1. Задание

Разработать проект, рассчитать и подобрать оборудование производственной котельной установки.

Исходные данные:

Район местонахождения котельной (город) __________________________;

Расчетные максимальные потребности пара:

• на производственные нужды - D_пр= ____________т/ч (кг/с);

• на отопление и вентиляцию - D_от = ____________т/ч (кг/с);

• на собственные нужды и потери - a=___________%..

Количество конденсата, возвращаемого с производства – в=________%.

Тип устанавливаемых котлов и вид топлива принимаются по предыдущему тепловому расчету или по заданию преподавателя.

Задание получил студент гр.____________ _________________________

(фамилия, имя отчество)

__________________

(подпись)

Консультант __________________ __________________________

(подпись) (фамилия, имя отчество)

2. Определение количества устанавливаемых котлов и максимального расхода топлива котельной

2.1. Потребление пара из собственных нужд и потери:

. (2.1)

2.2. Общий максимальный отпуск пара из паропроводов котельной:

. (2.2)

2.3. Необходимое число устанавливаемых котлов:

, (2.3)

где D_к – расчетная паропроизводительность котла, т/ч (кг/с).

Примечания:

а) при работе на газообразном топливе расчетная производительность котлов повышается до 40% сверх номинальной;

б) количество котлов должно быть таково, чтобы при выходе из строя наибольшего по производительности котла оставшиеся должны обеспечивать отпуск тепла потребителям первой категории;

в) при проектировании новых котельных следует принимать число котлов равным трем

. (2.4)

2.4. Принимаются к установке котельные агрегаты:

Тип ___________________________________________________

Паропроизводительность (D_к ) ____________________ т/ч (кг/с).

Количество ______________________ шт.

2.5. Максимальный расход питательной воды:

, (2.5)

где П – продувка котлов ориентировочно принимается 35% (конечное значение продувки принимают после расчета водоподготовки).

Примечание. Если расчетные максимальные потребности пара заданы в т/ч, то результаты расчетов в пунктах 5, 6 и 7 умножаются на коэффициент – 0,28 .

2.6. Максимальный отпуск тепла из паропровода котельной:

, (2.6)

где i_n – теплосодержание пара на выходе из котла, определяется по термодинамическим таблицам воды и водяного пара или по данным теплового расчета котла, кДж/кг.

2.7. Потери тепла с продувкой:

, (2.7)

где - теплосодержание котловой воды, кДж/кг;

- теплосодержание питательной воды (из проекта №1), кДж/кг.

2.8. Количество воды, возвращаемое с питательной водой:

. (2.8)

2.9. Расчетный расход тепла:

. (2.9)

2.10.Максимальный расчетный расход топлива котельной.

В качестве топлива используется __________________________ с теплотой сгорания =____________________ кДж/кг (кДж/м³).

К.п.д. по данным теплового расчета =_____________

. (2.10)

3. Аэродинамический расчет теплогенерирующей установки

3.1. Основные расчетные уравнения

Целью аэродинамического расчета котельной установки является определение перепадов полных давлений, а также расчет производительности, выбор дымососов и дутьевых вентиляторов.

Производительность тягодутьевой системы м³/ч определяется по данным теплового расчета для номинальной нагрузки парогенератора (расход воздуха, дымовых газов).

Перепад полных давлений на участках тягодутьевого тракта Н/м² (кг/м²) определяется по уравнению[5]:

, (3.1)

где

- динамическое давление (скоростной напор), Н/м²;

(в технической системе единиц , кг/м²);

- плотность текущей среды, кг/м³;

- статическое давление, равное разности абсолютного давления в данной точке (уровень) и абсолютного атмосферного давления на том же уровне;

- атмосферное давление на уровне , Н/м²;

- плотность атмосферного воздуха, кг/м³.

Задача сводится к определению сопротивления трения в газоходах теплогенерирующей установки и местных сопротивлений, связанных с изменением формы или направления канала. Сопротивление поперечно омываемых трубных пучков обычно не включается в местные сопротивления.

Сопротивления трения в условиях теплообмена рассчитывается по формуле:

, (3.2)

где - среднее по рассчитываемому участку тракта абсолютные температуры текущей среды и стенки, К.

Для условий работы теплогенератора можно считать .

Коэффициент трения зависит от относительной шероховатости стенок канала и числа Рейнольдса:

, (3.3)

где

W – средняя скорость газа (воздуха) в рассматриваемом газоходе, м/с;

– эквивалентный диаметр сечения газохода, м;

– коэффициент кинематической вязкости потока, м²/с.

Кинематическая вязкость , плотность газов относятся к средней температуре потока. Местные сопротивления рассчитываются по формуле:

, (3.4)

где

(3.5)

- динамический напор, который можно определить для воздуха также по номограмме (рис. П.3), кг/м².

Перевод в систему СИ производится умножением графического на g.

Для технически «гладких» труб при рекомендуется формула расчета [5]:

. (3.6)

При может применяться более простая формула:

. (3.7)

На основе формул (3.5) и (3.6) выполнена номограмма для определения (рис. П.1).

Кроме того, для определения при течении газов или воздуха по трубам трубчатого воздухонагревателя с эквивалентным диаметром d_э=2060 мм со скоростями движения потока 530 м/с при и до 45 м/с при Т300^С служит формула:

, (3.8)

где k – шероховатость,м.

Значения коэффициента гидравлического трения и коэффициента абсолютной шероховатости k для различных каналов и поверхностей можно найти по опытным данным (таблицы 3.1 и 3.2).

Таблица 3.1. Значения коэффициента гидравлического трения

№№ п/п	Тип канала	Величина
1	Стальные футерованные кирпичные, бетонные газовоздухопроводы dэ>0,9 м	0,03
2	То же при dэ<0,9 м	0,04
3	Дымовые трубы стальные кирпичные, железобетонные	0,03
4	Стальные нефутерованные газовоздухопроводы	0,02
5	Продольно омываемые гладкотрубные пучки	0,03
6	Ширмовые поверхности нагрева	0,04

Таблица 3.2. Величина абсолютной шероховатости

№№ п/п	Тип поверхности	Среднее значение , м
1	Стальные трубы воздухоподогревателей, цельнотянутые трубы котельных поверхностей, стенки воздухоподогревателей из пластин с учетом загрязнения	0.2
2	Газовоздухопроводы из сварных стальных листов с учетомстыков	0,4
3	Трубы стальные магистральных и подводящих газопроводов	0,12
4	Сильно заржавленные стальные трубы	0,7
5	Чугунные трубы и плиты	0,8
6	Бетонированные каналы6	0,8–9,0
7	Кирпичная кладка на цементном растворе	0,8–6,0

Потери давления в трубах (щелях) трубчатых воздухонагревателей проще определить по номограмме (рис. П.2). В этом случае , где С_ш, определяется по рис. П.3; l – длина трубы.

Сопротивление поперечно омываемых пучков гладких и ребристых труб рассчитывается по формуле (3.4), где коэффициент сопротивления для гладкотрубного пучка определяется из выражения:

(3.9)

где z₂ – количество рядов труб по глубине пучка;

- коэффициент сопротивления, отнесенный к одному ряду пучка, зависящий от соотношений , а также от числа ;

S₁, S₂ - шаги труб по ширине и по глубине пучка, м;

d - наружный диаметр труб, м.

При ;

, (3.10)

если , то

(3.11)

а для ;

(3.12).

По формулам (3.10, 3.11, 3.12) построен график на рис П.4а, П4б.

Аналогичные формулы получены для гладкотрубного шахматного пучка. Номограммы для определения сопротивления гладкотрубных шахматных пучков представлены на рис. П.5а, П5б.

Номограммы для определения сопротивления ребристых коридорных и шахматных пучков представлены на рис. П.6, П7.

Местные сопротивления включают резкое изменение сечения газоходов и сопротивление поворотов.

Коэффициенты местных сопротивлений поворотов принимают равными:

• поворот на 180 - =2,0;

• поворот на 90 - =1,0;

• поворот на 45 - =0,5.

Скорость потока в повороте рассчитывается с учетом загромождения сечения трубами. Для определения средней скорости потока в месте поворота на 90 определяют начальную и конечную площади сечения поворота f₁ и сечения поворота f₂. Средняя площадь сечения поворота f₉₀ рассчитывается по формуле:

. (3.13)

При повороте на 180 среднее значение площади сечения поворота находится в виде:

, (3.14)

где f₁, f₂, f₃ – начальное, среднее и конечное площади сечения поворота.

Скорость дымовых газов рассчитывается по формуле:

(3.15)

где В_р – расчетный расход топлива, кг/с (нм³/с);

V_г – объем продуктов сгорания в соответствующем газоходе, нм³/с (нм³/нм³);

f_ср – среднее сечение соответствующего поворота.

При изменении площади сечений канала значения коэффициентов местных сопротивлений можно определять графически (рис. П.8, П).