Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Аэродинамический расчет котельного агрегата

Нормальная работа котлоагрегата возможна только при условии непрерывной подачи в топку воздуха и удаления в атмосферу продуктов сгорания после их охлаждения и очистки от твердых частиц. Подача воздуха и отвод продуктов сгорания в необходимых количествах обеспечиваются путем реализации газовоздушных систем с естественной и искусственной тягой. В системе с естественной тягой (применяемой в котельных агрегатах малой мощности с невысокими аэродинамическими сопротивлениями по газовому тракту) сопротивления движению воздуха и продуктов сгорания преодолеваются за счет разности давлений воздуха, поступающего в топку, и продуктов сгорания, удаляемых через дымовую трубу в атмосферу. В этом случае весь газовоздушный тракт котлоагрегата находится под разрежением. В случае если котел оборудован экономайзером и воздухоподогревателем и его сопротивление по газовому тракту превышает 1000 Па, систему газовоздушного тракта оборудуют дополнительными вентиляторами для ввода воздуха в топочный объем котлоагрегата и дымососом для удаления из котла продуктов сгорания. В котельном агрегате с уравновешенной тягой воздушный тракт работает под избыточным давлением, а газовый тракт — под разрежением; в этом случае дымосос обеспечивает разрежение в топке, равное 20 Па. В этой схеме вентиляторы создают давление воздуха 2500—5000 Па, а дымососы — разрежение 3000—4500 Па.

При малых перепадах давлений, невысоких скоростях установившегося движения и неизменной температуре продукты сгорания и воздух на элементарных участках газовоздушного тракта могут рассматриваться как идеальные, несжимаемые, невязкие газы. Уравнение движения элементарной струи таких газов может быть записано в виде уравнения Бернулли


Движение газов в газовоздушном тракте сопровождается потерей энергии, затрачиваемой на преодоление сил трения потока газа о твердые поверхности и между его слоями. Падение давления потока идеального газа может быть определено из рассмотрения уравнений Бернулли для двух сечений элемента тракта. Принимая pi = =р3 = рср и обозначив сопротивление элемента тракта через Др, получим


Самотяга —это избыток работы газового потока, возникающий при его подъеме вверх на высоту г, если у него плотность меньше, чем плотность атмосферного воздуха, за счет того, что работа, затрачиваемая на подъем продуктов сгорания, меньше работы, совершаемой при опускании того же объема воздуха на ту же высоту. Этот избыток работы может быть затрачен на преодоление сопротивлений движения газа по элементу тракта котельного агрегата. При расчете сопротивлений, возникающих при движении потока, они условно делятся на: сопротивление трения Артр при течении потока в прямом канале постоянного сечения, в том числе при продольном омывании пучка труб; местные сопротивления Арм, связанные с изменением формы или направления потока, которые условно считают сосредоточенными в одном сечении и не включающими сопротивление трения; сопротивление поперечно омываемых пучков труб АрПоп, в которых нельзя определить раздельно сопротивление трения и местные сопротивления:


Коэффициент сопротивления трению ? зависит от характера движения (турбулентного или ламинарного) и от относительной шероховатости am/d (где ат — высота выступов шероховатостей). При турбулентном движении со сравнительно небольшими значениями числа Re (до 10s) и невысокими значениями ajd толщина ламинарноного слоя у стенки может быть больше выступов шероховатости. В этом случае относительная шероховатость не влияет на величину и газовоздухопроводы считаются технически гладкими. С увеличением числа Re величина Е все сильнее зависит от отношения am/d и описывается формулой


Для числа Re7>105 при dd/am< 1000 коэффициент сопротивления трению зависит только от относительной шероховатости


При ускоряющемся течении газа и при постоянном сечении газохода часть давления тратится на преодоление дополнительного сопротивления, возникающего из-за изменения скорости


Потери, связанные с переменой сечения, возникают вследствие образования местных вихрей, что связано с затратой энергии, а следовательно, и дополнительными гидравлическими потерями. Такие явления наблюдаются в поворотах, диффузорах, сужениях, тройниках и т. п. Газовоздушный тракт котельных агрегатов изобилует указанными элементами, а поэтому местные потери котельных агрегатов играют большую роль, чем потери на трение. Для местных сопротивлений потеря давления равна:


В сужающемся канале (конфузоре) скорость газа возрастает по ходу потока при падении статического давления Р2<р. При движении в расширяющемся канале (диффузоре) скорость вдоль линии тока падает, а давление возрастает, т. е. Р2~>Р- В этом случае вектор скорости в отдельных местах пограничного слоя может снизиться до нуля или даже повернуть навстречу основному движению. Это происходит вследствие нехватки кинетической энергии на преодоление разности давлений Pi—Р. При движении в диффузоре образуются вихри, создающие большие потери энергии, которые тем больше, чем больше градиент давления dp/dx. Во избежание вихрей диффузоры выполняют с углом раскрытия а12°. Если принять в качестве стенки конфузора линию тока, то вихрей не будет и местные потери будут отсутствовать.

При резком сужении или расширении потока образуются вихри и, следовательно, появляются потери давления, например, в трубчатом воздухоподогревателе при входе и выходе газов. Коэффициент сопротивления при внезапном изменении сечения зависит от соотношения сечений fjf2 и направления движения: СцВх = 0-0,5; Свых = 0-4-1,1. При повороте потока также образуются вихри, однако изменение давления р2 в этом случае происходит неодинаково: вдоль сечения на наружной кромке поворота давление повышается; вихри до поворота образуются на наружной кромке, а после поворота — на внутренней кромке. Конструировать повороты канала следует с плавным изменением направления стенок. При плавном повороте коэффициент сопротивления Cfnoв много меньше, чем при резком. Так, при плавном повороте на 90° с Rnonld= 1 коэффициент С=0,27; при резком повороте коэффициент =1,4, а при повороте со скругленными кромками коэффициент Сов =0,3--0,8.

Сопротивления трубчатых поверхностей нагрева при поперечном обтекании продуктами сгорания составляют большую часть общего аэродинамического сопротивления котельных агрегатов. Сопротивление трубной решетки при поперечном омывании

Гидравлическое сопротивление коридорного пучка труб из z рядов при поперечном его омывании равно:


При движении газа в вертикальных газоходах следует учитывать составляющую общего перепада давления за счет разности высоты. Благодаря высокой температуре дымовых газов их плотность рг меньше плотности окружающей среды, что создает разность плотностей столбов воздуха и продуктов сгорания. Поэтому создается естественный напор, или самотяга продуктов сгорания. В подъемных газоходах самотяга направлена на преодоление сопротивления, в опускных препятствует движению, являясь отрицательной величиной, и должна быть преодолена внешним источником.

Общий перепад давлений в котельном агрегате складывается из аэродинамических сопротивлений, отдельных элементов. У агрегатов, работающих под разрежением, суммарный перепад определяется раздельно для воздушного и газового трактов. В котельном агрегате под наддувом рассчитывают общее газовоздушное сопротивление.

Для запыленных золой продуктов сгорания вносится поправка (1+р,). Тогда


Расчет сопротивления Ар вначале ведут для воздушного потока, движущегося при барометрическом давлении, равном 101,308 кПа, поэтому на завершающем этапе расчета вводят поправки.

Теплогенерирующие установки: Учеб. для вузов. Г. Н. Делягин, В. И. Лебедев, Б. А. Пермяков. М.: Стройиздат, 1986.

Экспертиза

на главную