Аэродинамический расчёт воздушного тракта котла и выбор вентилятора

                                                       ВВЕДЕНИЕ

 

Аэродинамический расчет котельной установки - расчет, в результате которого определяют аэродинамическое 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 аэродинамическим 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.

Схемы газового и воздушного трактов должны быть просты и обеспечивать надежную и экономичную работу установки. Целесообразно применять индивидуальную компоновку хвостовых поверхностей нагрева, золоуловителей и тягодутьевых устройств без обводных газоходов и соединительных коллекторов. На  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 отдельных элементах. У агрегатов, работающих под разрежением, суммарный перепад определяют раздельно для воздушного и газового трактов. В котлоагрегате под наддувом рассчитывают общее газовоздушное сопротивление.

В курсовом проекте рассчитана схема воздушного тракта котла, подобран дутьевой вентилятор.

 

 

 

1. Аэродинамический расчёт воздушного тракта котла и выбор вентилятора

 

1. Исходные данные для расчета

 

Расчет ведется по схеме, представленной на рис. 1.1.

 

Рис. 1.1 Схема воздушного тракта котла

 

Воздушный тракт котла КВ-ТС-30 состоит из футерованных коробов. Воздух с температурой 0С забирается с улицы (в летнее время), либо из помещения котельной (в зимнее время). Дутье осуществляется дутьевым вентилятором. Воздух в необходимом количестве поступает под колосниковую решетку котла. Всего котлов на станции 4.

Исходные данные для расчёта воздушного тракта котла представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Исходные данные для расчета воздушного тракта котла

№ Варианта	Qв1, м3/с	αт	nг/dг/ξг	nф/dф/ξф	№ схемы	rH20	nкрк
6	12,0	1,35	6/0,12/2,5	6/0,09/2,5	В28-3	0,10	4

 

 

 

 

Таблица 1.2

Исходная таблица элементов воздушного тракта

Вариант  В28-3
1в	2в		3в	4в	5в	6в	7в
L= 4м	(SН1 + SН2)/SК = 1,8					SН/SК = 2	L= 4м
8в	9в	10в	11в	12в	13в	14в	15в
SН/SК = 2,5	L= 4м	a = 90°	L= 3м	SН/SК = 2		L= 3м	R/b = 5
16в	17в	18в	19в		20в	21в	22в
L= 4м		L= 1м	SН/SК = 1/1,5		L= 2м	L= 4м	L= 1м
23в	24в	25в	26в	27в		28в
Sк/Sн = 2			L= 2м	SН/(SК1 + SК2) = 1,5		L= 2м

 

1.2 Схема котельного агрегата и воздушного тракта

На рис. 1.2изображена схема котельного агрегата и воздушного тракта.

Рис. 1.2Схема котельного агрегата КВ-ТСВ-30 и воздушного тракта:

1 – блок топочный;2 – блок конвективный;3 – чешуйчатая решетка;

4 – забрасыватель;5 – короб газовый;6 – воздухоподогреватель;

7 – воздухозаборник;8 – дымовая труба;9 – дутьевой вентилятор;

10 – дымосос.

 

Регулирование подачи необходимого количества воздуха в котел вентилятором происходит в зависимости от нагрузки котла, в частности от количества подаваемого в топку топлива. Чем больше нагрузка, тем больше топлива необходимо, соответственно больше воздуха. На вентиляторной станции установлены 2 дутьевых вентилятора (1 – рабочий, 1 - резервный). Номинальный режим обеспечивает работа одного дутьевого вентилятора.

 

1.3Расчет сопротивлений участков

 

По исходным данным выполняем расчеты сопротивлений участков, которые сведены в табл. 1.3.

        Пример  расчета прямолинейного участка  1в:

 

1. Площадь поперечного сечения:

где Q = αт∙Qх.в.– расход атмосферного воздуха через котельный агрегат с учетом коэффициента избытка, м3/с; Qх.в.=12 м3/с (из задания на курсовую работу);wi– скорость движения воздуха во 1 - ом элементе воздуховода,  м/с;  w = 10 м/с [1].

Или в числовом выражении:

2. Диаметр трубы необходимого сечения:

Или в числовом выражении:

3. Сторона короба квадратного сечения:

 

Или в числовом выражении:

Принимаем прямоугольный короб из листовой стали с размерами axb=1200x1200 мм согласно методическим указаниям к курсовой работе;

S = 1,44 м2; δ = 0,9 мм. Тогда скорость воздуха будет: w=16/1,44=11,1 м/с.

 

4. Эквивалентный диаметр короба:

 

Или в числовом выражении:

 

 

5. Коэффициент сопротивления:

 

ζ = λ·l/d= (0,03·4)/1,2 = 0,1,                     (5)

 

где λ -  удельный коэффициент сопротивлений, принимаем  λ = 0,03 [1].

 

6. Сопротивление участка:

 

Δh = ·hд = 0,1· 5,9 = 0,59 мм.вод.ст,    (6)

 

где hд – динамическое давление, мм вод.ст., принимаем  hд х.в = 5,9 мм вод.ст.;

[1, рис VII - 2].

Расчет воздушного тракта произведен при плотности воздуха кгссек2/м4 (Таблица II-2) [1]. Температура воздуха по воздушному тракту принята равной 0С до воздухоподогревателя и 0С после воздухоподогревателя ( кгссек2/м4). кгссек2/м4 при средней температуре воздуха в воздухоподогревателе.

Необходимое давление воздуха под решеткой мм вод. ст. (Табл. VII-7) [1].

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.3.

Расчет дутья

Номер участка	Наименова- ние сопротивления	Расчетные данные	Расчетная скорость, м/сек	Коэффициент сопротивления z и способ его определения	Сопротивление DhМ=zhД, мм. вод. ст.
1	2	3	4	5	6
4в	Патрубок для забора воздуха	S = 1,6 м2  мм вод. ст.	11,1	0,5; (Таблица VII-3 №7) [1]	0,55,9=2,95
3в	Шибер	L = 0,4 м; a= 1,2м; b= 1,2м; S = 1,44 м2	11,1	0,1; (Таблица VII-3 №16) [1]	0,15,9=0,59
2в	Тройник	0 (SН1 + SН2)/SК = 1,8 SК = 1,6 м2 SН1 = SН2=1,44 м2	10,1	0,62; (Рис. VII-21) [1]	0,64,8=2,98
29в	Переходник	a = 25°; L = 2,5 м; SК = 1,44 м2; SН = 1,6 м2; м	11,1	0,30,4=0,12 (Рис. VII-11; Рис. VII-12) [1]	0,125,9=0,708
6в	Патрубок для забора воздуха	SН/SК = 2 SК = 1,44 м2. SН = 2,88 м2.  мм вод. ст.	11,1	0,5; (Таблица VII-3 №7) [1]	0,55,9=2,95
5в	Шибер	L = 0,4 м; a= 1,2м b= 1,2м S = 1,44 м2	11,1	0,1; (Таблица VII-3 №16) [1]	0,15,9=0,59
1в	Трение	a= 1,2м; b= 1,2м; S = 1,44м2 l=4 м; м;	11,1		0,0955,9=0,56
10в	Отвод на 900 квадратного сечения	a = 90°; a = 1,2 м; b = 1,2 м; S = 1,44 м2	11,1	0,45; (Рис. VII-15) [1]	0,455,9=2,66
28в	Трение	a= 1,2м; b= 1,2м; l=2 м; м; S = 1,44м2	11,1		0,0545,9=0,32

 

Продолжение табл.1.3

27в	Тройник	α=90˚ SН/(SК1 + SК2) = =1,5 SН = 1,44 м2 SК1 =SК2=0,48 м2	33,75	1,4; (Рис. VII-21) [1]	1,452=72,8
30в	Переходник	a = 25°; SК = 1,44 м2; SН = 0,48м2; м	11,1	0,30,4=0,12 (Рис. VII-11; Рис. VII-12) [1]	0,125,9=0,708
26в	Трение	a = 1,2 м; b = 1,2 м; l=2 м; м; S = 1,44 м2	11,1		0,0475,9=0,28
10в	Отвод на 900 квадратного сечения	a = 90°;  м; м; S = 1,44 м2	11,1	0,45; (Рис. VII-15) [1]	0,455,9=2,66
25в	Шибер	L = 0,4 м; a= 1,2м b= 1,2м S = 1,44 м2	11,1	0,1; (Таблица VII-3 №16) [1]	0,15,9=0,59
7в	Трение	a = 1,2 м; b = 1,2 м; l=4 м; м; S = 1,44 м2	11,1		0,0955,9=0,56
8в	Конфузор	0; ; ; L = 1,35 м  мм вод. ст.		0,30,4=0,12 (Рис. VII-11; Рис. VII-12) [1]	0,1237=4,44
23в	Диффузор	0;    м2;  м; ;		0,2; (Рис. VII-14) [1]	0,29=1,8
10в	Отвод на 900 квадратного сечения	α=90˚  м; м; S = 1,44 м2	11,1	0,45; (Рис. VII-15) [1]	0,455,9=2,66