Аксонометрическая схема воздушного тракта

Введение

В данной курсовой работе необходимо выполнить аэродинамический расчет котельной установки. Для организации процесса горения котлоагрегаты оснащаются тягодутьевыми устройствами: дутьевыми вентиляторами, подающими воздух в топку, дымососами для удаления из котла дымовых газов, а также дымовой трубой. Современные котлоагрегаты имеют индивидуальные дымососы и дутьевые вентиляторы. Для того чтобы подобрать необходимые тягодутьевые устройства и выполняют аэродинамический расчет котлоагрегата, который состоит из двух частей. Вначале выполняется расчёт воздушного тракта котлоагрегата. Целью этого расчета является подбор дутьевого вентилятора. Вторая часть включает в себя расчёт газового тракта. Главной задачей этого расчета является подбор дымососа и дымовой трубы. Все необходимые данные представлены в задании для вполнения курсовой работы.

1. Теоретическая часть

Аэродинамический расчёт котельной установки-это расчет, в результате которого определяют аэродинамические сопротивления газовоздушного тракта как установки в целом, так и различных ее элементов. Нормальная работа котельной установки возможна при условии непрерывной подачи в топку воздуха и удаления в атмосферу продуктов сгорания после их охлаждения и очистки от твердых частиц. Подача и отвод продуктов сгорания в необходимых количествах обеспечиваются сооружением газовоздушных систем с естественной и искусственной тягой. В системах с естественной тягой, применяемой в котельных установках малой мощности с невысокими аэродинамическими сопротивлениями по газовому тракту, сопротивление движению воздуха и продуктов сгорания преодолевается за счет тяги, создаваемой дымовой трубой. Когда котельная установка оборудована экономайзером и воздухоподогревателем и ее сопротивление по газовому тракту значительно превышает 1 кПа, систему газовоздушного тракта оборудуют вентиляторами и дымососами. В котельной установке с уравновешенной тягой воздушный тракт работает под избыточным давлением, создаваемым вентиляторами, а газовый — под разрежением; в этом случае дымосос обеспечивает разрежение в топке, равное 20 Па. Расчет сопротивления газового и воздушного трактов паровых и водогрейных котлов выполняют в соответствии с нормативным методом. При изменении паропроизводительности котельной установки или вида сжигаемого топлива производят пересчет сопротивлений трактов.
Движение газов в газовоздушном тракте сопровождается потерей энергии, затрачиваемой на преодоление сил трения потока газа о твердые поверхности. Сопротивления, возникающие при движении потока, условно делятся на: сопротивление трения при течении потока в прямом канале постоянного сечения, в т.ч. при продольном омывании пучка труб; местные сопротивления, связанные с изменением формы или направления потока, которые условно считают сосредоточенными в одном сечении и не включающими сопротивление трения;
Схемы газового и воздушного трактов должны быть просты и обеспечивать надежную и экономичную работу установки. Целесообразно применять индивид, компоновку хвостовых поверхностей нагрева, золоуловителей и тягодутьевых устройств без обводных газоходов и соединит, коллекторов. На протяжении. прямых участках рекомендуются газовоздухопроводы круглого сечения как менее металлоемкие и с меньшим расходом теплоизоляции по сравнению с квадратными и прямолинейными. Газоходы паровых и водогрейных котлов, работающих на взрывоопасных видах топлива, не должны иметь участков, в которых возможны отложения несгоревших частиц, сажи, а также плохо вентилируемых зон. Общий перепад давлений в котельной установке складывается из перепадов давлений на отд. элементах. У агрегатов, работающих под разрежением, суммарный перепад определяют раздельно для воздушного и газового трактов. В котлоагрегате под наддувом рассчитывают общее газовоздушное сопротивление.

Котельная установка –это комплекс устройств, предназначенных для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию горячей воды или пара требуемых параметров.

В зависимости от назначения различают следующие типы котельных установок:

1)энергетические, вырабатывающие пар для паротурбогенераторов;

2)производственно-отопительные, вырабатывающие пар и нагревающие воду для удовлетворения технологических потребностей производства, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;

3)отопительные, вырабатывающие теплоту для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а также для промышленных и коммунальных предприятий;

3)смешанного назначения, вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых двигателей, технологических нужд, отопительно-вентиляционных установок и горячего водоснабжения.

Котельные установки по виду вырабатываемого теплоносителя разделяют на три основных класса: паровые котельные установки для производства водяного пара, водогрейные котельные установки для получения горячей воды и смешанные котельные установки, оборудованные паровыми и водогрейными котлами, используемыми для получения пара и горячей воды одновременно или попеременно.

Котельная установка состоит из котельного агрегата и вспомогательного оборудования.

Состав котельного агрегата :

1) топочное устройство;

2) паровой котел;

3) пароперегреватель;

4) водяной экономайзер;

5) воздухоподогреватель;

6) газоходы и др.

К вспомогательному оборудованию относятся дутьевые вентиляторы, дымососы, питательные, подпиточные и циркуляционные насосы, водоподготовительные установки, системы топливоподачи, золоулавливания и шлакозолоудаления. При сжигании газообразного топлива к вспомогательному оборудованию относится газорегуляторный пункт или газорегуляторная установка.

Для организации процесса горения котлоагрегаты оснащаются тягодутьевыми устройствами: дутьевыми вентиляторами, подающими воздух в топку, дымососами для удаления из котла дымовых газов, а также дымовой трубой, устанавливаемой, как правило, общей для всех котлоагрегатов.

Газовоздушный тракт включает в себя воздухопроводы холодного и горячего воздуха, калориферы для подогрева воздуха перед воздухоподогревателем, запорные и регулирующие органы, тягодутьевые машины, элементы собственно парогенератора, золоуловители, газопроводы и дымовые трубы.

В котлах с уравновешенной тягой раздельно рассчитываются перепады давлений в воздушном тракте, от места забора воздуха из окружающей атмосферы до выхода воздуха в топку, и в газовом тракте, от топки до выхода газов из дымовой трубы. Основная часть воздушного тракта, от вентилятора до выхода в топку, находится под давлением, а газовый тракт в основном, за исключением иногда части участка между дымососом и дымовой трубой — при разрежении. Нулевое давление, близкое к атмосферному, поддерживается в топке.

Дымососы предназначаются для удаления дымовых газов из котельной установки, так как при наличии в котельном агрегате водяного экономайзера и воздухоподогревателя общее газовое сопротивление становится настолько большим, что естественная тяга, создаваемая дымовой трубой даже очень большой высоты становится недостаточной для его преодоления.

Пароперегреватель предназначается для повышения температуры и энтальпии пара, полученного в котле, с целью повышения экономичности всей паросиловой установки. В водяном экономайзереиспользуют теплодымовых газов, уходящих из котла, для подогрева воды, подаваемой в котёл, а в воздухоподогревателе – для подогрева воздуха, поступающего в его топку.

Дутьевые вентиляторы устанавливают для того, чтобы при подаче воздуха в топку преодолеть сопротивление горелок или слоя топлива на решётке, а также сопротивление воздухоподогревателя.

При сжигании твёрдого топлива образуются зола и шлак. Зола уносится из топки дымовыми газами в газоходы котельной установки, а из них через дымовую трубу – в атмосферу, что приводит к загрязнению воздушного бассейна и окружающей территории. Зола, проходя через дымососы, сильно изнашивает их, что приводит к частому ремонту. Во избежание негативного действия золы и шлака котельные установки, предназначенные для работы на твёрдом топливе, оснащают золоуловителем, в котором дымовые газы очищаются от золы, унесённой из топки. Золоуловитель устанавливается перед дымососами. Зола, уловленная в нём, удаляется через золоспускное устройство. Шлак из топки удаляется через шлакоспускные устройства. Уловленная в золоуловителе зола, также как и шлак, спущенный из топки, поступает в систему шлакозолоудаления для отвода в золовой отвал.

Для подачи в котёл воды, подлежащей испарению, служит питательная установка. Основой частью её являются питательные насосы с электрическим и паровым приводами, развивающие давление, необходимое для преодоления давления пара в котле и сопротивления всей системы питательных линий. Питательные насосы являются ответственным элементом котельной установки. Поэтому число, производительность и вид привода питательных насосов, подлежащих установке в котельных различного назначения, строго регламентированы. Другой частью питательной установки являются питательные баки, назначение которых – принять и хранить некоторое количество питательной воды, с тем чтобы исключить опасность перерыва в питании котлов из-за её отсутствия. В котельных установках электростанций предусматривается подогрев питательной воды отборным паром от турбин в подогревателях.

Природная вода содержит механические и коллоидальные примеси, растворённые соли и воздух. Некоторые соли выделяются из воды в процессе её нагревания и испарения в котле и оседают на внутренних стенках поверхностей нагрева в виде плотной, трудноотделимой накипи, которая ухудшает передачу тепла через стенку и может вызвать разрушение металла в результате его перегрева. Другие соли выпадают в объёме котловой воды в виде мелкодисперсных взвешенных частиц, что приводит к появлению в котле подвижного осадка, называемого шламом, который также может послужить причиной аварии котла. Поэтому воду, предназначенную для подачи в котёл, приходится предварительно осветлять и умягчать, доводя содержание в ней солей, образующих накипь и шлам, до технически возможного минимума. Для этого сооружают специальную водоподготови тельную установку, в которую входят устройства для осветления и умягчения воды. Исходная вода подаётся в водоподготовительную установку насосом из бака.

Кислород растворённого в воде воздуха, попадая в котёл, вступает в реакцию с металлом и вызывает его коррозию. Это приводит к необходимости освобождать питательную воду от растворённого в ней воздуха, что осуществляют в особом устройстве, называемом деаэратором.

Пар, образующийся в паровом котле, выносит капельки влаги, в которых содержится некоторое количество растворённых солей. Попадая в пароперегреватель, эти капли влаги испаряются, а содержащиеся в них соли оседают на внутренних стенках его труб, что может привести к их пережогу; эти соли попадают также в паровую турбину, где они оседают во входном клапане турбины и на её лопатках, нарушая нормальную работу турбины. В связи с этим в паровых котлах устанавливают сепарационные устройства, предназначенные для отделения капель влаги от пара, выходящего из котла.

2. Аэродинамический расчёт воздушного тракта

Целью расчёта является подбор дутьевого вентилятора. Для подбора вентилятора, необходимо знать м³/ч, и напор Н_в, Па. Все исходные данные (температура воздуха, живое сечение, средняя скорость и др.) берутся из задания.

Производительность вентилятора определяется по формуле:

,

где β₁ — коэффициент запаса по производительности;

V_в — количество воздуха, необходимое для подачи в топку котла, м³/ч,

,

(м³/ч).

Тогда (м³/ч).

Значения В_р, V₀, α_т, Δα_т, Δβ_вп, t_хв, β₁, берутся из задания.

Напор, развиваемый вентилятором, находится по формуле:

,

где β₂ — коэффициент запаса по напору, β₂ = 1,1;

ΔР_В — аэродинамическое сопротивление воздушного тракта котлоагрегата.

Расчёт ΔР_В, Па, ведётся в следующей последовательности:

составляется аксонометрическая схема воздушного тракта котлоагрегата от воздухозаборного патрубка до самой последней горелки;

весь тракт разбивается на участки (на участках должен быть постоянный расход и средняя скорость);

для каждого участка определяются потери давления от трения и от местных сопротивлений;

найденная сумма потерь давления ΣΔP прибавляется к сопротивлению горелочного устройства ΔР_гор:

.

Аксонометрическая схема воздушного тракта

Рис. 1 Воздушный тракт