Ііі. Аеродинамічний розрахунок котельних установок

3.1 Основні положення аеродинамічного розрахунку

Метою аеродинамічного розрахунку котельного агрегату (розрахунок тяги і дуття) є вибір необхідних тягодутьових машин на основі визначення продуктивності тягової і дуттьової систем ті перепаду повних тисків в газовому і повітряному трактах.

Газоповітряний тракт містить в собі повітропроводи холодного і гарячого повітря, калорифери для підігріву повітря перед повітропідігрівачем, запірні і регулюючі органи, тягодуттьові машини, елементи котлоагрегату, золовловлювачі, газопроводи і димові труби.

Основна частина повітряного тракту, від вентилятора до виходу в топку, находиться під тиском, а газовий тракт, в цілому, за виключенням іноді частки ділянки між димососом і димовою трубою – під розрідженням. Нульовий тиск, близько до атмосферного, підтримується в топці.

Продуктивність тягодутьової системи (витрата повітря в дуттьовій і витрата газів в газовій системах) визначається за даними теплового розрахунку для номінального навантаження котельного агрегату. Тому, основні вихідні дані для розрахунку втрат тиску в пакетах поверхонь нагріву – швидкості і температури, живий розтин і інші конструктивні дані – приймаються з теплового розрахунку або визначаються за вказівками Нормативного методу теплового розрахунку.

Опори ділянок тракту, які включають в себе поверхні нагріву, розраховуються за середніми для даної ділянки умовами (швидкість, температура тощо), за виключенням окремих місцевих опорів, які зосереджені на початку і вкінці ділянки. Ці опори розраховуються за умовами для тої ділянки тракту, до якої вона відноситься.

Збільшити кількість спалюваного палива, тобто збільшити навантаження топки, можливо в результаті збільшення розрідження в топковому просторі або тиск в повітропідвідному устрої.

3.2. Опір газового тракту

Повний опір газового тракту котлоагрегату при урівноваженій тязі складається з розрідження на виході з топкової камери, опору газоходів окремих поверхонь нагріву, газопроводів, золоочистної установки і димової труби (рис. 3.1).

Розрідження на виході з топки приймається мм вод.ст.

Опір фестону не враховується. В котельних пучках перебільшує поперечне або повздовжнє омивання труб. Опір всього пучка при повздовж - поперечному омиванні окремих пучків до і після пароперегрівача. Сумарний опір пучка множиться на поправний коефіцієнт К, який має загальний для всіх пучків значення і для котельних пучків котлоагрегату типу ДКВР з камерою догорання перед першим пучком приймається рівним 1,15. При визначенні опорів котельних пучків приймається, що газовий поток рухається по умовній середній лінії.

Поверхні нагріву пароперегрівача омиваються чисто поперечним потоком газів.

Для чавунних економайзерів ВТІ з круглими ребрами коефіцієнт опору (з врахуванням поправного коефіцієнту К = 1,2) , де Z – кількість рядів по ходу газів.

Опір трубчастих повітропідігрівачів визначається з врахуванням того, що гази рухаються всередині труб. Газовий опір повітропідігрівача складається з опору тертя в трубах і опору входу в труби і виходу з них.

Опір тертя визначається за формулою:

(3.1)

де l – довжина руху омивання, м;

P – щільність газів при середній температурі потоку, кг/м³.

Коефіцієнт опору тертя:

Опір внаслідок зміни швидкостей при вході в труби і виході з них розраховується за формулою:

(3.2)

де ζ_вх і ζ_вих визначаються з рис.6.2 в залежності від відношення сумарної площі живого перетину труб до площі живого перетину газоходу до і після повітропідігрівача;

m – кількість послідовно розташованих по ходу газів окремих кубів.

Відношення меншого живого перетину (труб) до більшого (газоходу) можна розраховувати за формулою:

(3.3)

де S₁ і S₂ – шаг труб в пучці за шириною і глибиною.

Аеродинамічний опір на шляху проходження в газоходах котельної установки складається з місцевих опорів, які залежать від змін розтину газоходів та їх поворотів, і із опорів, які виникають внаслідок тертя та внаслідок опорів пучків труб.

Необхідне розрідження, яке утворюється тяговим устроєм, залежить від суми опорів окремих елементів, які входять в склад котельної установки і повинно бути на 20% більше останнього, тобто

(3.4)

де Δh_T, Δh_к і т.д - аеродинамічні опори: топки, котла, пароперегрівника, поворотних заслінок, боровів і димової труби. ..опори визначаються при максимальному навантаженні котельної установки.

Значення коефіцієнтів місцевих опорів ζ при поворотах які найбільш часто зустрічаються в котельній практиці випадків такі: під кутом 45˚ 0,5

90˚ 1

180˚ 2

До місцевих опорів (умовно) відносять опори, які виникають при поперечному обтіканні труб газовим або повітряним потоком. В цьому випадку вони розраховуються за формулою:

, мм.вод.ст (3.5)

Для коридорного розташування труб значення опорів визначається :

(3.6)

де ζ₀ - коефіцієнт місцевого опору одного ряду труб;

Ζ₁ - кількість рядів труб за глибиною пучка, шт..

В свою чергу значення ζ₀ визначається в залежності від величин відносного і поперечного шагів труб:

при

(3.7)

при

(3.8)

В формулах (3.7) і (3.8) значення коефіцієнта опору коридорного пучка знаходимо по графіку на рис.3.3.За цим графіком визначаються і значення поправочних коефіцієнтів на відстань між трубами і на число Рейнольдса.

Для орієнтовного підрахунку аеродинамічних опорів можна рекомендувати наступні емпіричні вирази:

, мм.вод.ст. (3.9)

де D_H - номінальна продуктивність котла, кг/год;

H_k - поверхня нагріву котла, м²;

α_k коефіцієнт надлишку повітря за котлом;

A i B - значення коефіцієнтів які залежать від типу котла (для вертикально водотрубних котлів А = 0,004 і В = 2).

Для водяних ребристих економайзерів: системи ЦККБ

(3.10)

- системи ВТІ

(3.11)

Для трубчастих повітропідігрівачів: опір проходу газів

(3.12)

- опір проходу повітря

(3.13)

де n – число труб по ходу газів або повітря, шт.;

W_ср – середня швидкість газів або повітря, м/с;

ρ_ср – щільність газів при середній температурі, кг/м³;

l – довжина труб, м.

Опір загального збірного борова можна розрахувати виходячи із його довжини і приймаючи на кожні 25 пог.м 2мм.водст., опір кожного, поставленого на шляху газів шиберу може бути прийнято в 0,5-1,5 мм.вод.ст. при швидкості руху газів W_г = 3-4 м/с.

При спалюванні твердого палива необхідно не забути за очистку димових газів від зважених частинок золи. Тип золовловлювача слід обирати в залежності до марки котла і видом спалює мого палива.

Золовловлювачі складають велике значення для аеродинамічного опору газового тракту. В котельних установках середньої і малого навантаження найбільше застосування отримали сухі інерційні золовловлювачі (батарейні і блоки – циклони). Золовловлювачі розглядаються як місцеві опори, приймаються наступні значення коефіцієнтів місцевих опорів для них:

• для типових батарейних циклонів

з закрученими лопатками і безударним входом 65

- для циклонів з елементами лопаткового

апарату типу «розетка» 90

- для блоку циклонів 105

Розрахункова швидкість газів в золовловлювачі визначається по сумарній площині перетинів всіх елементів: F = 0.785nd²?

де n – кількість паралельно включених циклонних елементів в батареї;

d – внутрішній діаметр циклонного елемента, м.

Розрахунки опорів газоходів котла повинні бути представлені у вигляді таблиць (3.1 і 3.2).

В газовому тракті в межах котельного агрегату дійсний об’єм димових газів по мірі їх руху, незважаючи на присос повітря, безперервно зменшується в результаті зниження їх температури. Розрахунок дійсного балансу газів тракту по газоходам котла необхідно представити у вигляді таблиці (3.3).

Результати розрахунків опорів газового тракту оформляються у вигляді таблиці (3.4). Розрахунок виконується в залежності зі схемою газового тракту (рис. 3.4).