Аэродинамический расчет газовоздушного тракта

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 1).

Аэродинамический расчет газовоздушного тракта в зависимости от схемы газовоздушного тракта определяеют 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 напор Н 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 Н, Q и N выбирают соответствующие тягодутьевые машины.

Аэродинамический расчет газовоздушного 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 X сопротивления зависит от режима течения среды. Для ламинарного, переходного или турбулентного режима течения коэффициент X принято определять по числу Рейнольдса

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

 

для газохода прямоугольного сечения, заполненного продольно омываемым пучком труб,

 

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; dн - наружный диаметр труб, м. Местное сопротивление зависит от геометрии канала и определяется с помощью коэффициента ξ гидравлического сопротивления по формуле

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

Коэффициенты ξ 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 Δh 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 газоходахнеобходим дополнительный напор для преодоления действия естественной тяги. Поэтому естественная тяга в подъемных и опускных газоходах

где Δh - 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 пренебрегают. Аэродинамический расчет газовоздушного тракта потерь давления в газовоздушном тракте котла проводят в соответствии с методом аэродинамического расчета. Вначале определяют сопротивление каждого участка и элемента тракта. Аэродинамический расчет газовоздушного тракта 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 (Δрп)в в воздушном тракте

где Δр - суммарное сопротивление тракта от места забора воздуха из атмосферы (воздухозаборные окна) до входа в топку (выходное сечение горелок); Δре - суммарная величина естественной тяги воздушного тракта; р'т и р"т - давление среды в топке на уровне горелок и на выходе из топки (обычно принимают p"т = -20 Па); р - средняя по высоте участка плотность продуктов сгорания, кг/м3; Δh - разность отметок (высот) вывода продуктов сгорания из топки и ввода в нее воздуха, м.

По газовому тракту котла с уравновешенной тягой перепад полных давлений

 

где (Δр)г - суммарное сопротивление участка газового тракта топка - выходное сечение дымовой трубы (без поправки на сжимаемость среды); (Δрe)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)

Выбор тягодутьевых машин проводят по условиям их работы (температуре) и необходимым значениям производительности Q, полного развиваемого машиной напора Н, мощности N и КПД. Аэродинамический расчет газовоздушного тракта и производительности тягодутьевой машины - это полный объемный расход Vi, м3/с, воздуха или газа на участке тракта котла перед тягодутьевой машиной. С учетом коэффициента запаса производительность

 

где z - число тягодутьевых машин; р2 - коэффициент запаса по производительности, в котлах паропроизводительностью D > 20 т/ч для дымососов и вентиляторов соответственно ра = 1,15 и р2 = 1,05 / 1,1.

Полный объемный расход воздуха через дутьевой вентилятор (Vt = Удв) и газов через дымосос (Vt = Уд) соответственно

где Вр - расчетный расход топлива, кг/с; V0 - теоретически необходимое количество воздуха (при давлении 0,1013 МПа и 0 °С), м3/кг; V0г - 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; Δат и Δаплу - присосы воздуха    соответственно в топке и в системе пылеприготовления; Δавп- перетечка воздуха в воздухоподогревателе; tXB и О'д - 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

 

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

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

где ηэ -эксплуатационный КПД тягодутьевой машины на расчетном режиме.

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