Аэродинамический расчет котельного агрегата

 

Аэродинамический расчет котельной установки ведём по формулам в соответствии с источником [7]

Аэродинамическое сопротивление на пути прохождения газов в газоходах котельной установки складывается из местных сопротивлений, зависящих от изменения сечений газоходов и их поворотов и из сопротивления, возникающего вследствие трения и вследствие сопротивления пучков труб.

 

Аэродинамическое сопротивление котельной установки Δh_к.у, Па, определяется по формуле:

 

Δh_к.у = Δh_т + Δh_кп1 +Δh _кп2+ Δh_эк + Δh_м.с+Δh_на  (63)

 

где Δh_т – разряжение в топке, создаваемое дымососом, Па;

Δh_кп1 и Δh _кп2– сопротивление конвективных пучков, Па;

Δh_эк – сопротивление экономайзера, Па;

Δh_м.с – местные сопротивления, Па;

Δh_на- сопротивление направляющего аппарата, Па.

 

Δh_к.у =30+553+247+162+249+11=1252

 

Определяем разряжение в топке Δh_т, Па, принимаем равным

 

Δh_т = 30

 

Исходя из источника [7] стр.30.

Определяем сопротивление первого конвективного пучка Δh_кп1, Па,

 

         (64)

 

где r_г − плотность дымовых газов в газоходе, кг/м³.

 

           (65)

 

где r_о − плотность дымовых газов при 0 ˚С, кг/м³

 

 

θ_г − средняя температура газов в первом конвективном пучке, ˚С.

 

          (66)

       (67)

 

ω_к.2 – скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с

 

        (68)

 

ξ_к – коэффициент сопротивления конвективного пучка.

 

ξ_к= ξ₀* z₂           (69)

 

где ξ₀ – коэффициент сопротивления одного ряда труб; зависит от величины относительного продольного и поперечного шагов труб.

 

ξ₀=С_σ*С_Rе* ξ_гр         (70)

 

где С_σ, С_Rе, ξ_гр – значения, определяемые по номограмме, рис VII-6 [7].

 

С_σ = 0,56. С_Rе = 1,3. ξ_гр = 0,48

ξ₀=0,56*1,3*0,48=0,4

ξ_к=0,4*26=10,4

 

Определяем сопротивление второго конвективного пучка Δh_кп, Па, по формуле

   (71)

 

где r_г − плотность дымовых газов в газоходе, кг/м³, по формуле

 

       (72)

 

где r_о − плотность дымовых газов при 0 ˚С, кг/м³;

 

 

θ_г − средняя температура газов в конвективном пучке, ˚С, по формуле

 

        (73)

 

ω_к.2 – скорость продуктов сгорания в газоходе, м/с, по формуле

 

.         (74)

 

ξ_к – коэффициент сопротивления конвективного пучка, по формуле (69)

 

ξ_к= ξ₀* z₂

где ξ₀ – коэффициент сопротивления одного ряда труб; зависит от величины относительного продольного и поперечного шагов труб по формуле (70)

 

ξ₀=С_σ*С_Rе* ξ_гр

 

где С_σ, С_Rе, ξ_гр – значения, определяемые по номограмме, рис VII-6 [7].

 

С_σ = 0,56. С_Rе = 0,9. ξ_гр = 0,46

ξ₀=0,56*0,9*0,46=0,23

ξ_к=0,23*26=6,02

 

Определяем сопротивление экономайзера Δh_эк, Па

 

     (75)

 

где n − число рядов труб по ходу газов; n=15;

r_г − плотность дымовых газов в экономайзере, кг/м³.

 

          (76)

 

Определяем сопротивление двух поворотов под углом 90⁰ и двух поворотов под углом 180⁰ Δh_м.с, Па

         (77)

 

где ξ_м – коэффициент местных сопротивлений; под углом 90⁰ ξ_м=1 под углом 180⁰ ξ_м=2.

 

ξ_м =1*2+2*2 =6

 

- скорость местных сопротивлений, которая определяется

 

        (78)

 

r_г − плотность дымовых газов местных сопротивлений, кг/м³

 

        (79)

 

где θ_м.с − средняя температура газов местных сопротивлений, ˚С, по формуле

 

          (80)

Определяем сопротивление направляющего аппарата, Па

 

           (81)

 

где ω_на – скорость продуктов сгорания в направляющем аппарате, м/с

 

         (82)

 

F- площадь направляющего аппарата, м²    

 

             (83)

 

θ_н.а − средняя температура газов в конвективном пучке, ˚С,

 

Выбор тягодутьевых устройств

 

Выбор дымососа

Для котлов паропроизводительностью 1 тонна и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дымососы. Выбор дымососа производится по формула источника [7].

Определяем производительность дымососа прямого действия по формуле

 

            (84)

 

где - расчетное количество сжигаемого топлива, кг/ч;

объем дымовых газов перед дымососом, м³/кг;

θ_дым - температура дымовых газов перед дымососом, ˚С.

 

м³/с  м³/ч.

 

Определяем расчетный полный напор дымососа H_p, мм вод.ст.,

 

        (85)

 

где суммарное сопротивление по газовому тракту всех элементов, мм вод.ст.;

разряжение, создаваемое дымовой трубой, мм рт.ст. Принимаем равное 0.

 

Пересчитываем напор на температуру перемещаемой среды, указанную в каталоге, H_дым, мм вод.ст,

 

        (86)

 

Определяем мощность электродвигателя для привода дымососа N, кВт

 

            (87)

 

где  − производительность, м³/ч;

 − напор, мм вод.ст.;     

КПД дымососа, %.

 

 

По таблице 14.4 [4] выбираем подходящий по производительности Vр и напору  дымосос; выписываем его основные характеристики:

 

марка дымососа                            ДН−9

производительность                      14,65*10³ м³/ч

напор                                             1,78 кПа

КПД                                               83 %

масса без электродвигателя          536 кг.

марка электродвигателя               4А160S6

мощность                                       11 кВт.

Выбор вентилятора

Для котлов паропроизводительностью от 1 тонны и выше рекомендуется устанавливать индивидуальные дутьевые вентиляторы. Расчет ведется по источнику[7].

Из источника [4] выбираем горелку. К установке применяется ГМ-4,5

Определяем полный расчетный напор вентилятора H_p, Па

 

             (88)

 

где  − сопротивление горелки  ист. [4];

− сопротивление воздуха,  ист. [4].

 

 Па

 

Определяем производительность вентилятора (количество холодного воздуха забираемого вентилятором) V_д.в, м³/ч по формуле

 

         (89)

м³/с м³/ч

 

Пересчитываем напор на температуру перемещаемой среды, указанную в каталоге, H_дым, мм вод.ст по формуле

 

 

 

 

Определяем мощность для привода вентилятора Nдв, кВт по формуле

 

 

 

 

По таблице 14.1 [4] выбираем подходящий по производительности Vр и напору  вентилятор; выписываем его основные характеристики:

 

марка вентилятора                        ВДН−8

производительность                      10,20*10³ м³/ч

напор                                             2,19 кПа

КПД                                               83 %

масса без электродвигателя          417 кг.

марка электродвигателя               4А-16036

мощность                                       11 кВт.

 

1 0 Расчет дымовой трубы

 

Расчет дымовой трубы ведем по формулам в соответствии с источником [2].

 

Определяем выброс оксидов азота M_NO2, г/с

 

   (90)

где β1 − безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества сжигаемого топлива, принимается по таблице 12.3 [2];

 

β1=0,85

 

β3 − коэффициент, учитывающий конструкцию горелок; принимается для прямоточных горелок равным 0,85;

r − степень рециркуляции продуктов сгорания в процентах расхода дутьевого воздуха; при отсутствии рециркуляции r = 0;

β2 − коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих продуктов сгорания, т.к. нет рециркуляции;

Вр -расход топлива, м³/с;

k − коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1 тонну сожженного условного топлива, кг/т; для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч определяется по формуле

 

           (91)

 

где D − паропроизводительность котла, т/ч

 

 

 

Определяем диаметр устья дымовой трубы , м

 

          (92)

где  − объёмный расход продуктов сгорания через трубу при температуре их в выходном сечении, м³/с

скорость продуктов сгорания на выходе из трубы принимаем равной 20 м/с

 

 

Принимаем стандартный диаметр устья дымовой трубы 1,2 м.

Определяем предварительную минимальную высоту трубы Hmin, м

 

         (93)

 

где А − коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности;

А = 120

F − коэффициент, учитывающий скорость движения вредных веществ в атмосферном воздухе; принимается по СН 369−74;

F = 1

− предельно допустимая концентрация , мг/м³; принимается по таблице 12.1 [2];

ΔТ − разность температур продуктов сгорания, выбрасываемых из трубы и окружающего воздуха, К.

 

              (94)

 

В соответствии со СНиП 35-76 к установке принимаем трубу из кирпича выходным отверстием 1,2 м. Высота дымовой труб принимаем 30м.

 

Охрана окружающей среды

 

При работе энергоустановок должны приниматься меры для предупреждения или ограничения прямого и косвенного воздействия на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов сточных вод в водные объекты, звукового давления в близ лежащих районов и минимального потребления воды из природных источников.

В настоящее время разработаны предельно допустимые концентрации (ПДК) содержания вредных элементов в атмосфере. Это необходимо для установления безвредности определённых концентраций элементов для человека, животных и растений.

Основными элементами, загрязняющими атмосферный воздух, являются СО, оксид азота, оксид серы и твёрдые частицы. Основным источником выбросов СО является автомобильный транспорт, значительное место занимают и отопительные котельные, которые вырабатывают в атмосферу СО в двадцать раз больше, чем промышленные. Источником выбросов оксидов азота в первую очередь является котельные установки, на которые приходится более половины всех технологических выбросов. До 80% выбросов оксидов серы и около 50% твёрдых частиц также приходятся на долю выбросов котельных установок. Причём для выбросов твёрдых частиц малыми котельными значительна.

Существует четыре направления борьбы с загрязнителями приземной атмосферы:

1. оптимизация процесса сжигания топлива;

2. очистка топлива от элементов, образующихся при сжигании загрязняющих веществ;

3. очистка дымовых газов от загрязняющих веществ;

4. рассеивание загрязнителей в атмосферном воздухе.

Большое влияние на снижение вредных выбросов в атмосферу оказывает обеспечение процесса горения с оптимальным количеством воздуха. При неправильном забросе топлива или проникания через не плотности обмуровки воздух проходит через слой топлива по пути наименьшего сопротивления. В результате повышается химическая неполнота сгорания топлива, что приводит к повышению концентрации СО и сажи.

Установлено, что на оксид азота влияет не производительность котла, а тепловое напряжение топочного объема, от которого, в свою очередь зависит температурный уровень в топке. Снижение выбросов оксидов азота можно обеспечить при работе котлов с 50-60% загрузкой. Зависимость оксидов азота определяется типом горелочного устройства и единичной теплопроизводительности котла. Радикальным методом для котла является замена устаревших конструкций горелок более современными.

Повышение КПД котла и снижение вредных выбросов достигается исключением цикличности в работе механизированной топки, что ликвидирует пик работы выбросов в период расгорания топлива.

Огромное значение в оздоровлении атмосферы имеет перевод малых отопительных котельных с твёрдого на жидкое, а в лучшем случае – на газообразное топливо.

На снижение выбросов влияют различные присадки к мазутам, которые получили широкое применение в энергетике, но практически не используются в промышленных и отопительных котельных, из-за отсутствия достаточного количества присадок и необходимого для их ввода оборудования. Основное действие присадок – повышение качества сжигания, снижение загрязнения и коррозии поверхностей нагрева.

Все котельные работающее на твёрдом топливе, должны быть оборудованы системой газоочистки. В качестве золоуловителей используются: блоки циклонов ЦТКИ; батарейные циклоны с коэффициентом очистки не ниже 85-92%.

Для рассеивания вредных выбросов в атмосферном воздухе используются дымовые трубы. Трубы обеспечивают распространение загрязняющих веществ в окружающем воздухе, тем самым снижают их опасное воздействие в приземной зоне. Дымовые трубы не снижают количество выбросов, а позволяют разбросать на большую площадь, уменьшая концентрацию. Это мероприятие должно использоваться после того когда, исчерпаны все возможные способы уменьшения выбросов загрязнителей. На эффективность рассеивания влияют следующие факторы: состояние атмосферы, скорость ветра, мощность выбросов их скорость и состав, высота дымовой трубы. Необходимым условием должно быть то, что скорость выхода дымовых газов было в два раза выше скорости ветра.