Аэродинамический расчет газовоздушного тракта котла

Обновлено: 16.05.2024

Аэродинамический расчет котельной установки

Подбор дутьевого вентилятора. Расчет газового тракта. Основные типы котельных установок. Подбор дымососа и дымовой трубы. Аэродинамический расчет воздушного тракта. Расчет сопротивления кипятильного пучка. Аксонометрическая схема газового тракта.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	04.11.2012
Размер файла	379,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Содержание

1. Теоретическая часть

2. Аэродинамический расчёт воздушного тракта

2.1. Аксонометрическая схема воздушного тракта

2.2. Расчёт потерь давления в воздухопроводе

2.3. Расчет участка 1-2

2.5. Расчёт сопротивления воздухоподогревателя

2.7. Расчет участка 3-4

2.8. Расчет участка 4-5

2.9. Сопротивление горелочного устройства

2.10. Выбор дутьевого вентилятора

2.11. Пересчет участка 1-2

2.12. Пересчет участка 2-2'

3. Аэродинамический расчёт газового тракта

3.1. Аксонометрическая схема газового тракта

3.2. Аэродинамическое сопротивление котла

3.3. Сопротивление кипятильного пучка

3.4. Аэродинамическое сопротивление пароперегревателя

3.5. Аэродинамическое сопротивление водяного экономайзера

3.6. Аэродинамическое сопротивление воздухоподогревателя

3.7. Аэродинамическое сопротивление газоходов в тракте

3.7.1. Расчет участка 1-2

3.7.2. Расчет участка 3-4

3.7.3. Расчет участка 5-6

3.7.4. Расчет участка 7-8

3.8. Аэродинамический расчёт дымовой трубы

3.9. Выбор дымососа

3.10. Пересчет участка 7-8

Введение

В данной курсовой работе необходимо выполнить аэродинамический расчет котельной установки. Для организации процесса горения котлоагрегаты оснащаются тягодутьевыми устройствами: дутьевыми вентиляторами, подающими воздух в топку, дымососами для удаления из котла дымовых газов, а также дымовой трубой. Современные котлоагрегаты имеют индивидуальные дымососы и дутьевые вентиляторы. Для того чтобы подобрать необходимые тягодутьевые устройства и выполняют аэродинамический расчет котлоагрегата, который состоит из двух частей. Вначале выполняется расчёт воздушного тракта котлоагрегата. Целью этого расчета является подбор дутьевого вентилятора. Вторая часть включает в себя расчёт газового тракта. Главной задачей этого расчета является подбор дымососа и дымовой трубы. Все необходимые данные представлены в задании для выполнения курсовой работы.

1. Теоретическая часть

Аэродинамический расчёт котельной установки - это расчет, в результате которого определяют аэродинамические сопротивления газовоздушного тракта как установки в целом, так и различных ее элементов. Нормальная работа котельной установки возможна при условии непрерывной подачи в топку воздуха и удаления в атмосферу продуктов сгорания после их охлаждения и очистки от твердых частиц. Подача и отвод продуктов сгорания в необходимых количествах обеспечиваются сооружением газовоздушных систем с естественной и искусственной тягой. В системах с естественной тягой, применяемой в котельных установках малой мощности с невысокими аэродинамическими сопротивлениями по газовому тракту, сопротивление движению воздуха и продуктов сгорания преодолевается за счет тяги, создаваемой дымовой трубой. Когда котельная установка оборудована экономайзером и воздухоподогревателем и ее сопротивление по газовому тракту значительно превышает 1 кПа, систему газовоздушного тракта оборудуют вентиляторами и дымососами. В котельной установке с уравновешенной тягой воздушный тракт работает под избыточным давлением, создаваемым вентиляторами, а газовый -- под разрежением; в этом случае дымосос обеспечивает разрежение в топке, равное 20 Па. Расчет сопротивления газового и воздушного трактов паровых и водогрейных котлов выполняют в соответствии с нормативным методом. При изменении паропроизводительности котельной установки или вида сжигаемого топлива производят пересчет сопротивлений трактов.

Движение газов в газовоздушном тракте сопровождается потерей энергии, затрачиваемой на преодоление сил трения потока газа о твердые поверхности. Сопротивления, возникающие при движении потока, условно делятся на: сопротивление трения при течении потока в прямом канале постоянного сечения, в т.ч. при продольном омывании пучка труб; местные сопротивления, связанные с изменением формы или направления потока, которые условно считают сосредоточенными в одном сечении и не включающими сопротивление трения.

Схемы газового и воздушного трактов должны быть просты и обеспечивать надежную и экономичную работу установки. Целесообразно применять индивид, компоновку хвостовых поверхностей нагрева, золоуловителей и тягодутьевых устройств без обводных газоходов и соединит, коллекторов. На протяжении прямых участках рекомендуются газовоздухопроводы круглого сечения как менее металлоемкие и с меньшим расходом теплоизоляции по сравнению с квадратными и прямолинейными. Газоходы паровых и водогрейных котлов, работающих на взрывоопасных видах топлива, не должны иметь участков, в которых возможны отложения несгоревших частиц, сажи, а также плохо вентилируемых зон. Общий перепад давлений в котельной установке складывается из перепадов давлений на отдельных элементах. У агрегатов, работающих под разрежением, суммарный перепад определяют раздельно для воздушного и газового трактов. В котлоагрегате под наддувом рассчитывают общее газовоздушное сопротивление.

Котельная установка - это комплекс устройств, предназначенных для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию горячей воды или пара требуемых параметров.

В зависимости от назначения различают следующие типы котельных установок:

1) энергетические, вырабатывающие пар для паротурбогенераторов;

2) производственно-отопительные, вырабатывающие пар и нагревающие воду для удовлетворения технологических потребностей производства, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;

3) отопительные, вырабатывающие теплоту для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а также для промышленных и коммунальных предприятий;

4) смешанного назначения, вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых двигателей, технологических нужд, отопительно-вентиляционных установок и горячего водоснабжения.

Котельные установки по виду вырабатываемого теплоносителя разделяют на три основных класса: паровые котельные установки для производства водяного пара, водогрейные котельные установки для получения горячей воды и смешанные котельные установки, оборудованные паровыми и водогрейными котлами, используемыми для получения пара и горячей воды одновременно или попеременно.

Котельная установка состоит из котельного агрегата и вспомогательного оборудования.

Состав котельного агрегата :

1) топочное устройство;

2) паровой котел;

4) водяной экономайзер;

6) газоходы и др.

К вспомогательному оборудованию относятся дутьевые вентиляторы, дымососы, питательные, подпиточные и циркуляционные насосы, водоподготовительные установки, системы топливоподачи, золоулавливания и шлакозолоудаления. При сжигании газообразного топлива к вспомогательному оборудованию относится газорегуляторный пункт или газорегуляторная установка.

Для организации процесса горения котлоагрегаты оснащаются тягодутьевыми устройствами: дутьевыми вентиляторами, подающими воздух в топку, дымососами для удаления из котла дымовых газов, а также дымовой трубой, устанавливаемой, как правило, общей для всех котлоагрегатов.

Газовоздушный тракт включает в себя воздухопроводы холодного и горячего воздуха, калориферы для подогрева воздуха перед воздухоподогревателем, запорные и регулирующие органы, тягодутьевые машины, элементы собственно парогенератора, золоуловители, газопроводы и дымовые трубы.

В котлах с уравновешенной тягой раздельно рассчитываются перепады давлений в воздушном тракте, от места забора воздуха из окружающей атмосферы до выхода воздуха в топку, и в газовом тракте, от топки до выхода газов из дымовой трубы. Основная часть воздушного тракта, от вентилятора до выхода в топку, находится под давлением, а газовый тракт в основном, за исключением иногда части участка между дымососом и дымовой трубой -- при разрежении. Нулевое давление, близкое к атмосферному, поддерживается в топке.

Дымососы предназначаются для удаления дымовых газов из котельной установки, так как при наличии в котельном агрегате водяного экономайзера и воздухоподогревателя общее газовое сопротивление становится настолько большим, что естественная тяга, создаваемая дымовой трубой даже очень большой высоты становится недостаточной для его преодоления.

Пароперегреватель предназначается для повышения температуры и энтальпии пара, полученного в котле, с целью повышения экономичности всей паросиловой установки.

В водяном экономайзере используют тепло дымовых газов, уходящих из котла, для подогрева воды, подаваемой в котёл, а в воздухоподогревателе - для подогрева воздуха, поступающего в его топку.

Дутьевые вентиляторы устанавливают для того, чтобы при подаче воздуха в топку преодолеть сопротивление горелок или слоя топлива на решётке, а также сопротивление воздухоподогревателя.

При сжигании твёрдого топлива образуются зола и шлак. Зола уносится из топки дымовыми газами в газоходы котельной установки, а из них через дымовую трубу - в атмосферу, что приводит к загрязнению воздушного бассейна и окружающей территории. Зола, проходя через дымососы, сильно изнашивает их, что приводит к частому ремонту. Во избежание негативного действия золы и шлака котельные установки, предназначенные для работы на твёрдом топливе, оснащают золоуловителем, в котором дымовые газы очищаются от золы, унесённой из топки. Золоуловитель устанавливается перед дымососами. Зола, уловленная в нём, удаляется через золоспускное устройство. Шлак из топки удаляется через шлакоспускные устройства. Уловленная в золоуловителе зола, также как и шлак, спущенный из топки, поступает в систему шлакозолоудаления для отвода в золовой отвал.

Для подачи в котёл воды, подлежащей испарению, служит питательная установка. Основой частью её являются питательные насосы с электрическим и паровым приводами, развивающие давление, необходимое для преодоления давления пара в котле и сопротивления всей системы питательных линий. Питательные насосы являются ответственным элементом котельной установки. Поэтому число, производительность и вид привода питательных насосов, подлежащих установке в котельных различного назначения, строго регламентированы. Другой частью питательной установки являются питательные баки, назначение которых - принять и хранить некоторое количество питательной воды, с тем чтобы исключить опасность перерыва в питании котлов из-за её отсутствия. В котельных установках электростанций предусматривается подогрев питательной воды отборным паром от турбин в подогревателях.

Природная вода содержит механические и коллоидальные примеси, растворённые соли и воздух. Некоторые соли выделяются из воды в процессе её нагревания и испарения в котле и оседают на внутренних стенках поверхностей нагрева в виде плотной, трудноотделимой накипи, которая ухудшает передачу тепла через стенку и может вызвать разрушение металла в результате его перегрева. Другие соли выпадают в объёме котловой воды в виде мелкодисперсных взвешенных частиц, что приводит к появлению в котле подвижного осадка, называемого шламом, который также может послужить причиной аварии котла. Поэтому воду, предназначенную для подачи в котёл, приходится предварительно осветлять и умягчать, доводя содержание в ней солей, образующих накипь и шлам, до технически возможного минимума. Для этого сооружают специальную водоподготовительную установку, в которую входят устройства для осветления и умягчения воды. Исходная вода подаётся в водоподготовительную установку насосом из бака.

Кислород растворённого в воде воздуха, попадая в котёл, вступает в реакцию с металлом и вызывает его коррозию. Это приводит к необходимости освобождать питательную воду от растворённого в ней воздуха, что осуществляют в особом устройстве, называемом деаэратором.

Пар, образующийся в паровом котле, выносит капельки влаги, в которых содержится некоторое количество растворённых солей. Попадая в пароперегреватель, эти капли влаги испаряются, а содержащиеся в них соли оседают на внутренних стенках его труб, что может привести к их пережогу; эти соли попадают также в паровую турбину, где они оседают во входном клапане турбины и на её лопатках, нарушая нормальную работу турбины. В связи с этим в паровых котлах устанавливают сепарационные устройства, предназначенные для отделения капель влаги от пара, выходящего из котла.

2. Аэродинамический расчёт воздушного тракта

Целью расчёта является подбор дутьевого вентилятора. Для подбора вентилятора, подающего воздух в топку котлоагрегата, необходимо знать его производительность м 3 /ч, и напор Н_в, Па. Все исходные данные (температура воздуха, живое сечение, средняя скорость и др.) берутся из теплового расчета.

Производительность вентилятора определяется по формуле:

где в₁ -- коэффициент запаса по производительности; V_в -- количество воздуха, необходимое для подачи в топку котла, м 3 /ч,

Тогда: Q_В= м 3 /ч.

Напор, развиваемый вентилятором, находится по формуле:

где в₂ -- коэффициент запаса по напору, в₂ = 1,1; ДР_В -- аэродинамическое сопротивление воздушного тракта котлоагрегата.

Расчёт ДР_В, Па, ведётся в следующей последовательности:

- составляется аксонометрическая схема воздушного тракта котлоагрегата от воздухозаборного патрубка до самой последней горелки;

- весь тракт разбивается на участки (на участках должен быть постоянный расход и средняя скорость);

- для каждого участка определяются потери давления от трения и от местных сопротивлений;

- найденная сумма потерь давления УДP прибавляется к сопротивлению горелочного устройства ДР_гор:

2.1 Аксонометрическая схема воздушного тракта

Рис. 1 Воздушный тракт

2.2 Расчёт потерь давления в воздухопроводе

Потери давления от трения:

Потери давления от местных сопротивлений ДР_мс, Па, определяются по формуле:

где л -- коэффициент трения, зависящий от числа Рейнольдса и коэффициента шероховатости стенок канала k_э,

л = 0,02 -- для стальных труб;

l -- длина участка, м; Уо -- сумма коэффициентов местных сопротивлений;

d_э -- эквивалентный диаметр сечения воздушного канала, м,

где F -- площадь живого сечения канала, м 2 ;

П -- периметр канала, м; с -- плотность воздуха, кг/м 3 ,

где t -- температура воздуха, °С;

с_о -- плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м 3 ;

W -- скорость воздуха м/с.

где V_В -- расход воздуха на данном участке, м 3 /ч; F -- площадь поперечного сечения трубы, м 2 .

2.3 Расчет участка 1-2

На участке 1-2 находятся: воздухозаборный патрубок, шибер, всасывающий карман, а также диффузор (конфузор) для соединения трубы с карманом, который направляет воздух в вентилятор.

Площадь поперечного сечения равна:

Соответственно полученной площади выбираем, согласно ГОСТ 24751-81, размеры и вид трубы:

Труба 1120 Х 1250 мм.

Площадь живого сечения равна:

F = 1,12 * 1, 25= 1,4 (м 2 ).

Эквивалентный диаметр воздуховода равен:

Рассчитываем скорость воздуха в трубе:

Плотность холодного воздуха равна:

Динамический напор равен:

Рассчитываем потери от трения:

Коэффициенты местных сопротивлений в воздухозаборном патрубке 0,3 и в шибере 0,1

Чтобы определить коэффициент местного сопротивления соединения воздухопровода с всасывающим карманом, необходимо знать размеры входного отверстия кармана, которые зависят от диаметра выходного отверстия. Выход кармана непосредственно соединяется с входным отверстием дутьевого вентилятора. Таким образом, следует выбрать вентилятор, но для этого необходимо знать напор, который он будет развивать в воздушном тракте. Напор вентилятора зависит от потерь давления на всём воздушном тракте, поэтому, рассчитав потери давления на участках воздушного тракта после вентилятора, определяем приближённое значение напора. По этому значению напора и по значению расхода воздуха Q_B выбираем тип дутьевого вентилятора. Затем, рассчитав потери давления в соединении трубы участка 1-2 с всасывающим карманом и соединении трубы участка 2-2' с выходом вентилятора, вносим поправку в значение создаваемого вентилятором напора. Если же такого напора вентилятор создать не может, то необходимо выбрать другой вентилятор.

Тогда потери давления в воздухозаборном патрубке и шибере составят:

Приближённые потери на участке:

ДР_1-2 = 20,187+ 47,642= 67,829(Па).

Рассчитываем потери от трения:

2.5 Расчёт сопротивления воздухоподогревателя

Воздухоподогреватель представляет собой пучок линейных труб. Дымовые газы проходят внутри труб (снизу вверх или сверху вниз), которые снаружи омываются нагреваемым воздухом. Расположение труб может быть как коридорного вида, так и шахматного. Соответственно сопротивлением воздухоподогревателя будет являться сопротивление поперечно омываемого коридорного или шахматного пучка труб.

При аэродинамическом расчёте выберем: количество Z₁ = 47 и Z₂ =77, шаг S₁ = 78 мм и S₂ = 48 мм труб в поперечном и продольном сечениях соответственно, диаметр d = 42 мм, высота h = 2550 мм и толщина стенок s = 3 мм труб. Расположение труб в воздухоподогревателе - шахматное, трубы- гладкие.

Ширина воздухоподогревателя равна:

Длина воздухоподогревателя определяется по формуле:

Коэффициент сопротивления гладкотрубного шахматного пучка определяется в зависимости:

-от относительного поперечного шага труб в пучке

где -диагональный шаг труб, мм;

Сопротивление шахматного пучка труб , мм вод.ст., при и 0,1 рассчитывается по формуле:

где С_d-поправочный коэффициент, зависит от диаметра труб; С_S - поправочный коэффициент, зависти от относительных шагов труб и ; - графическое сопротивление одного ряда труб, зависит от скорости и температуры потока.

При d=42 мм коэффициент C_d= 0,93 .

При =1,86 и коэффициент C_s= 1,08

Площадь живого сечения пучка равна:

Средняя температура воздуха в воздухоподогревателе:

Средний объем воздуха, проходимый через воздухоподогреватель, равен:

Скорость воздуха в воздухоподогревателе равна:

По скорости и средней температуре определяем :

Тогда: мм вод.ст. = 383,925 Па.

Присоединение трубы участка 2-2' к воздухоподогревателю происходит с помощью резкого расширения: начальное сечение 1120 1250 мм, конечное- 37442550мм.

Коэффициент сопротивления при резком расширении прямого канала определяется в зависимости от отношения меньшего сечения к большему:

Потери давления при резком расширении:

Потеря давления на участке составляет

Этот участок воздухопровода соединяет выход воздухоподогревателя с трубопроводами, подающими подогретый воздух к горелкам. Объём подогретого воздуха V_В, м 3 /ч, подаваемый в топку, определяется по формуле:

где t_пв -- температура подогретого воздуха, °С.

Площадь поперечного сечения равна:

Соответственно полученной площади выбираем по ГОСТу размеры и вид трубы:

Труба 2000 Х 1120 мм;

Скорость воздуха в трубе:

Плотность подогретого воздуха равна:

Динамический напор равен:

Рассчитываем потери от трения:

Коэффициент местного сопротивления пирамидального конфузора определяется в зависимости от большего угла сужения б. Больший угол сужения будет при уменьшении ширины воздухоподогревателя до ширины трубопровода:

Так как угол 20° < б < 60°, то коэффициент местного сопротивления конфузора о = 0,1.

На участке также находится поворот на угол 90°, коэффициент местного сопротивления которого о = 1.

Потери давления в местных сопротивлениях составляют:

Суммарная потеря давления на участке равна:

2.7 Расчет участка 3-4

По расходу топлива определяем количество горелок, используемых в котельной установке.

Для этого данный расход делим на производительность горелки по газу. Возьмём горелку РГМГ-30, у которой производительность по газу равна 4060 м 3 /ч. Тогда число горелок равно:

т. е. устанавливаем 4 горелки.

Для осуществления подвода воздуха к горелкам, в начале участка 3-4 поставим симметричный разделяющий тройник. Каждая ветка тройника направляет поток воздуха к одной горелке. Поскольку ответвления к горелкам симметричные, то для определения потерь давления на участке 3-4 достаточно вычислить потери в одной ветке.

Для расчета разделим участок 3-4 на два: 1'- участок до ответвления потока на первую горелку; 2'- участок после ответвления. Сопротивлением участка 3-4 будет суммарное сопротивление этих участков.

Данный участок содержит поворот на угол 90 о в симметричном тройнике.

Так как в тройнике поток делится на две равные части, объем воздуха, проходимый через участок, равен половине расхода на предыдущем участке:

Площадь поперечного сечения

Соответственно полученной площади выбираем, согласно ГОСТ24751-81, размеры и вид трубы:

Труба 1120 1000 (мм);

Рассчитываем скорость воздуха в трубе:

Плотность подогретого воздуха равна =0,616 (кг/м 3 ).

Потери давления от трения

Коэффициент сопротивления при повороте в симметричном тройнике определяется так же, как при боковом ответвлении в несимметричном тройнике при

где F_c-площадь живого сечения трубы до ответвления; F_б-площади живого сечения бокового ответвления тройника; F_П-площадь живого сечения трубы в проходе тройника.

При равенстве скоростей до ответвления и в боковом ответвлении при ответвлении на угол 90 о коэффициент местного сопротивления

Потери давления в местных сопротивлениях

Суммарные потери давления на участке 1' составляют

Участок 2'

На данном участке находится разделяющий несимметричный тройник, площадь ответвления в котором равна площади прохода и соответственно объемы воздуха, проходимые через проход и ответвление, равны.

Объем воздуха, проходимый через проход тройника ( участок 2') и через ответвление, равен

Площадь поперечного сечения

Соответственно полученной площади выбираем, согласно ГОСТ24751-81, размеры и вид трубы: Труба 1000560 (мм);

Рассчитываем скорость воздуха в трубе:

Плотность подогретого воздуха:

Потери давления от трения

Коэффициент местного сопротивления в проходе тройника определяется в зависимости от отношения скоростей после и до ответвления.

Суммарные потери давления на участке 2'

Суммарное сопротивление участка 3-4 принимается равным:

2.8 Расчет участка 4-5

На данном участке происходит соединение воздухопровода с горелочными устройствами.

Рассчитываем сопротивление воздухопроводов к каждой из горелок на одной ветке участка 3-4, а затем, умножив на 4, получим потери на участке 4-5.

Подвод к первой горелке:

Данный подвод является ответвлением несимметричного тройника в начале участка 3-4 (2') под углом 45 о , на котором также находятся поворот на угол 45 о и соединение а вводом в горелку.

Объем воздуха, проходящий через участок 4-5, равен

площадь поперечного сечения равна

Соответственно полученной площади выбираем, согласно ГОСТ24751-81, размеры и вид трубы: Труба 1000560 (мм);

Рассчитываем скорость воздуха в трубе:

Плотность подогретого воздуха:

Потери давления от трения

Коэффициент местного сопротивления бокового ответвления тройника на угол 45 о определяется в зависимости от отношения скоростей после и до ответвления. При их равенстве коэффициент местного сопротивления .

Коэффициент местного сопротивления поворота на угол 45 о .

В конце участка 4-5 воздухопровод присоединяется к вводу в горелку размерами 1750Х1300 мм. Для подсоединения трубы 1000Х560 необходимо устанавливать и диффузор.

Коэффициент местного сопротивления диффузора рассчитывается по формуле:

где ц_р - коэффициент полноты удара, определяется в зависимости от угла раскрытия диффузора , о_вых - коэффициент сопротивления при внезапном расширении определяется в зависимости от отношения меньшего сечения к большему:

Угол раскрытия б=2*arctg 0.25=28.08° По углу раскрытия б определяем, что ц_р= 0,58

Потери давления от местных сопротивлений составляют

Суммарные потери давления на подводе к первой горелке составляют

Подвод ко второй горелке:

На данном участке воздухопровода находится поворот на угол 45 о от участка 3-4 (2') и соединение трубы с вводом в горелку (=0, т.к. одинаково поперечное сечение воздухопровода и ввода в горелку).

Объем воздуха, проходящий через данный участок, равен объему воздуха, проходящему на участке 3-4 (2'), т.е. 29025,175 м 3 /ч. расчеты трубопровода остаются неизменными по сравнению с участком 3-4 (2'), следовательно, остаются неизменными скорость воздуха и динамический напор. Потери давления от трения составляют

Коэффициент местного сопротивления поворота на угол 45 о

Потери давления от местных сопротивлений составляют

Потери давления в подводе ко второй горелке

Потери давления на участке 4-5 принимаются равными сопротивлению подвода к первой горелке, умноженными на 4:

Приближенное значение потерь давления по воздушному тракту:

2.9 Сопротивление горелочного устройства

Сопротивление горелочного устройства Дh_гор, Па, рассчитывается по формуле:

где W -- скорость воздуха в горелке, м/с,

где F_гор -- площадь, по которой двигается воздух в горелке,

2.10 Выбор дутьевого вентилятора

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта котлоагрегата примерно равно:

Напор, развиваемый вентилятором, равен:

(Па) = 302,549 (мм вод. ст.)

Используя производительность дутьевого вентилятора:

и напор Н_в = 302,549 (мм вод. ст.),

создаваемый им, по сводному графику характеристик выбираем вентилятор. Выбираем дутьевой вентилятор ВДН-19 с частотой вращения 740 об/мин.

В таблице конструктивных характеристик вентилятора находим размеры входного и выходного отверстий вентилятора: d = 1900 мм; а = 1235 мм; b = 670 мм. аэродинамический газовый тракт котельный

После выбора вентилятора рассчитываем потери давления на участках 1-2 и 2-2'. Пересчитав потери давления, находим истинное значение напора, который должен создавать вентилятор.

2.11 Пересчет участка 1-2

Размеры входного отверстия кармана:

а = 1,8 • d_в = 1,8 • 1900 = 3420 (мм);

b = 0,92 • d_в = 0,92 • 1900 = 1748 (мм).

Коэффициент местного сопротивления пирамидального диффузора определяется в зависимости от большего угла раскрытия диффузора и от отношения меньшего сечения к большему. Больший угол раскрытия будет при увеличении стороны трубопровода размером 1250 мм до стороны кармана размером 3420 мм.

Угол раскрытия б = 2arctg 0,36 = 39,596°.

По углу б находим ц_р=1,09.

Отношение меньшего сечения к большему равно:

Потери давления в диффузоре равны:

Потери давления во всасывающем кармане рассчитываются по скорости потока воздуха в кармане:

Коэффициент местных сопротивлений в кармане равен 0,1.

Потери давления от местных сопротивлений на участке составляют:

Суммарные потери на участке 1-2:

2.12 Пересчет участка 2-2'

Коэффициент местного сопротивления при резком расширении трубы определяется в зависимости от отношения площади меньшего сечения к большему:

Тогда коэффициент местного сопротивления резкого расширения о_вых = 0,2.

Потеря давления ДР, Па, от местного сопротивления после вентилятора определяется по формуле:

где W -- скорость воздуха на выходе из вентилятора.

Скорость воздуха на выходе из вентилятора

Потери давления от местных сопротивлений на участке составляют:

Суммарные потери на участке с учетом потерь в воздухоподогревателе:

Пересчитав потери давления на участках 1-2 и 2-2', получаем истинное значение потерь давления по воздушному тракту. Объединим полученные результаты при расчёте потерь давления на всех участках в таблицу:

Расчёт газовоздушного тракта котельных установок

Проектирование газовоздушного тракта котельных выполняется в соответствии с нормативным методом, аэродинамического расчёта котельных установок ЦКТИ им. Ползунова.

Аэродинамический расчет газового и воздушного трактов по нормативному методу сложен и требует большого объема вычислений. В практике проектирования котельных установок, сопротивление отдельных элементов газового или воздушного тракта серийных котлов не рассчитывается, а принимается по техническим характеристикам котельного агрегата. При изменении паропроизводительности котлоагрегата или вида сжигаемого топлива производится пересчет сопротивлений газового и воздушного тракта в соответствии с упрощенной методикой, рекомендованной нормативным методом.

Виды компоновок газовоздушного тракта.

1) подача воздуха вентилятором, удаление продуктов сгорания за счёт давления в газовом тракте. В таких схемах применяются котлы в газоплотном исполнении.

Рис. 1 Схема «под наддувом».

2) с естественной тягой, создаваемой дымовой трубой.

Рис. 2. Схема «с естественной тягой».

3) Схема «с уравновешенной тягой». Подача воздуха вентилятором, удаление продуктов сгорания дымососом.

Рис. 3. Схема «с уравновешенной тягой».

4) Схема «под разряжением». Подача воздуха и удаление продуктов сгорания осуществляется дымососом.

Рис. 4. Схема «под разряжением».

Газовоздушный тракт котла включает в себя:

1) воздушный тракт:

г) вентилятор с регулирующим устройством

2) газовый тракт:

а) котёл с горелкой и хвостовыми поверхностями нагрева

б) газоходы или короба

д) золоулавливатель или циклон

е) дымовая труба

В зависимости от конструкции газовоздушного тракта некоторые элементы могут отсутствовать в его конструкции.

Расчёт газовоздушного тракта котельных установок

Перепад полных давлений на участке тракта определяется по формуле, Па

Самотяга любого участка газового тракта, включая дымовую трубу, при искусственной тяге определяется по формуле, Па

При направлении потока вверх самотяга положительна (знак +), вниз – отрицательна.

Общее сопротивление, возникающее при движении потока газов или воздуха, состоит из сопротивлений трения и местных сопротивлений.

Сопротивление трения для изотермического потока, т.е. при постоянной его плотности, определяется по формуле, Па

Для стальных газоходов или воздуховодов можно принимать равнымзначение =0,02, а для кирпичных – 0,03-0,04.

Все местные сопротивления, в том числе и при наличии теплообмена, определяются по формуле, Па

Перепад полных напоров по газовому тракту при искусственной тяге определяется по формуле, Па

Суммарное сопротивление газового тракта при искусственной тяге, Па

Перепад полных давлений по воздушному тракту, Па

Разрежение определяется по формуле

где H' – расстояние по вертикали между высшей точкой сечения выхода газов из топки и серединой сечения ввода воздуха в топку, м.

Аэродинамический расчет газового тракта

Целью аэродинамического расчета газового тракта котельной установки является выбор необходимых дымососов на основе определения производительности тяговой системы и перепада полных давлений в газовом тракте. Определить расчетные данные для конструирования газоходов.

Сконструировать газоходы на участке газового тракта, от выхода из котла до выхода из дымовой трубы, в точности (см.рис1):

Целью аэродинамического расчета котельной установки (расчет тяги и дутья) является выбор необходимых тягодутьевых машин на основе определения производительности тяговой и дутьевой системы и перепада полных давлений в газовом и воздушном трактах. Кроме того, в ходе расчета проводится оптимизация элементов и участков газовоздушного тракта, обеспечивающая минимальные расчетные затраты, а также определяются расчетные данные для конструирования газовоздухопроводов [1].

Исходными данными для аэродинамического расчета котельной установки являются:

чертежи котла
тепловой расчет топки и поверхностей нагрева

Газоходы являются элементами котельной установки. В пределах котельной ячейки схема и конструкция газохода обычно разрабатывается заводом-поставщиком котла, а за пределами котельной ячейки – организацией, проектирующей теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), или ее субподрядчиком.

В зависимости от назначения котла, его конструкции (топки, системы пылеприготовления, типов воздухоподогревателя и тягодутьевых машин), вида сжигаемого топлива видоизменяется и схема газохода [2].

Воздухопроводы выполняются из листовой стали толщиной 2 мм, газопроводы — 5 мм. Газопроводы, работающие под избыточным давлением, должны быть плотными, не должно быть участков, где могли бы образовываться отложения летучей золы или сажи (в газомазутных котлах). На отключаемых газоходах должны устанавливаться два ряда плотных клапанов во избежание перетоков газа или воздуха [3]. Один из основных материалов, применяемых для изготовления газоходов, – сталь.

Углеродистые нелегированные стали наряду с железом и углеродом содержат марганец (до 1 %) и кремний (до 0,4 %), а также вредные примеси — серу и фосфор. В зависимости от содержания вредных примесей, способа выплавки и степени однородности свойств углеродистые стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные конструкционные. В настоящее время приняты обозначения марок стали, примерно характеризующие ее состав. Так, например, сталь марки 45 — сталь углеродистая качественная конструкционная с содержанием 0,45 % С, а для углеродистых сталей обыкновенного качества используют обозначения МСт1, МСт2 и т.д. Для углеродистых качественных сталей в написании марки приводится среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, 08, 10, 15, 20, 45 и т.д.). Узкоспециализированные углеродистые качественные стали имеют аналогичные обозначения и отличаются добавлением буквы, например, «К» после цифр в марке 10К, 15К, 20К и т.д. С увеличением содержания углерода в стали возрастает ее прочность и снижается пластичность.

Для облицовки котельных агрегатов применяются кирпич красный, различные огнеупорные материалы и теплоизоляционные материалы.

Кирпич красный изготовляется из смеси коалиновой глины (А1₂0₃) и песка (SiO₂) путем обжига заготовок при высокой температуре. Обыкновенный красный кирпич изготовляется размером 250x120x65 мм и применяется для кладки фундаментов, боровов, наружных стен обмуровки, сводов и других элементов, подверженных действию температуры не выше 700 °С.

Кладка из красного кирпича ведется на глиняном растворе, который приготовляют из красной глины и обыкновенного песка. Глина, употребляемая для раствора, не должна содержать посторонних примесей; перед приготовлением раствора ее тщательно размачивают, чтобы получить однородный раствор без комков.

При выполнении наружной обмуровки стен из красного кирпича применяются также и сложные растворы, имеющие состав цемент: известь: песок = 1:1:6. Цементные растворы применяются для кладки в сырых местах при низких температурах (до 200 °С).

Кирпич тугоплавкий (типа гжельского) применяется для кладки боровов, дымовых труб и других элементов, подверженных действию температур до 1000 °С.

Для изоляции горячих поверхностей трубопроводов, арматуры, газовоздухопроводов, аппаратуры и т. п. применяются легковесные изоляционные материалы: асбест, асбослюда, пенодиатомит, диатомитовый кирпич, стекло и шлаковата, совелит и др. Асбест применяется в виде асбестового волокна, листа или шнура и используется при рабочих температурах до 500°С. Наряду с асбестом применяют асбозурит (70% диатомита и 30% асбеста), асботермит (70 % шиферных отходов, 15% диатомита и 15% асбеста), асбослюду (смесь, состоящую из 20% диатомита, 40% трепела, 20% шиферных отходов, 20% асбеста). Асбозурит, асботермит, асбослюду используют для изоляции горячих поверхностей, работающих до 500 0 С. Применяют также совелит — смесь доломита (85 %) и асбеста (15%) (рабочие температуры до 450 °С). Пенодиатомитовый кирпич используется до 800°С. Шлаковая вата, получаемая из доменного шлака путем его продувки и быстрого охлаждения, применяется для изоляции горячих поверхностей с температурой до 700 0 С.

Нормальная работа котла возможна при условии непрерывной подачи в топку воздуха, необходимого для горения топлива, и удаления в атмосферу продуктов горения после их охлаждения.

В системе с естественной тягой сопротивление потоков воздуха и продуктов горения преодолевается за счет разности давлений воздуха, поступающего в топочную камеру, и продуктов горения, удаляемых через дымовую трубу в атмосферу. В этом случае весь газовоздушный тракт находится под разрежением. Эта система применяется в котлах малой мощности при малых сопротивлениях движению потоков воздуха и продуктов горения.

В схеме с искусственной тягой, создаваемой дымососом, сопротивление воздушного и дымового трактов преодолевается за счет разрежения, создаваемого дымососом и дымовой трубой.

В схеме с искусственной тягой с помощью дутьевого вентилятора и дымовой трубы сопротивление воздушного и дымового трактов преодолевается вентилятором. При этом газоходы котла находятся под давлением. Такая система используется в котлах, работающих под наддувом.

Наибольшее распространение в настоящее время получила схема с уравновешенной тягой, в которой подача воздуха в топку осуществляется вентилятором, а продукты горения удаляются дымососом. В этом случае воздушный тракт находится под давлением, а газовый тракт под разрежением. В данной курсовой работе применена эта схема.

Для расчета аэродинамического сопротивления участка газового тракта в пределах котла (участка I Г, рис.1), необходимы следующие исходные данные (для ШПП, КПП2, КПП1, ВЭ2, ВП2, ВЭ1, ВП1): Диаметр труб; Расположение труб; Шаг труб; Относительный шаг труб; Число рядов труб по ходу газов; Сечение для прохода газов; Средний избыток воздуха; Средний объём дымовых газов; Средняя скорость; Поправочный коэффициент; Средняя температура.

Из-за большой относительной ширины каналов коэффициент сопротивления ширм даже при поперечном омывании труб очень мал. С учетом этого можно во всех случаях рассчитывать сопротивление, принимая, что ширмы омываются продольным потоком. Сопротивление ширм, расположенных на выходе из топки, не учитывается, так как при относительно малых скоростях газов, высоких температурах и больших шагах между панелями.

В процессе расчета определяются сопротивление пароотводящих труб[1], сопротивление «горячей» ступени пароперегревателя (КПП II), сопротивление “холодной” ступени конвективного пароперегревателя (КПП I), сопротивление поворотной камеры, сопротивление экономайзера, сопротивления воздухоподогревателя второй ступени, сопротивления воздухоподогревателя первой ступени.

Общее сопротивление участка I_г находится как сумма сопротивления всех участков

После выбираем золоуловитель и рассчитываем его аэродинамическое сопротивление. Для выбора золоуловителя необходим: средний объем дымовых газов в ВП (м 3 /кг), присосы воздуха за ВП [1, стр.32], теоретический объем воздуха (м 3 /кг), объем уходящих газов (за ВП в м 3 /кг), температура уходящих газов ( 0 С), часовой расход уходящих газов в районе одного золоуловителя (м 3 /ч).

Компоновка газового тракта от выхода из золоуловителя (участка II Г) и расчет его аэродинамического сопротивления сводится к определению сопротивления на выходе из воздухоподогревателя

Предварительный выбор дымососа (ДС)

Дымосос выбирается по производительности дымососа и сопротивлению трех участков. Умножаем на коэффициент запаса производительность и предварительно подбираем дымосос.

Определяем разряжение на выходе из топки, необходимое для предотвращения выбивания газов (принимается; [1,п.2-56]), приведеннаую самотягу в опускной конвективной шахте на один метр высоты [1,рис. VII-26](мм вод. ст./м.), самотяга в районе опускной конвективной шахты.

Суммарная самотяга тракта

Если значение с минусом, то это говорит о направлении потока вниз, т.е. самотяга отрицательна, если плюс, то направление потока вверх, т.е. самотяга положительна.

После определяется полное давление по газовому тракту с учетом коэффициента запаса [1, табл. 4-1]

По сводному графику характеристик центробежных дымососов двухстороннего всасывания выбираем дымосос

Компоновка газового тракта от выхода из дымососа до выхода из дымовой трубы (участка V Г) и расчет высоты дымовой трубы. Расчет аэродинамического сопротивления участка V Г.

Расчет высоты дымовой трубы (ДТ)

Высота дымовой трубы рассчитывается по предельно допустимой концентрации выбросов (ПДК), в зависимости от используемого топлива.

Проверка появления избыточного статического давления в дымовой трубе:

Если R>1, то труба находится под избыточным давлением.

Для того чтобы труба была под разряжением необходимо изменить ее конструкцию двумя способами. Первым является установка диффузора на выходе из дымовой трубы. Вторым является увеличение выходного диаметра трубы, что приводит к снижению скорости дымовых газов на выходе из трубы, снижению динамического сопротивления трубы.

Расчет самотяги газового тракта

Статическое давление в нагнетательном тракте должно быть отрицательным (т.е. должно быть разряжение). Величина разряжения не менее 2 мм вод. ст. При несоблюдении этого условия газопровод должен выполняться с учетом давления в нем, т.е. в газоплотном исполнении (из стали). 10 Определение КПД дымососа.

Расчет мощности приводного двигателя дымососа. Для этого необходимо: КПД дымососа, коэффициент сжимаемости газа [1, п.4-3], потребляемая дымососом мощность [1, п.4-20], коэффициент запаса по мощности [1, п.4-20], расчетная мощность двигателя [1, п.4-20].

Список использованных источников

Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). – М.: Энергия, 1977. – 256с.

Тепловые электрические станции/ В.Я. Гиршфельд, Г.Н. Морозов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 224с.

Вспомогательное оборудование паротурбинных электростанций/ Ю.П. Соловьев. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 200с.

Котельные установки и их эксплуатация/ Б.А. Соколов. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 432с.

Поделитесь материалом с друзьями в социальных сетях

Следующая статьяЧертежи парового котла в разрезе в трех проекциях

Чем полезен наш проект

Материалы помогут решить задачи по теплотехнике, термодинамике, паровым и газовым турбинам ТЭС, энергосбережению, котельным установкам, водоподготовке, теплоснабжению, возобновляемой энергетике; а также, выполнить чертежи котлов, турбин, реакторов, тепловые схемы ТЭС и АЭС.

Общие сведения об аэродинамике газовоздушного тракта

Виды компоновок газовоздушного тракта.

Рис. 1 Схема «под наддувом».

2) с естественной тягой, создаваемой дымовой трубой.

Рис. 2. Схема «с естественной тягой».

3) Схема «с уравновешенной тягой». Подача воздуха вентилятором, удаление продуктов сгорания дымососом.

Рис. 3. Схема «с уравновешенной тягой».

4) Схема «под разряжением». Подача воздуха и удаление продуктов сгорания осуществляется дымососом.

Рис. 4. Схема «под разряжением».

Газовоздушный тракт котла включает в себя:

1) воздушный тракт:

г) вентилятор с регулирующим устройством

2) газовый тракт:

а) котёл с горелкой и хвостовыми поверхностями нагрева

б) газоходы или короба

д) золоуловитель или циклон

е) дымовая труба

Читайте также: