Расчет котельной установки

Коэффициент В =1 — см. [1] стр. 69.

Сопротивление поворота-конфузора

=0,495*13,5=17,3 Па .

Сопротивление участка двух поворотов (по рис. П1−1)

=0,3*2*13,5=21 Па ,

где ξпов =0,3 — коэффициент сопротивления колена с закругленными кромками ([1] с. 76).

Золоуловитель Выбираем золоуловитель — батарейный циклон БЦ-4×10×15 ([1] табл. 19, с. 167).

Количество элементов батарейного циклона n=600 шт ([1] табл. 19).

Коэффициент сопротивления батарейного циклона с элементами, имеющими лопаточный закручивающий аппарат типа «розетка ξл =90 ([1] с. 77).

Суммарная площадь сечений всех циклонных элементов

м2 .

где d = 250 мм — диаметр элемента циклона.

Присосы воздуха в циклоне Δαц =0,05 ([1] с. 74).

Присосы воздуха в газоходах (стальные газоходы Δα=0,001, [1] табл. 7, с. 155).

При длине участка L1 = 25 м (рис. П1−1)

=0,001*25=0,025 .

Температура газов в циклоне

=113,4 °С ,

Объем дымовых газов в циклоне

=7,36 м3/кг .

где =1,395.

Расчетная скорость газов в циклоне

м/с .

Сопротивление батарейного циклона

=90*7=630 Па ,

где hд =7 определяется по скорости газов в циклоне.

Общее сопротивление тракта

H2 = h1 + h2 + h3 = 17,3+21+630=668,3 Па .

3. Участок от золоуловителя до выхода из дымовой трубы

Коэффициент сопротивления колена 90° с закругленными кромками

ξпов =0,3 ([1] с. 76).

Сопротивление участка с учетом трех поворотов (рис. П1−1)

=3*0,3*60=54 Па .

Динамическое давление определяется при =113,4 °С и скорости газа 12 м/с.

Дымосос Величина присосов в газоходах на участке котел-дымосос

L2= 40 м (рис. П1−1)

+ Δαц =0,09.

Температура газов

=114,3 °С .

Расход газов у дымососа

=26,9 м3/с .

По расходу газов у дымососа выбираем предварительно дымосос ДН-19 ([1] рис. 24, 25, с. 193, 194).

Сечение диффузора за дымососом F1= u'· з' =0,67*0,85=0,57, м2 ([1] табл. 21, 22, с. 168, 169).

Для определения сопротивления за дымососом принимаем:

отношение выходного сечения к входному F2/F1 = 2;

относительная длина диффузора l/b = 1,5 .

Коэффициент сопротивления диффузора ξ =0,3 ([1] рис. 21, с. 191).

Скорость газов во входном сечении

=10 м/с .

Сопротивление диффузора h2 = ξ hд =0,3*46=13,8 Па .

Скорость газов в выходном сечении

м/с .

Коэффициент сопротивления при входе в дымовую трубу ξвх =1,4 ([1] с. 76).

Сопротивление входа в дымовую трубу

h3 = ξвх hд =1,4*200=280 Па .

Динамическое давление определяется по скорости газов в выходном сечении диффузора.

Дымовая труба Высота дымовой трубы Нтр =120 м ([1] табл. 20, с. 168).

Экономическая скорость в устье трубы Wэк =10 м/с ([1] рис. 22, с. 192).

Внутренний диаметр устья трубы

=3,2 м .

Выбираем внутренний диаметр устья трубы dвн =3,6 м ([1] рис. 28, с. 195).

Скорость газов в устье трубы

=2,6 м/с ,

где = 10,2.

Потери на сопротивление трения в дымовой трубе и на выходе из нее

= 9*(0,004/0,02+1,1)=11,7 Па ,

где i =0,02- средний уклон внутренних стенок трубы ([1] с. 78);

=1,1 — коэффициент сопротивления выхода ([1] с. 78).

Динамическое давление определяется по скорости газа в устье трубы Wг, м/с и температуре газов, °С .

Суммарное сопротивление тракта

H3 = h1 + h2 + h3 + h4 =54+13,8+280+11,7= 359,5 Па .

4. Самотяга Расчетная высота опускной шахты Нш =15 м (рис. П1−1).

Средняя температура в шахте

°С .

Величина самотяги на 1 м высоты =6 Па/м ([1] рис. 23, с. 192).

Самотяга опускной шахты

=15*6=90 Па .

Самотяга на 1 м высоты дымовой трубы =3 Па/м при ([1] рис. 23, с.192).

Расчетная высота дымовой трубы (рис. П1−1)

Hртр = Нтр — 3 =120−3=117 м .

Самотяга дымовой трубы

=3*117=351 Па.

5. Перепад полных давлений по газовому тракту Суммарное сопротивление всего газового тракта

Σhi = H1 + H2 + H3 =1208,1+668,3+359,9=2235,9 Па.

Суммарное сопротивление с учетом поправки на плотность дымовых газов

ΔН = Σhi Mρ =2235,9*1,01=2258,3 Па ,

где Мρ =1,01 — поправка на плотность дымовых газов ([1] рис. 23).

Перепад полных давлений

=20+2258,3+90−351=2017,3 Па .

6. Выбор дымососа Расчетная производительность дымососа

Qр = β1 Vд =1,05*26,93=28,3 м3/с ,

где β1 =1,05 — коэффициент запаса по производительности ([1] с. 87).

Расчетное сопротивление

Нр = β2 ΔНп =1,1*2017,3=2219

Па ,

где β2 =1,1 — коэффициент запаса по напору ([1] с. 87).

Поправочный коэффициент

=1,03,

где ρо =1,306 — определяется по[1] рис. 23;

tзав =100 С определяется по [1] табл. 21, 22, с. 168, 169.

Приведенный напор

= Кρ Нр =1,03*2219=2281,1 Па .

Тип дымососа — ДН-19 ([1] рис. 24,25, с. 193, 194; табл. 21, 22, с. 168, 169).

Число оборотов n=980 об/мин ([1] табл. 21,22).

Производительность на исходном режиме Qисх =29,17 м3/с ([1] табл. 21,22).

Относительная глубина регулирования Qр/Qисх =0,97.

КПД регулирован ηрег =0,98 ([1] рис. 27, с. 195).

Эксплуатационный КПД машины

ηэ = ηрег ηисх =0,98*0,84=0,82 ,

где ηисх =0,84 — КПД машины на исходном режиме определяется по графикам аэродинамических характеристик Q-H тяго-дутьевых установок по табл. 21, 22.

Необходимая мощность электродвигателя

кВт ,

где β3 =1,1 — коэффициент запаса мощности электродвигателя, [1] с. 91.

Расчет дутья

Коэффициент избытка воздуха по воздушному тракту[1]

=1,2−0,02−0,04+2*0,02=1,18;

=

=1,2−0,02−0,04+2*0,02+0=1,18 ;

=

=1,2−0,02−0,04+2*0,02/2+0=1,17 ;

=

=1,2−0,02−0,04+0,02+0=1,16 ;

=

==1,2−0,02−0,04+0,02/2+0=1,15 ;

==1,2−0,02−0,04=1,14 .

Основные данные для расчета сводятся в табл.

Таблица 3

Наименование участка дутьевого тракта Средняя температура воздуха

υв, оС Средний расход воздуха, м3/с

Тракт холодного воздуха до вентилятора 30 9 за вентилятором 30 9 Воздухоподогреватель

1-й ступени и перепускные короба 157 12,1 Перепускной короб между 1-й и 2-й ступенями воздухоподогревателя 256 14 Воздухоподогреватель 2-й ступени 278 13,7 Тракт горячего воздуха 300 13,3 Количество горячего воздуха, идущего на вторичное дутье 300 13,3

Тракт холодного воздуха Расход холодного воздуха Vв =9 м/с (табл.

3).

Скорость воздуха в шахте (принимается) Wв = 9 м/с .

Сечение всасывающей шахты

=1 м2 .

Коэффициент сопротивления патрубка для забора воздуха с заслонкой .

Коэффициент сопротивления поворота на 90° (рис. П1−1)

+0,8*1*1=0,8 ,

где КΔξо — коэффициент сопротивления поворота с учетом шероховатости стенок ([1] рис. 29); B — коэффициент, зависящий от угла поворота, с. 69; C — коэффициент, зависящий от формы сечения ([1] рис. 30, c. 196). Принимаем отношение r/b = 0,1; a/b = 1,3.

Сопротивление участка воздухопровода до вентилятора

h1 = (ξ1 + ξ2) hд =(0,3+0,8)*45=49,5 Па .

По расходу воздуха за вентилятором [1] (табл. 23) предварительно выбираем вентилятор ([1] рис. 26, с. 194) — ВНД-15.

Сечение диффузора за вентилятором ([1] табл. 22, с. 169)

=0,56*0,75=0,42 м² .

Скорость воздуха во входном сечении =21,4 м/с .

Для определения сопротивления диффузора за вентилятором принимаем:

отношение выходного сечения к входному F2/F1 = 2;

относительная длина диффузора l/b = 1,5.

Коэффициент сопротивления диффузора =0,3 ([1] рис. 21, с. 191).

Сопротивление диффузора

h2 = ξ hд =0,3*240=72 Па .

Скорость воздуха в выходном сечении =10,7 м/с .

Коэффициент сопротивления поворота на 90о (рис. П1−1) за диффузором ([1] рис.

29, 30, с. 196).

=1*1*1=1 .

Сопротивление поворота

h3 = ξ hд =1*100=100 Па .

Сопротивление поворота — диффузора на 90о (рис. П1−1).

Отношение сечений F2/F1 ,

где F1 — сечение воздуховода за диффузором, м2; F2 = h1 bш =0,84;

h1 =6,82 — высота одного хода воздухоподогревателя 1-й ступени (из теплового расчета), м; bш =6 — ширина конвективной шахты, м.

Коэффициент сопротивления поворота при отсутствии стабилизационного участка ([1] рис. 29,30)

ξ = 1,8 КΔξоВС =1,8*1*1*1=1,8.

Сопротивление поворота-диффузора

h4 = ξ hд = 1,8*2=3,6 Па .

Динамический напор hд определяется по скорости в выходном сечении диффузора за вентилятором.

Суммарное сопротивление тракта до воздухоподогревателя

Н1 = h1 + h2 + h3 + h4 =49,5+72+100+3,6=225,1 Па .

Воздухоподогреватель

1-я ступень Сопротивление пучка (рис. 17, с. 186)

= 1,3*0,98*4,5*2*(88+1)=1020,5 Па .

Поворот на 180° (рассчитывается, если Zход).

Площадь сечений

= 6,82*6=40,92; =0,1*6=0,6 м² ,

где h1 =6,82 — высота одного хода (из теплового расчета); bш =6 — ширина конвективной шахты; ав =0,1 — глубина воздуховода между пакетами воздухоподогревателя.

Среднее сечение воздуховода

=1,18 .

Скорость в среднем сечении (Vв — табл. 3)

=10,2 м/с .

Коэффициент сопротивления поворота =3,5 ([1] см. с. 83).

Сопротивление поворота

=3,5*42*(2−1)=147 Па .

Перепускной канал между 1-й и 2-й ступенью Два поворота на 90° во втором перепускном канале (рис. П1−1).

Площадь сечений

F1 = h1bш =40,92 м²; F2 = ав1bш =1,2 м² ,

где, а в1 — глубина перепускного канала между 1-й и 2-й ступенью воздухоподогревателя (по чертежу).

Среднее сечение воздуховода

=2,33 .

Скорость в среднем сечении (Vв — табл. 3)

6 м/с .

Коэффициент сопротивления поворота на 90° ξ =0,9 ([1] с. 83) .

Сопротивление двух поворотов

=2*0,9*12=21,6 Па .

2-я ступень Сопротивление пучка ([1] рис. 17, с. 186)

=1,3*0,98*3*1*(102+1)=364 Па .

Поворот на 180° (рассчитывается, если Zход).

Площадь сечений

=0,288 =0,6 м² ,

где h1 — высота одного хода воздухоподогревателя 2-й ступени.

Среднее значение воздуховода

=0,39 .

Скорость в среднем сечении (Vв — табл. 3)

=35,2 м/с .

Коэффициент сопротивления поворота на ξ=3,5 ([1] с. 83).

Сопротивление поворота

=3,5*250*(1−1)=0 Па .

Общее сопротивление воздухоподогревателя с учетом поправочного коэффициента k=1,05 ([1] c. 83)

H2 = k (h1 + h2 + h3 + h4 + h5) =

=1,05*(1020,5+147+21,6+364+0)=1662

Па .

Тракт горячего воздуха Сопротивление конфузора — поворота на 90о на выходе из воздухоподогревателя (рис. П1−1).

Скорость воздуха в воздухопроводе принимаем W=12 м/с.

Сечение воздухопровода горячего воздуха (Vв =13,3 — табл. 3)

=1,11 м² .

Отношение выходного сечения к входному F2/F1, где F1 = h1bш =

=20,9.

Коэффициент сопротивления конфузора-поворота на 90° ([1] рис. 29, 30, с. 196)

ξ1 = КΔξоВС =0,2*1*1=0,2.

Коэффициент сопротивления поворота на 90° (рис. П1−1) без измене-ния сечения (с. 69)

=1,4.

Сопротивление участка до разветвления коробов

h1 = (ξ1 + ξ2) hд =(0,2+1,4)*43=68,8 Па .

Динамическое давление определяется по температуре горячего воздуха гв и Wв=12 м/с .

Сопротивление раздающего тройника Отношение скоростей в основном канале и воздухопроводе вторичного воздуха принимаем Wб/Wс = 1.

Коэффициент сопротивления тройника ξб =1 ([1] рис. 31, с. 197).

Сопротивление тройника

h2 = ξб hд =1*43=43 Па .

Сопротивление раздающего короба вторичного воздуха на горелки Сечение подводящего канала

=1,33 м² ,

где Wв =10 м/с — скорость воздуха в воздуховоде вторичного воздуха.

Суммарное сечение в отводах на горелки, при скорости воздуха в отводах Wотв = 16 м/с

=0,83 м² .

Коэффициент сопротивления раздающего короба

=2,9.

Сопротивление раздающего короба

h3 = ξ hд =2,9*80=231,4 Па ,

где hд =80 Па — динамический напор определяется по скорости воздуха в отводах.

Коэффициент сопротивления горелок гор=1,5 (для прямоточных горелок [1] с. 85).

Скорость вторичного воздуха принимаем W2 = 24 м/с.

Сопротивление горелок

h4 = ξгор hд =1,5*180=270 Па .

Сопротивление тракта горячего воздуха

Н3 = h1 + h2 + h3 + h4 =68,8+43+231,4+270=613,2 Па .

Общее сопротивление воздушного тракта

ΔH = H1 + H2 + H3 =225,1+1662+613,2=2500,3 Па .

Расчет самотяги Высота воздухоподогревателей Нвп =4,3 м (рис. П1−1).

Средняя температура воздуха в воздухоподогревателе

°С .

Самотяга на 1 м высоты воздухоподогревателя =4 Па/м (рис. 23, с.192).

Самотяга в воздухоподогревателях

hсвп = Нвп h’с =4,3*4=17,2 Па .

Расчетная высота воздухопровода горячего воздуха Нвпр =2,1 м (рис. П1−1).

Самотяга на 1 м высоты воздухопровода горячего воздуха =6 Па/м (рис. 23).

Самотяга в воздухопроводе горячего воздуха

h свпр = =2,1*6=12,6 Па .

Перепад полных давлений Расстояние между сечениями ввода воздуха в топку и выхода газов из топки Н1 =10 м (рис. П1−1).

Разрежение в топке на уровне ввода воздуха

=20+9,8*10=115 Па .

Перепад полных давлений

ΔНп = ΔH — hсвп + hсвпр — h’т =2500,3−17,2+12,6−115=2380

Па .

Выбор вентилятора Расчетная производительность

Qр = β1 Vв =1,05*9=9,45 м3/с ,

где Vв =9 — расход воздуха за вентилятором, м3/с (табл. 3); β1 =1,05 — поправочный коэффициент по производительности ([1] с. 87).

Расчетный напор

Нр = β2 ΔН =1,1*2500,3=2750,3 Па ,

где β2 =1,1 — коэффициент запаса по напору ([1] с. 87).

Поправочный коэффициент

.

Приведенный напор

=0,81*2750,3=2234,2 Па .

Тип вентилятора — ВДН-15 ([1] рис. 26, с. 194; табл. 22, с. 169).

Число оборотов n=740 об/мин ([1] табл.

22).

Производительность на исходном режиме Qисх=10,6 м3/с ([1] табл. 22).

Относительная глубина регулирования Qр/Qисх=9,45/10,6=0,89

КПД регулирования ηрег=0,98 (рис. 27, с. 195).

Эксплуатационный КПД машины

ηэ = ηрег ηисх =0,98*0,84=0,82,

где ηисх =0,84 — КПД машины в исходном режиме.

Необходимая мощность электродвигателя

кВт ,

где βз =1,1 — коэффициент запаса по производительности ([1] с. 91).

Список используемой литературы

1 Тепловой и аэродинамический расчеты котельных установок: учеб.

пособие. — 3-е изд. / ГОУ ВПО СПбГТУРП. СПб., 2007. 200 с., ил.

41.

ISBN-5−230−14 385−1

2 Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). Издание 3-е, перераб. и доп. Издательство ПНО ЦКТИ, СПб, 1998. — 256 с, с ил.

3 Компановка и тепловой расчет парового котла: Учеб. Пособие для ВУЗов/ Ю. М. Липов, Ю. Ф. Самойлов. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 208с.: с ил.

4 Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). Под ред. С. И. Мочана. Изд. 3-е. Л., «Энергия», 1977. — 256 с.: с ил

Теоретические энтальпии газов и воздуха для сжигаемого топлива выбираем [1] из табл. 4, с. 150 для данного вида топлива.

Тепловой расчет выполняняется по методике, представленной в [1] и [2]

Тепловой расчет выполняняется по методике, представленной в [1]

Аэродинамический расчет выполняняется по методике, представленной в [1] и [4]

Рис. П1−1. Компоновка котельной установки