Искусственная тяга в котельном агрегате. Выбор дымососа и его компановка

В современных котельных установках при значительном снижении температуры уходящих продуктов сгорания и больших аэродинамических сопротивлений применяют уравновешенную искусственную тягу с установкой дымососов и дутьевых вентиляторов. В этом случае основным назначением дымовой трубы является отвод продуктов сгорания в атмосферу на высоту, определяемую санитарно-гигиеническими и противопожарными требованиями. В задачу расчета искусственной тяги входят выбор типа дымососов и вентиляторов, определение необходимой их характеристики, конструктивных размеров дымовой трубы, а также расхода электроэнергии на тягу и дутье. Тяговые и дутьевые установки рассчитывают на максимальную нагрузку котельного агрегата (номинальную производительность) с целью обеспечения нормальной его работы при всех возможных режимах.

Необходимую производительность дымососа определяют исходя из количества газов, покидающих котлоагрегат, с учетом присоса воздуха на пути до дымососа и с введением поправки на действительную температуру продуктов сгорания.

Расчетное полное давление дымососа или вентилятора равно:

 

Перепад полного давления газового тракта Ерп равен величине суммарных сопротивлений, преодоление которых должен обеспечить дымосос. Эти суммарные сопротивления должны быть больше на величину разрежения вверху топочной камеры, т. е. на 20-40 Па. Давление вентилятора при уравновешанной тяге должно обеспечить преодоление всех суммарных сопротивлений воздушного тракта от входного патрубка вентилятора до топки, включая ее сопротивление и учитывая самотягу. Эти суммарные сопротивления должны быть меньше на величину разрежения вверху топки, создаваемого дымососом, т. е. на 20—40 Па.

При выборе дымососов и вентиляторов ориентируются на характеристики давлений дымососов и вентиляторов, устанавливающие связь между производительностью G и давлением р при заданной частоте вращения н плотности перемещаемого рабочего тела. Характеристики представляют собой графики, на оси ординат которых указано полное давление р, а на оси абсцисс — производительность G в тыс. м3/ч. При этом полученное по расчету полное давление дымососа и вентилятора необходимо привести к условиям, для которых дана заводская характеристика машины, т. е.

 

Для дымососов, работающих на продуктах сгорания твердых топлив, для уменьшения износа лопаток частоту вращения дымососа выбирают не выше 750 мин-1 при GP75 ООО м3/4 и не выше 970 мин-1 при Ср<75 000 м3/ч. Дымососы и вентиляторы одностороннего всасывания изготовляют двух типов: ВД — дутьевые вентиляторы, применяемые при температуре всасывающего воздуха около 20 °С, и Д — дымососы, удаляющие продукты сгорания с температурой до 250 °С. Дымососы Д и дутьевые вентиляторы ВД изготовляют прямого и левого вращения. На рис. 11.2 приведены сводные характеристики, составленные заводами-изготовителями, для выбора дымососов и вентиляторов. Ось ординат имеет две шкалы: одна применяется для подбора дутьевых вентиляторов при температуре воздуха 20 °С и барометрическом давлении 760 мм рт. ст.; другая — для подбора дымососов при температурах уходящих газов 200 °С и барометрическом давлении 760 мм рт. ст. На характеристиках выделены эксплуатационные зоны, т. е. области режимов работы машины с КПД не ниже rj = 0,83 Цмакс. Для машин производительностыо до 25 000 м3/ч эта величина может быть снижена ДО Г = 0,75 Тмакс.

При выборе двигателя для привода дымососа или вентилятора вводится коэффициент 1,1 (запас по мощности 10 %).

Компоновка дымососов или вентиляторов в помещениях котельных весьма разнообразна. Современные котельные агрегаты большой и средней мощности оборудуют индивидуальной дутьевой и дымососной установкой. Котлоагрегаты большой производительности имеют по два вентилятора и дымососа; на котлоагрегатах средней производительности устанавливают по одному вентилятору и дымососу. В помещениях, где установлены котельные установки малой производительности, допускается применение централизованной тягодутьевой установки, обслуживающей несколько работающих котлов и имеющей по два дымососа и вентилятора (один из них резервный). Дымососы и вентиляторы размещают, как правило, преимущественно на нулевой отметке (нижнее расположение). Иногда эти агрегаты устанавливают вверху на специальных площадках (верхнее расположение); такая компоновка усложняет обслуживание и удорожает стоимость здания.

Всасывающие патрубки дымососов присоединяют или непосредственно к дымоходу, отводящему продукты сгорания от котлоагрегата, или к общему дымоходу (борову) перед дымовой трубой, а нагнетательные патрубки дымососов присоединяют с помощью диффузоров непосредственно к дымоходу. При установке одного дымососа предусматривают обводной канал, соединяющий котельную установку с дымовой трубой; на этом канале устанавливают шиберы, которые закрываются при работе дымососа. Дымоходы и воздуховоды могут быть подземными и надземными. Подземные воздуховоды, как и дымоходы, прямоугольного сечения выполнены из кирпича и бетона. Надземные воздуховоды чаще всего изготовляют из металла круглого или прямоугольного сечения.

Сечение воздуховодов определяют исходя из скорости движения воздуха, принимаемой в пределах 6—10 м/с. Для кирпичных боровов скорость движения продуктов сгорания принимают 2—6 м/с, а для стальных газоходов — 8—10 м/с. На всасывающем и нагнетательном патрубках каждого дымососа и вентилятора устанавливают шиберы для отключения агрегатов (в случае необходимости). Между дымососами и вентиляторами делают проходы шириной не менее 800 мм для их осмотра, ремонта и обслуживания.

34. Тепловые потери, тепловой баланс, расход топлива, КПД котельного агрегата

Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса котельного агрегата определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, который является важнейшей характеристикой энергетической эффективности работы котла.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревание воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразовании энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания топлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Тепловой баланс котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством теплоты и суммой использованной теплоты и тепловых потерь. Тепловой баланс котельного агрегата составляется на 1 кг твердого или жидкого топлива или для 1 м³ газа. Уравнение, при котором тепловой баланс котельного агрегата для установившегося теплового состояния агрегата записывают в следующем виде:

Q_р/^р = Q₁ + ∑Q_n

или

Q_p/^p= Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ (19.3)

Где Q_р/^р - теплота, которой располагают; Q₁ - использованная теплота; ∑Q_n - общие потери; Q₂- потери теплоты с уходящими газами; Q₃ - потери теплоты от химического недожога; Q₄ - потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q₅ - потери теплоты в окружающую среду; Q₆ - потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Если каждое слагаемое правой части уравнения (19.3) разделить Q_p/^p и умножить на 100%, получим второй вид уравнения, при котором тепловой баланс котельного агрегата:

q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ = 100% (19.4)

Коэффициент полезного действия котельного агрегата или КПД котельного агрегата представляет собой отношение величины использования тепла в котельном агрегате К величине затраченного тепла топлива. Часть пара, произведенного в котельном агрегате, непосредственно расходуется на его собственные нужды, например на питательные насосы, дутьевые вентиляторы, дымососы, обдувку поверхностей нагрева. Учитывая эти расходы, вводят понятие КПД котельного агрегата нетто.

Тепло, использованное в котельном агрегате на получение пара или горячей воды,

где В — часовой расход топлива, кг/ч (м3/ч); D — часовая производительность котельного агрегата, кг/ч; q _к.а — количество тепла, переданное в котельном агрегате воде для превращения ее в пар или для получения горячей воды и отнесенное к 1 кг пара или воды, кДж/кг (ккал/кг); ŋ_к.а— кпд котельного агрегата.

Для котельного агрегата, в котором производится насыщенный пар

где i " — энтальпия насыщенного пара; i _п.в — энтальпия питательной воды; q _пр — количество тепла, удаляемого из котельного агрегата с продувочной водой, кДж/кг (ккал/кг); обычно q _пр = (0,01— 0,02) · i ', где i ' — теплосодержание воды при температуре t_н.

Для водогрейного котельного агрегата, в котором получают горячую воду

где i ₁ — энтальпия воды, поступающей в котел; i ₂ — энтальпия воды, выходящей из котла.

Если известны количество полученного пара и его энтальпия, а также часовой расход топлива и теплота сгорания топлива, то можно определить кпд котельного агрегата, %:

Для современных котельных агрегатов величина q ₁ в зависимости от паропроизводительности котельного агрегата, температуры уходящих газов, рода сжигаемого топлива и способа его сжигания может изменяться в очень широких пределах от 75 до 80% для котельных агрегатов небольшой производительности, в которых твердое топливо сжигается в слоевых топках, и до 91—95% для больших котельных агрегатов с факельным сжиганием топлива. Наиболее высокие КПД получаются для котельных агрегатов, работающих на жидком и газообразном топливе.

Для котельных агрегатов небольшой производительности потери тепла составляют от 20 до 25%, а для крупных от 5 до 9%. Основными потерями тепла являются потери с уходящими газами q _2.