Вр =16,57 кг/с; aт = 1,2; V0 =4,58 м3/кг; Vг =6,021 м3/кг;
Таблица 3. Исходные данные
Наименование | Обозначение | Ед.измерения | ШПП | КПП 2 | КПП 1 | ВЭ 2 | ВП 2 | ВЭ 1 | ВП 1 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
Диаметр труб | D | мм | 32 | 38 | 38 | 32 | 40 | 32 | 40 |
Расположение труб | - | - | Корид. | Корид | Корид. | Шах. | Шах. | Шах. | Шах. |
Шаг труб | мм мм | ||||||||
Относительный шаг труб | - | ||||||||
Число рядов труб по ходу газа | - | 32 | 16 | 21 | 196 | 53 | - | - | |
Сечение для прохода газов | F | 71,744 | 28,025 | 24,544 | 21,93 | 21,93 | 21,713 | 8,856 | |
Средний избыток воздуха | - | 1,2 | 1,23 | 1,26 | 1,28 | 1,31 | 1,33 | 1,36 |
16.1 Расчет аэродинамического сопротивления участка газового тракта в пределах котла
Разряжение газов на выходе из топки hт¢¢ =2 мм.вод.ст.[5, п.2-56];
Сопротивление ширмового пароперегревателя
при [5, п.2-5]
(сопротивление ширм учитывается только при скоростях более 10 м/с);
Сопротивление "горячей" ступени пароперегревателя (КПП2);
Динамическое давление ступени (КПП2):
мм.вод.ст. [5, рис.VII-2] (значение взято для скорости газов и средней температуры дымовых газов в ступени);
Коэффициент сопротивления коридорных гладкотрубных пучков при поперечном омывании:
при ,
где коэффициенты -определены по графикам [5, стр. 190-191].
Сопротивление КПП2 с учетом поправочного коэффициента
мм.вод.ст.,
где к=1,2- поправочный коэффициент для змеевиковых пакетов и ширмовых поверхностей при нормальной степени загрязнения [5, п.п. 2-9]
Сопротивление "холодной" ступени конвективного пароперегревателя (КПП1)
Динамическое давление ступени (КПП1): мм.вод.ст. [5, рис.VII-2] (значение взято для скорости газов и средней температуры дымовых газов в ступени);
Коэффициент сопротивления коридорных гладкотрубных пучков при поперечном омывании: при , коэффициент найден [5, стр. 191]
Сопротивление КПП1 с учетом поправочного коэффициента
мм.вод.ст.
Сопротивление поворотной камеры:
Поворот на 900 (см. рис. 2)
Рис. 3. Поворотная камера конвективного газохода
Динамическое давление в ВЭ2: мм.вод.ст. [5, рис.VII-2];
Сечение газохода в начале поворота:
(рис. 3.)
Сечение газохода в конце поворота:
(рис. 3.)
Отношение площадей:
Значение для произведения для колен с острыми кромками (без закругления кромок) равен:
[5, п.п. 1-29];
Коэффициент, зависящий от угла поворота В = 1 при угле поворота 90°, [5, п.п. 1-29];
Коэффициент, зависящий от форм сечения С = 1 для колен с острыми кромками, [5, п.п. 1-29];
Коэффициент сопротивления на повороте
[5, п.п. 1-29];
Сопротивление поворота:
Сопротивления шахматных гладкотрубных пучков при поперечном омывании водяного экономайзера второй ступени-ВЭ2:
Коэффициент, учитывающий форму шахматного пучка Сs = 1,04 [5, рис.VII-7];
Коэффициент Сd = 1,0 [5, рис.VII-7];
Dhгр=0,54 мм.вод.ст
Сопротивление одного ряда шахматного пучка
Dh0 = Cs*Cd*Dhгр = 1,04*1,0*0,54 =0,562 мм.вод.ст.
Zр-число рядов для второй ступени ВЭ2 равно 16, тогда
мм.вод.ст.
Расчет сопротивления воздухоподогревателя второй ступени-ВП2:
Dhтр = Dh¢гр*l, мм.вод.ст
Сопротивление трения на 1 метр длины труб:
Dh¢гр =2,2 мм.вод.ст./м [5, рис.VII-4];
Длина труб l =1,619 м.
Сопротивление трения в трубах ВП2:
Dhтр =Dh¢гр*l =2,2*1,619=3,562 мм.вод.ст.
Сопротивления шахматных гладкотрубных пучков при поперечном омывании водяного экономайзера первой ступени-ВЭ1:
Коэффициент, учитывающий форму шахматного пучка Сs = 1,02 [5, рис.VII-7];
Коэффициент Сd = 1,0 [5, рис.VII-7];
Dhгр=0,8 мм.вод.ст
Сопротивление одного ряда шахматного пучка
Dh0 = Cs*Cd*Dhгр = 1,02*1,0*0,8 =0,816 мм.вод.ст.
Zр-число рядов для первой ступени ВЭ1 равно 48, тогда
мм.вод.ст.
Расчет сопротивления воздухоподогревателя первой ступени-ВП1:
Dhтр = Dh¢гр*l, мм.вод.ст
Сопротивление трения на 1 метр длины труб:
Dh¢гр =2,0 мм.вод.ст./м [5, рис.VII-4];
Длина труб l =2,017 м.
Сопротивление трения в трубах ВП2:
Dhтр =Dh¢гр*l =2*2,017=4,034 мм.вод.ст.
Отношение меньшего сечения труб к большему:
ВП2:
Fм/Fб = (0,785*d2вн)/(S1* S2) =(0,785*0,0322)/(0,064*0,048) = 0,261 [5, п.п. 2-22];
Коэффициент сопротивления входа: zвх =0,37 [5, рис.VII-11];
Коэффициент сопротивления выхода: zвых =0,6 [5, рис.VII-11];
Количество отдельных кубов m = 2;
Динамическое давление Hдин =3,7 мм.вод.ст. [5, рис.VII-2];
Сопротивление входа в трубы и выхода из них:
Dhдин = m(zвх + zвых)*Hдин =2*(0,37 + 0,6)*3,70 =7,178 мм.вод.ст.
Общее сопротивление ВП2 с учетом поправочного коэффициента:
DhВП = (Dhтр + Dhдин)*К = (4,034+7,178)*1,0 =11,212 мм.вод.ст.
ВП1:
Fм/Fб = (0,785*d2вн)/(S1* S2) =(0,785*0,0322)/(0,060*0,082) = 0,163 [5, п.п. 2-22];
Коэффициент сопротивления входа: zвх =0,41 [5, рис.VII-11];
Коэффициент сопротивления выхода: zвых =0,75 [5, рис.VII-11];
Количество отдельных кубов m = 2;
Динамическое давление Hдин =5,4 мм.вод.ст. [5, рис.VII-2];
Сопротивление входа в трубы и выхода из них:
Dhдин = m(zвх + zвых)*Hдин =2*(0,41 + 0,75)*5,4 =12,528 мм.вод.ст.
Общее сопротивление ВП1 с учетом поправочного коэффициента:
DhВП = (Dhтр + Dhдин)*К = (4,034 +12,528)*1,0 =16,562 мм.вод.ст.
16.3Аэродинамический расчет газопроводов.Выбор золоуловителя.
Средний объем дымовых газов за ВП1: Vг = 6,77 м3/кг;
Присосы воздуха за ВП1: Daвп1 = 0,03 [табл. 1];
Теоретический объем воздуха: V0 = 4,58 м3/кг;
Объем уходящих газов: Vухг=Vг+Daвп*V0 =4,58+0,03*6,03 =5,16 м3/кг.
Часовой расход уходящих газов:
Vухчас=Вр*Vухг((Jд+273)/273)*3600=16,57*5,16*(428,07/273)*3600= 356,2*103 м3/час.
В качестве золоуловителя выбираем батарейный циклон для котлов с производительностью 200 т/час. Типоразмер батарейного циклона: УГ2-3-53-01. [5, таб. III-4]
Площадь сечения активной зоны, м2 | Производи- тельность м/с | Длина корпуса, мм | Ширина корпуса, мм | Высота аппарата, мм | Масса общая, т |
53 | 286 | 15120 | 10680 | 15380 | 198 |
Расчет сопротивления участка от выхода из воздухоподогревателя до входа в золоуловитель (Приложение1).
16.4 Компоновка газового тракта от выхода из котла до золоуловителя
(участка II Г) и расчет его аэродинамического сопротивления
Расчет сопротивления трения на II участке (от выхода из котла до золоуловителей)
DhII=Dh +Dhдиф+Dhкор+Dhтр
Расчет сопротивления раздающего короба
Площадь сечения подводящего канала
Fпод = h a = 1,205 9,536=13,947 м2.
Площадь сечения отводящего канала
Fотв = h b= 1,205*6 = 7,23 м2.
Коэффициент сопротивления раздающего короба [5, п. 1-43].
zкороб = 1,1 + 0,7 (Fпод / 2Fотв)2=1,1+0,7 (13,947 /2 7,23)2 =1,751
Скорость на входе в короб и на выходе из него
м/с.
м/с.
Динамическое давление [6, рис. VII-2] hдин =4,4 мм вод. ст.
Коэффициент местного сопротивления шибера [5, табл. VII-3] ζшиб =0,1
Сопротивление раздающего короба
Δhкороб = (zкороб +ζшиб) hдин=(1,751+0.1) 4,4= 8,144 мм вод. ст.
Определение сопротивления поворота после раздающего короба
Угол поворота (прил. 1) α =30 0.
Отношение радиуса закругления кромок к ширине газопровода
r/b = 0.25
Отношение размеров поперечного сечения газопровода
a/b = 6/1,205=4,98
Поправочный коэффицикнт к сопротивлению поворотов, зависящий от формы сечения [5, рис. VII-17] С=0,9
Поправочный коэффициент к сопротивлению поворотов, зависящий от угла поворота [5, рис. VII-16] В=2,3
Произведение [5, рис. VII-15]
= 0,43
Коэффициент сопротивления поворота
С В = 0,43 0,9 2,3 =0,89
Сопротивление поворота
Dh 1=z hдин =0,89 5,8=5,16 мм вод.ст.
Сопротивление поворота
Dh 2=z hдин =0,89 5,8=5,16 мм вод.ст.
Расчет сопротивления диффузора перед ЗУ
Рис.4. Эскиз диффузора перед электрофильтром.
Отношение меньшего значения площади диффузора к большему
F1/F2=(1,205·6)/(1,205·7,2)=0,833.
Коэффициент полноты удара плоского диффузора [5, рис. VII-12]
Коэффициент сопротивления диффузора при внезапном увеличении сечения [5, рис. VII-11]
Коэффициент сопротивления диффузора
Динамическое давление в меньшем сечении [5, рис.VII-2].
Hдин 1=4,4 мм вод.ст.
Сопротивления диффузора
Dhдиф= мм вод.ст.
Сопротивление трения всего участка IIг (от ВП до ЗУ, по осям газопровода)
Длина всего участка L=22,796 м
Длина прямого наибольшего участка l=3 м
Эквивалентный диаметр
dэ=a∙h/(a+h)=9,536·1,205/(11,578+1,205)=1,091м.
Скорость газов wг= 10,21 м/с.
Динамическое давление [5, рис.VII-2]. Hдин 1=4,6 мм вод.ст.
Коэффициент сопротивления трения [5, табл. VII-2]. λ=0,03, при dэ>0,9 м
Сопротивление трения
Dh =λ∙l∙Hдин 1/dэ=0,03∙3∙4.6/1,091=0,363мм вод.ст.
Сопротивление трения всего участка
Dhтр=Dh ∙L/l=0,363∙22,796/3=2,758 мм вод.ст.
Сопротивление шибера
Коэффициент сопротивления шибера [5,стр.174,таб.VII-3,п.16]
Скорость газов на выходе из короба
м/с.
Динамическое давление Н =4,4 мм вод.ст.
Сопротивление шибера
Сопротивление входного канала
Коэффициент сопротивления канала [5,стр.172,таб.VII-3,п.1]
Динамическое давление Н =4,4 мм.вод.ст
Сопротивление канала
Сопротивление всего участка
DhII=Dh +Dh +Dhдиф+Dhкор+Dhтр +Dhк =
=5,16 +5,16 +0,22+8,144 +2,758 +2.2=23,642 мм вод.ст.
Расчет сопротивления электрофильтра (5,стр75)
Электрофильтр УГ2-3-53-01
Ожидаемая степень очистки газов до 95 % (5,стр.79).
Сопротивление электрофильтра (5,стр.33)
16.5 Предварительный выбор дымососа
Примерная длина газопроводов от воздухоподогревателя до дымососа
L=55,717 м.
Присосы на каждые 10 метров
Da10 м=0,01 [5, п. 2-29].
Присосы для электрофильтра
Daэф=0,05 [5, п. 2-29].
Присосы воздуха в газопроводе
Da=L/10∙Da10 м +Daбц =55,717/10∙0,05+0,01=0,379.
Избыток воздуха в уходящих газах (тепловой расчет). aух=1,2
Температура "холодного" воздуха (тепловой расчет). tхв=300 С
Температура газов у дымососа
дс=(aух∙ ух+Da∙tхв)/(aух+Da)=(1,2∙145+0,36∙30)/(1,2+0,379)=117,3970С.
Объем газов у дымососа
V =V +Da∙V0=8,848+0,36∙4,65=8,533 м3 /кг.
Часовой расход газа у дымососа:
V =Bp∙3600∙V ∙( дс+273)/273 =16,57∙3600∙8,848∙(117,397+273)/273=603,4∙103 м3/час.
Выбор дымососа
Количество дымососов z=2.
Коэффициент запаса на производительность [5, табл. 4-1]. b1=1.1
Барометрическое давление (принимается) hбар=760 мм рт. ст.
Требуемая расчетная производительность дымососа
Qдср=b1∙(Vдс/hбар)∙760∙0,6=1,1∙(603,4∙103/760)∙760∙0,6=398,2∙103 м3/час.
Предварительная оценка давления до дымососа
По сводному графику характеристик центробежных дымососов двухстороннего всасывания выбираем дымосос типа 0.8-37 Д-25х2ШБ с частотой вращения 370 об/мин [5, рис. lll-53].
16.6 Компоновка газового тракта от выхода из золоуловителя до входа в дымосос (участка IV Г) и расчет его аэродинамического сопротивления
Сопротивление раздающего короба
Площадь сечения подводящего канала
Fпод=2∙h∙a=2∙6 ∙1,488 =17,568м2.
Ширина отводящего канала аотв=2,75 м.
Высота отводящего канала hотв=1,488 м.
Площадь сечения отводящих каналов
Fотв=4∙аотв∙hотв=2,75∙1,488∙4=16,368 м2.
Коэффициент сопротивления раздающего короба [5, п. 1-43].
zк=1,1+0,7∙(Fпод/Fотв)2 =1,1+0.7∙(17,568 /16,368)2=1,906
Скорость газов в коробе
wк=(Bp∙V ∙( дс+273))/(Fотв∙273)=
=(16,57∙7,991 ∙(117,397+273))/(16,368 ∙273)=10,241 м/c.
Динамическое давление в коробе [5, рис. VII-2].
hдин=4,6 мм вод. ст
Коэффициент сопротивления конфузора [5, стр.174,табл,VII-3,п.17]
Сопротивление раздающего короба
Dhкороб=(zк+ )hдин=(1,906+0,1)∙4,6=9,228 мм вод.ст.
Определение сопротивления поворота на 45 с закруглением кромок
Отношение радиуса закругления кромок к ширине газопровода r/b=1 (принимается)
Отношение размеров поперечного сечения
а/b=1,488/2,75=0,72.
Коэффициент, учитывающий форму сечения [5,рис. VII-17]. С=1,1
Коэффициент, зависящий от угла поворота [5, рис. VII-16]. В=0,61
Произведение z0∙КD [5, рис. VII-15а]
z0∙КD=0,45
Коэффициент сопротивления поворота [5, п.1-29].
xпов=z0∙КD∙В∙С=0,45∙0,61∙1,1=0,3
Скорость дымовых газов
wк=(Bp∙V ∙( дс+273))/(Fотв∙273)=
=(11,25∙8,848 ∙(117,397+273))/(16,368 ∙273)=10,241 м/c.
Динамическое давление [5, рис. VII-2]. hдин=4,6 мм вод.ст.
Сопротивление поворота
Dhпов=xпов∙hдин=0,3∙4,6 =1,38 мм вод.ст.
Расчет сопротивления трения всего участка (от ЗУ до ДС)
Длина всего участка L=17,01 м.
Длина наиболее прямого участка l=2 м.
Эквивалентный диаметр
dэ=(а∙b)/(а+b) =(15,712∙1,488)/(15,712+1,488)=1,359 м.
Скорость газов w=10,241 м/с.
Коэффициент сопротивления трения [5, рис. VII-2]. l=0,03,при dэ >0,9м
Динамическое давление [5, рис. VII-2]. hдин=4,6 мм вод.ст.
Сопротивление трения участка
Dh =l(l/dэ)hдин=0,03∙(2/1,359)∙4,6=0,203 мм вод.ст.
Сопротивление трения всего участка
Dhтр=Dh ∙L/l=0,203∙17,801/2=1,807 мм. вод. ст.
Суммарное сопротивление участка IV
DhIV=Dhкор+Dhтр+Dh =9,228 +1,807+1,38=12,415 мм вод.ст.
16.7 Компоновка газового тракта от выхода из дымососа до выхода из дымовой трубы (участка V Г) и расчет высоты дымовой трубы.
Определение сопротивления диффузора, находящегося после дымососа
Отношение площадей меньшего сечения к большему
где высота и ширина выходного патрубка дымососа (табл.III-18).
Длина диффузора l=2,774 (принимается).
Отношение длины диффузора к высоте выходного патрубка дымососа
l/b =2,774/3,6=0,771.
Коэффициент сопротивления диффузора [5, рис.VII-14,а]. xдиф=0.06
Скорость газов в входном патрубке дымососа
wк=(Bp∙V ∙( дс+273))/(Fотв∙273)=
=(16,57∙8,533 ∙(117,397+273))/(5,832∙ 2∙273)=14,371 м/c.
Динамическое давление в диффузоре [5, рис. VII-2].
hдин=9,8 мм вод.ст.
Сопротивление диффузора
Dhдиф=xдиф ∙hдин =0,06∙9,8=0,588 мм вод.ст.
Определение сопротивления поворота на 45 с закругляющимися кромками
Поперечное сечение в начале поворота
F1=h*a=3,6*1,62=5,832 м2.
Скорость дымовых газов в начале поворота
wк=(Bp∙V ∙( дс+273))/(Fотв∙273)=
=(11,57∙8,533 ∙(117,397+273))/(5,832∙ 2∙273)=14,371 м/c.
Отношение радиуса закругления кромок к высоте газопровода
r/h=1,175/3,6=0,33.
Произведение z0 ∙КD [5, рис. VII-15,б].
z0 ∙КD=0.25
Коэффициент, зависящий от угла поворота [5, рис. VII-16]. В=0,6
Коэффициент, учитывающий форму сечения [5, рис. VII-17].
С=1,2,при а/h=1,62/3,6=0,45,
Коэффициент сопротивления поворота [5, п.1-29].
=z0 ∙КD ∙С∙В=0,25∙1,2∙0,6∙0,45=0,081
Динамическое давление [5, рис. VII-2].
hдин=9,8 мм вод.ст.(определяется по w1 =14,371 м/с)
Сопротивление поворота
Dh = ∙hдин=0,081∙9,8=0,794 мм вод.ст.
Сопротивление поворота на 900 выполненного отводом.
Отношение радиуса поворота к ширине газохода [5, п. III-26].
r/b=1,17/3,6=0,33
Отношение размеров поперечного сечения
h/a=3,6/3,6=1.
Коэффициент, учитывающий форму сечения [5, рис. VII-17].
С=1
Коэффициент, зависящий от угла поворота [5, рис. VII-16]. В=1
Произведение z0∙КD [5, рис. VII-15а];
z0∙КD = 0.27
Коэффициент сопротивления поворота [5, п.1-29].
=z0 ∙КD ∙С∙В=0,27∙1∙1=0,27
Динамическое давление [5, рис. VII-2]. hдин=1,9 мм вод.ст.
Сопротивление поворота
Dh = ∙hдин=0.27∙1.9=0.513 мм вод.ст.
Определение сопротивления трения тройника типа Fп+Fб=Fс
Скорость дымовых газов в прямом канале wп=6,467 м/с
Скорость дымовых газов в боковом канале wб=wп=6,467 м/с.
Поперечное сечение бокового и прямого каналов
Fб=Fп= (Bp∙V ∙( дс+273))/(w∙273)=
=(16,57∙8,533 ∙(117,397+273))/(6,467∙273)=12,96 м.
Скорость дымовых газов в собирающем канале
wс =(Bp∙V ∙( дс+273))/(Fб+Fп)∙273=
=(16,57∙8,533 ∙(117,397+273))/(12,96∙ 2∙273)=12,934 м/c.
Коэффициент сопротивления для бокового канала [5, рис VII-23] xб=0,1.
Коэффициент сопротивления для прохода xп=0,6.
Динамическое давление [5, рис. VII-2]. hдин=7,1 мм вод.ст.
Сопротивление тройника
Dhтрн=xп∙hдин=0,6∙7,1=4,26 мм вод.ст.
Определение сопротивления трения всего участка
Длина всего участка принимается равной: L=43,103 м.
Наибольшая длина прямого участка l=20 м.
Эквивалентный диаметр
dэ=(2∙а∙b)/(а+b)=(2∙3.6∙3.6)/(3.6+3.6)=3.6 м.
Скорость дымовых газов w=12,934 м/с.
Динамическое давление [6, рис. VII-2]. hдин=7,1 мм вод.ст.
Коэффициент сопротивления трения [5, табл. VII-2]. l=0.015,при
Сопротивление трения участка
Dh =l(l/dэ)hдин=0,015∙(20/3,6)∙7,1=0.529 мм вод.ст.
Сопротивление трения всего участка
Dhтр=Dh ∙L/l=0,529∙43,103/20=1,14 мм вод.ст.
Суммарное сопротивление участка V
DhV=Dhдиф+Dh +Dh +Dhтрн+Dhтр=
=0.588+0,794+0,513 +4,26+1,14=7,295 мм вод.ст.
16.8 Расчет сопротивления дымовой трубы
Высота трубы по стандарту принимается [5, рис. III-44]. hтр=80 м
Коэффициент сопротивления [5, табл. VII-2]. λ=0,05
Динамическое давление [5, рис. VII-2].
hдин=19,5 мм вод.ст., при w0=20 м/с
Сопротивление трения
Dh =l∙hдин/(8∙i)=0,05∙19,5/(8∙0,02)=6,1 мм вод.ст.
Коэффициент сопротивления выхода из трубы xвых=1.
Потеря давления с выходной скоростью
Dhвых =xвых∙hдин=1∙19,5=19,5 мм вод.ст.
Сопротивление трубы
Dhтруб=Dhтр+Dhвых =6,1+19,5=25,6 мм вод.ст.
Суммарное сопротивление участка VI
DhVI=Dhвх +Dhтруб=4,4+25,6=30 мм вод.ст.
Поправка на разницу плотностей
Суммарное сопротивление тракта от ЗУ до ДС
åDh2=DhIII+DhIV+DhV+DhVI=10+12,415 +7,295 +30=59,71мм вод.ст.
Суммарное сопротивление
Заключение
Был произведен тепловой расчет типового котлоагрегата БКЗ-420, работающем на каменном угле марки: Кузбасс К, промпродукт. Расчет показал, что сжигание данного вида топлива допускается при эксплуатации котла. Выдержаны все температурные и эксплуатационные рамки. Невязка теплового баланса 0,247%, что меньше допустимых 0,5%.
Все геометрические характеристики котла приведены в таблице.
На этом поверочный тепловой расчет котлоагрегата закончен.
Литература
1. Тепловой расчёт котельных агрегатов. Нормативный метод. Издание третье переработанное и дополненное. Издательство НПО ЦКТИ, СПб. 1998-256 с.
2. И.Д. Фурсов. Конструирование паровых котлов. 1999- М: Энергия.
3. Ю.М. Липов, Ю.Ф. Самойлов, Т.В. Виленский. Компоновка и тепловой расчёт парового котла. М: Энергоатомиздат. 1998-208 с.
4. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Вукалович М.П., Ривкин С.Л., М-1969, 408с.
5. Аэродинамический расчет котельных установок(нормативный метод)., Под ред. С.И.Мочана Изд.Л.,"Энергия",1977,256с.