Аэродинамический расчет котельной установки

3.2 Аэродинамическое сопротивление котла

Котёл состоит из топки, выложенной внутри экранными поверхностями нагрева, по которым циркулирует вода. Примем габаритные размеры котла 11?24?18 м.

где ДР р -- разряжение на выходе из топки (20 ~ 30 Па). Примем ДР р = 25 Па;

ДР 4пов -- потери давления при четырех резких поворотах на угол 90° в камере, Па;

ДP кп -- потери давления в кипятильных пучках, Па;

ДР рс -- потери давления при резком сужении на входе в канал газового тракта, Па.

Объём дымовых газов, проходимых через котёл:

Площадь камеры котла равна:

Скорость дымовых газов в камере котла:

Плотность дымовых газов с, кг/м 3 , вычисляется по формуле:

Динамический напор:

Потери давления при четырех резких поворотах на угол 90° (о = 1) составляют:

Асинхронный электродвигатель серии 4А

Теория асинхронной машины основана на ее аналогии с трансформатором. Схема замещения асинхронной машины при вращающемся роторе аналогична схеме замещения трансформатора, разница состоит в том...

Расположение змеевиков в пароперегревателе может быть как коридорное, так и шахматное. Соответственно сопротивлением пароперегревателя является сопротивление коридорного или шахматного пучков труб. Принял: расположение шахматное...

Аэродинамический расчет котельной установки

Стальной змеевиковый экономайзер представляет собой пучок труб, набранный из стальных змеевиков диаметром 28 или 32 мм, со стенками толщиной 3 или 4 мм. Дымовые газы поперечно омывают змеевики...

Аэродинамический расчет котельной установки

Сопротивление воздухоподогревателя складывается из сопротивления трения в трубах и сопротивления входа в трубы и выхода из них. Параметры воздухоподогревателя берутся из воздушного тракта котлоагрегата...

Аэродинамический расчет котельной установки

; ; ...

Гидравлический расчет конденсатной системы трубопровода

; ; ...

Исследование и расчет двухполюсников и четырехполюсников

Характеристическое сопротивление - это такое входное сопротивление четырехполюсника, при котором в качестве нагрузки используется другое характеристическое сопротивление...

Освоение метода вызванной поляризации

Совместно с измерениями кажущейся поляризуемости?к в методе ВП используются и измерения удельного сопротивления с. Для однородной среды удельное сопротивление выражается формулой с =K*(?Uпр/I), (6) где К - коэффициент применяемой установки...

Переходные процессы в линейных и нелинейных электромагнитных системах

Соответствующий фрагмент полной схемы имеет вид: Входное сопротивление равно...

Полупроводниковые фотоприемники

Темновое сопротивление фотодиода сравнительно большое, поскольку оно определяется обратным током p - n-перехода, который имеет небольшое значение (особенно в кремнии)...

Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения

Сопротивления кабелей выбираем исходя из экономической плотности тока. Максимальная нагрузка на кабельную линию L1(L2) с учетом работы АВР Расчет тока через кабельную линию: KЗ - коэффициент загрузки трансформатора = 0...

Сверхпроводники

Когда же исчезает сопротивление? Ответ на этот вопрос получил Камерлинг-Оннес ещё в 1914г. Он предложил весьма остроумный метод измерения сопротивления. Схема эксперимента выглядела довольно просто (рис.7)...

Физика сверхпроводимости

Когда же исчезает сопротивление? Ответ на этот вопрос получил Камерлинг-Оннес ещё в 1914г. Он предложил весьма остроумный метод измерения сопротивления. Схема эксперимента выглядела довольно просто...

Движение продуктов сгорания и воздуха, рассматриваемое как движение вязких жидкостей, имеет турбулентный характер и происходит при изменяющейся температуре, так как продукты сгорания охлаждаются, а воздух при наличии воздухоподогревателя нагревается. При движении продуктов сгорания, обладающих вязкостью, возникают аэродинамические сопротивления, препятствующие их движению. На преодоление этих сопротивлений заnрачивается часть энергии, которой обладает движущийся поток жидкости.

Аэродинамические сопротивления возникают в связи с наличием сил трения движущегося потока о стенки канала и возрастанием внутреннего трения в потоке при появлении на его пути различных препятствий. Для преодоления сопротивлений движущийся поток должен обладать определенным избыточным напором, который по мере продвижения по тракту будет падать.

Падение полного напора на каком-либо участке газового или воздушного тракта определяется (Па) по уравнению для несжимаемой жидкости (обычно поправка на сжимаемость вносится приближенно в конце расчета):

где ∆h - сопротивление участка, т. е. потеря полного давления, Па; z 1 и z 2 - геометрические отметки сечений участка (высота расположения их относительно выбранной плоскости отсчета), м; р а - плотность атмосферного воздуха, принимаемая постоянной в пределах небольших изменений высоты, кг/м 3 ; р - плотность протекающей среды, кг/м 3 .
Величина (Z 1 -Z 2)g(р а -р) называется самотягой. При равенстве плотностей протекающей среды р и атмосферного воздуха р а, а также при горизонтальном расположении газовоздухопровода самотяга равна нулю.

Аэродинамические сопротивления какого-либо участка тракта складывается из сопротивления трения и местных сопротивлений. Для парогенераторов и водогрейных котлов к указанным сопротивлениям добавляется особый вид сопротивления - сопротивление поперечно омываемых пучков труб.

Аэродинамические сопротивления трения возникает при движении потока в прямом канале постоянного сечения, в продольно омываемых трубных пучках и в пластинчатых поверхностях нагрева.

Для изотермического потока (при постоянной плотности и вязкости протекающей среды) сопротивление трения (Па) определяется по формуле

где ʎ- коэффициент сопротивления трения, зависящий от относительной шероховатости стенок канала и числа Рейнольдса; I - длина канала, м; w - скорость протекающей среды, м/с; d 3 - эквивалентный (гидравлический) диаметр, м; р - плотность протекающей среды, кг/м 3 . Эквивалентный (гидравлический) диаметр подсчитывается по формуле

где F - площадь живого сечения канала, м 2 ; U - полный периметр сечения, омываемый протекающей средой, м. Местные сопротивления (Па) рассчитываются по формуле

где £- коэффициент местного сопротивления, зависящий от геометрической формы участка (а иногда и от критерия Рейнольдса) . Расчетная скорость продуктов сгорания или воздуха (м/с) определяется по формуле

где V - расход продуктов сгорания или воздуха, м 3 /ч; F - площадь живого сечения газохода или воздуховода, м 2 . Самотяга в газоходе возникает вследствие разности плотностей окружающего воздуха и продуктов сгорания. Самотяга в газоходах аналогична тяге в дымовой трубе, которое было описано в предыдущем параграфе.

Самотяга (Па) любого участка газового тракта, а также дымовой трубы при искусственной тяге вычисляется по формуле

где H = Z 2 -Z 1 - расстояние по вертикали между серединами конечного и начального сечения данного участка, м; р - абсолютное среднее давление продуктов сгорания на участке (при избыточном давлении меньше 5000 Па принимается р/101 080=1), Па; р 0 - плотность продуктов сгорания при нормальных условиях, кг/м 3 ; Ɵ - средняя температура продуктов сгорания на данном участке, °С; 1,23 кг/м 3 - плотность наружного воздуха при давлении 101 080 Па и температуре 20 °С.

При расчете самотяги по температуре наружного воздуха, отличающейся от 20 °С более чем на 10 °С, вместо 1,23 подставляется соответствующее значение плотности воздуха.

Самотяга может быть как положительной, так и отрицательной. Если продукты сгорания движутся снизу вверх, самотяга положительна, т. е. будет создавать дополнительный напор, который можно использовать для преодоления сопротивлений. При движении продуктов сгорания сверху вниз (как это имеет место в опускных газоходах) самотяга будет отрицательной, т. е. для ее преодоления потребуется дополнительный напор. Тяга, создаваемая дымовой трубой, всегда положительна.

Расчет сопротивлений газового и воздушного тракта парогенераторов и водогрейных котлов проводится в соответствии с нормативным методом, разработанным ЦКТИ («Аэродинамический расчет котельных установок», изд. 3-е, Л., «Энергия», 1977). В соответствии с нормативным методом сопротивления трения для большинства элементов котельного агрегата определяются приближенно. В качестве исходного для расчета применяется уравнение (12-3).Коэффициент ʎ при течении продуктов сгорания или воздуха по различным газовоздухопроводам имеет следующие приближенные значения:

Коэффициент сопротивления трения к продольно омываемых пучков труб зависит от критерия Рейнольдса, шероховатости труб и относительного шага труб в пучке. Коэффициент сопротивления продольно омываемых пучков труб определяется из кривой, приведенной на рис. 12-2. Для пользования кривой необходимо определить эквивалентный (гидравлический) диаметр по формуле

где 2 - полное число труб в газоходе; d - наружный диаметр труб, м; а и b - размеры сторон прямоугольного сечения, м. При течении продуктов сгорания или воздуха по трубам трубчатых и щелям пластинчатых (с гладкими стенками) воздухоподогревателей коэффициент сопротивления трения определяется по формуле, применимой для воздухоподогревателей, имеющих эквивалентный диаметр d э = 20/60 мм при скорости потока 5-30 м/с и температуре 300 °С, а также при скорости до 45 м/с и t>300 °С:

Сопротивление поперечно омываемых пучков гладких и ребристых труб определяется (П1а) по формуле

где £ - коэффициент сопротивления, зависящий от числа рядов и расположения труб в пучке, а также от критерия Рейнольдса; w - скорость потока, определяемая по сжатому сечению газохода, расположенному в осевой плоскости труб перпендикулярно потоку газов. Коэффициент сопротивления гладкотрубного коридорного пучка

где z 2 - число рядов труб по глубине пучка; £ 0 - коэффициент сопротивления, отнесенный к одному ряду пучка. Значение £ 0 определяется по следующим формулам:

здесь σ 1 = S i /d - относительный шаг по ширине пучка; σ 2 = s 2 /d - относительный шаг по глубине пучка; ф.

Все местные сопротивления рассчитываются по уравнению (12-5). При расчете местных сопротивлений считается, что потеря напора происходит в одном заданном сечении тракта. В действительности потеря механической энергии потока вследствие изменения формы или направления канала происходит на более или менее длинном участке тракта. Поэтому принимается, что местное сопротивление представляет собой разность фактической потери напора на этом участке и потери, которая имела бы место при неизменных форме и направлении газохода.

Коэффициент местного сопротивления зависит от конфигурации фасонной части газовоздухопровода и определяется экспериментальным путем. Значения этого коэффициента для различных фасонных частей, горелок и других элементов котельной установки приведены в нормативном методе («Аэродинамический расчет котельных установок»).
Сопротивление всего газового или воздушного тракта определяется как сумма сопротивлений всех последовательно расположенных участков. Перепад полных давлений по газовому тракту (Па) рассчитывается при уравновешенной тяге по формуле

где ∆Н - суммарное сопротивление газового тракта, Па; h T " - разрежение на выходе из топки, принимаемое равным 20 Па; Н с - суммарная самотяга газового тракта с соответствующим знаком, Па. Перепад полных давлений по воздушному тракту (при уравновешенной тяге) определяется (Па) по формуле

где ∆Н - суммарное сопротивление воздушного тракта, Па; Н с - самотяга воздушного тракта, рассчитываемая только для двух участков: воздухоподогревателя и всего воздухопровода горячего воздуха, Па; h T " - разрежение в топке на уровне ввода воздуха (обычно больше h T " на самотягу в топке), Па.

Полное сопротивление газового и воздушного тракта парогенератора и водогрейного котла, как это ясно из приведенных выше уравнений, зависит также от квадрата скорости потока. В связи с этим для основных участков достаточно большой протяженности следует выбирать оптимальную скорость потока продуктов сгорания или воздуха. Оптимальной скоростью называется такая, при которой суммарные эксплуатационные затраты минимальны.

Оптимальная скорость продуктов сгорания и воздуха в стальных газовоздухопроводах зависит от их конфигурации и конструкции, мощности котельной установки, графика потребления теплоты, экономичности тягодутьевых устройств, температуры потока, стоимости оборудования и электроэнергии и от других характеристик. Оптимальные скорости для парогенераторов и водогрейных котлов, работающих под наддувом, на 10 % больше, чем при уравновешенной тяге. Приближенные значения оптимальной скорости, рекомендуемые нормативным методом, приведены в табл. 12-1.

При выборе газовоздушного тракта парового или водогрейного котла серьезное внимание должно уделяться рациональной компоновке и трассировке газовоздухопроводов. Схема газового и воздушного тракта агрегата должна быть простой и способствовать повышению надежности и экономичности работы установки. В связи с этим даже в установках малой мощности рекомендуется применять индивидуальную компоновку хвостовых поверхностей нагрева, золоуловителей и тягодутьевых устройств без обводных газоходов и соединительных коллекторов.

Схема и расположение газовоздухопроводов должны выбираться так, чтобы сопротивление тракта было минимальным при оптимальных скоростях потока. Рекомендуются преимущественно газовоздухопроводы круглого сечения, так как на их изготовление расходуется меньше металла и изоляции по сравнению с газовоздухопроводами квадратного, и особенно прямоугольного сечения.

Газоходы паровых и водогрейных котлов, работающих на взрывоопасных топливах (торф, мазут, природный газ), не должны иметь участков, в которых возможны отложения несгоревших частиц или сажи, а также застойных, плохо вентилируемых зон. Такими участками чаще всего являются соединительные короба и перемычки, лежащие вне основного потока. В обходных газоходах, направляющих продукты сгорания мимо поверхности нагрева, золоуловителя или особенно дымососа, рекомендуется последовательная установка двух плотных шиберов на прямых учавтках с возможно меньшей скоростью потока.

В местах резких поворотов потока для частичного улавливания золы иногда устраивают бункеры (например, под хвостовыми поверхностями нагрева). Однако это приводит к усложнению условий эксплуатации и не обеспечивает эффективного улавливания летучей золы. Поэтому установка бункеров под резкими поворотами не рекомендуется.
При транспортировании запыленных продуктов сгорания скорость их на протяженных горизонтальных участках должна быть не менее 7-8 м/с во избежание отложения золы. При сжигании топлив, имеющих абразивную золу, скорость на участке до золоуловителя не должна превышать 12-15 м/с для предотвращения интенсивного золового износа тракта.

Полное аэродинамическое сопротивление котельной установки складывается из сопротивлений отдельных ее элементов.

Разряжение в топочном пространстве принимают в пределах 30 Па.

Аэродинамическое сопротивление котла
при номинальной нагрузке.

Аэродинамическое сопротивление водяного экономайзера ВТИ

, Па. (76)

Здесь Z 2 - число горизонтальных рядов труб экономайзера;

W эк - средняя скорость движения дымовых газов в экономайзере, м/с;

р г - плотность дымовых газов при средней температуре в экономайзере, кг/м 3 ;

, кг/м 3 . (77)

Аэродинамическое сопротивление боровов принимают из расчета
Па.

Аэродинамическое сопротивление шиберов
Па.

Аэродинамическое сопротивление дымовой трубы

, Па (78)

.

Здесь - коэффициент трения;

- коэффициент местного сопротивления на выходе из трубы;

d cp - средний диаметр дымовой трубы, м;

W дт - средняя скорость движения газов в дымовой трубе, ориентировочно может быть принята равной скорости на выходе из трубы, м/с;

р дт - плотность дымовых газов при температуре t ух

, кг/м 3 (79)

.

Таким образом, полное аэродинамическое сопротивление котельной установки

Проверка дымовой трубы на естественную тягу

Тягу, необходимую для преодоления полного аэродинамического сопротивления котельной установки, определяют из выражения

, Пa (81)

Самотяга принятой дымовой трубы

, Па (82)

где Н тр - принятая высота дымовой трубы, м;

t в - температура наружного воздуха. Учитывая, что наиболее неблагоприятные условия для естественной тяги имеют место в летний период, принимаем значение t в =30 равным летней расчетной температуре для данной местности, °С;

Р бар - барометрическое давление, мм рт. ст.

S c дт < S, необходима установка дымососов.

Выбор дымососов

Расчетная производительность дымососов прямого давления

, м 3 /ч (83)

Здесь В к - расчетное количество сжигаемого топлива

В к =м 3 /с;

V г - объем продуктов сгорания для ,V г =13,279 м 3 /м 3 .

Расчетное давление дымососа

, Па (84)

,

где 200 - температура газов при характеристических испытаниях дымососа, °С.

По производительности V д и напору Н д подбираем модель индивидуального /на каждый котел/ дымососа прямого действия:

Тип дымососа ДН-11,2

Производительность номинальная V д = 17000 м 3 /ч

Полное номинальное давление Н д = 1700 Па

Частота вращения n = 980 об/мин

КПД дымососов = 0,82

Электродвигатель к дымососу подбирают аналогично дутьевому вентилятору.

.

Принимаем к установке электродвигатель согласно данным :

Тип электродвигателя 4А-200 М6

Мощность N д = 22 кВт

Частота вращения n= 980 об/мин

5. Расчёт питательной установки

Выбор питательных насосов

В соответствии со СНиП II-35-76 для питания котлов с давлением пара более 0,17 МПа следует, как правило, предусматривать насосы с паровым приводом /поршневые бессмазочные или турбонасосы/ с использованием отработанного пара; при этом нужно устанавливать резервный насос с электроприводом.

В случае невозможности применения отработанного пара от насосов с паровым приводом необходимо предусматривать:

Насосы только с электроприводом при наличии двух независимых источников питания электроэнергией;

Насосы с электрическим и паровым приводом при одном источнике питания электроэнергией.

При определении производительности насосов учитываю расходы на питание всех рабочих паровых котлов, непрерывную продувку котлов, пароохладители котлов, редукционно-охладительные и охладительные установки. Количество насосов выбираю с таким расчетом, чтобы в случае остановки наибольшего по производительности насоса оставшиеся обеспечили подачу воды в указанном выше количестве.

Производительность питательного насоса

М 3 /ч (85)

- расход воды на редукционно-охладительную установку, кг/с.

Расчетное давление питательных насосов при установке баков деаэраторов определяю по формуле

М вод.ст. (86)

Здесь Р к -давление пара в котле, МПа;

Р д - давление в деаэраторе, МПа /для деаэратора атмосферного типа

Р д =0,125 МПа/;

Н сет - суммарное сопротивление всасывающей и нагнетательной магистралей плюс геометрическая разность /для расчета принимается Н сет =0,2 МПа/.

По производительности и давлению подбираем:

Центробежный насос с электроприводом:

Тип питательного насоса ПЭ-65-40

Производительность 65 м 3 /ч

Давление 440 м вод. ст.

Мощность электродвигателя 125 кВт

Насос с паровым приводом:

Тип питательного насоса ПТ-35-30

Производительность 30 м 3 /ч

Давление 530 м вод.ст.

Выбор конденсатных насосов

Производительность конденсатного насоса должна быть выше или равна часовому возврату конденсата

м 3 /ч (87)

.

Давление конденсатного насоса должно преодолеть гидравлические потери всасывающей и напорной линий, сопротивление деаэратора и геодезическую высоту нагнетания, считая от уровня конденсатного насоса до верха головки деаэратора. Ориентировочно

, м вод.ст. (88)

По производительности и давлению подбираю центробежный конденсатный насос с электроприводом:

Тип конденсатного насоса Кс-12-50

Производительность 12 м 3 /ч

Давление 50 м вод. ст.

Мощность электродвигателя 5,5 кВт

В котельной должно быть установлено два конденсатных насоса с одинаковой характеристикой /один насос - резервный/.

Деаэратор подбирают по производительности, которая должна быть больше или равна часовому расходу питательной воды

, м 3 /ч (89)

К установке принимаем

Тип деаэратора ДА-25

Производительность колонки 25 м³/ч

Полезная емкость бака-аккумулятора 8 м³

Содержание раздела

Аэродинамическое сопротивление газового и воздушного тракта обусловлено силами трения, возникающими при движении потока в канале и при преодолении различного рода препятствий. Для преодоления сопротивлений необходимо создать некоторый избыточный напор, достаточный для преодоления сопротивления трения. Чтобы правильно выбрать дымосос или вентилятор, необходимо выполнить аэродинамический расчет газового или воздушного тракта, задача которого - определение аэродинамического сопротивления. Расчет сопротивлений газового и воздушного тракта паровых и водогрейных котлов проводится по нормативной методике, разработанной ЦКТИ [ 1 ].

В соответствии со СНиП II-35-76 [ 2 ] аэродинамическое сопротивление серийно выпускаемых котлов следует принимать по данным заводов-изготовителей, которые для ряда котельных агрегатов приведены в табл. 6.2.1, 6.2.2. При изменении производительности котла или вида сжигаемого топлива производится пересчет сопротивлений газового и воздушного тракта в соответствии с упрощенной методикой, рекомендованной нормативным методом.

Аэродинамическое сопротивление какого-либо участка тракта складывается из сопротивления трения и местных сопротивлений. Сопротивление трения – сопротивление при течении потока в прямом канале постоянного сечения. Местные сопротивления связаны с изменением формы или направления канала. Сопротивление поперечно омываемых трубных пучков, не включаемое в местные сопротивления трения, – дополнительный вид сопротивления, характерный для котельных агрегатов.

Таблица 6. 2.1.

Сопротивление отдельных элементов газового и воздушного тракта серийных паровых котлов

Таблица 6.2.2.

Суммарное сопротивление газового и воздушного тракта серийных водогрейных котлов

При постоянной плотности и вязкости движущейся в канале среды сопротивление трения определяется по формуле

\({\mathit{\Delta h}}_{\text{тр}}=\lambda \frac{l}{{d}_{э}}\frac{{w}^{2}}{2}\rho \),(6.2.1)

где  – коэффициент сопротивления трения, зависящий от относительной шероховатости стенок канала и числа Рейнольдса; l – длина канала, м; w – скорость протекающей среды, м/с; d э – эквивалентный (гидравлический) диаметр, м;  – плотность протекающей среды, кг/м 3 .

Эквивалентный (гидравлический) диаметр рассчитывается по формуле

\({d}_{э}=\mathrm{4F}/U\),(6.2.2)

где F – площадь живого сечения канала, м 2 ; U – «смоченный» периметр сечения, омываемый протекающей средой, м.

Местные сопротивления рассчитываются по формуле

\({\mathit{\Delta h}}_{м}=\xi \frac{{w}^{2}}{2}\rho \),(6.2.3)

где  – коэффициент местного сопротивления, зависящий от вида местного сопротивления (в отдельных случаях и от критерия Рейнольдса).

Сопротивление поперечно омываемых пучков труб выражается формулой, как для местных сопротивлений.

Произведение \({\mathit{\Delta h}}_{д}=\frac{{w}^{2}}{2}\rho \) называют динамическим напором и в расчетах определяют по графику на рис. 6.2.1 по действительной скорости продуктов сгорания (воздуха) и средней по тракту температуре потока. Так как график на рис. 6.2.1 построен для сухого воздуха при давлении 760 мм рт. ст., то согласно нормативному методу в конце расчета вводят поправку на действительную плотность потока. Поправка вносится по приведенной скорости потока. Если в исходных данных скорость потока определена при давлении 760 мм. рт. ст. (101080 Па), то приведенная скорость равна расчетной. В других случаях приведенная скорость определяется при фактическом рабочем давлении (и плотности) потока.

Сопротивление чугунных экономайзеров ВТИ и стальных гладкотрубных экономайзеров определяется по формуле

\({\mathit{\Delta h}}_{\text{поп}}=\xi \frac{{w}^{2}}{2}\rho \),(6.2.4)

где [] – определяется по действительной скорости и среднеарифметической температуре продуктов сгорания в экономайзере по графику на рис. 6.2.1, Па;  – коэффициент сопротивления.

Коэффициент сопротивления для чугунного экономайзера ВТИ

\(\xi =\mathrm{0,5}{z}_{2}\),(6.2.5)

где z 2 – число рядов труб в экономайзере.

Коэффициент сопротивления стального гладкотрубного эконо­майзера при коридорном расположении труб

\(\xi ={\xi }_{0}{z}_{2}\),(6.2.6)

где  0 – коэффициент сопротивления, отнесенный к одному ряду пучка, зависящий от отношений \({\sigma }_{1}={S}_{1}/d\), \({\sigma }_{2}={S}_{2}/d\) и \(\psi =\frac{{S}_{1}-d}{{S}_{2}-d}\), а также от числа Re; S 1 и S 2 – поперечный и продольный шаг труб по отношению к направлению потока, м; d – наружный диаметр труб, м.

Значение  0 определяется по следующим формулам: при  1   2 и 0,06    1

\({\xi }_{0}=2{\left({\sigma }_{1}-1\right)}^{-\mathrm{0,5}}{\text{Re}}^{-\mathrm{0,2}}\);(6.2.7)

при  1 >  2 и 1 <   8

\({\xi }_{0}=\mathrm{0,}\text{38}{\left({\sigma }_{1}-1\right)}^{-\mathrm{0,5}}{\left(\psi -\mathrm{0,}\text{94}\right)}^{-\mathrm{0,}\text{59}}{\text{Re}}^{-\mathrm{0,2}/{\psi }^{2}}\).(6.2.8)

Число Рейнольдса в формулах (6.2.7), (6.2.8) определяется по графику на рис. 6.2.2.

Коэффициент сопротивления стального гладкотрубного экономайзера при шахматном расположении труб

\(\xi ={\xi }_{0}\left({z}_{2}+1\right)\),(6.2.9)

где  0 – коэффициент сопротивления, отнесенный к одному ряду пучка, зависящий от отношений \({\sigma }_{1}={S}_{1}/d\) и \(\psi =\frac{{S}_{1}-d}{{S}_{{2}^{\prime }}-d}\), а также от числа Рейнольдса (определяется по рис. 6.2.2); S 1 и S 2 – поперечный и продольный шаг труб, мм; \({S}_{{1}^{\prime }}=\sqrt{\frac{1}{4}{S}_{1}^{2}+{S}_{2}^{2}}\) - диагональный шаг труб, мм.

Для всех шахматных пучков, кроме пучков с 3 <  1  10 и  > 1,7,

\({\xi }_{0}={c}_{s}{\text{Re}}^{-\mathrm{0,}\text{27}}\),(6.2.10)

где с s – коэффициент формы шахматного пучка. При 0,1    1,7 для пучков с  1  1,44

\({c}_{s}=\mathrm{3,2}+\mathrm{0,}\text{66}{\left(\mathrm{1,7}-\psi \right)}^{\mathrm{1,5}}\);(6.2.11)

при 1,7 <   6,5 для пучков с 1,44   1  3,0

\({c}_{s}=\mathrm{0,}\text{44}{\left(\psi +1\right)}^{2}\).(6.2.12)

Рис. 6.2.1. Динамическое давление h д при 760 мм. рт. ст. = 101 080 Па. Формула пересчета: h д2 = h д1 (w 2 /w 1) 2

Рис. 6.2.2. Определение числа Рейнольдса. Re = w Re’100; d пр =d /100 – приведенный диаметр, мм; t – температура потока, С.

Для трубчатого воздухоподогревателя при движении продуктов сгорания внутри труб его сопротивление складывается из сопротивления трения в трубах и сопротивления входа в трубы и выхода из них.

Скорость в трубах и температура потока для расчета обоих указанных сопротивлений принимаются средние для воздухоподогревателя из теплового расчета котла. Сопротивление трения определяется по рис. 6.2.3, а сопротивление вследствие изменения скоростей при входе и выходе рассчитывается по формуле

\({\mathit{\Delta h}}_{\text{изм}}=m\left({\xi }_{\text{вх}}+{\xi }_{\text{вых}}\right)\frac{{w}^{2}}{2}\rho \),(6.2.13)

где [] определяется по рис. 6.2.1, Па;  вх и  вых определяются по рис. 6.2.4 в зависимости от отношения суммарной площади живого сечения труб F к площади живого сечения газохода соответственно до и после воздухоподогревателя; m – число последовательно расположенных по ходу продуктов сгорания отдельных кубов воздухоподогревателя\,(6.2.14)

где z – число параллельно включенных труб; d вн – внутренний диаметр труб, м.

Отношение меньшего живого сечения (труб) к большему (газохода) может также рассчитываться по приближенной формуле

\(\frac{{F}_{м}}{{F}_{б}}=\frac{\mathrm{0,}\text{785}{d}_{\text{вн}}^{2}}{{S}_{1}{S}_{2}}\), (6.2.15)

где S 1 и S 2 – поперечный и продольный шаг труб в пучке, м.

Сопротивление механических золоуловителей рассчитывается по формуле (6.2.3), в которой за расчетную скорость принимается скорость незапыленных продуктов сгорания.

Коэффициент сопротивления

\({\xi }_{р}={k}_{1}{k}_{2}\xi \),(6.2.16)

где k 1 – коэффициент, учитывающий запыленность продуктов сгорания, для промышленных котлоагрегатов принимается равным 1; k 2 – коэффициент, учитывающий масштабный эффект по отношению к эталонному циклону, принимается для инерционных циклонов равным 1;  – коэффициент сопротивления эталонного циклона при продувке чистым воздухом.

Коэффициент сопротивления батарейных циклонов  принимается по табл. 6.2.3. Расчетная скорость определяется по суммарной площади сечений всех циклонных элементов батарейного циклона \({F}_{0}=n\mathrm{0,}\text{785}{d}^{2}\), где n – число параллельно включенных циклонных элементов.

Коэффициент сопротивления при установке отдельных циклонов принимается по табл. 6.2.4. Расчетной для единичного циклона принимается скорость в цилиндрической части корпуса.

Для типовых блоков циклонов при установке их на котлах паропроизводительностью от 2,5 до 6,5 т/ч коэффициент сопротивления принимается: для блоков циклонов в исполнении I \({\xi }_{\text{бл}}=\text{105}\), в исполнении II \({\xi }_{\text{бл}}=\text{115}\). Для нестандартных блоков циклонов коэффициент сопротивления определяется по нормам (см.[ 1 ], пункты 2-10).

Рис. 6.2.3. Потеря давления в трубах (щелях) трубчатых и пластинчатых воздухоподогревателей. d – диаметр труб или эквивалентный диаметр щелей, мм; h = c ш h’ гр l , Па.[]

Рис. 6.2.4. Коэффициенты сопротивления при внезапном изменении сечения: F м и F б – меньшее и большее сечение канала; h вых =  вых (w 1 2 /2); h вх =  вх (w 2 2 /2)

Таблица 6.2.3.

Коэффициенты сопротивления батарейных циклонов

Таблица 6.2.4.

Коэффициент сопротивления циклонов разных типов

Местные сопротивления газового и воздушного тракта котельного агрегата представляют собой повороты, разветвления, изменения сечения, шиберы. Коэффициент местного сопротивления в формуле (6.2.3) определяется в зависимости от формы сопротивления. В табл.6.2.5 приведены коэффициенты местных сопротивлений фасонных частей тракта.

Таблица 6.2.5.

Коэффициенты местных сопротивлений фасонных частей газового и воздушного тракта [ 3 ]

Газоходы на участке воздухоподогреватель – золоуловитель рассчитываются по расходу и температуре уходящих газов (за воздухоподогревателем), принятым из теплового расчета котлоагрегата. Газоходы на участке золоуловитель – дымосос и за дымососом рассчитываются по расходу и температуре продуктов сгорания у дымососа. При отсутствии золоуловителей газоход от воздухоподогревателя до дымососа рассчитывается по расходу газа у дымососа.

Расход продуктов сгорания (м 3 /с) у дымососа

\({V}_{д}={B}_{p}\left({V}_{г\text{.}\text{ух}}+{\mathit{\Delta \alpha V}}^{0}\right)\frac{{\vartheta }_{д}+\text{273}}{\text{273}}\), (6.2.17)

где B р – расчетный расход топлива, кг/с или м 3 /с; V г. ух – объем продуктов сгорания за воздухоподогревателем, м3/кг или м 3 /м 3 ;  – присос воздуха в газоходах за воздухоподогревателем, принимается по табл. 6.2.6; \({V}^{0}\) – теоретическое количество воздуха, м 3 /кг или м 3 /м 3 ; \({\vartheta }_{д}\) – температура продуктов сгорания у дымососа, принимается равной температуре уходящих газов, °С.

Таблица 6.2.6.

Расчетные значения присосов воздуха в топку и в газоходы паровых и водогрейных котлов при номинальной нагрузке

Выбор площади поперечного сечения газовоздухопроводов следует производить при экономической скорости потока. Экономической скоростью называется такая, при которой суммарные эксплуатационные затраты минимальны (табл. 6.2.7).

Таблица 6.2.7

Приближенные значения экономической скорости в газовоздухопроводах котельных агрегатов с наддувом и уравновешенной тягой

Примечание: t м – температура воздуха на входе в вентилятор.

Экономические скорости для паровых и водогрейных котлов, работающих с «наддувом», принимаются на 10% больше приведенных в табл. 6.2.7.

Коэффициент сопротивления для всех поворотов в канале подсчитывается по общей формуле

\(\xi ={K}_{\Delta }{\xi }_{0}BC\), (6.2.18)

где  0 – исходный коэффициент сопротивления поворота, зависящий от его формы и относительной кривизны; [] – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости стенок: при обычной шероховатости стенок газовоздухопроводов котла среднее значение [] принимается равным 1,3 для отводов и 1,2 для коленьев; произведение [] для отводов и коленьев с закругленными кромками определяется по рис. 6.2.5; для коленьев без закругления кромок [] = 1,4; В – коэффициент, определяемый в зависимости от угла поворота по соответствующей кривой на рис. 6.2.6; при угле поворота 90° В = 1; С – коэффициент, определяемый для отводов и коленьев с закруглением кромок в зависимости от отношения размеров поперечного сечения a /b (где а – перпендикулярный к плоскости поворота размер) по соответствующей кривой на рис. 6.2.7; при круглом или квадратном поперечном сечении С = 1; для коленьев с острыми кромками С = 1 при всех значениях a /b.

Рис. 6.2.5. Значение произведения [] для поворотов газовоздухопроводов: а - для отводов (1) и сварных коленьев (составных поворотов) (2); б - для коленьев с закругленными кромками

1 – r вн = r н = r ; 2 - r вн = r , r н = 0; 3 - r вн = r , s  0,83(r + 0,6)

Рис. 6.2.6. Поправочный коэффициент к сопротивлению поворотов, зависящий от угла поворота. 1 – для отводов и коленьев с закруглением кромок; 2 – для коленьев с острыми кромками. | style="border:none;padding-top:0cm;padding-bottom:0cm;padding-left:0.191cm;padding-right:0.191cm;"| []

Рис. 6.2.7. Поправочный коэффициент к сопротивлению поворотов, зависящий от формы сечения. 1 – для отводов с R /b  2 и коленьев с закруглением кромок; 2 - для отводов с R /b > 2; 3 - для коленьев с острыми кромками.

|} Произведение [] для коленьев с изменением сечения определяется по рис. 6.2.8 в зависимости от отношения выходного и входного сечений.

Рис. 6.2.8. Значения произведения K   0 для коленьев с закруглением кромок. F 1 , F 2 - входное и выходное сечение колена.

Рис. 6.2.9. Коэффициент сопротивления диффузора в прямом канале.

Угол раскрытия диффузора  определяется равенством tg(/2) = (b 2 -b 1)/(2l ); для пирамидальных диффузоров угол раскрытия определяется в плоскости соответствующей грани; при неравных углах раскрытия ( и )  р определяется по большему углу; для диффузора с переходом с круга на прямоугольник (или квадрат) и наоборот в формулу для определения tg(/2) - вместо стороны прямоугольника подставляется значение 2(F /) 0,5 , где F - площадь прямоугольника; значение  р при этом определяется по кривой 2

1 - конические и плоские диффузоры; 2 - пирамидальные диффузоры.

Сопротивления участков газовоздушного тракта при резких изменениях сечения определяется по формуле (6.2.3), а коэффициент местного сопротивления - по рис. 6.2.4. Скорость продуктов сгорания (воздуха) подсчитывается по меньшему сечению.

Рис. 6.2.10. Коэффициент сопротивления прямолинейных диффузоров, установленных за вентилятором или дымососом.

Рис. 6.2.11. Цокольная часть дымовых труб: а) – сечение входа в железобетонные и кирпичные трубы; б) – то же, в кирпичные трубы: в) – цоколь с двухсторонним подводом газоходов; г) – цоколь с подводом одиночного газохода.

Коэффициент сопротивления диффузора, отнесенный к входной (наибольшей) скорости, определяется по формуле

\({\xi }_{д}={\phi }_{р}{\xi }_{\text{вых}}\), (6.2.19)

где  вых – коэффициент сопротивления, соответствующий резкому увеличению сечения, определяемый по рис. 6.2.4 в зависимости от отношения начального и конечного сечений диффузора;  р – коэффициент полноты удара, определяется по рис. 6.2.9.

Коэффициент сопротивления плоского или пирамидального диффузора, установленного после вентилятора, определяется по графику на рис. 6.2.10 в зависимости от степени расширения (отношения выходного и входного сечений) диффузора и его безразмерной длины \(l/\sqrt{{f}_{1}}\).

На рис. 6.2.11 показаны наиболее типичные входы в дымовые трубы промышленных и отопительных котельных и их коэффициенты местного сопротивления (скорости отнесены к подводящему газоходу).

Сопротивление дымовой трубы складывается из сопротивления трения и потери от движения потока с выходной скоростью. При отсутствии данных о конструкции трубы сопротивление трения (в паскалях) определяется по приближенной формуле

\({h}_{\text{тр}}=\frac{\lambda }{\mathrm{8i}}\frac{{w}_{0}^{2}}{2}\rho \), (6.2.20)

где w 0 – скорость, м/с, в выходном сечении трубы, подсчитывается по диаметру выходного сечения трубы d 0 ;  – коэффициент сопротивления трения для бетонных и кирпичных труб, принимается  = 0,05; для стальных труб диаметром d 0  2 м  = 0,015; а при d 0 < 2 м  = 0,02; i – уклон трубы по внутренней образующей, принимается равным 0,02;  – плотность продуктов сгорания, определяется по температуре у дымососа (охлаждение продуктов сгорания в дымовой трубе не учитывается).

Суммарное сопротивление газового тракта при уравновешенной тяге (Па)

\(\mathit{\Delta H}=\left(\sum {\mathit{\Delta h}}_{1}\left(1+\mu \right)+\sum {\mathit{\Delta h}}_{2}\right){M}_{р}\frac{\text{101}\text{080}}{{p}_{б}}\),(6.2.21)

где [] – сумма сопротивлений газового тракта до золоуловителя, Па; ( – массовая концентрация золы в продуктах сгорания, кг/кг (вносится, если учитывалась при тепловом расчете котла); [] – суммарное сопротивление тракта после золоуловителя и самого золоуловителя, Па; М р =  0 /1,293 – поправка на разницу плотностей продуктов сгорания и сухого воздуха, определяется по рис. 6.2.12; р б – барометрическое давление, Па.

Рис. 6.2.12. Поправочный коэффициент M р и самотяга h’c (для воздуха определяется по штриховой линии А )

Перепад полных давлений при уравновешенной тяге

\({\mathit{\Delta H}}_{п}={h}_{т}^{\text{"}\text{"}}+\mathit{\Delta H}-{H}_{c}\),(6.2.22)

где [] – разрежение в верхней части топочной камеры, принимается равным 20 Па; [] – суммарное сопротивление газового тракта, Па; [] – суммарная самотяга газового тракта, включая дымовую трубу с соответствующим знаком, Па.

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

\({h}_{с}=\pm \text{Hg}\left(\mathrm{1,}\text{21}-p{\rho }_{0}\frac{\text{273}}{\text{273}+\vartheta }\right)\),(6.2.23)

где Н – расстояние по вертикали между серединами начального и конечного сечений данного участка тракта (для дымовой трубы – ее высота), м; р – абсолютное среднее давление продуктов сгорания на участке, Па; при избыточном давлении, меньшем 5000 Па, принимается равным 1;  0 – плотность продуктов сгорания при давлении 101 080 Па и температуре 273 К, кг/м 3 ; [] – средняя температура продуктов сгорания на данном участке, °С; 1,21 – плотность наружного воздуха при давлении 101 080 Па и температуре 293 К.

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта котельной установки складывается из сопротивлений топочного устройства, сопротивлений отдельных элементов тракта и сопротивления воздухоподогревателя по воздушной стороне.

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта серийных котельных агрегатов принимается по данным, приведенным в табл. 6.2.1 и 6.2.2.

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта остальных котельных агрегатов рассчитывается в следующей последовательности:

Сопротивление топочных устройств принимается по данным в табл. 6.2.8;

Сопротивление отдельных элементов тракта определяется по формулам (6.2.1 – 6.2.3), (6.2.13 – 6.2.15), (6.2.18 – 6.2.19) либо по табл.6.2.5;

Сопротивление воздухоподогревателя по воздуху с поперечным обтеканием коридорного или шахматного пучка труб по формулам (6.2.3, 6.2.6, 6.2.9).

Скорость движения воздуха определяется по его расходу. При расчете воздушного тракта расход воздуха (м 3 /с) находится по формуле

\({V}_{в}={B}_{р}{V}^{0}\left({\alpha }_{т}-{\mathit{\Delta \alpha }}_{т}-{\mathit{\Delta \alpha }}_{\text{пл}}+{\mathit{\Delta \alpha }}_{\text{вп}}\right)\frac{{t}_{\text{вп}}^{\text{"}}+\text{273}}{\text{273}}\),(6.2.24)

где В Р – расчетный расход топлива, кг/с или м 3 /с; V ° – теоретическое количество воздуха, м 3 /кг или м 3 /м 3 ;  т и  пл – присосы воздуха в топке и системе пылеприготовления;  вп – присос воздуха в воздухоподогревателе, при расчете расхода горячего воздуха (после воздухоподогревателя) принимается  вп = 0; t в – температура воздуха, для холодного воздуха принимается t в = 30 °С, для горячего воздуха t в = t г.в.

Перепад полных давлений по воздушному тракту (Па)

\({\mathit{\Delta H}}_{п}=\mathit{\Delta H}-{H}_{с}-{h}_{т}^{\text{"}}\),(6.2.25)

где H – суммарное сопротивление воздушного тракта, Па; Н с – самотяга, учитывается только для воздухоподогревателя и всего воздухопровода горячего воздуха; [] – разрежение в топке на уровне ввода воздуха, определяется по формуле

\({{h}_{т}^{\text{"}}={h}_{т}^{\text{"}\text{"}}+\mathrm{0,}\text{95 {}H}^{\text{"}}\),(6.2.26)

где Н" – расстояние по вертикали между высшей точкой сечения выхода газов из топки и срединой сечения ввода воздуха в топку, м.

Государственным стандартом ГОСТ 30735-2001 [ 4 ] установлены требования к предельным значениям аэродинамического сопротивления трактов котельных агрегатов. Согласно ним требуемое разрежение за котлом на естественной тяге при номинальной теплопроизводительности не должно превышать указанного на рис. 6.2.13. Аэродинамическое сопротивление котлов, предназначенных для работы с принудительной тягой и под наддувом, не должно превышать указанного на рис.6.2.14. Исключения допускаются для котлов, в состав которых входят специальные тягодутьевые машины.

Таблица 6.2.8

Сопротивление топочных устройств для прохода воздуха