Общие теоретические положения и методические рекомендации.

Если абсолютное давление среды не более, чем на 10 % выше атмосферного, то его условно называют низким. Плотность и температуру воздуха в процессе истечения принимают неизменными. Скорость истечения, м/с, рассчитывается по формуле:

, (3.21)

где j= 0,85¸0,9 - коэффициент, учитывающий потери при истечении;

W₁ - скорость перед соплом, которую предварительно можно принять равной 0;

r_в - плотность воздуха, приведенная к действительным условиям.

Площадь поперечного сечения кольцевой щели (рисунок 3.3) для истечения воздуха F определяется из уравнения неразрывности (сплошности):

(3.22)

Диаметр кольцевой щели D рассчитывается с учетом наружного диаметра сопла Лаваля:

(3.23)

Расход воздуха, подаваемого в горелку и необходимого для сжигания топлива, определяется по формуле:

(3.24)

Гидравлический расчет дымового тракта и тягового средства

Гидравлический расчет дымового тракта необходим для последующего выбора тягового средства (дымососа, эжектора, дымовой трубы). Если одно тяговое средство обслуживает несколько параллельных трактов, то выбор его производится по сопротивлению наиболее напряженного тракта (а не по сумме сопротивлений всех параллельных трактов).

Простейшим тяговым средством является дымовая труба. В курсовой работе необходимо произвести расчёт дымовой трубы и сделать вывод о её целесообразности применения.

Критерием для определения целесообразности применения дымовой трубы является определение номинальной высоты трубы. Высота трубы не должна превышать 50 - 60 м. Если же данное условие не выполняется, то необходима установка дымососа для обеспечения искусственной тяги.

Расчет дымового тракта

Общее сопротивление дымового тракта, Па (рисунок 3.7), рассчитывается как сопротивление газохода низкого давления и состоит из потерь давления на трение, в местных сопротивлениях и потерь геометрического давления (гидростатических сопротивлений):

(3.25)

Потери на трение, Па, рассчитываются по участкам тракта по формуле:

(3.26)

где =0,04¸0,05 для бетонных и кирпичных каналов при турбулентном режиме течения;

- динамическое давление, Па;

В - барометрическое давление, кПа;

- избыточное давление (разрежение), кПа; в начале участка;

- гидравлический диаметр канала, м, ;

- расчетное поперечное сечение канала, ;

П - периметр сечения, м.

Скорость газа при нормальных условиях

Расход газа, м³/с, по длине бетонного или кирпичного газохода увеличивается за счет присосов атмосферного воздуха, поэтому средний расход на каждом участке определяется как

где V_н – расход газа в начале участка.

Потери в местных сопротивлениях и гидростатические потери рассчитываются по формулам (3.5) и (3.6).

1 - теплоэнергетический объект (печь);

2 - дымовой канал;

3 - рекуператор;

4 - дымовой шибер;

5 - дымовая труба.

Рисунок 3.7 - Схема дымового тракта

Расчет следует начинать с определения расхода дымовых газов (продуктов горения):

Затем нужно составить таблицу (таблица 3.4), в которую сначала вносят последовательно все сопротивления по ходу продуктов горения от печи до дымовой трубы.

После этого в таблице заполняют графу "расход газа" с учетом присоса атмосферного воздуха продуктом горения в количестве 0,2 ¸ 0,3 % на один метр длины тракта (расчетный расход газа ), начальный расход газа на каждом последующем участке больше, чем на предыдущем, на величину присосов: и т.д.) и графу "температура" с учетом падения температуры газов на 1 ¸ 1,5 °С/м длины дымового тракта. Дальнейший расчет ведется для каждого вида сопротивления по указанным выше формулам с использованием справочников по гидравлическим сопротивлениям. Дымовой шибер считать открытым на 75 %. Суммарный коэффициент местного сопротивления рекуператора дан в задании.

При параллельном соединении каналов расчет ведется по каналу с большим сопротивлением, поэтому полученное при расчете падение давления на участке печь – слияние потоков следует сравнить с заданным сопротивлением параллельного тракта P_S2.

Таблица 3.4 - Расчет гидравлических сопротивлений дымового тракта

Вид сопротивлений	Расход газа,	Температура,	Расчётное сечение,	Расчёт-ная скорость	Динамическое давле-ние, Па	Км.с	Потери давле-ния, Па	Давле-ние, Па	Ссылка на литературу, стр.
Резкое сужение на выходе из печи
Трение на участке
Резкий поворот на
Гидростатические потери при опускании на глубину h
Трение на участке
……

3.4.2 Расчёт дымовой трубы

Дымовые трубы могут выполняться железобетонными, металлическими, кирпичными и со стволом из кремнебетона. Основным типом труб являются железобетонные с кирпичной футеровкой внутри.

Дымовые трубы должны выполняться кирпичными или железобетонными. Металлические трубы следует применять диаметром не более 0,8— 1,0 м. Применение металлических дымовых труб диаметром более 1,0 м допускается только при обосновании их технико-экономической целесообразности.

Выбор соответствующего типа дымовой трубы следует производить в соответствии с таблицей 3.2.

Внутренний диаметр дымовой трубы определяется по сумме расходов продуктов горения, уходящих из всех промтеплоэнергетических установок.

Для цилиндрической трубы внутренний диаметр имеет неизменное значение по всей высоте.

Значение оптимальной скорости дымовых газов на выходе из кирпичных и железобетонных труб определяется по рисунку 3.8.

Таблица 3.2 - Унифицированный ряд типоразмеров дымовых труб

Высота трубы	Диаметр на выходе do, м	Исполнение		Высота трубы	Диаметр на выходе do, м
0,75	0,90	1,05	1,2	1,5	1,8	2,1	2,4	3,0	3,6	4,2	4,8	6,0	7,2	8,4	9,6		0,4	0,5	0,63	0,8	1,0
																	Цилиндрические или конические		21,4
																		21,6
																		23,3
																		31,8
																		33,8
																		44,2
																	Конические
																			кирпичные или монолитные железобетонные
																			монолитные железобетонные
																			металлические

Расчет дымовой трубы заключается в определении высоты, а также диаметров нижнего и верхнего сечений. Высота трубы, м, ориентировочно может быть рассчитана по формуле

(3.27)

где - расчетное разрежение, создаваемое у основания дымовой трубы, Па, =(1,3…1,5)

- суммарное сопротивление наиболее напряженного из параллельных трактов, Па;

1.3¸1.5 - коэффициент запаса, учитывающий возможное форсирование работы печи, а также засорение каналов;

- плотность наружного воздуха при наибольшей температуре в летнее время,

- плотность продуктов горения в дымовой трубе.

1 - Н =120 м;

2 - Н = 100 м;

3 - Н = 60 - 80 м трубы установок малой мощности, отопительных и промышленных, включенных в энергосистему;

4 - Н = 60 м;

5 - Н = 60 м; то же промышленных, не включенных в энергосистему;

6 - Н = 30 - 45 м.

Рисунок 3.8 - Экономические скорости дымовых газов на выходе из кирпичных и железобетонных труб установок средней и малой мощности

Уточнённое значение Н рассчитывается с учётом потерь давления в дымовой трубе, изменения температуры газов по высоте трубы, конусности ствола трубы:

(3.28)

где - средняя по высоте трубы температура наружного воздуха,

- температура воздуха у основания трубы, °С;

- температура продуктов горения в устье трубы,

здесь - падение температуры на один метр высоты трубы ;

- температура продуктов горения у основания трубы, °С

=0,5( + );

- средний диаметр дымовой трубы, =0,5( );

Диаметр устья рассчитывается по скорости газов на выходе из трубы из соображений удобства обслуживания

- скорость продуктов горения у основания трубы, м/с.

Расчет диаметра устья, , производится по суммарному расходу дымовых газов:

;

По санитарным нормам высота трубы должна быть не менее 25 м.

Расчет дымовой трубы рекомендуется вести в следующей последовательности: выбор скорости горения продуктов горения в устье трубы, расчет диаметра устья и основания; определение ориентировочно высоты трубы; температур продуктов горения и окружающего воздуха по высоте трубы; уточненный расчет высоты дымовой трубы, сопоставление с санитарными нормами и окончательный выбор высоты трубы (результат рекомендуется округлить в большую сторону до ближайших 5 или 10 метров).

3.4.3 Выбор дымососа

Применение искусственной тяги обусловлено невозможностью обеспечить необходимое разрежение при помощи дымовой трубы или когда необходимо сооружение очень большой дымовой трубы (высота трубы не должна превышать 50 - 60 м.).

На основании аэродинамического расчета на номинальную нагрузку теплоэнергетического агрегата расход дымовых газов перед дымососом при t_Г, Р_бар=760 мм рт. ст., и r_г составляет V [м^з/ч], а перепад полных давлений в тракте, определенный с учетом среднего барометрического давления для места установки котельного агрегата Р_бар = 730 мм рт. ст. DН [мм вод. ст.].

Определяется расчетный режим дымососа, включающий нормативные запасы:

Q_p = 1,1×V×(760/730)

Н_р = 1,2×DH.

Указанные данные следует привести к нормальной плотности, для которой даются характеристики дымососов заводами-изготовителями (воздух r₀ = 1,29 кг/м³; Р_бар = 760 мм рт. ст., t = 100° С или 200° С).

Переходный коэффициент

для 100 ^оС.

и

для 200 ^оС.

Приведенные параметры расчетного режима составят:

Н_р^пр = К_r100 Нр для 100° С;

и

Н_р^пр = К_r200 Нр для 200° С;

Из сводных графиков характеристик дымососов (рисунок 3.9 -3.12) выбираем наиболее подходящий дымосос.

Рисунок 3.9 - Сводный график характеристик центробежных дымососов двустороннего всасывания типа 0,7-37 и 0,8-37 (t = 200° С. n — частота вращения, об/мин)

Рисунок 3.10 - Сводный график характеристик центробежных дымососов одностороннего всасывания типа 0,55-40-1 (t = 100° С, n — частота вращения, об/мин)

Рисунок 3.11 - Сводный график характеристик центробежных дымососов одно- и двустороннего всасывания типа 0,62-40 (t == 100° С; n - частота вращения 740 об/мин)

Рисунок 3.12 - Сводный график характеристик осевых дымососов (t = 100 ^оС, n - частота вращения, об/мин)