Проект парового котла взамен котлов ТП-230 Томской ГРЭС-2 для работы на природном газе и мазуте

4 АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОВОГО ТРАКТА КОТЛА

 

Целью аэродинамического расчета котельной установки (расчет тяги и дутья) является выбор необходимых тягодутьевых машин на основе определения производительности тяговой и дутьевой систем и перепада полных давлений в газовом и воздушных трактах. Кроме того, в ходе расчета производиться оптимизация элементов и участков газовоздушного тракта, обеспечивающая минимальные расчетные затраты, а также определяются расчетные данные для конструирования газовоздухопроводов.

Расчет выполняется для котельной установки с котлом производительностью 230 т/ч. Исходные данные принимаются из теплового расчета котла.

4.1 Исходные данные для расчета установки

 

4.1.1 Расход топлива

Вр = 4,57   м3/с.

 

2. Теоретический объем воздуха

V0=9,768   м3/ м3.

 

3. Коэффициент избытка воздуха

aт=1,03

 

4. Объем дымовых газов, образующихся при избытке воздуха a>1

Vг=11,266   м3/ м3.

 

5. Температура уходящих газов

uух =110 °С.

 

6. Объем уходящих газов

Vгух = 11,91  м3/ м3.

 

 

4.2 Расчет газового тракта котла

1. Исходные данные для выполнения аэродинамического расчета котлоагрегата приведены в таблице 4.1

 

Таблица4.1 Исходные данные

 

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Участки тракта котла
			ШПП	КПП 11	КПП 1	ВЭК	ВП 1
Диаметр и толщина стенки труб	d*d	мм	32*4	38*54	32*4	32*4	33*1,5
Расположение труб	-	-	Коридорное			Шахматное
Шаги труб		мм/мм
Относительные шаги труб		-					-
Число рядов труб по ходу дымовых газов	Z2	-	-	6	20	16	-
Сечение для прохода газов	F		65,93	27,77	26,2	16,74	9,4
Средний избыток воздуха	a	-	1,03	1,045	1,06	1,08	1,11
Средний объем дымовых газов	Vг		11,266	11,34	11,49	11,66	11,91
Средняя температура газов		°С	100	832,5	670,4	426,5	198,4
Средняя скорость газов	wг		3,64	7,55	6,8	7,88	10
Поправочный коэффициент	к	-	1,2	1,2	1,2	1,1	1,1

 

4.2.2 Разряжение газов на выходе из топки

hт¢¢ = 2 мм.вод.ст.[2, п.2-56];

4.2.3 Сопротивление ширмового пароперегревателя

Dhшпп = 0 [2, п.2-5];

4.2.4 Сопротивление выходной ступени пароперегревателя (КПП II);

4.2.4.1 Динамическое давление

Hдин =1 мм.вод.ст. [2, рис.VII-2];

4.2.4.2 Коэффициент сопротивления коридорных гладкотрубных пучков при по перечном омывании

xтр = 0,53 [2, рис.VII-6].

4.2.4.3 Поправочный коэффициент

Сs = 0,579[2, рис.VII-6].

4.2.4.4 Коэффициент сопротивления гладкотрубного коридорного пучка

z = xтр СsZ2 = 0,53·0,67·6= 2,13 [2, п.1-17].

4.2.4.5 Сопротивление КПП11 с учетом исправочного коэффициента

Dhкпп11 =z·hдин·к =2,13·1·1,2=2,56 мм.вод.ст [2, стр.26].

4.2.5 Сопротивление входной ступени конвективного пароперегревателя (КПП I)

4.2.5.1 Динамическое давление

Hдин = 1 мм.вод.ст. [2, рис.VII-2].

4.2.5.2 Коэффициент сопротивления коридорных гладкотрубных пучков при по перечном омывании:

xтр = 0,57 [2, рис.VII-6].

4.2.5.3 Поправочный коэффициент

Сs = 0,59 [2, рис.VII-6].

4.2.5.4. Коэффициент сопротивления гладкотрубного коридорного пучка

z = xтр СsZ2 = 0,57·0,59·20 = 6,73 [2, п.1-17].

4.2.5.5 Сопротивление КПП I с учетом исправочного коэффициента

Dhкпп11 =z·hдин·к = 6,73·1·1,2= 8,07 мм.вод.ст [2, стр.26].

4.2.6 Сопротивление поворотной камеры

4.2.6.1 Поворот на 900 (см. рис. 4.1)

Рисунок 4.1 Эскиз поворотной камеры.

 

4.2.6.2 Динамическое давление в КПП I

Hдин = 1 мм.вод.ст. [2, рис.VII-2].

4.2.6.3 Динамическое давление в BЭК

Hэк дин = 1,7 мм.вод.ст. [2, рис.VII-2].

4.2.6.4 Сечение газохода в начале поворота

F1 = а·h′′КПП = 8,05·5,54=44,6 м2 (рис.4.1).

4.2.6.5 Сечение газохода в конце поворота

F2 = а·вш = 8,15·4,08=33,3 м2(рис.4.1).

4.2.6.6 Отношение

F1/F2 = 44,6/33,3 =0,74.

4.2.6.7 Произведение исходного коэффициента сопротивления поворота z0 на коэффициент влияния шероховатости стенок газохода КD

z0 ·КD = 1 [2, рис.VII-19,б].

4.2.6.8 Коэффициент, зависящий от угла поворота

В = 1, [2, п.1-29].

4.2.6.9 Коэффициент, зависящий от форм сечения

С = 1, [2, п.1-29].

4.2.6.10 Коэффициент сопротивления на повороте

x = z0КDВС = 1·1·1= 1 [2, п.1-29].

4.2.6.11 Сопротивление поворота

Dhпов = x/2 · (hкпп11дин + hэкдин) = 1/2·(1 + 1,7)=1,35.

 

4.2.7 Сопротивления водяного экономайзера.

4.2.7.1 Сопротивление трения

Dhтр = 0,55 мм.вод.ст. [2, рис.VII-7].

4.2.7.2 Коэффициент, учитывающий форму шахматного пучка

Сs = 1,14 [2, рис.VII-7].

4.2.7.3 Коэффициент, учитывающий диаметр труб

Сd =1,01 [2, рис.VII-7].

4.2.7.4 Сопротивление одного ряда шахматного пучка

Dh0 = Cs·Cd·Dhтр· (z2+1) ·K=1,14·1,01·0,55· (16+1) ·1,1=11,78 мм.вод.ст.

4.2.8 Расчет сопротивления воздухоподогревателя

4.2.8.1 Сопротивление трения на 1 метр длины труб

Dh¢тр = 3,8  мм.вод.ст. [2, рис.VII-4].

4.2.8.2 Длина труб

l = 7,26  м.

4.2.8.3 Сопротивление трения в трубах ВП

Dhтр = Dh¢тр·l = 3,8·7,26=27,9 мм.вод.ст.

4.2.8.4 Отношение меньшего сечения труб к большему

Fм/Fб = (0,785·d2вн)/(S1·S2) = (0,785·0,032)/(0,066·0,036) = 0,3 [2, п.2-22].

4.2.8.5 Коэффициент сопротивления входа

zвх = 0,35 [2, рис.VII-11].

4.2.8.6 Коэффициент сопротивления выхода

zвых = 0,55 [2, рис.VII-11].

4.2.8.7 Количество отдельных кубов

m = 2.

4.2.8.8 Динамическое давление

Hдин = 3,8 мм.вод.ст. [2, рис.VII-2].

4.2.8.9 Сопротивление входа в трубы и выхода из них

Dhдин = m(zвх + zвых) Hдин = 2· (0,35 + 0,55) ·3,8 = 6,84 мм.вод.ст.

4.2.8.10 Общее сопротивление ВП с учетом поправочного коэффициента

DhВП = (Dhтр + Dhдин) ·К = (27,9 + 6,84) ·1,1 = 38,2 мм.вод.ст.

9. Полное сопротивление газового тракта котла на I участке

DhI = Dhшпп+DhКПП II+DhКПП I+Dhпов+DhЭК+DDhВП =

=0+2,56+8,07+1,35+11,78+28,6= 56,98 мм. вод. ст.

 

3. Аэродинамический расчет газового тракта за воздухоподогревателем

Схема газохода приведена в приложении Г

1. Определение расхода и температуры газов у дымососа
1. Длина газопроводов от воздухоподогревателя до дымососа

(см.приложение Г)

L = 10   м. 

2. Присосы воздуха на каждые десять метров стального футерованого газохода

Daг =0,01   [1, п. 2-29].

 

3. Присосы воздуха в газоходе

Da = L/10·Daг =10/10·0,01=0,01

4. Избыток воздуха в уходящих газах

aух =1,11

5. Температура холодного воздуха

tхв = 30   °C.

6. Температура газов у дымососа

7. Объем дымовых газов у дымососа

   м3/кг.

8. Секундный расход газа у дымососа

  м3/с.

9. Часовой расход дымовых газов у дымососа

2. Выбор дымососа
1. Количество дымососов

z =2 [2, п. III-Д].

2. Коэффициент запаса по производительности

b1 = 1,1 [2, табл. 4-1].

3. Барометрическое давление

принимаем  hбар = 760   мм. рт. ст.  [2, рис. 2-6].

4. Расчетная производительность дымососа

 м3/час.

4.3.2.5   Приведенное полное расчетное давление принимается с последующим уточнением

Нрпр =300   мм. вод. ст.

4.3.2.6   По сводному графику характеристик центробежных дымососов одностороннего всасывания  типа 0,62-40 выбираем дымосос типоразмера  ДН-22×2 с частотой вращения n равной 740 об/мин. Выбор производим по Qрдс и Нрпр.[1, рис. VII-32]. Конструктивные характеристики дымососа ДН-22×2 приведены в таблице 4.3

Таблица 4.3 Конструктивные характеристики дымососа ДН-22×2.

Размеры, мм
D2	a	б′	в	Н	д	е	ж	и′	к′	л′	м′
2200	3978	5500	5940	1300	1640	1635	1465	1638	1540	3300	1100

 

Дымосос двустороннего всасывания изображен на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 Дымосос двустороннего всасывания типа 0,62-40

 

3. Эксплуатация газового тракта за котлоагрегатом на Томской ГРЭС–2 при работе с новым котлом, сжигающим природный, становится нецелесообразным из-за большого количества аэродинамического оборудования, в котором нет необходимости при сжигании газа. Для одного котла это четыре центробежных скруббера ЦС-ВТИ, и исходя из относительно небольшого расхода дымовых газов перед дымососом отказ от одного из двух дымососов ДН-22×2, т.к и один дымосос обеспечивает надежную работу котлоагрегата. Использование одного дымососа приведет к уменьшению потребления электроэнергии, что экономически более выгодно. Аэродинамический расчет газового тракта за котлоагрегатом, для четырех котлов идентичных проектируемому приведен в соответствии с рекомендациями [2] в приложении Г.

 

4. Определение расчетного полного давления, которое должен развивать дымосос
1. Коэффициент запаса по давлению

.   [2, табл. 4-1]

 

2. Расчетное полное давление

   мм. вод. ст.,

где ∆НП =261 мм. вод. ст. - перепад полных давлений с учетом самотяги (см.приложение Г).

3.   Плотность газов при нормальных условиях

 (кгс·сек2)/м4.

4. Температура дымовых газов

   °С.

5. Температура при которой построены характеристики центробежного дымососа

   °С. [2, рис. VII-57].

6. Коэффициент приведения

7. Приведенное полное давление

   мм. вод. ст.

8. Коэффициент сжимаемости газа

 [1, п. 4-3].

9. Потребляемая дымососом мощность

   кВт.

10. Запас по мощности

 [2, п. 4-20].

11. Расчетная мощность двигателя

   кВт.

В результате проведенного расчета было принято решение оставить один дымосос ДН-22×2 и принять в качестве дымовой трубы имеющуюся железобетонную трубу высотой 100 м, полученная расчетная мощность двигателя оказалась меньше, чем на  установленных электродвигателях ДАМСО – 158 – 10, n=585 об/мин, N=350 кВт, U=3000В, что экономически более выгодно.