газа и сопро­тивления отдельных участков. Оно определяет необходимые на - 228
пор Я и мощность N (при за­данном расходе среды) тяго­дутьевых машин: дутьевых вен­тиляторов и дымососов — в кот­лах с уравновешенной тягой и дутьевых вентиляторов—в кот­лах под наддувом. По величи­нам Я, Q и N выбирают со­ответствующие тягодутьевые машины.

Сопротивление тракта со­стоит из следующих состав­ляющих (условно):

Сопротивления трения при течении в прямом канале по­стоянного сечения, а также при продольном омывании пуч­ка труб;

Местных сопротивлений, связанных с изменением формы канала, его сечения или направления движения; сопротивления поперечного омываемых труб. При определении потерь на трение используется зависимость, аналогичная (37).

Коэффициент Я сопротивления зависит от режима течения среды. Для ламинарного, переходного или турбулентного режима течения коэффициент А, принято определять по числу Рейнольдса

Re = wd/v,

Где v—кинематическая вязкость. При турбулентном потоке (Re > 2300) величина % зависит от шероховатости поверхности стен, омываемых потоком. Для каналов некруглого сечения вместо диаметра d трубы используется эквивалентный диаметр d* канала, определяемый по формулам: для канала любого профиля

D, = 4М1;

Для газохода прямоугольного сечения, заполненного продольно омываемым пучком труб,

, = 4 (ab — rcdfjz) ^ 2{a + b) + ndHz'

Где F — площадь сечения канала, м2; П — полный омываемый периметр, м; а и b — поперечные размеры газохода в свету, м; г — число труб в газоходе; dB — наружный диаметр труб, м.

Местное сопротивление зависит от геометрии канала и опре* деляется с помощью коэффициента £ гидравлического сопротив­ления по формуле

Дрм - 0,5|рша.

Аналогичным образом находят потери давления при попереч­ном омывании пучков труб. Для учета типа и геометрических особенностей поверхности нагрева вводится поправочный коэф­фициент кпн:

Дрм = 0,5|рсе>2кпя.

Коэффициенты | и кпн принимаются по рекомендациям нор­мативной литературы.

При определении необходимого полного напора, создаваемого тягодутьевыми машинами, кроме потерь давления учитывается естественная тяга. Сущность естественной тяги заключается в сле­дующем. Газовый тракт котла заполнен продуктами сгорания, плотность которых меньше плотности атмосферного воздуха. В вертикально (или наклонно) расположенных каналах при дви­жении среды вверх на нее дополнительно действует сила, завися­щая от высоты А/г подъема среды и разности плотностей атмосфер­ного воздуха рв на рассматриваемой высоте газоходов (или воз­духоводов горячего воздуха) и продуктов сгорания р. Эта сила может обеспечить подъемное движение среды — естественную тягу. В опускных газоходах-необходим дополнительный напор для преодоления действия естественной тяги. Поэтому естественная тяга в подъемных и опускных газоходах

Аре = ± g Ah (рв - р) = ± g Ah [р, - (ро)г 273/.Г],

Где АЛ — высота подъема (или опускания) среды или перепад высот - рассматриваемого участка, м; Т — средняя температура газового или воздушного потока, К; (р0)г — приведенная к нор­мальным условиям (273 К и 0,101 МПа) плотность продуктов сгорания, плотность атмосферного воздуха принимается при 20 °С и 0,101 МПа, рв = 1,2 кг/м3.

В горизонтальных газоходах действием естественной тяги ііренебрегают.

Расчет потерь давления в газовоздушном тракте котла прово­дят в соответствии с методом аэродинамического расчета. Вначале определяют сопротивление каждого участка и элемента тракта. Расчет выполняют при средней скорости и температуре газа (воздуха) в рассматриваемом элементе с использованием зави­симостей. Затем суммированием отдельных потерь определяют полные потери тракта.

Перепад полных давлений (Л/зп)в в воздушном тракте

(Дрп)в = Ар —Аре — рг,

Рт = р"т + pg ДЛ

Где Ар — суммарное сопротивление тракта от места забора воз­духа из атмосферы (воздухозаборные окна) до входа в топку (выходное сечение горелок); Аре — суммарная величина есте­ственной тяги воздушного тракта; р'т и р'ї — давление среды в топке на уровне горелок и на выходе из топки (обычно при - 230 нимают р'т — —20 Па); р — средняя по высоте участка плотность продуктов сгорания, кг/м3; АЛ' — разность отметок (высот) вы­вода продуктов сгорания из топки и ввода в нее воздуха, м.

По газовому тракту котла с уравновешенной тягой перепад полных давлений

(Л/>п)г = (Ар)г (р0)г/1,293 - (Дре)г + Рг,

Где (Ар)г— суммарное сопротивление участка газового тракта. топка — выходное сечение дымовой трубы (без поправки на сжимаемость среды); (Аре)г — суммарная естественная тяга ука­занного газового тракта, включая дымовую трубу.

В котлах под наддувом дутьевые вентиляторы выбирают исходя из полных перепадов давлений во всем газовоздушном тракте (от воздухозаборных окон до топки и от топки до выход­ного сечения дымовой трубы)

Д/?п = (Дрп — Дре)в + (Дрп — Дре)Г — 0,95ДЛ'.

Выбор тягодутьевых машин проводят по условиям их работы (температуре) и необходимым значениям производительности Q, полного развиваемого машиной напора Я, мощности N и КПД.

Расчетная производительность тягодутьевой машины — это полный объемный расход Vit м3/с, воздуха или газа на участке тракта котла перед тягодутьевой машиной. С учетом коэффи­циента запаса производительность

Q = p2Wz,

Где г — число тягодутьевых машин; |32 — коэффициент запаса по производительности, в котлах паропроизводительностью D > > 20 т/ч для дымососов и вентиляторов соответственно Ра = = 1,15 и р2 = 1,054-1,1.

Полный объемный расход воздуха через дутьевой вентилятор (Vj = УдВ) и газов через дымосос (V; = Кд) соответственно

Удв = BpV°(aT - Дат - Даплу + Давп)(/хв + 273)/273

И

VA = 5Р [VI + (ад - 1) V°1 (#д + 273)/273,

Где Bp — расчетный расход топлива, кг/с; V0 — теоретически необходимое количество воздуха (при давлении 0,1013 МПа и 0 °С), м3/кг; У? — теоретический объем продуктов сгорания (при давлении 0,1013 МПа и 0 °С) при избытке воздуха а = — 1 м3/кг; ат и ад — избытки воздуха соответственно в топке; и перед дымососом; Аат и Даплу — присосы воздуха соответ­ственно в топке и в системе пылеприготовления; Аавп— пере-і течка воздуха в воздухоподогревателе; /хв н і, — температура соответственно холодного воздуха и газов у дымососа, °С.

Требуемый полный напор тягодутьевой машины определяют с учетом коэффициента запаса по полному перепаду давлений в соответствующем тракте

Я = Pi Лрп.

Для котлов паропроизводительностью D > 20 т/ч величина Pi = 1,15 для дымососов и = 1,2 для вентиляторов.

Требуемая (установленная) мощность тягодутьевой машины с учетом коэффициента рз запаса мощности электродвигателя (обычно принимаемым р„ = 1,1)'

N8 = ю-зр3<г#Л1э,

Где т}э —эксплуатационный КПД тягодутьевой машины на расчет­ном режиме.

По полученным значениям Q, Я и N выбирают соответству­ющий типоразмер тягодутьевой машины. По аэродинамической характеристике находят фактические условия работы машины (в том числе И Г)).

С каждым котлом с .уравновешенной тягой производитель­ностью выше 1 т/ч устанавливают вентиляторы и дымососы: как правило, два вентилятора и два дымососа (при наддуве два вен­тилятора). Для мощных котлов допускается установка трех - четырех тягодутьевых машин одного наименования. Для котлов паропроизводительностью 950 т/ч и более применяют осевые дымососы, а свыше 1500 т/ч — также осевые вентиляторы. В осталь­ных случаях устанавливают высокоэкономичные радиальные (центробежные) машины с сильнозагнутыми крыловидными ло­патками. і