Аэродинамическое сопротивление водяного экономайзера.

Стальной змеевиковый экономайзер представляют собой пучок труб, набранный из стальных змеевиков диаметром 28 или 32 мм, со стенками толщиной 3 или 4 мм. Дымовые газы поперечно омывают змеевики. Расположение змеевиков может быть коридорным и шахматным.

Количество труб в поперечном сечении Z1 = 74, а по ходу дымовых газов Z2 = 74. Расположены они соответственно на расстоянии S1 = 70 мм и S2 = 40 мм. Диаметр труб 32 мм. Высота труб 4500 мм.

Размеры экономайзера:

ширина b = (Z1 + 1) ∙ S1 = 75 ∙ 70 = 5250 мм;

длина l = (Z2 + 1) ∙ S2 = 75 ∙ 40 = 3000 мм.

Сопротивление шахматного пучка труб находиться по формуле:

s1 = S1 / Z1 = 70 / 32 = 2, 19;

S'2 = Ö 0, 25 ∙ 70² + 40² = 53, 151 мм;

ϕ = (S1 – d) / (S'2 – d) = (70 – 32) /(53, 151 – 32)= 1, 8;

Сопротивление шахматного пучка труб, при s1 £ 1 и 1, 7 £ φ £ 6, 5 рассчитывается по формуле: ∆ h = Cd ∙ Cs ∙ ∆ hгр ∙ (Z2+1), мм. вод. ст.;

При d = 32 мм Cd = 1, 005;

s1 = 2, 19; s2 = 40 / 32 = 1, 25 Þ Cs = 1, 07 [2, с.13].

Средняя температура дымовых газов в пароперегревателе:

Jп/п = ½ ∙ (725 + 515) = 620°С;

Средний объём дымовых газов в водяном экономайзере:

Vух = ½ ∙ (5, 8+ 6, 8) = 6, 3 м³ /с;

Объём дымовых газов в экономайзере:

Vд.г. = 13650 ∙ 6, 3∙ (273 + 620) / 273 = 281295 м³ /ч,

Площадь сечения, по которому движется дымовые газы в экономайзере:

F = h∙ (b – Z1 ∙ d) = 4, 5 ∙ (5, 25 – 74 ∙ 0, 032) = 12, 969 м²;

Тогда скорость дымовых газов в экономайзере равна:

W =281295/ 3600∙ 12, 969 =6, 024 м/с.

По скорости 6, 024 м/с и средней температуре 620°С определяем ∆ hгр:

∆ hгр = 0, 31 мм. вод. ст.

Сопротивление экономайзера:

∆ h = 1, 005 ∙ 1, 07 ∙ 0, 32 ∙ (74+1) = 25, 808 мм. вод. ст. = 253, 18 Па.

3.5 Аэродинамическое сопротивление воздухоподогревателя.

Сопротивлением воздухоподогревателя складывается из сопротивления трения в трубах и сопротивления входа в трубы и выхода из них. Параметры воздухоподогревателя берутся из воздушного тракта котлоагрегата: Размеры воздухоподогревателя: h = 2500мм, b = 4000 мм, l = 4000 мм.

Диаметр и толщина труб: d = 40 мм; S = 3 мм;

Количество труб: Z1 = 49; Z2 = 79

Расстояние между осями труб: S1 = 80мм; S2 = 50 мм;

Средняя температура дымовых газов в воздухоподогревателе:

Jп/п = ½ ∙ (515 + 130) = 322, 5°С;

Средний объём дымовых газов, уходящих из воздухоподогревателя:

Vух = ½ ∙ (6, 8 + 7, 8) = 7, 3 м³ /с;

Объём дымовых газов в воздухоподогревателе:

Vд.г. = 13650 ∙ 7, 3∙ (273 + 322, 5) / 273 = 217357, 5м³ /ч,

Площадь сечения, по которому движется дымовые газы в воздухоподогревателе:

F = ¼ ∙ π (d – 2S)² ∙ Z1 ∙ Z2 = ¼ ∙ π ∙ (0, 04 - 2∙ 0, 003)² ∙ 49 ∙ 79 = 3, 515 м²;

Скорость движения дымовых газов в воздухоподогревателе:

W = 217357, 5/ 3600∙ 3, 515 = 17, 176м/с.

Сопротивление трения в трубах рассчитывается по формуле:

∆ h = ∆ hгр ∙ Сш ∙ l, [2, 188], где

∆ hгр – зависит от средней температуры потока и от скорости потока, мм, вод. ст./м;

∆ hгр = 11 мм. вод. ст.

Сш – поправочный коэффициент на шероховатость; Сш = 0, 92

l – общая длина труб, м

∆ h = 11 ∙ 0, 92 ∙ 2, 5 = 25, 3 мм. вод. ст. = 248, 193Па.

Сопротивление при входе в трубы и при выходе из них вычисляется по формуле:

∆ hизм = m ∙ (ξ вх + ξ вых) ∙ ½ ∙ rW², где [2, 29]

m – количество последовательно расположенных по ходу газа отдельных кубов, m = 1;

ξ вх и ξ вых коэффициенты входа и выхода определяются в зависимости от отношения суммарной площади живого сечения труб к площади живого сечения газохода до и после воздухоподогревателя.

Fм / Fб =(π (d – 2S)² / 4∙ b∙ l)∙ Z₁∙ Z₂=(3, 515 / 4∙ 4∙ 4)∙ 49∙ 79 = 0, 22 Þ ξ вх = 0, 38 ξ вых = 0, 69

Плотность дымовых газов в воздухоподогревателе:

r = 1, 32 ∙ 273 / (273 + 322, 5) = 0, 458 кг/м³;

Динамический напор:

½ ∙ rW² = ½ ∙ 0, 458 ∙ 17, 176² =67, 56 Па

Тогда ∆ hизм = 1∙ (0, 38 + 0, 69) ∙ 67, 56= 72, 2892Па.

В итоге сопротивление воздухоподогревателя равно:

∆ Р=248, 193+ 72, 2892= 320, 482Па.

3.6 Расчет участка 1-2:

Данный участок газохода соединяет выход котла с пароперегревателем.

Объём дымовых газов, проходящих через участок:

V_1-2=V^к_д.г. =372070 м³ /ч,

Площадь поперечного сечения:

F= V / 3600∙ W = 372070/ 3600∙ 10 = 10, 335 м²;

Соответственно полученной площади выбираем размеры и вид трубы:

Труба 2500*4000мм; F=2, 5∙ 4=10м²,

dэ=4∙ 10/2∙ (2, 5+4)=3, 076 м;

Рассчитываем скорость дымовых газов в трубе:

W = V / 3600∙ F =372070/ 3600∙ 10 = 10, 335 м/с;

Плотность дымовых газов (при 1110°C): r = 0, 2808 кг/м³;

Динамический напор:

½ ∙ rW² = ½ ∙ 0, 2808 ∙ 10, 335² = 14, 996 Па

Рассчитываем потери от трения:

∆ Pтр = 0, 02 ∙ 5 / 3, 076 ∙ 14, 996 = 0, 478 Па;

Труба соединяется с выходом котла с помощью резкого расширения

(2500*4000мм → 6300*5000мм).

Отношение площади меньшего сечения к площади большего равно:

Fм/F_б=2, 5∙ 4/6, 3∙ 5=0, 317

Тогда ᶓ =0, 51

∆ Р_м.с.=0, 51 ∙ 14, 996 =7, 647 Па

Суммарные потери на участке:

∆ Р1-2 = 0, 487+7, 647=8, 134 Па.

3.7 Расчет участка 3-4:

Данный участок газохода соединяет пароперегревателем с водяным экономайзером.

Объём дымовых газов, проходящих через участок:

Vд.г. = 13650 ∙ 5, 8 ∙ (273 + 725) / 273 = 289420 м³ /ч,

Площадь поперечного сечения:

F= V / 3600∙ W = 289420 / 3600∙ 10 = 8, 04 м²;

Соответственно полученной площади выбираем размеры и вид трубы:

Труба 3550*2240 мм; F=3, 55∙ 2, 24=7, 952 м²,

dэ=2∙ 7, 952/2∙ (3, 55+2, 24) = 2, 75 м;

Рассчитываем скорость дымовых газов в трубе:

W = V / 3600∙ F = 289420 / 3600∙ 7, 952 = 10, 11 м/с;

Плотность дымовых газов (при 690°C): r = 0, 273 кг/м³;

Динамический напор:

½ ∙ rW² = ½ ∙ 0, 273 ∙ 10, 11² = 27, 903 Па

Рассчитываем потери от трения:

∆ Pтр = 0, 02 ∙ 5 / 2, 75 ∙ 27, 903 = 1, 014Па;

Выход пароперегревателя соединяется с трубой с помощью конфузора (6300*5000 ® 3550*2240мм). Коэффициент местного сопротивление конфузора определяется через угол сужения a:

tga=(6300–3550)/2∙ 1500=0, 92Þ a=85, 22°, так как a˃ 60°, то отношение площади меньшего сечения к площади большего равно

F_м/F_б=3, 55∙ 2, 24/6, 3∙ 5=0, 25

ᶓ _вх=0, 37

Коэффициент местного сопротивления поворота на угол 90° ᶓ =1.

Труба соединяется с входом водяного экономайзера

(3550*2240 мм→ 5200*4500 мм) с помощью резкого расширения.Отношение площади большего сечения к площади меньшего равно

F_м/F_б =3, 55∙ 2, 24/5, 2∙ 4, 5=0, 34

ᶓ _вых=0, 48

Тогда потери давления от местных сопротивлений равны:

∆ Рм.с. = (0, 37 +1+ 0, 48) ∙ 27, 903= 51, 62 Па.

Суммарные потери на участке:

∆ Р3-4 = 1, 014+ 51, 62= 52, 634Па.

3.8 Расчет участка 5-6:

Данный участок газохода соединяет водяной экономайзер с воздухоподогревателем..

Объём дымовых газов, проходящих через участок:

Vд.г. = 13650 ∙ 6, 8 ∙ (273 + 515) / 273 = 267919м³ /ч,

Площадь поперечного сечения:

F= V / 3600∙ W = 267919/ 3600∙ 10 = 7, 442 м²;

Соответственно полученной площади выбираем размеры и вид трубы:

Труба 3150*2240 мм;

F = 3, 15 ∙ 2, 24 = 7, 056 м²,

dэ = 4 ∙ 7, 056 /2∙ (3, 15 + 2, 24) = 2, 62 м;

Рассчитываем скорость дымовых газов в трубе:

W = V / 3600∙ F = 267919/ 3600∙ 7, 056 = 10, 55 м/с;

Плотность дымовых газов (при 515°C):

r =1, 32∙ 273/(273+515)= 0, 457 кг/м³;

Динамический напор:

½ ∙ rW² = ½ ∙ 0, 457 ∙ 10, 55² = 25, 433 Па

Рассчитываем потери от трения:

∆ Pтр = 0, 02 ∙ 15 / 2, 62 ∙ 25, 433 = 2, 912 Па;

Выход водяного экономайзера соединяется с трубой с помощью конфузора (5200*4500 ® 3150*2240мм). Коэффициент местного сопротивление конфузора определяется через угол сужения a:

tga=(5200–3150)/2∙ 1500=0, 683Þ a=34, 35°,

так как20°< a< 60°, то ξ конф = 0, 1.

Коэффициент местного сопротивления каждого из двух поворотов на угол 90° ᶓ =1: Труба соединяется с входом воздухоподогревателя с помощью резкого расширения (3150*2240 мм→ 4000*4000 мм).Отношение площади меньшего сечения к площади большего равно

F_м/F_б =3, 15∙ 2, 24/4∙ 4 =0, 441

ᶓ _вых=0, 27

Тогда потери давления от местных сопротивлений равны:

∆ Рм.с. = (0, 1 + 2 ∙ 1+0, 27) ∙ 25, 433 = 60, 276Па.

Суммарные потери на участке:

Δ Р5-6 = 2, 912 + 60, 276= 63, 188 Па.

3.9 Расчет участка 7-8:

Данный участок газохода соединяет воздухоподогреватель с всасывающим карманом, который посылает дымовые газы в дымосос

Объём дымовых газов, проходящих через участок:

V_7-8= Vд.г. = 118170³ /ч,

Площадь поперечного сечения:

F= V / 3600∙ W = 118170/ 3600∙ 10 = 3, 282 м²;

Соответственно полученной площади выбираем по ГОСТу размеры и вид трубы:

Труба 1600*2000 мм;

F = 1, 6 ∙ 2 = 3, 2м²,

dэ = 4 ∙ 3, 2 /2∙ (1, 6 + 2) = 1, 8 м;

Рассчитываем скорость дымовых газов в трубе:

W = V / 3600∙ F = 118170/ 3600∙ 3, 2 = 10, 257 м/с;

Плотность дымовых газов (при 135°C):

r = 0, 894 кг/м³;

Динамический напор:

½ ∙ rW² = ½ ∙ 0, 894 ∙ 10, 257² = 47, 03 Па

Рассчитываем потери от трения:

∆ Pтр = 0, 02 ∙ 15 / 1, 8 ∙ 47, 03= 7, 84Па;

Соединение воздухоподогревателя с трубой с помощью конфузора

(4000*4000 мм ® 1600*2000 мм). Коэффициент местного сопротивления при двустороннем сжатии конфузора определяется по

большему углу сжатия:

tg a/2 = (4000 – 2000) / 2∙ 1500 = 0, 67 Þ a1 = 67, 6°,

Так как a ˃ 60°, то отношение площади меньшего сечения к площади большего равно:

F_м/F_б=1, 6∙ 2/4∙ 4=0, 22

ᶓ _вых=0, 7

Чтобы рассчитать потери давления во всасывающем кармане и диффузоре (конфузоре), соединяющего трубу с карманом необходимо знать размер выходного отверстия кармана, который равен размеру входного отверстия дымососа. Для этого необходимо выбрать дымосос. Чтобы выбрать дымосос необходимо знать потери давления по всему газовому тракту. Поэтому сначала определим потери давления на участке 8-9 и в дымовой трубе, а так же самотягу в дымовой трубе. Рассчитав давление, создаваемое дымососом по приближённому значению потерь давления, выберем дымосос. После чего, пересчитав потери на участках 7-8 и 8-9, определим все потери давления по газовому тракту, определим точное значение давления, создаваемого дымососом. Если же такое давление дымосос не может создать, то необходимо будет выбрать другой.

Потери давления в конфузоре:

∆ Р = 0, 7 ∙ 47, 03=32, 921 Па

Суммарные приближенные потери давления на участке:

∆ Р_7-8=7, 84 + 32, 921 =40, 8 Па

3.10 Расчет участка 8-9:

Данный участок газохода соединяет выход дымососа с дымовой трубой.

Объём дымовых газов, проходящих через участок, остаются неизменными по сравнению с участком 7-8, если принять размеры трубопровода на данном участке такими же, как и на участке 7-8, то не изменится скорость дымовых газов, а соответсвенно и динамический напор

Рассчитываем потери от трения:

∆ Pтр = 0, 02 ∙ 20 / 4 ∙ 47, 03= 4, 703 Па;

Газоход присоединяется к дымовой трубе с помощью цоколя с подводом одиночного газохода, размеры, которого h = 3350 мм, а b = 0, 9 ∙ h = 0, 9 ∙ 3350 = 3015 мм [2, 98].

Для соединения газохода с цоколем, необходимо установить конфузор (1600*2000 ® 3015*3350мм).Отношение площади меньшего сечения к площади большего равно

F_м/F_б=1, 6∙ 2/3, 15∙ 3, 35=0, 303

ᶓ _вых=0, 53

Потеря давления в местных сопротивлениях составляют

∆ Pм.с. =(0, 7+0, 4) ∙ 50, 82 = 55, 902 Па.

∆ Р_8-9=57, 85+4, 703 =62, 553 Па.

∆ Р_г/х=8, 134 + 52, 634 +63, 188 +40, 8+62, 553=227, 31 Па

3.11 Аэродинамический расчёт дымовой трубы.

Пусть труба будет цилиндрическая, кирпичная. Для расчёта трубы необходимо задаться скоростью выхода дымовых газов из трубы, пусть W = 15 м/с.

Тогда площадь выходного отверстия трубы будет равна:

F = Vд.г. / 3600∙ 15 =157170/ 3600∙ 15 = 2, 91 м²;

Из площади отверстия можно найти диаметр выходного отверстия:

d = Ö 4 ∙ Fтр / π = Ö 4 ∙ 2, 91 / π = 1, 92 м.

По ГОСТу выбирается наиболее близкий к полученному диаметр выходного отверстия. По выбранному диаметру находим скорость дымовых газов в трубе.

dтр = 1, 8 м, тогда

Fтр = ¼ ∙ π d² = ¼ ∙ π ∙ 1, 8² = 2, 543 м²

Скорость дымовых газов в трубе:

Wтр = 157170 / 3600∙ 2, 543 = 17, 17 м/с.

По диаметру на выходе трубы по унифицированному ряду типоразмеров дымовых труб выбираем высоту дымовой трубы. [2, 94]

Hтр = 60 м.

Плотность дымовых газов (при 130°C):

r = 0, 894 кг/м³;

Динамический напор:

½ ∙ rW² = ½ ∙ 0, 894 ∙ 17, 17² =131, 78 Па

Рассчитываем потери от трения:

Коэффициент трения l = 0, 05 [1, 5]

∆ Pтр = 0, 05 ∙ 60/ 1, 8 ∙ 131, 78 = 219, 63 Па;

Потери от местных сопротивлений при выходе из дымовой трубы(ξ =1 [2, 37]):

∆ Рм.с. = 1 ∙ 131, 78 = 131, 78 Па;

Суммарные потери давления в дымовой трубе:

∆ Рд.тр. = 131, 78 + 219, 63 = 351, 41 Па;

Расчёт самотяги в трубе:

∆ Рс.т=–Hтр∙ g∙ (rв–rг)=–60∙ 9, 81 ∙ (1, 165 – 0, 894) = – 159, 511 Па.