Вентиляторы и дымососы промышленных котельных

ОГЛАВЛЕНИЕ

I. ВВЕДЕНИЕ 2

II. УСТРОЙСТВО ДЫМОСОСНОЙ УСТАНОВКИ 3

III. ВЫБОР ВЕНТИЛЯТОРА И ДЫМОСОСА 6

IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 8

V. ЛИТЕРАТУРА 9

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

Нормальная работа котла  возможна при условии непрерывной подачи в топку воздуха, необходимого для горения топлива, и удаления в атмосферу продуктов сгорания после их охлаждения  и очистки от твердых частиц.

Движение реального потока дымовых газов и воздуха в  котле представляет собой сложный  случай турбулентного движения сжимаемой  жидкости при неадиабатных условиях. В процессе движения потока газов и воздуха в газоходах и поверхностях нагрева котла изменяются температура, плотность и давление газа. В общем случае движение вязкой и теплопроводящей жидкости описывается уравнением Навье — Стокса, уравнением сплошности, уравнением переноса теплоты и термодинамическими уравнениями, характеризующими состояние среды и зависимость её энтальпии от давления и температуры.

Движение газов в газовоздушном  тракте сопровождается потерей энергии, затрачиваемой на преодоление действия сил турбулентного трения потока газа о твердые поверхности и между слоями потока. На преодоление трения при движении потока необходимо располагать избыточным давлением, которое уменьшается по мере прохождения потока через данный элемент тракта.

Вентилятор и дымосос  должны надежно обеспечивать подачу необходимого для горения топлива  воздуха в топку и удаление продуктов его сгорания из котла  при всех режимах его работы, поддерживая заданное постоянное разрежение или давление в топке. При этом на привод вентилятора и дымососа должно расходоваться минимально возможное количество электроэнергии.

 

2. УСТРОЙСТВО  ДЫМОСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Искусственную тягу осуществляют в котельных установках производительностью свыше 2,5 т/ч при сопротивлении газового тракта более 300 Па, для чего устанавливают дутьевые вентиляторы, подающие воздух в топку под небольшим давлением, и дымососы, отсасывающие дымовые газы из котлоагрегата и выбрасывающие их в дымовую трубу. Дымовая труба при этом служит для выноса дымовых газов в более высокие слои атмосферы, а тяга, которую она создает, является только добавлением к тяге, создаваемой дымососом. Следовательно, принцип действия дымовой трубы одинаков как в установках с естественной, так и в установках с искусственной тягой.

Центробежные вентиляторы, применяемые для преодоления  сопротивления газоходов и удаления дымовых газов из котлоагрегата, называют дымососами.

Устройство дымососа приведено  на рис. 1, а. Дымовые газы поступают (засасываются) через входной всасывающий патрубок 10 в центральную часть ротора 5, вращающегося с большой частотой в подшипниках 3, вынесенных за пределы кожуха, который представляет собой спиральную камеру. Ротор дымососа представляет собой устройство, состоящее из диска 6, по окружности которого приварены или прикреплены лопатки 7. Диск насажен на втулку 15, через которую проходит вал 16. Лопатки 7 ротора 5 забирают газы из внутренней полости дымососа и отбрасывают в обечайку, откуда через выходной патрубок 8 (диффузор) отводятся в дымовую трубу 19.

Дымовые газы из дымососа 21 должны проходить через расширяющийся патрубок с небольшим углом раскрытия. Для регулирования производительности дымососов во впускном патрубке размещены поворотные лопасти 12 с ручным управлением.

В котельных агрегатах  средней мощности для дымососа кроме  центробежных вентиляторов применяют  пропеллерные. Последние отличаются компактностью конструкции и более высоким кпд.

Поскольку дымосос работает в более тяжелых условиях, чем дутьевой вентилятор, подвергаясь действию высоких температур и механическому износу (истиранию) летучей золой, его лопатки выполняют большей толщины, а для подшипников применяют водяное охлаждение.

Направляющий аппарат позволяет осуществить плавное регулирование напора, благодаря чему расход электроэнергии на привод дымососа при малых нагрузках котла значительно сокращается. Дутьевой вентилятор, работая в облегченных условиях, преодолевает сопротивление всасывающего трубопровода, воздушного подогревателя, подводящих воздуховодов к топке, топочного устройства (решетки со слоем топлива) в сумме меньше, чем дымосос и не имеет водяного охлаждения подшипников.

Дымососная установка  для небольшой котельной, подключенная к цоколю железной дымовой трубы (рис. 1, б), состоит из дымососа 21, дымовых заслонок 18, дымовой грубы 19. Газы, засасываемые из котла, при помощи дымососа через диффузор 20 выбрасываются в трубу 19. Заслонки 18 размешены так, что газы можно пропускать и мимо дымососа, непосредственно и трубу.

В котлах с уравновешенной тягой создание в газовом тракте разрежения с помощью дымососа исключает  пыление из газоходов и загазованность котельного цеха, но появляются присосы воздуха по тракту.

Применение наддува наряду с повышением экономичности и  надежности работы котла позволяет  исключить присосы воздуха. Это достигается следующим: исключением дымососов; работой тягодутьевых машин только на холодном воздухе меньшего объема; снижением металлоемкости и сопротивления газоходов в результате упрощения компоновки при отсутствии дымососов; исключением изнашивания лопаток и заноса их золой; замедлением коррозионных процессов рабочих колес и корпусов машин.

Котлы под наддувом выполняют  из газоплотных цельносварных мембранных и плавниковых панелей. Они имеют повышенные требования к герметичности (для исключения попадания пыли из газоходов в котельный цех).

 

Тягодутьевая установка  с машиной лопаточного типа имеет  рабочее колесо 5 с установленными на нем лопатками (рис. 2), воздухозаборное окно 1, всасывающий патрубок 2 с направляющим аппаратом 3. Улитка 4 и размещенное в ней рабочее колесо 5 связаны с атмосферой. При включении машины под действием вращающихся лопаток происходит вытеснение воздуха (в вентиляторах) в улитку, а затем в диффузор 6 и нагнетательную линию 7. Регулирование расхода производится направляющим аппаратом 3.

Рис. 2. Схемы тягодутьевой установки с машиной лопаточного  типа и лопаток рабочего колеса

 

а — загнутых вперед, профильных; б — загнутых вперед,  плоских; в — загнутых назад, плоских;  г — осевого вентилятора

На всем участке от места  забора воздуха из атмосферы до рабочего   колеса   (всасывающая   сторона)   устанавливается   разрежение, за тягодутьевой машиной (нагнетательная сторона) создается давление. Основные элементы воздушного тракта (воздухоподогреватели, распределительные короба, воздуховоды, горелки и т. д.) расположены на нагнетательной стороне. Поэтому развиваемое дутьевыми вентиляторами давление значительно превосходит создаваемое им разрежение на всасывающей стороне. В случае применения на котлах дымососов основное оборудование газового тракта (поверхности нагрева, газоходы, золоулавливание и т. д.) устанавливают на всасывающей стороне. Создаваемое дымососами разрежение существенно превышает развиваемый ими  напор.

В наиболее благоприятных  условиях работают дутьевые вентиляторы: малая степень загрязнения воздуха, низкие температуры и пониженные действительные расходы воздуха. Дымососы работают на продуктах сгорания с температурой 110 - 160 °С, содержащих золу и агрессивные соединения. Поэтому рабочие колеса, направляющие лопатки, улитки и диффузоры дымососов подвержены износу, коррозии и заносу золой.

По способу подвода  рабочей среды различают машины радиального и осевого типа. В машинах радиального типа всасываемый поток поступает на лопатки вдоль оси рабочего колеса, а отводится в радиальном направлении (с поворотом на 90°). В осевых машинах общее направление движения потока сохраняется (вдоль оси вращения рабочего колеса).

В свою очередь в радиальных машинах лопатки могут быть радиально  оканчивающимися, загнутыми вперед (рис. 2, а, б) или назад (рис. 2, в). Лопатки, загнутые вперед, применяют, как правило, на тихоходных машинах, а загнутые назад — на средне-и быстроходных. Вход рабочей среды в радиальные машины может быть односторонним — машины одностороннего всасывания, или двусторонним — машины двустороннего всасывания.

3. ВЫБОР ВЕНТИЛЯТОРА  И ДЫМОСОСА

Основными параметрами, определяющими  выбор вентилятора и дымососа, являются требуемая их подача и давление при номинальной нагрузке котла.

Необходимая подача вентилятора, м³/ч, определяется по формуле

а подача дымососа, м³/ч, по формуле

где В_Р — расчетный расход топлива, кг/ч или м³/ч;  V⁰_В — теоретический расход воздуха, м³/кг или м³/м³; V_Г — объём продуктов сгорания топлива при α_Т м³/кг или м³/м³; α_Т, Δα_В, Δα_ВП, Δα_ПЛ  — коэффициент избытка воздуха в топке, увеличение α_В за счет присосов в газоходах, увеличение Δα_ВП за счет потерь воздуха в воздухоподогревателе, уменьшение α_ПЛ за счет поступления воздуха в топку из системы пылеприготовления; t_Х.В и t_Г — температуры воздуха, поступающего в вентилятор, и газов, поступающих в дымосос, °С; β₁ — коэффициент запаса по подаче, принимаемый равным 1,05; ρ_РЦ — доля рециркулирующего воздуха при подаче части горячего воздуха из воздухоподогревателя в вентилятор.

Необходимое полное давление вентилятора или дымососа — перепад полных давлений во входном и выходном их патрубках, Па, определяется по формуле

где Δр_Р — перепад полных давлений по воздушному или газовому тракту котла, Па; β₂ — коэффициент запаса по давлению, принимаемый равным 1,1.

Мощность на валу вентилятора  или дымососа при полностью открытом направляющем аппарате, кВт, определяется по формуле

где η_в — КПД вентилятора (или дымососа); Q — подача вентилятора или дымососа, м/с. Для современных машин η_в =0,7÷0,75.

При всех прочих режимах  мощность на валу машины, кВт, определяется по формуле

где Q — подача вентилятора  или дымососа при данном режиме, м3/с; Δр_П — перепад полных давлений тракта, Па; η_э — эксплуатационный КПД машины при данном режиме.

При регулировании направляющим аппаратом η_э, определяется по формуле

где ηрег — КПД регулирования, зависящий от глубины регулирования, конструкции машины и направляющего аппарата, а также от положения исходного режима на характеристике машины, т. е. от характеристики тракта; ηисх — КПД вентилятора или дымососа при номинальной нагрузке.

или по характеристике машины. При этом область рабочих режимов машины должна быть в пределах значений КПД не ниже 90 % оптимального его значения.

Заводами-изготовителями характеристика вентилятора и дымососа, т. е. связь  между подачей и полным давлением, дается для воздуха при температуре 20 °С и давлении его 102∙10³ Па (760 мм рт. ст.), поэтому при выборе машины подачу и давление необходимо привести к заводским условиям.

В процессе работы котла  возникает необходимость регулирования подачи вентилятора и дымососа в соответствии с нагрузкой котла с целью обеспечения заданного коэффициента избытка воздуха.

Характеристики работы центробежного  вентилятора в зависимости от способа регулирования показаны на рис. 3. При изменении частоты вращения характеристика машины изменяется примерно по следующим соотношениям:

и, соответственно, затрачиваемая  мощность машины при неизменном КПД  при различных режимах изменяется по соотношению

Здесь Q₁ и Q₂ — подача при I и II режимах, м³/ч; p₁ и р₂— полные давления при I и II режимах, Па; n₁и n₂ — частоты вращения при I и II режимах, об/мин; N₁ и N₂ — мощности при I и II режимах, кВт.

При применении асинхронных электродвигателей с реостатами в цепи ротора или гидромуфты с учетом возникающих дополнительных потерь потребляемая мощность пропорциональна примерно квадрату отношения частот вращения.

 

Рис. 3. Характеристика эффективности систем регулирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При регулировании направляющим аппаратом изменение характеристики машины сопровождается дополнительными потерями в ней и снижением ее КПД. Снижение КПД зависит от конструкции машины и направляющего аппарата, глубины регулирования и положения направляющих лопаток при данном режиме. Однако благодаря простоте конструкции направляющего аппарата и несложности ею обслуживания при относительно высокой экономичности такой способ регулирования является наиболее распространенным.

Установленная мощность электродвигателя, кВт, для привода вентилятора  или дымососа определяется по формуле

где βэ — коэффициент запаса мощности электродвигателя, равный  1,1; Q_Р — подача машины при расчетном режиме, м³/с; р_р — расчетное полное давление машины, Па; η^р_э — эксплуатационный КПД машины при расчетном режиме.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эксплуатационные затраты  энергии в котельной установке  в значительной степени зависят  от работы тягодутьевых машин и характеристик газовоздушного тракта. Снижение этих затрат определяется уменьшением присосов, устранением загрязнений поверхностей нагрева и отложений в газоходах, на лопатках и в корпусах дымососов, совершенством элементов газовоздушного тракта и горелок.