Аэродинамическая схема газового тракта котла

          Задачей аэродинамического  расчета является определение аэродинамического  сопротивления и перепада полного давления в газовом тракте проектируемого котла, а также выбор тягодутьевых машин. В проектируемом котле аэродинамическое сопротивление газового тракта преодолевается только напором дымососа. Аэродинамическая схема газового тракта котла представлена на рисунке 1.

1- поворот на выходе из топочной камеры; 2 - ширмы; 3 - конвективная ступень пароперегревателя; 4 - газоповоротная камера; 5 - первая ступень промежуточного пароперегревателя; 6 - вторая ступень промежуточного пароперегревателя;                  7 - верхняя ступень воздухоподогревателя; 8 - экономайзер; 9 - нижняя ступень воздухоподогревателя; 10 - выходное сечение из котла; 11 - золоуловитель;                12 -дутьевой вентилятор; 13 - дымосос; 14 - дымовая труба.

Рисунок 1- аэродинамическая схема газового тракта котла

    Исходные  данные к аэродинамическому расчету  сведены в таблицу 1.

    Коэффициенты  формы коридорного и шахматного пучка труб рассчитываются соответственно по формулам /1/:

 где и - поперечный и продольный шаги труб в пучке соответственно, мм;

     -наружный диаметр трубы, мм;

      – диагональный шаг труб, мм.

   Секундный расход продуктов сгорания определяется по формуле:

       где  - объём дымовых газов, м³/кг;

      - расчетный расход топлива /2/.

Таблица 1 –исходные  данные.

    Расчет  сопротивления каждого участка газового тракта котла сведен в таблицу 2.

    Аэродинамическое  сопротивление первого участка (поворота из топочной камеры на 90°) не учитывается, так как здесь скорость продуктов сгорания составляет W = 6,85 м/с, что меньше 10 м/c, и в этом месте самое низкое разрежение.

      Сопротивлением  ширм также пренебрегается, так как  скорость дымовых газов ниже 10 м/c (W = 5,37м/c). Кроме того, в ширмах развивается самотяга, которая компенсирует их аэродинамическое сопротивление.

      Сопротивление участков газового тракта котла определяется по формуле:

      Δh = ξ∙h_д∙K,

  где  ξ-коэффициент сопротивления;

     h_д –динамический напор, Па;

     K-поправочный коэффициент.

      Сопротивление экономайзера, выполненного из гладких  труб, рассчитывается по следующей  формуле /1/:

 где -графическое значение сопративления;

-коэффициент формы пучка;

- коэффициент, зависящий от диаметра омываемых труб;

-число рядов труб по ходу газов.

      Коэффициент сопротивления при повороте потока рассчитывается по формуле /1/:

где K_Δξ₀ – произведение, определяемое в зависимости от отношения выходного F₂ и входного F₁ сечения газохода;

B – коэффициент, определяемый в зависимости от угла поворота; при повороте на 90° B=1;

C – коэффициент, определяемый для отводов и колен с закруглением кромок в зависимости от отношения размеров поперечного сечения a/b; для колен с острыми кромками C = 1.

Суммарное аэродинамическое сопротивление газового тракта определяется по формуле:

где ΣΔh_уч =1403,64 Па – сопротивление газового тракта котла без учета поправок;

(1 + μ_{зл. ср}) – поправка, учитывающая запыленность газового потока;

μ_{зл. ср}- среднее значение концентрации золы в продуктах сгорания по котлу в целом;

M_ρ = ρ_о/1,293 – поправка, учитывающая разность плотностей сухого воздуха и дымовых газов при нормальных условиях;

h_н/h_бар = 760/760=1 – поправка, учитывающая уровень положения станции /1/.

Концентрация  золы в продуктах сгорания определяется по формуле:

где - концентрация золы в продуктах сгорания на выходе из топки, в газоходе ширм, конвективной поверхности нагрева, а газоповоротной камере, в газоходе первой и второй ступени промежуточного перегрева, верхнего воздухоподогревателя, экономайзера, нижнего воздухоподогревателя и на выходе из котла соответственно;

  - количество участков газового тракта котла.

Плотность дымовых  газов при нормальных условиях определяется по формуле:

где a_ух=1,29 - избыток воздуха по газовой стороне на выходе из нижнего воздухоподогревателя /2/;

=4,02 м³/кг - теоретически необходимое количество воздуха для полного сжигания 1кг твердого топлива;

% - рабочая зольность топлива /2/.

M_ρ = ρ_о/1,293=1,36/1,293=1,05

Тогда суммарное аэродинамическое сопротивление газового тракта:

Суммарный перепад  напоров определяется по формуле:

    где h_т^”=(30-40) Па – разрежение в выходном окне топки для предотвращения выбивания газов. Принято h"_т =30 Па.

    h_c -суммарная самотяга газового тракта. Так как  направление потока вниз, то самотяга отрицательная:

  где - ускорение свободного падения;

       - плотность воздуха при температуре  ;

       - расстояние по вертикали  между серединами входного и выходного сечения конвективной шахты, определяемое по рисунку 1:

 где - высота поворотной камеры /2/;

  - высота первой и второй  ступени пром. перегревателя /2/;

  -расстояние между поверхностями  нагрева по вертикали /2/;

  -высота верхней ступени воздухоподогревателя /2/;

  - высота пакета экономайзера /2/;

  - высота нижней ступени воздухоподогревателя /2/;

  -высота сечения выходного  участка котла, определяемая в зависимости от

  где - ширина конвективной шахты /2/;

   - площадь сечения выходного  участка котла, определяемая по формуле:

где =5,639 м³/ кг - объем уходящих газов при нормальных условиях /2/;

    J_ух = 160 °C – температура уходящих газов /2/;

     - скорость газов в выходном сечении, выбирается из интервала (17-20) м/с. Принято

     B_р = 21,13 м³/с – расчетный расход топлива /2/.

     Высота  сечения выходного участка котла  определяется по формуле:

     Тогда расстояние по вертикали между серединами входного и выходного сечения конвективной шахты будет равно:

     Среднее значение плотности газов на участке от выхода из газоповоротной камеры до выхода из конвективной шахты:

    где и - плотности газов в газоповоротной камере и на выходе из конвективной шахты соответственно, определяемые по формулам:

где - плотность газового потока на входе в конвективную шахту;

     - плотность газового потока  на выходе из конвективной шахты;

- температура продуктов сгорания на входе в конвективную шахту;

- температура продуктов сгорания на выходе из конвективной шахты.

     Среднее значение плотности газов в рассматриваемом участке:

     Суммарная самотяга газового тракта:

     Перепад полных давлений:

    Для выбора дымососа необходимо определить расчетные значения расхода газов  и напора.

Расчетный расход газов рассчитывается по формуле:

где  b₁=(1,05÷1,1) – коэффициент запаса по производительности дымососа. Принято b₁=1,09;

V – объем дымовых газов у дымососа;

z– количество дымососов, устанавливаемых на котел, шт. Принято z = 2;

h_н/h_бар – поправка на давление.

Объем дымовых  газов у дымососа определяется по формуле:

где =5,639 м³/ кг - объем уходящих из котла дымовых газов при нормальных условиях;

Δα – присосы  холодного воздуха в газоходе между котлом и дымососом и в золоуловителе. Длина участка от котла до дымососа принята L=30 м и присос на каждые 10м стального газохода /1/,а присосы в золоулавителе /1/, тогда:

=4,02 м³/ кг– теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1кг топлива, при коэффициенте избытка α = 1 и нормальных условиях; 

B_р = 21,13 м³/с – расчетный расход топлива /2/.

    Температура газов у дымососа в основном зависит  от присосов и определяется по формуле:

где α_ух = 1,29 – коэффициент избытка воздуха уходящих газов;

 J_ух = 160 °C – температура уходящих газов /2/;

    Тогда объем дымовых газов и расчетный расход газов у дымососа будут равны соответственно:

  Расчетный напор определяется по формуле:

где  b₂=(1,05¸1,2)– коэффициент запаса по напору. Принято b₂=1,15;

ΔH_п = 1661,55Па – суммарный перепад напоров, который должен обеспечить дымосос;

  DH_г=(400¸800) Па – перепад полных напоров от котла до дымовой трубы. Принято  DH_г =700 Па.

  Тогда расчетный напор будет равен:

  Расчетный напор, приведенный к условиям построения заводской характеристики, определяется по формуле:

где - коэффициент приведения значения расчетного напора к условиям, при которых построена характеристика дымососа, определяемый по формуле:

где J_зав = 100 °C – температура, при которой получена характеристика машины

-плотность дымовых газов при нормальных условиях

    По  полученным значениям расчетного расхода  газов и приведенного расчетного напора для котла выбрано два центробежных дымососа двустороннего всасывания ДН-24х2 типа 0,62-40 c частотой вращения n=740 об/мин. и диаметром рабочего колеса 2,4 м. /1/. На расчетном режиме КПД составляет h=0,78, угол поворота лопаток составляет .     
 

     В данном курсовом проекте произведен аэродинамический расчет прямоточного парового котла паропроизводительностью перегретого пара и расходом промежуточного перегрева т/ч, давлением и температурой перегретого пара , температурой питательной воды , давлением и температурой пара на входе в промежуточный перегреватель МПа и °С , а выходе из него - МПа и °С, работающего на буром угле Татауровского месторождения, марки 2Б.  В результате расчетов были получены следующие результаты:

1 суммарное сопротивление газового тракта котла равно Dh=1488,27 Па;

2 перепад полных давлений ΔH_п = 1661,55 Па;

3 расчетный расход газов через один дымосос равен Q_р =403,01 (тыс·м³/ч);

4 расчетный напор газов, который рассчитывался с учетом сопротивления тракта от котла до дымовой трубы H_р =2715,78 Па;

5 выбрано два центробежных дымососа двустороннего всасывания ДН-24х2 типа 0,62-40 c частотой вращения n=740 об/мин. и диаметром рабочего колеса 2,4 м. На расчетном режиме КПД составляет h=0,78, угол поворота лопаток составляет .

1. С.И. Мочан Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). Изд.3-е. Л., «Энергия», 1977 г.
2. Лагарникова Н.М. Котел паровой Пп-380-30-560 БЖ. Пояснительная записка курсового проекта по дисциплине "Паровые котлы" КП 140502.36.000П3 /Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. - Барнаул: 2008. -139.

       В результате выполнения предыдущих частей курсового проекта для прямоточного парового котла паропроизводительностью перегретого пара и расходом промежуточного перегрева т/ч, давлением и температурой перегретого пара , температурой питательной воды , давлением и температурой пара на входе в промежуточный перегреватель МПа и °С , а выходе из него - МПа и °С, работающего на буром угле Татауровского месторождения, марки 2Б были получены следующие результаты:

      -  сконструирована П-образная топка с пережимом с жидким шлакоудалением. Температура газов на выходе из топки , температура уходящих газов ;

       - первичный пароперегреватель состоит  из трёх ступеней: навивки, верхняя часть которой работает как радиационный пароперегреватель, ширм и одной конвективной ступени пароперегревателя.

      - промежуточный перегреватель состоит  из двух конвективных ступеней, размещенных в конвективной шахте;

     - низкотемпературные поверхности  нагрева выполнены двухпоточными в полурассечку: две ступени трубчатого воздухоподогревателя и одна ступень экономайзера.

     В данной части курсового проекта  проводится аэродинамический  расчет газового тракта котла, целью которого является определение сопротивления всех элементов газового тракта, перепада полных напоров потока по этому тракту, расхода продуктов сгорания, а также выбор на этой основе типоразмеров и количества тягодутьевых машин.