Аэродинамическое сопротивление воздухоподогревателя

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

Размеры воздухоподогревателя:

h = 2500 мм, b = 4000 мм, l = 4000 мм;

Диаметр и толщина труб: d = 40 мм; s = 3 мм;

Количество труб: Z₁ = 49, Z₂ = 79;

Расстояние между осями труб: S₁ =80 мм; S₂ = 50 мм;

Площадь живого сечения пучка равна:

(м).

Средняя температура дымовых газов в воздухоподогревателе:

°С.

Средний объём дымовых газов, уходящих из воздухоподогревателя:

(м³ /с).

Объём дымовых газов в воздухоподогревателе:

(м³/ч).

Скорость движения дымовых газов в воздухоподогревателе:

(м/с).

Сопротивление трения в трубах рассчитывается по формуле:

,

где Δh′_гр — зависит от средней температуры потока и от скорости потока, Δh′_гр = 9 мм вод. ст./м;

С_ш — поправочный коэффициент на шероховатость, С_ш = 0,92;

l — общая длина труб, м; (l = 4м)

(мм вод. ст.) = 315,88 (Па).

Сопротивление при входе в трубы и при выходе из них вычисляется по формуле:

,

где m — количество последовательно расположенных по ходу газа отдельных кубов, m = 1;

ξ_вх и ξ_вых — коэффициенты входа и выхода определяются в зависимости от отношения суммарной площади живого сечения труб к площади живого сечения газохода до и после воздухоподогревателя.

.

При = 0,33 коэффициенты местного сопротивления при входе и выходе дымовых газов в трубочки воздухоподогревателя равны соответственно ξ_вх = 0,345 и ξ_вых = 0,53.

Плотность дымовых газов в воздухоподогревателе:

(кг/м³).

Динамический напор:

(Па).

Тогда

(Па).

В итоге сопротивление воздухоподогревателя равно:

(Па).

Аэродинамическое сопротивление газоходов в тракте

Расчет участка 1–2

Данный участок газохода соединяет выход котла с пароперегревателем.

Объём дымовых газов, проходящих через участок, равен объёму дымовых газов, выходящих из котла, т. е. V_1-2 = 376124,175 (м³/ч).

Площадьпоперечного сечения:

(м²).

Соответственно полученной площади выбираем размеры ивид трубы:

труба 3150×3350 мм.

Площадь живого сечения:

(м²).

Эквивалентный диаметр газохода:

(м).

Скоростьдымовых газов в трубе:

(м/с).

Динамическийнапор:

(Па).

Рассчитываем потери от трения:

(Па).

Труба соединяется с выходом котла (3150×3350 мм) без местных сопротивлений.

Вход пароперегревателя соединяется с трубой с помощью резкого расширения: начальное сечение 3150×3350 мм, конечное — 6300×4000 мм.

Отношение площади меньшего сечения к площади большего сечения

.

Тогда .

Потери давления в местных сопротивлениях составляют:

Па.

Суммарные потери давления на участке:

(Па).

Расчет участка 3–4

Данный участок газохода соединяет пароперегреватель сводяным экономайзером.

Объём дымовых газов, проходящих через участок равен:

(м³/ч).

Площадь поперечного сечения:

(м²).

Соответственно полученной площади выбираем размеры и вид трубы:

труба 4500×1800 мм.

Площадь живого сечения:

(м²).

Эквивалентный диаметр газохода:

(м).

Скорость дымовых газов в трубе:

(м/с).

Плотностьдымовых газов при 715 °С:

(кг/м³).

Динамическийнапор:

(Па).

Рассчитываем потери от трения:

(Па).

Выход пароперегревателя соединяется с трубой с помощью пирамидального конфузора (6300×4000 мм → 4500×1800 мм). Коэффициент местного сопротивления пирамидального конфузора находится в зависимости от большего угла сужения α, который в данном случае будет при уменьшении ширины пароперегревателя до ширины трубы:

.

Получаем α = 48,5°. Так как угол 20° < α < 60°, то коэффициент местного сопротивления конфузора ξ = 0,1.

Коэффициент местного сопротивления поворота на угол 90° ξ = 1.

Труба соединяется с входом водяного экономайзера с помощью резкого расширения (4500×1800 мм → 5250×4000 мм).

Отношение площади меньшего сечения к площади большего сечения равно:

.

Тогда ξ_вых = 0,4.

Потери давления в местных сопротивлениях составляют:

(Па).

Суммарные потери давления на участке:

(Па).

Расчет участка 5–6

Данный участок газохода соединяет водяной экономайзер с воздухоподогревателем.

Объём дымовых газов, проходящих через участок, равен:

(м³/ч).

Площадь поперечного сечения:

(м²).

Соответственно полученной площади выбираем размеры и вид трубы:

труба 3550×2240 мм.

Площадь живого сечения:

(м).

Эквивалентный диаметр газохода:

(м).

Скорость дымовых газов в трубе:

(м/с).

Плотность дымовых газов при 505°С:

(кг/м³).

Динамический напор:

(Па).

Рассчитываем потери от трения:

(Па).

Выход водяного экономайзера соединяется с трубой с помощью пирамидального конфузора (5250×4000 мм → 3550×2240 мм). Больший угол сужения в данном конфузоре будет при уменьшении ширины водяного экономайзера до ширины трубы:

.

Получаем α= 46,1°. Так как 20° < α < 60°, то коэффициент местного сопротивления конфузора ξ = 0,1.

В конце участка 5–6 труба присоединяется к входу воздухоподогревателя (4000×4000мм). Для присоединения трубы 3550×2240 мм необходимо установить пирамидальный диффузор.

Коэффициент местного сопротивления диффузора в прямом канале рассчитывается по формуле.

.

Отношение меньшего сечения к большему равно:

,

тогда ξ_вых = 0,25.

Длину диффузора принимаем равной 2500 мм.

.

Угол раскрытия:

.

По углу α определяем, что φ_р = 1,05.

.

Коэффициент местного сопротивления каждого из двух поворотов на угол 90° ξ = 1

Потери давления в местных сопротивлениях:

(Па).

Суммарные потери давления на участке:

(Па).

Участок 7–8

Данный участок газохода соединяет воздухоподогреватель с всасывающим карманом, который направляет дымовые газы в дымосос.

На данном участке находится 1 поворот на 90° Коэффициент местного сопротивления поворота на угол 90° ξ = 1

Объём дымовых газов, проходящих через участок, равен объёму дымовых газов, уносимых дымососом, т. е (м³/ч).

Площадь поперечного сечения:

(м²).

Соответственно полученной площади выбираем по ГОСТу размеры ивид трубы:

труба 1600×3150 мм.

Площадь живого сечения:

(м²).

Эквивалентный диаметр газохода:

(м).

Скорость дымовых газов в трубе:

(м/с).

Плотность дымовых газов при 150 °С равна:

(кг/м³).

Динамический напор:

(Па).

Потериот трения составляют:

(Па).

Соединение воздухоподогревателя с трубой — с помощью конфузора (4000×4000 мм → 1600×3150 мм). Больший угол сужения в данном конфузоре будет при уменьшении ширины воздухоподогревателя до ширины трубы:

Получаем α = 51,3°. Так как 20° < α < 60°, то коэффициент местного сопротивления конфузора ξ = 0,1.

Чтобы рассчитать потери давления во всасывающем кармане и в соединении трубы участка с карманом, необходимо знать размеры входного отверстия кармана, которые определяются в зависимости от размера выходного отверстия, равного размеру входного отверстия дымососа. Для этого необходимо выбрать дымосос. Определим потери давления на участке 8–9 и в дымовой трубе, а также самотягу в дымовой трубе. Рассчитаем при ближённое давление, создаваемое дымососом, по которому выберем дымосос. Затем, пересчитав потери на участках 7–8 и 8–9, определим истинное значение напора, создаваемого дымососом. Если же такой напор дымосос не может создать, то необходимо выбрать другой.

Потери давления в конфузоре:

(Па).

Суммарные приближённые потери давления на участке: (Па).

Участок 8–9

Данный участок газохода соединяет выход дымососа с дымовой трубой.

На данном участке находится 2 поворота на угол 90°. Коэффициент местного сопротивления поворота на угол 90° ξ = 1

Объём и плотность дымовых газов, проходящих через данный участок, остаются неизменными по сравнению с участком 7–8, если принять размеры трубопровода на данном участке такими же, как и на участке 7–8, то не изменится скорость дымовых газов, а соответственно и динамический напор.

(м³/ч).

Потери от трения:

(Па).

Газоход присоединяется к дымовой трубе с помощью цоколя с подводом одиночного газохода с размерами:

b = 3350 мм; a = 0,9 · h = 0,9 · 3350 = 3015мм.

Присоединение газохода с цоколем осуществляется при помощи резкого расширения (1600×3150→ 3015×3350 мм). Отношение меньшего сечения к большему равно:

,

тогда ξ_вых = 0,25.

Потери давления в местных сопротивлениях составляют:

(Па).

Суммарные потери давления на участке составляют:

(Па).

Суммарные потери давления в газоходах:

(Па).