Аэродинамический расчет котельной установки. Выбор тягодутьевого оборудования
5.1.Расчет высоты дымовой трубы.
Примем Н= 45 м
- скорость дымовых газов в оголовке трубы, рассчитывается по формуле:
Тогда внутренний диаметр трубы:
;
где:
- действительный объем продуктов сгорания топлива от одного работающего котла, м3/м3, вычисляется по формуле:
= 10,9 + 0,01616∙(1,3 - 1) ∙9,7 = 10,94 м3/ м3
- температура уходящих газов в оголовке трубы, 0С (по формуле
=tух- t=155-5=1500С ); t=5 0С – табличный перепад температур, зависящий от типа дымовой трубы, принимается для кирпича.
Примем W0 =8 м/с , тогда
м
5.2.Сопротивление дымовой трубы. Самотяга.
1.Сопротивление дымовой трубы складывается из сопротивления трения и потери с выходной скоростью.
где:
1) - сопротивление трения в трубе, вычисляется по формуле:
= =7,2 Па, где:
а) =0,890 кг/м3,
б) 0С- средняя температура газового потока на данном участке, принимается постоянной по всей длине газоходов, берется средней между значениями температуры на выходе из экономайзера и на входе в дымовую трубу.
2) Па, где =1- коэффициент местного сопротивления выхода.
3) =7,2+28,48=35,68 Па
2.Величина самотяги для дымовой трубы вычисляется по формуле:
5.3. Сопротивления участков тракта дымовых газов.
Сопротивление газового тракта от топки котла до дымососа и от дымососа до выхода газов из дымовой трубы будет складываться из суммы сопротивлений участков (см. план компоновки котельной):
hг = hк + hвэк + hБ + hз + h Д.ТР – HС, Па
где:
hк – сопротивление котла принимается равным 916 Па;
hвэк – сопротивление водяного экономайзера
hвэк=nв∙w2∙ρ=20∙68∙0,890= 1139,2 Па
hБ – суммарное сопротивление боровов-газоходов котла (считается), Па;
hз– сопротивление заслонки на дымососе (принимается равным 20 Па);
h Д.ТР – сопротивление дымовой трубы (принимается равным 35,68 Па );
HС– самотяга дымовой трубы, Па;
Аэродинамическое сопротивление какого-либо участка тракта складывается из сопротивления трения и местных сопротивлений:
Па
где сопротивление трения на отдельном участке, Па;
местные сопротивления на участке данного газохода, Па.
Для изотермического потока (при постоянной плотности и вязкости протекающей среды) сопротивление трения определяется по формуле:
, Па
где – коэффициент сопротивления трения, принимается равным 0,02
l – суммарная длина газохода – канала, м, вычисляется по чертежу, l=a+b+c+d+0,5+hвэк=25,8 м;
w – скорость протекающей среды ,принимается = 8 м/с;
– эквивалентный (гидравлический) диаметр, м;
– плотность протекающей среды, кг/м3.
Суммарную длину газохода-канала (борова) l измеряют от котла до дымовой трубы по чертежу.
Для расчета скорости газового потока необходимо знать: сечение борова
Fав = а∙в, м2; Эквивалентный диаметр борова подсчитывается по формуле ,
где F – площадь живого сечения канала, м2;
U – полный периметр сечения, омываемый протекающей средой (для цилиндрического канала dэ = d) , м.
Площадь живого сечения канала:
Тогда, a=b=
Эквивалентный диаметр 0,21 м
=0,02* =69,76Па
Местные сопротивления рассчитываются по формуле:
, Па
где – коэффициент местного сопротивления, зависящий от геометрической формы участка принимается по справочнику.
– коэффициент местного сопротивления, зависящий от геометрической формы участка.
= =5*1,2+0,3+2,65+2,5=11,45
n- число поворотов на 90º;
ζ90- коэффициент местного сопротивления колена 90º;
ζш- коэффициент местного сопротивления шибера;
ζт- коэффициент местного сопротивления тройника;
ζд-коэффициент местного сопротивления диффузора;
=11,45*
=69,77+326,09=395,86Па
Тогда, сопротивление газового тракта:
hг = hк + hвэк + hБ + hз + h Д.ТР – HС=916+1139,2+395,86+20+35,68-138,47=2368,27Па
5.4. Сопротивления участков воздушного тракта.
Суммарное сопротивление воздушного тракта hв считается по формуле
Па
где hсл – сопротивление горелочного устройства, Па; для газообразного топлива принимаем hсл = 800 Па;
hш – сопротивление регулирующего шибера,принимается равным 50 Па.
hВВ– сопротивление отдельных элементов воздушного тракта, Па;
Сопротивление отдельных элементов воздушного тракта рассчитывается по формулам, приведенным выше как для элементов газового тракта. Основные формулы:
; ;где
– плотностьвоздуха при температуре tхв, кг/м3, вычисляется по формуле:
= кг/м3;
Скорость воздуха принимается равной 8м/с, коэффициент сопротивления =0,02. Расчетная схема воздушного тракта:
Суммарную длину воздуховода измеряют от сетки, через которую производится забор воздуха, до горелки.
При расчете воздушного тракта расход воздуха определяется по формуле, м3/с
где – расчетный расход топлива, м3/с;
– теоретическое количество воздуха, м3/м3;
– коэффициент расхода воздуха в топке котла;
=20 – температура холодного воздуха, принимается по заданию, °С.
м3/с
Сечение воздуховодов подбирается по скорости движения воздуха, для всего воздушного тракта( от сетки до горелки) принимаем , что скорость воздуха одна и та же w=7 м/c;Тогда, площадь живого сечения:
Тогда, a=b=
Эквивалентный диаметр м,
=0,02* ,
Местные сопротивления рассчитываются по формуле:
, Па
где – коэффициент местного сопротивления, зависящий от геометрической формы участка принимается по справочнику.
= =5*1,2+0,3+2,65+2,5=11,45
n- число поворотов на 90º;
ζ90- коэффициент местного сопротивления колена 90º;
ζш- коэффициент местного сопротивления шибера;
ζт- коэффициент местного сопротивления тройника;
ζд-коэффициент местного сопротивления диффузора;
=11,45* ,
5.5.Выбор дымососа и вентилятора.
Дымосос и вентилятор должны преодолеть суммарные сопротивления газового и воздушного трактов при соответствующих расходах дымовых газов и воздуха для одного котла.
Расчетная производительность для дымососа( вентилятора), м3/ч
где :
V – расход продуктов сгорания для дымососа или расход воздуха для вентилятора, м3/с
При подборе дымососа расход продуктов сгорания рассчитывается по формуле:
Где : – присосы воздуха в газоходах за водяным экономайзером; принимается равным 0,15м3/м3;
=141,034 °С - температура продуктов сгорания у дымососа, на выходе из экономайзера.
=9,78– теоретическое количество воздуха,м3/м3;С.
– коэффициент запаса по производительности, принимается для дымососа и вентилятора равным 1,05;
– барометрическое давление в месте установки машины, 760 мм рт. ст.
Расчетное полное давление (напор) Hр, которое должен создавать дымосос (вентилятор), определяется по формуле:
где 2 –коэффициент запаса по напору принимается для дымососа и вентилятора равным 1,1;
–суммарное сопротивление газового (воздушного) тракта, Па.
В связи с тем, что напорные характеристики машин, приводимые в каталогах, составлены для работы на воздухе при абсолютном давлении 760 мм рт. ст., необходимо полное расчетное давление привести к условиям, указанным в каталоге, по формуле:
где Hрпр –приведенный напор, Па;
– плотность перемещаемых газов при 0 °С и 760 мм рт. ст., кг/м3; для воздуха принимается равной 1,293 кг/м3, для продуктов сгорания принимается равной 1,35; кг/м3,
t – температура продуктов сгорания воздуха перед машиной, °С,
t= ;
tхар – температура, для которой в каталоге приводится напор машины (для дымососов 200°С, для вентиляторов 30°С), °С.
Мощность, потребляемая дымососом (вентилятором), определяется по формуле:
- КПД машины, принимается равным 83%,
Расчетная мощность электродвигателя( кВт) определяется по потребляемой
мощности с коэффициентом запаса
Электродвигатель выбирается по мощности из перечня двигателей, рекомендованных заводом- изготовителем.
1) вентилятор
= 1,05*4,4*760/760*3600 = 16632 м3/ч
,
На основе расчета выбирается вентилятор дутьевого типа ВДН:
Марка вентилятора | Производительность, М3/ч | Напор при t=30 0С, кПа | КПД,% | Масса без двигателя, кг | Тип двигателя, мощность |
ВДН-10 | 19,60*103 | 3,45 | 4А-180М4 (30 кВт) 4А-160S6 (11 кВт) |
2)дымосос
= 1,1*6,18*760/760*3600 = 24472,8 м3/ч
На основе расчета выбирается дымосос центробежный типа ДН:
Марка дымососа | Произв., м3/ч | Напор при t 0C кПа | КПД,% | Масса без двигателя, кг | Тип двигателя, мощность |
ДН-11,2 | 27,65*103 | При 200 0C 2,76 | 4А-200L4(450 кВт) 4А-200M6(22 кВт) |