2. Аеродинамічний розрахунок газового тракту.

Розрахунок газового тракту ведеться на номінальну задану навантаження котельного агрегату. Основні вихідні дані - витрата газів, швидкість і температура газів по тракту, живі перерізу та інші конструктивні дані - приймаються з теплового розрахунку.

Орієнтовна аеродинамічна схема газового тракту котельні установки з котлоагрегатами ДКВР, що працюють на газоподібному паливі, показана на рис. 3.

Газовий тракт котельної установки включає в себе: топку 1, пароперегрівач і котельний пучок 2, водяний економайзер 6, газоходи, що з'єднують котельний пучок про економайзером (ділянка 3-б) і економайзер з димососом 12 (ділянка 7-11), борів з шибером 15 , з'єднує димосос з димарем 17 (ділянка 13-16). На повітропроводах і газоходах встановлюються поворотні заслінки. При роботі котлоагрегату на твердому паливі перед димососом встановлюється золоуловитель також входить до складу газового тракту. В деяких випадках в котлоагрегаті використовується воздухоподогреватель. Тоді необхідно враховувати його опір відповідність до вказівками на стор.

Повний аеродинамічний опір газового тракту складається з опорів топки, фестону, котельного пучка, пароперегрівача, водяного економайзера, повітропідігрівачів, газоходів, шиберів, борова, золоуловителя та димової труби:

; (25)

де - сумарна величина самотягу газового тракту.

Топка.

Розрідження в верхній частині топки при спалюванні шлакується палив, газу і мазуту приймають рівним h_т = 20-30 Па.

Фестон.

Опір фестона з числом рядів труб вздовж потоку не більше 5 і при швидкості газів до 10 м/сек зазвичай не враховується.

Котельний пучок.

У котельних пучках має місце поздовжнє або поперечне омивання грубий газовим потоком.

Рис.3. Принципова схема газового тракту котельної.

Опір поздовжньо омиваних пучків труб є опором тертя і розраховується про допомогою графіка на рис.1.2 [1] або по формулі при цьому можна наближено прийняти = 0,03.

У котлоагрегатах типу ДКВР має місце поперечне омивання котельного пучка димовими газами. Опір котельного, пучка визначається як місцевий опір по формулі (13), а коефіцієнт опору коридорного пучка труб - за формулою (14) і (16) шахового пучка труб - за формулами (15) і (17). При цьому за допомогою графіків на рис. 1 і 2 чи на рис У11.6 і У11.7 [1] визначаються величини для коридорного і шахового пучків та поправочні коефіцієнти.

У котлоагрегатах ДКВР паропродуктивністю - газовий потік тричі змінює напрям руху - поворот на 90 ° ( = 1), поворот на 180 ° ( = 2) і поворот на 90 ° ( = 1). До опору поперечно обтічного пучка необхідно додати опір від поворотів газового потоку. Живий переріз розраховується за формулами, (23) і (24), а швидкість газів - за формулою (21) або приймається по тепловому розрахунку.

Пароперегрівач

Опір пароперегрівача розраховується за аналогією з розрахунком опору котельного пучка з поперечно-омиваним пучком труб.

Водяний економайзер

Опір сталевих гладкотрубних економайзерів розраховується так само, як і опір конвективного пучка. Опір чавунного ребристого економайзера ВТІ і ЦККБ визначається за наближеною формулою:

(26)

Місцеві опори входу і виходу в ребристих і гладкотрубний економайзерів включені в опір пучка і окремо не розраховуються.

Повітропідігрівач

Опір трубчастого або пластинчастого повітропідігрівачів розраховується за формулою (4), а коефіцієнт опору тертя визначається по формулі (11).

Опір повітропідігрівачів, віднесене до одиниці довжини труби або щілини можна визначити за допомогою графіка на рис. У11-4 [1].

Величину опору котельного пучка, пароперегрівача, водяного економайзера і повітропідігрівачів необхідно помножити на поправочний коефіцієнт, значення якого наведені в табл. 4.

Таблиця 4

Поверхня нагріву	K
Котельний пучок а) багато барабанних вертикьльно-водотрубних котлів зі змішаним омиванням б) котлів малої потужності з поворотом газів в горизонтальній площині в) котлів з камерою догорання перед пучком г) секційних котлів	0,9 1 1,15 0,9
Пароперегрівачі, сталеві економайзери	1,2
Ребристі економайзери а) при ефективної регулярної обдувці б) без обдування	1,4 1,8
Трубчасті повітропідігрівачі а) газова сторона б) повітряна сторона при числі ходів по повітрю 1-2	1/1 1,05
при числа ходів по повітрю 3 і більше а) газова сторона б) повітряна сторона	1,15 1,5 1,2

Газопроводи

Газопроводи на ділянці між котлоагрегатом і золоуловителем розраховують по витраті і температурі газів, що йдуть, а на ділянках між золоуловителем і димососом і між димососом і димарем - по витраті і температурі у димососа. При відсутності золоуловителей в розрахунок приймаються витрата і температура у димососа.

Витрата газів у димососа (м³ / с) визначається за формулою:

(27)

де - розрахункова витрата палива, кг / год або м3 / год;

- об’єм продуктів згоряння на одиницю кількості палива при

коефіцієнті надлишку повітря ух при нормальних фізичних умовах

(6 ° С і 1,013 бар) м³/кг або м³/м³;

- присоси повітря на ділянці тракту від котлоагрегата до димососа;

- теоретична витрата повітря, м³ /кг або м³ / м3;

- температура димових газів у димососа, ° С.

Величину присоса повітря приймають рівною 0,01 на 10 м довжини сталевих газопроводів, 0,05 на 10 м довжини цегляних кнурів, 0,15 для електрофільтрів котлів з 50 т / год, 0,05 для золоуловітелей циклонного типу або скруберів .

При 0,01 температура газів у димососа приймається рівною температурі газів, що йдуть при великих значеннях величину розраховують за формулою:

(28)

де – температура холодного повітря, ° С.

Опір тертя враховується при швидкості руху газів 12 м / с і більше, а повітря 10 м / с і більше. місцеві опору (повороти, розгалуження, зміни перетину, шибера) розраховуються за формулою (13). Коефіцієнти місцевих опорі приймаються за табл. 3 або по табл.У11.3. [1] в залежності від типу опору і його. розмірів. Наприклад, на ділянці 3-6 (рис. 3) окоріть газів становить 8 м / сек і там є 2 плавних повороту на 90 ° ( = 0,3) і 1 поворотна заслінка ( = 0,1 при повному відкритті). Опір тертя на ділянці 3 - б враховувати не треба, так як швидкість газів менше 12 м / с.

При швидкості газів 12-25 м / с опір тертя визначається для одного - двох найбільш довгих ділянок і потім отримана величина множиться на відношення всієї довжини га йоду до довжини розрахункового ділянки. Коефіцієнт опору тертя можна приймати рівним 0,02 для нефутерованних сталевих газопроводів, 0,03 при 0,9 м і 0,04 при 0,9 м для футерованих сталевих та цегляних газоходів.

Шибер і поворотні заслінки

Опір шиберів і поворотних заслінок розраховується як місцеве опір по формулі (13). Орієнтовно можна приймати опір шибера і поворотною заслінки 10-20 Па

Опір борова

приймається рівним 20 Па на кожні 25 і його довжини.

Золоуловителі.

Для очищення димових газів при роботі котлів на твердому паливі перед димососом встановлюють золоуловителі наступних типів: циклони, батарейні циклони, блоки циклонів, мокрі золоуловители (Відцентрові скрубери ВТІ і турбулентні коагулятори Вентурі). За котлами великої паропродуктивності в основному встановлюють електрофільтри.

Опір електрофільтрів ДВТІ приблизно дорівнює 150 Па при максимальній швидкості газів в активному перетині 1,5 м / с, а типів УГ 2 і УЦЗ-Е - 150 Па при тій же швидкості.

Для котлів з D = 6,5 - 20 т / год для очищення запилених димових газів рекомендується використовувати сухі інерційні золоуловители - Батарейні циклони БЦ (див. табл. 3.7 [1], стор.81 і рис. 3.32 [1], стор.80), для котлів з D = 2,5 - 6,5 т / год рекомендується використання блоків циклонів НІІОГАЗ (див. табл. 3.9 1[1] стор. 86 і рис. 111.38 і 3.39 [1], стор.87 і 88).

Ступінь очистки газів з батарейних циклонах досягає 82-90%, а коефіцієнт опору приймається за табл. 5.

Таблиця 5

№п/п	Батарейний циклон
1	БЦУ тип «Енерговугілля»	110
2	БЦ c закручующимися лопостями зненаголошеним входом	65
3	БЦРН	80
4	БЦ ЦКТІ з елементами діаметром 500 мм з 4- західним закручівателем потоку	130
5	БЦ (застарілі) з елементами типу "розетка"	90
6	БЦ (застарілі) з елементами типу "гвинт"	85

Швидкість при розрахунку опору по формулі (4) визначається за сумарною площею перетинів всіх елементів

БЦ : F = 0,758 x d², n – число елементів у БЦ; d – діаметр елемента.

У блоках циклонів ступінь очищення запилених газів становить 70-90% і коефіцієнт опору блоку дорівнює 105 (для 1Ц) і 115 (для 2Ц).

Орієнтовно опору батареї них циклонів становить 500-700 Па, а блоків циклонів 450-600 а.

Для очищення газів за котлами з D = 2,5-20 т / год можуть встановлюватися циклони-скрубери ЦС​​-ВТІ (див.рис. 3-41 1, стор.90 і табл.3.10 1, стор.88 про пропускну здатність від 4 х10³ м³ / год газів. Швидкість газів в поперечному перерізі скрубера повинна бути не більше 5 м / с, а швидкість газів на вході в скрубер -20 м / с. Ступінь вловлювання золи в ЦС-ВТІ в середньому складає 80-92%. Опір мокрого прямоточного циклону-скрубера ЦС-ВТІ розраховується за формулою (4), при цьому коефіцієнт опору береться по табл.6, а динамічний тиск розраховується по швидкості у вхідному патрубку скрубера. мокрі золоуловителі встановлюються при температурі газів, що йдуть 130-150 ° С, наведена серністость палива не повинна перевищувати 1,2%.

Таблиця 6

Діаметр скрубера	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6
	3,4	3,0	2,9	2,8	2,7	2,6

Орієнтовно опір золоуловителя ЦС-ВТІ лежить в межах 800-900 Па.

Температуру газів за скрубером можна визначити за формулою:

(29)

де - температура газів перед скрубером, ° С; і – температура води, що використовується для зрошення газів в скрубері ( = 15 ° С, а дорівнює температурі мокрого термометра), ° С - ентальпія газів перед скрубером, віднесена до одиниці кількості палива, кДж / кг або кДж/м³; - обсяг газів перед скрубером, віднесений до одиниці кількості палива або м³/м³, або м³/кг.

Величину визначають за графіком на рис.2.5 [1 стор.36] в залежності від повної ентальпії газів кДж / кг або кДж/м³.

(30)

де та - об'єми водяної пари і сухих газів, віднесені до одиниці кількості палива, м³ /кг та м³ / м³ (при нормальних фізичних умовах).

Об'єм газів на виході з скрубера V^II більше обсягу газів на вході в скрубер V^I на обьем випареної вологи

м³/кг або м³/м³ (31)

При цьому:

, (32)

де - ентальпія газів після скрубера, що визначається за діаграмі при кДж / кг або кДж/м³; - витрата води на зрошення, кг / год (за таблицею 3. 10 [1]).

Димова труба.

Опір димової труби визначається за формулою

(33)

де – динамічний тиск, що втрачається cо швидкістю виходу

димових газів з труби, Па;

– опір тертя димової труби, Па.

Втрату енергії з вихідною швидкістю газів розраховують за

формулою:

(34)

де – коефіцієнт місцевого опору виходу газів з труби, приймаємо

рівним 1,0;

– щільність димових газів при температурі на виході з димової труби,

кг/м³;

– швидкість газів на виході з димової труби, м/с.

Температуру газів на виході з труби підраховують з урахуванням падіння на 1 пог.м висоти: в цегляних трубах , у сталевих нефутерованних трубах і в сталевих нефутерованних трубах (тут - сумарна паропродуктивність всіх котлів, приєднаних до димаря, т / год.

Температура димових газів на виході з труби розраховується за формулою:

(35)

де – температура газів на вході в димову трубу, ^о С;

– висота димової труби, м.

Температура димових газів на вході в димову трубу залежить від величини пріооса повітря на ділянці від котлоагрегата до димової труби.

Пріооси повітря приймаються рівними 0,01 на кожні 10 і довжини сталевих газоходів і 0,05 на 10 і цегляних кнурів; = 0,05 для золоуловителей циклонного типу або скруберів і 0,1 для електрофільтрів.

Якщо для всієї ділянки котлоагрегата-димова труба не перевищує 0,1, то приймається рівною температурі вихідних газів .

Температуру димових газів перед димарем при сумарній величині присоса повітря > 0,1 визначають за формулою (28).

Швидкість газів на виході з димової труби для виробничо-опалювальних котелень вибирається в межах 10 - 20м / с при штучній тязі і 6 - 10 м / с при природній тязі.

Опір тертя газів в димарі визначається за формулою:

, Па (36)

де - коефіцієнт опору тертя, рівний 0,015 -0,05 в залежності від матеріалу

димової труби (див. стор);

– Середній ухил внутрішніх стінок димової труби, що приймається

рівним 0,02 для цегляних та залізобетонних труб;

– щільність димових газів при їх середній температурі в димарі,

кг/м3;

- швидкість газу на виході з димової труби, м / с.

Самотягу газового тракту.

Необхідно враховувати самотягу в топці, водяному економайзері, димаря і вертикальних газоходах.

Розрахунок саіотягі ведеться за формулою:

, Па (37)

де - відстань по вертикалі між серединами перерізів виходу і входу газів на даній ділянці тракту, м;

- прискорення сили тяжіння, м/с2;

щільність димових газів при нормальних фізичних умовах , кг / м³;

- щільність повітря при 20 ° С і 1,0133 105 Па, рівна 1,2 кг/м³.

Величина самотягу позитивна при висхідному русі газів, при цьому її треба віднімати із сумарного опору; при низхідному русі газів вона негативна і її необхідно додавати до сумарного аеродинамічного опору тракту.

Самотяга топки.

Її величину визначають за формулою:

,Па (38)

де - відстань по вертикалі між центрами перерізів виходу димових газів з топки і введення повітря в топку, м.

Самотягу водяного екомайзера і газоходів розраховується за формулою (37). При застосуванні двухколонкового економайзера самотягу практично дорівнює нулю.

Самотягу димової труби

визначається за формулою (37). При цьому як Н в формулу (37) підставляється величина висоти труби Н_ТР.

Загальний опір газового тракту. За підрахованим значенням опорів окремих елементів газового тракті визначається його загальний опір. Для котлів ДКВР враховуються тільки опору топки, котельного пучка з пароперегрівом, водяного економайзера, повітропвдігрівача (при наявності), золоуловителя (при роботі котла на твердому паливі), газоходів, що з'єднують котел з економайзером і економайзер з димососом, борова та димової труби.

Загальний опір газового тракту визначається за формулою (25).

Розрахунковий тиск, який повинен розвивати димосос, визначається за формулою:

, Па (39)

де - 1,2 - коефіцієнт запасу по тиску для котлів паропродуктивністю до 20 т / год. включно, для котлів вищої паропродуктивності цей коефіцієнт дорівнює 1,1;

– повний аеродинамічний опір газового тракту, розраховується за формулою (25);

- сумарна величина самотяги газового тракту, включаючи димову трубу при штучній тязі.

Розрахунок димової труби.

При природній тязі димова труба повинна долати опір всієї котельної установки.

Висота димової труби при природній тязі визначається за формулою:

, м (40)

де – динамічний тиск на виході з димової труби при швидкості газів W_Г, Па; -коефіцієнт опору тертя для димової труби; W_Г - швидкість газів на виході з труби, яка приймається рівною 6-10 м / с при природній тязі і 10 - 20 м / с при штучній тязі.

Середня температура газів в димарі дорівнює:

, (41)

де - температура газів на вході і виході димової труби,

відповідно,° С.

Температура газів на вході в димову трубу дорівнює:

, (42)

де - сумарна величина присосів повітря в газоходах на ділянці від

котлоагрегата до димової труби.

Значення наведені в табл.7.

Присос повітря в газоходах Таблиця 7

Газоходи та обладнання
Золоуловлювачі (ЗУ) а)електрофільтри б)циклони, скрубери, жалюзійні ЗУ	0,1-0,15 0,05
Газоходи на ділянці від повітропідігрівачів (економайзера) до димососа при установці а)електрофільтри б)циклони або скрубери	0,2 0,08
Газоходи (на кожні 10 м довжини) а)сталеві б) цегляні борова	0,01 0,05

Температура газів на виході з димової труби:

, (43)

де - падіння температури газів в трубі на 1 м її висоти.

Цю величину можна визначити за формулою:

, ^о С/м; (44)

де D - номінальна (розрахункова) паропродуктивність всіх котлоагрегатов, підключених до димаря.

Коефіцієнт дорівнює:

1) сталеві труби а) нефутеровані- 2,

б) футеровані -0,8,

2) цегляні труби висотою до 50 м

при середній товщині кладки не більше 0,5 м - 0,4,

3) цегляні труби висотою більше 50 м

при середній товщині кладки більше 0,5 м - 0,2

Природна тяга можлива при сумарному опорі газового тракту не більше 300.

При штучній тязі згідно санітарним нормам мінімальна висота димової труби для опалювальних та виробничо-опалювальних котелень на підставі СНиП 11-Г.9-65 вибирається за умовами винесення газів в більш високі шари атмосфери і розсіювання шкідливих викидів SO₂;NO₂ і летючої золи - залежно від середньодобової витрати палива і його зольності (див. табл .8).

Мінімальна висота димової труби, м Таблиця 8

(по СНиП 11-Г.9-65)

Середньодобова витрата палива т/год	Малозольне паливо	Многозольне паливо
До 1	20	20
1-5	30	30
5-15	30	30
15-50	45	60
50-100	60	100
100-200	80	100
200-300	100	120
Більше 300	120	150

Якщо в радіусі 200 м від котельні є будівлі висотою понад 15 м, то мінімальна висота димової труби приймається рівною 45 м.

Обрану висоту димової труби слід перевірити за умовами достатнього розсіювання містяться в газах шкідливих викидів відповідно до розділу 3.44 [1, стор.91-92].

Маса викиду двоокису сірки за 1 секунду дорівнює:

, кг/с (45)

Маса викиду золи за 1секунду дорівнює:

, кг/с (34)

де ; - вміст сірки і золи в робочій масі палива;

- сумарний витрата палива в котельні, т / год;

- втрати від механічного недопала,%;

- нижча теплота згоряння палива, МДж / кг

- частка золи в винесення;

– ккд золоуловлювача, %.

Для розрахунку висоти димової труби з урахуванням забезпечення необхідної гранично допустимої концентрації (ГДК) викидів використовується формула:

, м (47)

де – число труб до готельної (якщо викиди через них

однакові)

параметр, що залежить від величини

– різниця температур викидаються газів і повітря (остання береться за середньою денною температурі повітря в літні місяці);

– сумарний обсяг димових газів, що викидаються з всіх труб котельні, м³/с;

– параметр, що залежить від величини:

, м/с^{2 о} С (48)

	0	1	2	3	4	5	6
	1,18	0,93	0,86	0,82	0,78	0,77	0,76

А - коефіцієнт, що залежить від температурної стратифікації атмосфери.

А = 120 для центру Європейської частини СРСР.

А = 160 для України, Півночі та Північно-Західної Європейської частини СРСР, Середнього Поволжя і Уралу.

А = 200 для Сибіру, Далекого Сходу , Середньої Азії , Кавказу та Нижнього Поволжя.

Коефіцієнт залежить від швидкості осадження викидів в атмосферу і дорівнює 1 для SO₂, 2 для летючої золи при > 90% і 2,5 для летючої золи при < 90%.

С_м - разова ГДК викидів над землею, яка приймається 0,15 мг/м³.

Якщо розрахована за формулою (40) або вибрана по табл. 8 висота труби менше обчисленої за формулою (47) величини Н_тр^min, то висоту труби слід прийняти рівною Н_тр^min ', і відповідно скоригувати аеродинамічний розрахунок газового тракту.

Часова витрата димових газів через димову трубу дорівнює:

м³/год (49)

де - число котлів, приєднаних до димаря;

- теоретичний вихід димових газів, м³/кг або м^З/м³;

коефіцієнт надлишку повітря на вході в димову трубу;

- величина присосів повітря на ділянці від економайзера до входу в димову трубу;

- розрахунковий часовий витрата палива на 1 котел, кг/год або м^З/год. Діаметр устя димової труби дорівнює:

, м (50)

Діаметр основи труби дорівнює:

, м (51)

Діаметр устя цегляної і залізобетонної димової труби рекомендується вибирати з наступного уніфікованого ряду: 0,75; 0,9; 1,05; 1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 3,0; 3,6; 4,2; 4,8; 6,0; 7,2; 8,4; 9,6 м. Після розрахунку діаметра устя труби його величина повинна бути округлена відповідно до наведеного вище поруч типорозмірів, а швидкість виходу газів повинна бути скорегована. Діаметр металевої труби не повинен перевищувати 1 м.

На рис. 3.49 [I, стор.98] і 3.50 [1 стор.99] показані схеми цокольної частини і газоходів від котлів до димової труби.