Расчет котельной установки.

ТЕПЛОВОЙ И АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТЫ
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-4х10х15 ([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 1м 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.3
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-5-230-14385-1
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]
4
Рис. П1-1. Компоновка котельной установки