Полное аэродинамическое сопротивление котельной установки складывается из сопротивлений отдельных ее элементов.

Разряжение в топочном пространстве принимают в пределах 30 Па.

Аэродинамическое сопротивление котла
при номинальной нагрузке.

Аэродинамическое сопротивление водяного экономайзера ВТИ

, Па. (76)

Здесь Z 2 - число горизонтальных рядов труб экономайзера;

W эк - средняя скорость движения дымовых газов в экономайзере, м/с;

р г - плотность дымовых газов при средней температуре в экономайзере, кг/м 3 ;

, кг/м 3 . (77)

Аэродинамическое сопротивление боровов принимают из расчета
Па.

Аэродинамическое сопротивление шиберов
Па.

Аэродинамическое сопротивление дымовой трубы

, Па (78)

.

Здесь - коэффициент трения;

- коэффициент местного сопротивления на выходе из трубы;

d cp - средний диаметр дымовой трубы, м;

W дт - средняя скорость движения газов в дымовой трубе, ориентировочно может быть принята равной скорости на выходе из трубы, м/с;

р дт - плотность дымовых газов при температуре t ух

, кг/м 3 (79)

.

Таким образом, полное аэродинамическое сопротивление котельной установки

Проверка дымовой трубы на естественную тягу

Тягу, необходимую для преодоления полного аэродинамического сопротивления котельной установки, определяют из выражения

, Пa (81)

Самотяга принятой дымовой трубы

, Па (82)

где Н тр - принятая высота дымовой трубы, м;

t в - температура наружного воздуха. Учитывая, что наиболее неблагоприятные условия для естественной тяги имеют место в летний период, принимаем значение t в =30 равным летней расчетной температуре для данной местности, °С;

Р бар - барометрическое давление, мм рт. ст.

S c дт < S, необходима установка дымососов.

Выбор дымососов

Расчетная производительность дымососов прямого давления

, м 3 /ч (83)

Здесь В к - расчетное количество сжигаемого топлива

В к =м 3 /с;

V г - объем продуктов сгорания для ,V г =13,279 м 3 /м 3 .

Расчетное давление дымососа

, Па (84)

,

где 200 - температура газов при характеристических испытаниях дымососа, °С.

По производительности V д и напору Н д подбираем модель индивидуального /на каждый котел/ дымососа прямого действия:

Тип дымососа ДН-11,2

Производительность номинальная V д = 17000 м 3 /ч

Полное номинальное давление Н д = 1700 Па

Частота вращения n = 980 об/мин

КПД дымососов = 0,82

Электродвигатель к дымососу подбирают аналогично дутьевому вентилятору.

.

Принимаем к установке электродвигатель согласно данным :

Тип электродвигателя 4А-200 М6

Мощность N д = 22 кВт

Частота вращения n= 980 об/мин

5. Расчёт питательной установки

Выбор питательных насосов

В соответствии со СНиП II-35-76 для питания котлов с давлением пара более 0,17 МПа следует, как правило, предусматривать насосы с паровым приводом /поршневые бессмазочные или турбонасосы/ с использованием отработанного пара; при этом нужно устанавливать резервный насос с электроприводом.

В случае невозможности применения отработанного пара от насосов с паровым приводом необходимо предусматривать:

Насосы только с электроприводом при наличии двух независимых источников питания электроэнергией;

Насосы с электрическим и паровым приводом при одном источнике питания электроэнергией.

При определении производительности насосов учитываю расходы на питание всех рабочих паровых котлов, непрерывную продувку котлов, пароохладители котлов, редукционно-охладительные и охладительные установки. Количество насосов выбираю с таким расчетом, чтобы в случае остановки наибольшего по производительности насоса оставшиеся обеспечили подачу воды в указанном выше количестве.

Производительность питательного насоса

М 3 /ч (85)

- расход воды на редукционно-охладительную установку, кг/с.

Расчетное давление питательных насосов при установке баков деаэраторов определяю по формуле

М вод.ст. (86)

Здесь Р к -давление пара в котле, МПа;

Р д - давление в деаэраторе, МПа /для деаэратора атмосферного типа

Р д =0,125 МПа/;

Н сет - суммарное сопротивление всасывающей и нагнетательной магистралей плюс геометрическая разность /для расчета принимается Н сет =0,2 МПа/.

По производительности и давлению подбираем:

Центробежный насос с электроприводом:

Тип питательного насоса ПЭ-65-40

Производительность 65 м 3 /ч

Давление 440 м вод. ст.

Мощность электродвигателя 125 кВт

Насос с паровым приводом:

Тип питательного насоса ПТ-35-30

Производительность 30 м 3 /ч

Давление 530 м вод.ст.

Выбор конденсатных насосов

Производительность конденсатного насоса должна быть выше или равна часовому возврату конденсата

м 3 /ч (87)

.

Давление конденсатного насоса должно преодолеть гидравлические потери всасывающей и напорной линий, сопротивление деаэратора и геодезическую высоту нагнетания, считая от уровня конденсатного насоса до верха головки деаэратора. Ориентировочно

, м вод.ст. (88)

По производительности и давлению подбираю центробежный конденсатный насос с электроприводом:

Тип конденсатного насоса Кс-12-50

Производительность 12 м 3 /ч

Давление 50 м вод. ст.

Мощность электродвигателя 5,5 кВт

В котельной должно быть установлено два конденсатных насоса с одинаковой характеристикой /один насос - резервный/.

Деаэратор подбирают по производительности, которая должна быть больше или равна часовому расходу питательной воды

, м 3 /ч (89)

К установке принимаем

Тип деаэратора ДА-25

Производительность колонки 25 м³/ч

Полезная емкость бака-аккумулятора 8 м³

Аэродинамический расчет котельной установки

3.2 Аэродинамическое сопротивление котла

Котёл состоит из топки, выложенной внутри экранными поверхностями нагрева, по которым циркулирует вода. Примем габаритные размеры котла 11?24?18 м.

где ДР р -- разряжение на выходе из топки (20 ~ 30 Па). Примем ДР р = 25 Па;

ДР 4пов -- потери давления при четырех резких поворотах на угол 90° в камере, Па;

ДP кп -- потери давления в кипятильных пучках, Па;

ДР рс -- потери давления при резком сужении на входе в канал газового тракта, Па.

Объём дымовых газов, проходимых через котёл:

Площадь камеры котла равна:

Скорость дымовых газов в камере котла:

Плотность дымовых газов с, кг/м 3 , вычисляется по формуле:

Динамический напор:

Потери давления при четырех резких поворотах на угол 90° (о = 1) составляют:

Асинхронный электродвигатель серии 4А

Теория асинхронной машины основана на ее аналогии с трансформатором. Схема замещения асинхронной машины при вращающемся роторе аналогична схеме замещения трансформатора, разница состоит в том...

Расположение змеевиков в пароперегревателе может быть как коридорное, так и шахматное. Соответственно сопротивлением пароперегревателя является сопротивление коридорного или шахматного пучков труб. Принял: расположение шахматное...

Аэродинамический расчет котельной установки

Стальной змеевиковый экономайзер представляет собой пучок труб, набранный из стальных змеевиков диаметром 28 или 32 мм, со стенками толщиной 3 или 4 мм. Дымовые газы поперечно омывают змеевики...

Аэродинамический расчет котельной установки

Сопротивление воздухоподогревателя складывается из сопротивления трения в трубах и сопротивления входа в трубы и выхода из них. Параметры воздухоподогревателя берутся из воздушного тракта котлоагрегата...

Аэродинамический расчет котельной установки

; ; ...

Гидравлический расчет конденсатной системы трубопровода

; ; ...

Исследование и расчет двухполюсников и четырехполюсников

Характеристическое сопротивление - это такое входное сопротивление четырехполюсника, при котором в качестве нагрузки используется другое характеристическое сопротивление...

Освоение метода вызванной поляризации

Совместно с измерениями кажущейся поляризуемости?к в методе ВП используются и измерения удельного сопротивления с. Для однородной среды удельное сопротивление выражается формулой с =K*(?Uпр/I), (6) где К - коэффициент применяемой установки...

Переходные процессы в линейных и нелинейных электромагнитных системах

Соответствующий фрагмент полной схемы имеет вид: Входное сопротивление равно...

Полупроводниковые фотоприемники

Темновое сопротивление фотодиода сравнительно большое, поскольку оно определяется обратным током p - n-перехода, который имеет небольшое значение (особенно в кремнии)...

Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения

Сопротивления кабелей выбираем исходя из экономической плотности тока. Максимальная нагрузка на кабельную линию L1(L2) с учетом работы АВР Расчет тока через кабельную линию: KЗ - коэффициент загрузки трансформатора = 0...

Сверхпроводники

Когда же исчезает сопротивление? Ответ на этот вопрос получил Камерлинг-Оннес ещё в 1914г. Он предложил весьма остроумный метод измерения сопротивления. Схема эксперимента выглядела довольно просто (рис.7)...

Физика сверхпроводимости

Когда же исчезает сопротивление? Ответ на этот вопрос получил Камерлинг-Оннес ещё в 1914г. Он предложил весьма остроумный метод измерения сопротивления. Схема эксперимента выглядела довольно просто...

П. А. Хаванов, доктор техн. наук, профессор кафедры теплотехники и котельных установок Московского государственного строительного университета (МГСУ), ведущий специалист компании "СЕЛЕКТ"

Значительные объемы нового строительства за последние годы в России и странах постсоветского пространства, новая ситуация связанная с привлечением к строительству малых предприятий и частных инвесторов и соответствующее формирование инвестиционной политики обусловили на большинстве строящихся объектов применение автономных отопительных котельных (от квартирных и коттеджных до РТС, а также источники теплоты на реконструируемых объектах), преимущественно с водогрейными котельными агрегатами малой мощности, до 20 МВт, как отечественного, так и импортного производства. Определенная специфика тепловых, аэро- и гидродинамических процессов в водогрейных котлах малой мощности, а также режимы и условия их эксплуатации, требуют внимательного анализа и учета при их применении, что в конечном итоге и определяет надежность и долговечность работы оборудования.

Важнейшей особенностью котлов малой мощности является тепловые режимы топок и связанные с ними физико-химические процессы горения, обусловленные масштабным переходом к малым геометрическим размерам топок, с уменьшением мощности котла. Это изменяет соотношение площади поверхности топки к её объёму обратнопропорционально её характерному размеру. Следствием этого является тот факт, что в малых котлах видимые тепловые напряжения топочного объёма в несколько раз превышают характерные для мощных котельных агрегатов, достигая значений q v =2 МВт/м 3 и выше (на газе и жидком топливе), при этом тепловые напряжения поверхностей нагрева в топке (q н =200 КВт/м 2) примерно соответствуют видимым тепловым напряжениям поверхностей нагрева мощных котлов.

Водогрейная котельная техника представлена на Российском рынке двумя основными типами котлов: водотрубные и жаротрубные. Отечественные разработки водогрейных котлов преимущественно представлены водотрубными котлами выпуск которых осваивают как крупные заводы «Дорогобужколомаш», Бийский котельный завод, «Вольф Энерджи Солюшен» и др., так и небольшие котлостроительные фирмы.

Независимо от типа котла необходимо отметить, что тепловой режим металла стенки котла определяется состоянием внутренней поверхности (со стороны охлаждающего теплоносителя), наличием отложений, их толщиной и свойствами. Внешние шлаковые сажевые и битумиозные отложения (как и внутренние) преимущественно влияют на эффективность теплопередачи от газового потока к теплоносителю и, следовательно, повышают температуру уходящих газов, снижают мощность и КПД котла. Однако, наибольшие неприятности часто связаны с увеличением аэродинамического сопротивления газового тракта котла, изменением и искажением характеристик горения, ухудшением экологических показателей работы.

1. Водотрубные водогрейные котлы.

Основные преимущества водотрубных водогрейных котлов обусловлены организованным гидравлическим режимом в трубных водяных контурах, что позволяет используя насосные схемы принудительной высокоскоростной циркуляции (в том числе с использованием рециркуляции) обеспечить допустимые тепловые (температурные) режимы, уменьшить негативные процессы загрязнения теплопередающих поверхностей со стороны теплоносителя, в том числе снизить требования по общей жесткости циркуляционной воды. В тоже время в водотрубных котлах необходимо строгое соблюдение гидравлического режима движения теплоносителя исключающего его вскипание на поверхностях нагрева, что, как отмечалось, для котлов малой мощности особенно важно в теплонапряженных участках топочных поверхностей нагрева. При обосновании скоростного режима необходимо ориентироваться на трубы с опускным движением теплоносителя в которых при указанных условиях теплообмена (q н =200 КВт/м 2) скорость движения теплоносителя должна быть, по известным зависимостям Рис.1, не менее 1,25÷1,35 м/с.

Рис.1 Схема водотрубного водогрейного котла и номограмма минимально допустимых скоростей воды в обогреваемых трубах водогрейных котлов.

Такой гидравлический режим обуславливает достаточно высокое гидравлическое сопротивление водотрубного водогрейного котла (обычно в пределах 0,5÷1,5 бар), причем не только в расчетном режиме, но и при всех промежуточных режимах работы с частичной или даже минимальной мощностью. Постоянный гидравлический режим, пожалуй, наиболее важный режимный фактор, обеспечивающий надежную работу всей трубной системы водогрейного водотрубного котла.

Ряд конструкций водогрейных водотрубных котлов поставляются производителем в виде нескольких укрупненных блоков, что требует дополнительных затрат при доставке котла, его сборке и монтаже на строительной площадке.

Последнего недостатка лишены жаротрубные водогрейные котлы, полностью изготавливаемые в заводских условиях и поставляемые в виде компактной моноблочной конструкции, часто с уже смонтированной тепловой изоляцией, внешней оболочкой, опорной рамой и т.д. Это делает конструкцию привлекательной для потребителя, существенно упрощает монтаж оборудования в котельной.

2. Жаротрубные водогрейные котлы.

Конструктивные схемы практически всех водогрейных жаротрубных котлов предполагают размещение в водяном объёме, внутри внешней прочной оболочки котла цилиндрической топки и дымогарных труб конвективных поверхностей. Компоновку котлов принято классифицировать как двухходовую и трехходовую. В обоих случаях развитие факела и движение продуктов сгорания по топочному объёму считается первым ходом, как для топок с осевым пролетным (без разворота факела) движением газов, так и для тупиковых реверсивных Рис.2 топок (с разворотом факела на 180° в задней части внутри топки к фронту котла). Таким образом, 2х-ходовые схемы предполагают один ход продуктов сгорания по конвективным жаровым трубам, а 3х-ходовые два ход Рис.3 с разворотом продуктов сгорания между пучками дымогарный труб на 180°.

Рис. 2. Схема газоходного тракта 2-х ходового котла с реверсивной топкой.

Рис. 3 Схема газоходного тракта 3-х ходового жаротрубного котла

Важнейшие недостатки жаротрубных конструкций обусловлены малой скоростью движения теплоносителя во внутреннем водяном объёме котла, имеющем значительный объем (удельный объём воды примерно от 0,5 до 1,5 м 3 /МВт), и большое расчётное живое сечение для движения котловой воды. Это приводит к неорганизованным гидравлическим режимам внутренней циркуляции со скоростями, соответствующими естественной конвекции порядка 0,01÷0,02 м/с, а в ряде зон водяного объема и ниже. По этой причине значение тепловых напряжений поверхностей нагрева котла по условиям недопущения пристенного вскипания воды гораздо ниже, чем у водотрубных котлов и являются основным фактором (наряду с загрязнением поверхностей со стороны воды накипью и шламовыми отложениями и др.), определяющим надёжную и безаварийную работу котла.

Конструкция трёхходового котла по сравнению с двухходовым, у большинства производителей имеет большую конвективную поверхность нагрева (дымогарных труб) и за счёт этого позволяет увеличить глубину охлаждения дымовых газов и повысить на 1-3% КПД котла. Большего значения КПД удаётся достичь установкой за водогрейным котлом агрегатного или блочного экономайзера (в том числе и конденсационного типа).

Оценивая качество жаротрубного котла необходимо учитывать как конструктивные решения, так и совершенство технологии изготовления. Так, наличие жесткого корпуса и безкомпенсационных по термическому удлинению торцевых поверхностей (трубные доски) с жесткой сваркой прямых жаровых труб и жестким креплением топки, близкое расположение жаровых труб к внешней необогреваемой оболочке котла приводит к повышенным напряжениям из-за некомпенсированной тепловой деформации как при холодных пусках, так и при переменных режимах эксплуатации. В этой связи весьма важно иметь информацию о расчётном значении на малоцикловую усталость металла, которая определяет количество циклов запуска из холодного состояния, измеряемое от нескольких сотен до десятков тысяч циклов. Помимо конструкции котла на эту величину влияет качество металла жаровых труб и трубных досок, технология и качество сварки, применение термоотпуска для снятия внутренних напряжений в сварной конструкции при изготовлении котла.

Менее надёжными оказываются и котлы с низким расположением жаровых труб, которые наиболее интенсивно заносятся шламом, из-за чего теплообмен ухудшается, температура стенки трубы увеличивается, что приводит к дополнительному локальному перегреву, увеличению нагрузок на сварочные швы и трубную доску. Для выравнивания и интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях часто используют различного рода турбулизаторы потока вставляемые в жаровые трубы третьего хода или в концевые участки второго хода 2х-ходового котла. Здесь так же важно отметить, что жаровые котлы с реверсивной топкой, в силу отмеченных особенностей тепловых процессов, при развороте факела обеспечивают интенсификацию конвективного теплообмена в топке, этим достигается выравнивание тепловых потоков на поверхностях нагрева в топке, а также позволяют за счет активной рециркуляции части продуктов сгорания в корне факела горелки снизить эмиссию оксидов азота. Однако при этом в значительной мере происходит интенсификация теплообмена на трубной доске и начальных участках дымогарных труб в зоне разворота факела у переднего шамотного блока с учетом его вторичного излучения, из-за этих факторов трубная доска оказывается в чрезвычайно форсированном тепловом режиме, зачастую приводящем к её перегреву. Учитывая указанные особенности тепловых режимов фронтовой трубной доски, подавляющее большинство зарубежных производителей водогрейных жаротрубных котлов ограничивают область применения реверсивных топок котлами мощностью до 2,5 МВт.

Для любых топок жаротрубных котлов, особенно для реверсивных, необходим правильный подбор горелки не только по мощности, но и по соответствию конфигурации и размеров факела горелки топке котла. Должен быть исключен даже локальный «наброс» факела на холодную стенку топки во всех режимах её работы, с учётом необходимого напора для преодоления аэродинамического сопротивления газового тракта котла и метода регулирования нагрузки.

Указанные конструктивные моменты и особенности жаротрубных котлов необходимо учитывать при проектировании и организации их эксплуатации, в первую очередь учитывая, что негативные моменты наиболее проявляются при нарушениях гидравлических режимов охлаждения поверхностей нагрева, в подавляющем большинстве случаев приводящих к нарушению теплового режима металла стенки, отложениями накипи и др.

Так низкие скорости движения теплоносителя, большие объёмы воды приводят к интенсивному выпадению взвешенных частиц шлама как в нижней части котла, формируя зоны интенсивной подшламовой коррозии, так и на верхней образующей жаровых труб. Даже на «чистой» трубе при работе котла на расчётные параметры воды с температурой 95°С максимальные значения локальной температуры воды могут составлять около 130°С, а при 105 - примерно 145°С. Под пористыми шламовыми отложениями (и накипью) температуры металла стенки трубы и воды ещё выше, что ведёт к локальному вскипанию, интенсификации процесса накипеобразования, перегреву стенки трубы. Дополнительно необходимо отметить, что вскипание воды не только не смывает шламовые отложения на верхней образующей жаровых труб, но интенсифицирует формирование локальных отложений накипи и фактически увеличивает размер и уплотняет эти отложения. По этой причине желательно не снижать гидростатическое давление в котле ниже 4,5-5 бар, что, однако не может в полной мере подавить эти процессы. «Вялая» гидродинамика жаротрубных котлов объясняет необходимость глубокого умягчения воды до остаточной общей жесткости не более 0,01-0,02 (мг-экв)/л.

Максимальное уменьшение шламоотложения обеспечивается при использовании независимого подключения котлового контура в схеме теплоснабжения, исключающего попадание шлама из тепловых сетей и систем отопления потребителей. Следует ограничить использование магнитной и комплексоной обработки, даже при наличии шламоотделителей в схеме; использовать периодическую продувку, периодичность и время осуществления которой из нижних точек котла определяется водно-химическим режимом работы котла.

Необходимо обязательно поддерживать гидравлический режим работы котла с расчетным расходом теплоносителя, определяемым при расчётной нагрузке по допустимому перепаду температур на входе и выходе из котла. Обеспечить требуемую рециркуляцию теплоносителя с проверкой во всех режимах работы для исключения низкотемпературной коррозии в хвостовых поверхностях нагрева котла, которая рассчитывается по условию превышения температуры воды на входе в котёл температуры точки росы дымовых газов на 5°С.

Рассматриваемые вопросы не только касаются проектирования и организации работы жаротрубных котлов, но напрямую связаны и с режимами эксплуатации с позиций обеспечения технологических процессов. Так, позиционное регулирование мощности, отпускаемой потребителям «включено-выключено» объективно существенно сокращает ресурс работы котла, учитывая цикловую усталость металла, но и использование модулируемых горелок иногда, особенно в реверсивных топках может на пониженных нагрузках вызывать преждевременный разворот факела вблизи горелки, вызывая перегрев отдельных участков топки и фронтовой трубной доски. Аналогичный процесс развивается при значительных разряжениях в газоотводящем борове за котлом, в некоторых случаях, при малом аэродинамическом сопротивлении котла этот эффект проявляется при разрежении около 25 Па.

Недопустимы нарушения режимов эксплуатации котлов:

С несоответствующей или отключенной химводоподготовкой, даже при кратковременном ее отключении;

С внесением конструктивных изменений в котел - удаление турбулизаторов, изменение схемы подключения вход-выход по теплоносителю и др.;

С отключенными рециркуляционными насосами;

Без контроля температуры уходящих газов, аэродинамического сопротивления и гидравлических потерь давления в котле;

Без контроля утечек в тепловых сетях и без очистки сетевой воды от шлама, без периодической продувки.

Учет особенностей и специфики тепловых процессов в совокупности в жаротрубных котлах, правильная оценка всех факторов, определяющих режимы их работы и эксплуатации, квалифицированное сервисное обслуживание позволяют получить надежный, удобный и долговечный источник теплоты.

Движение продуктов сгорания и воздуха, рассматриваемое как движение вязких жидкостей, имеет турбулентный характер и происходит при изменяющейся температуре, так как продукты сгорания охлаждаются, а воздух при наличии воздухоподогревателя нагревается. При движении продуктов сгорания, обладающих вязкостью, возникают аэродинамические сопротивления, препятствующие их движению. На преодоление этих сопротивлений заnрачивается часть энергии, которой обладает движущийся поток жидкости.

Аэродинамические сопротивления возникают в связи с наличием сил трения движущегося потока о стенки канала и возрастанием внутреннего трения в потоке при появлении на его пути различных препятствий. Для преодоления сопротивлений движущийся поток должен обладать определенным избыточным напором, который по мере продвижения по тракту будет падать.

Падение полного напора на каком-либо участке газового или воздушного тракта определяется (Па) по уравнению для несжимаемой жидкости (обычно поправка на сжимаемость вносится приближенно в конце расчета):

где ∆h - сопротивление участка, т. е. потеря полного давления, Па; z 1 и z 2 - геометрические отметки сечений участка (высота расположения их относительно выбранной плоскости отсчета), м; р а - плотность атмосферного воздуха, принимаемая постоянной в пределах небольших изменений высоты, кг/м 3 ; р - плотность протекающей среды, кг/м 3 .
Величина (Z 1 -Z 2)g(р а -р) называется самотягой. При равенстве плотностей протекающей среды р и атмосферного воздуха р а, а также при горизонтальном расположении газовоздухопровода самотяга равна нулю.

Аэродинамические сопротивления какого-либо участка тракта складывается из сопротивления трения и местных сопротивлений. Для парогенераторов и водогрейных котлов к указанным сопротивлениям добавляется особый вид сопротивления - сопротивление поперечно омываемых пучков труб.

Аэродинамические сопротивления трения возникает при движении потока в прямом канале постоянного сечения, в продольно омываемых трубных пучках и в пластинчатых поверхностях нагрева.

Для изотермического потока (при постоянной плотности и вязкости протекающей среды) сопротивление трения (Па) определяется по формуле

где ʎ- коэффициент сопротивления трения, зависящий от относительной шероховатости стенок канала и числа Рейнольдса; I - длина канала, м; w - скорость протекающей среды, м/с; d 3 - эквивалентный (гидравлический) диаметр, м; р - плотность протекающей среды, кг/м 3 . Эквивалентный (гидравлический) диаметр подсчитывается по формуле

где F - площадь живого сечения канала, м 2 ; U - полный периметр сечения, омываемый протекающей средой, м. Местные сопротивления (Па) рассчитываются по формуле

где £- коэффициент местного сопротивления, зависящий от геометрической формы участка (а иногда и от критерия Рейнольдса) . Расчетная скорость продуктов сгорания или воздуха (м/с) определяется по формуле

где V - расход продуктов сгорания или воздуха, м 3 /ч; F - площадь живого сечения газохода или воздуховода, м 2 . Самотяга в газоходе возникает вследствие разности плотностей окружающего воздуха и продуктов сгорания. Самотяга в газоходах аналогична тяге в дымовой трубе, которое было описано в предыдущем параграфе.

Самотяга (Па) любого участка газового тракта, а также дымовой трубы при искусственной тяге вычисляется по формуле

где H = Z 2 -Z 1 - расстояние по вертикали между серединами конечного и начального сечения данного участка, м; р - абсолютное среднее давление продуктов сгорания на участке (при избыточном давлении меньше 5000 Па принимается р/101 080=1), Па; р 0 - плотность продуктов сгорания при нормальных условиях, кг/м 3 ; Ɵ - средняя температура продуктов сгорания на данном участке, °С; 1,23 кг/м 3 - плотность наружного воздуха при давлении 101 080 Па и температуре 20 °С.

При расчете самотяги по температуре наружного воздуха, отличающейся от 20 °С более чем на 10 °С, вместо 1,23 подставляется соответствующее значение плотности воздуха.

Самотяга может быть как положительной, так и отрицательной. Если продукты сгорания движутся снизу вверх, самотяга положительна, т. е. будет создавать дополнительный напор, который можно использовать для преодоления сопротивлений. При движении продуктов сгорания сверху вниз (как это имеет место в опускных газоходах) самотяга будет отрицательной, т. е. для ее преодоления потребуется дополнительный напор. Тяга, создаваемая дымовой трубой, всегда положительна.

Расчет сопротивлений газового и воздушного тракта парогенераторов и водогрейных котлов проводится в соответствии с нормативным методом, разработанным ЦКТИ («Аэродинамический расчет котельных установок», изд. 3-е, Л., «Энергия», 1977). В соответствии с нормативным методом сопротивления трения для большинства элементов котельного агрегата определяются приближенно. В качестве исходного для расчета применяется уравнение (12-3).Коэффициент ʎ при течении продуктов сгорания или воздуха по различным газовоздухопроводам имеет следующие приближенные значения:

Коэффициент сопротивления трения к продольно омываемых пучков труб зависит от критерия Рейнольдса, шероховатости труб и относительного шага труб в пучке. Коэффициент сопротивления продольно омываемых пучков труб определяется из кривой, приведенной на рис. 12-2. Для пользования кривой необходимо определить эквивалентный (гидравлический) диаметр по формуле

где 2 - полное число труб в газоходе; d - наружный диаметр труб, м; а и b - размеры сторон прямоугольного сечения, м. При течении продуктов сгорания или воздуха по трубам трубчатых и щелям пластинчатых (с гладкими стенками) воздухоподогревателей коэффициент сопротивления трения определяется по формуле, применимой для воздухоподогревателей, имеющих эквивалентный диаметр d э = 20/60 мм при скорости потока 5-30 м/с и температуре 300 °С, а также при скорости до 45 м/с и t>300 °С:

Сопротивление поперечно омываемых пучков гладких и ребристых труб определяется (П1а) по формуле

где £ - коэффициент сопротивления, зависящий от числа рядов и расположения труб в пучке, а также от критерия Рейнольдса; w - скорость потока, определяемая по сжатому сечению газохода, расположенному в осевой плоскости труб перпендикулярно потоку газов. Коэффициент сопротивления гладкотрубного коридорного пучка

где z 2 - число рядов труб по глубине пучка; £ 0 - коэффициент сопротивления, отнесенный к одному ряду пучка. Значение £ 0 определяется по следующим формулам:

здесь σ 1 = S i /d - относительный шаг по ширине пучка; σ 2 = s 2 /d - относительный шаг по глубине пучка; ф.

Все местные сопротивления рассчитываются по уравнению (12-5). При расчете местных сопротивлений считается, что потеря напора происходит в одном заданном сечении тракта. В действительности потеря механической энергии потока вследствие изменения формы или направления канала происходит на более или менее длинном участке тракта. Поэтому принимается, что местное сопротивление представляет собой разность фактической потери напора на этом участке и потери, которая имела бы место при неизменных форме и направлении газохода.

Коэффициент местного сопротивления зависит от конфигурации фасонной части газовоздухопровода и определяется экспериментальным путем. Значения этого коэффициента для различных фасонных частей, горелок и других элементов котельной установки приведены в нормативном методе («Аэродинамический расчет котельных установок»).
Сопротивление всего газового или воздушного тракта определяется как сумма сопротивлений всех последовательно расположенных участков. Перепад полных давлений по газовому тракту (Па) рассчитывается при уравновешенной тяге по формуле

где ∆Н - суммарное сопротивление газового тракта, Па; h T " - разрежение на выходе из топки, принимаемое равным 20 Па; Н с - суммарная самотяга газового тракта с соответствующим знаком, Па. Перепад полных давлений по воздушному тракту (при уравновешенной тяге) определяется (Па) по формуле

где ∆Н - суммарное сопротивление воздушного тракта, Па; Н с - самотяга воздушного тракта, рассчитываемая только для двух участков: воздухоподогревателя и всего воздухопровода горячего воздуха, Па; h T " - разрежение в топке на уровне ввода воздуха (обычно больше h T " на самотягу в топке), Па.

Полное сопротивление газового и воздушного тракта парогенератора и водогрейного котла, как это ясно из приведенных выше уравнений, зависит также от квадрата скорости потока. В связи с этим для основных участков достаточно большой протяженности следует выбирать оптимальную скорость потока продуктов сгорания или воздуха. Оптимальной скоростью называется такая, при которой суммарные эксплуатационные затраты минимальны.

Оптимальная скорость продуктов сгорания и воздуха в стальных газовоздухопроводах зависит от их конфигурации и конструкции, мощности котельной установки, графика потребления теплоты, экономичности тягодутьевых устройств, температуры потока, стоимости оборудования и электроэнергии и от других характеристик. Оптимальные скорости для парогенераторов и водогрейных котлов, работающих под наддувом, на 10 % больше, чем при уравновешенной тяге. Приближенные значения оптимальной скорости, рекомендуемые нормативным методом, приведены в табл. 12-1.

При выборе газовоздушного тракта парового или водогрейного котла серьезное внимание должно уделяться рациональной компоновке и трассировке газовоздухопроводов. Схема газового и воздушного тракта агрегата должна быть простой и способствовать повышению надежности и экономичности работы установки. В связи с этим даже в установках малой мощности рекомендуется применять индивидуальную компоновку хвостовых поверхностей нагрева, золоуловителей и тягодутьевых устройств без обводных газоходов и соединительных коллекторов.

Схема и расположение газовоздухопроводов должны выбираться так, чтобы сопротивление тракта было минимальным при оптимальных скоростях потока. Рекомендуются преимущественно газовоздухопроводы круглого сечения, так как на их изготовление расходуется меньше металла и изоляции по сравнению с газовоздухопроводами квадратного, и особенно прямоугольного сечения.

Газоходы паровых и водогрейных котлов, работающих на взрывоопасных топливах (торф, мазут, природный газ), не должны иметь участков, в которых возможны отложения несгоревших частиц или сажи, а также застойных, плохо вентилируемых зон. Такими участками чаще всего являются соединительные короба и перемычки, лежащие вне основного потока. В обходных газоходах, направляющих продукты сгорания мимо поверхности нагрева, золоуловителя или особенно дымососа, рекомендуется последовательная установка двух плотных шиберов на прямых учавтках с возможно меньшей скоростью потока.

В местах резких поворотов потока для частичного улавливания золы иногда устраивают бункеры (например, под хвостовыми поверхностями нагрева). Однако это приводит к усложнению условий эксплуатации и не обеспечивает эффективного улавливания летучей золы. Поэтому установка бункеров под резкими поворотами не рекомендуется.
При транспортировании запыленных продуктов сгорания скорость их на протяженных горизонтальных участках должна быть не менее 7-8 м/с во избежание отложения золы. При сжигании топлив, имеющих абразивную золу, скорость на участке до золоуловителя не должна превышать 12-15 м/с для предотвращения интенсивного золового износа тракта.