Котел-утилизатор водогрейный КУВ - 13,0/150
Общие положения
Аэродинамический расчет газового тракта котельной установки (КУ) выполнен в соответствии с документами: Технические условия. Котел-утилизатор водогрейный КУВ - 13,0/150 РТС «Пенягино» (Курьяново), теплогидравлический расчет Р-90931/А РР, техническое описание и инструкция по эксплуатации и чертежами общего вида. Рассчитываемый газовый тракт принят в границах поставки завода.
Расчет выполнен для двух режимов:
- Режим работы при температуре наружного воздуха tн = -30°С и при номинальной нагрузке ГТУ;
Режим работы при температуре наружного воздуха tн = +30°С и при номинальной нагрузке ГТУ.
Основным расчетным режимом является режим работы котла-утилизатора на продуктах сгорания природного газа при температуре наружного воздуха -30°С и при номинальной нагрузке ГТУ.
При расчете принято:
- барометрическое давление 740 мм рт. ст.,
- влагосодержание газового топлива за отсутствием данных не учтено.
В расчете учтено:
различное влагосодержание воздуха при разных температурах наружного воздуха;
пропуск 5% газов шибером байпасного газохода.
Расчет выполнен по нормативному методу «Аэродинамического расчета котельных агрегатов», Изд. 1977 г.
Расчетная схема газового тракта
газовый теплогидравлический котел утилизатор
Основной расчетный режим: нагрузка 100% ГТУ и tн =-30 °С
Исходные данные для расчета
Данные из теплогидравлического расчета котла-утилизатора [7.2; 7.3]
Таблица 3.1.1
| Параметры | Режим работы ГТУ | |
| Нагрузка 100% | ||
| Температура наружного воздуха tн, °С | -30 | +30 |
| Температура газов на выходе из ГТУ J»гту, °С | ||
| Расход газов после ГТУ G»гту, кг/с | 53,7 | 46,6 |
| Коэффициент избытка воздуха a | 6,54 | 6,54 |
| Температура уходящих газов J»ку, °С | ||
| Аэродинамическое сопротивление поверхности котла - утилизатора Dhк, Па |
Состав сухого природного газа и его характеристики [7.2]
Таблица3.2.1 в%
| Метан СН4 | 98,599 |
| Этан С2Н6 | 0,318 |
| Пропан С3Н8 | 0,078 |
| Бутан С4Н10 | 0,051 |
| Пентан С5Н12 | 0,005 |
| Азот N2 | 0,918 |
| Углекислый газ СО2 | 0,031 |
| Низшая теплота сгорания Qri, кДж/нм3 | |
| Плотность сухого газа rг.т., кг/нм3 | 0,7233 |
Расчет объемов воздуха, продуктов сгорания и приведенной плотности газов
Таблица 3.3.1
| Наименование | Расчет |
| Основной расчетный режим:tн =-30°С,влагосодержание воздуха d=0,32г/кг [7.6] | |
| Теоретический объем воздуха Vo, м3/м3 | 0,0476 [0,5CO+0,5H2+1,5H2S+S(m+n/4) CmHn-O2]= =0,0476 [(1+4/4).98,599+(2+6/4).0,318+(3+8/4).0,078+(4+10/4).0,051+(5+12/4).0,005]=9,48 |
| Теоретический объем азота VoN2, м3/м3 | 0,79Vo+N2/100=0,79.9,48+0,918/100=7,5 |
| Объем трехатомных газов VRO2, м3/м3 | 0,01 [CO2+CO+H2S+SmCmHn]=0,01 [0,031+(1.98,599+2.0,318+3.0,078+4.0,051+5.0,005)]=1 |
| Теоретический объем водяных паров VoН2О, м3/м3 | 0,01 [H2S+H2+Sn/2CmHn+0,124dг.т.]+0,00161.d.Vo= 0,01 [4/2.98,599+6/2.0,318+8/2.0,078+10/2.0,051+12/2.0,005]+ 0,00161.0,32.9,48=1,99 |
| Oбъем водяных паров VН2О, м3/м3 | VoН2О+0,00161.d.(a-1)=1,99+0,00161.0,32 (6,54-1).9,48=2,02 |
| Объемдымовых газов Vг, м3/м3 | VRO2+ VoN2+ VН2О+(a-1). Vo=1+7,5+2,02+(6,54-1).9,48=63,04 |
| Масса дымовых газов G, кг/м3 | rг.т+dг.т./1000+1,306a. Vo+0,0013aVo (d-10)= 0,7233+1,306.6,54.9,48+0,0013.6,54.9,48 (0,32-10)=80,9 |
| Удельный вес дымовых газов ¡ог (при нормальных условиях), кг/нм3 | 
|
| Плотность дымовых газов rог (при нормальных условиях), кгс2 /м4 | ¡ог/9,81=1,283/9,81=0,1308 |
| Режим:tн =+30°С,влагосодержание воздуха d=22г/кг (j=80%) [7.6] | |
| Теоретический объем водяных паров VoН2О, м3/м3 | 0,01 [H2S+H2+Sn/2CmHn+0,124dг.т.]+0,00161.d.Vo= 0,01 [4/2.98,599+6/2.0,318+8/2.0,078+10/2.0,051+12/2.0,005]+ 0,00161.25,0.9,48=2,32 |
| Oбъем водяных паров VН2О, м3/м3 | VoН2О+0,00161.d.(a-1)=2,32+0,00161.22 (6,54-1).9,48=4,18 |
| Объемдымовых газов Vг, м3/м3 | VRO2+ VoN2+ VН2О+(a-1). Vo=1+7,5+4,18+(6,54-1).9,48=65,2 |
| Масса дымовых газов G, кг/м3 | rг.т+dг.т./1000+1,306a. Vo+0,0013aVo (d-10)= 0,7233+1,306.6,54.9,48+0,0013.6,54.9,48 (22-10)=82,7 |
| Удельный вес дымовых газов ¡ог (при нормальных условиях), кг/нм3 | 
|
| Плотность дымовых газов rог (при нормальных условиях), кгс2 /м4 | ¡ог/9,81=1,268/9,81=0,129 |
Cекундные объемы газов и плотности по участкам тракта Основной расчетный режим: tн=-30°C
Участок до клапана перед поверхностью нагрева, после ГТУ
нм3/с, 
м3/с 
кгс2 /м4
Расход через клапан с учетом проскока 5% газов через клапан байпасного газохода:
м3/с
Участок на выходе из котельной установки:
° C
м3/с
кгс2 /м4
Режим: tн=+30°C
Участок до клапана перед поверхностью нагрева, после ГТУ
нм3/с, 
м3/с
кгс2 /м4
Расход через клапан с учетом проскока 5% газов через клапан байпасного газохода:
м3/с
Участок на выходе из котельной установки:
° C
Участок на выходе из котельной установки
м3/с
кгс2 /м4
Расчет сопротивлений по участкам тракта
Таблица 4.1
Наименование сопротивления Геометрические данные Скорость 
; м/сКоэффициент сопротивления
Сопротивление
 , мм вод. ст
| ||||
| 1-ый участок (после ГТУ, от компенсатора, до КУВ) |
1 Диффузор a=30° (переход с круглого на прямоугольное сечение) 
м2, 
м2,
, L=1,6 м 
0,18х0,8=0,144
[7.1, рис. VII - 12,11] 
|
2 Резкий поворот на 90° с изменением сечения 
м2, 
м2, 
, 
1,1x1х0,97=1,07
[7.1, рис. VII-19б, VII-16, VII-17] 
| ||||
| 3 Клапан 2100х3600 |  м3  0,2 По ТУ на клапаны
| 
|
4 Сопротивление трения участка L=2,25 м, 
м; 
м; 
м; 
м2
L~5,95 м, 
м; 
м; 
м; 
м2 
[7.1, стр. 172; т. VII-2] 
| ||||
| Суммарное сопротивление 1 участка Dh1 | 1,4+5+0,9+0,1+0,2 = 7,6 | |||
| 2-ой участок (поверхность нагрева КУВ) Dh2 | [7.2.] | 129,5 (1270 Па) | ||
| 3-ий участок (от КУВ до дымовой трубы) Dh3 |
5 Внезапное изменение сечения 
м2, 
м2, 
0,21
[7.1, рис. VII-11] 
| ||||
| 6 Шумоглушитель. Ступень 1. |  м2Расчет по программе (конструкция выдана 7 бюро).1,7 (16,02 Па)
|
7 Внезапное изменение сечения a=126° 
м2, 
м2, 
0,3
[7.1, рис. VII-11] 
|
8 Внезапное изменение сечения a=74° 
м2, 
м2, 
0,17
[7.1, рис. VII-11] 
| ||||
| 9 Шумоглушитель. Ступень 2 и 3. |  м2Расчет по программе (конструкция выдана 7 бюро).3,83x2=7,7 (37,6х2=75,2 Па)
|
10 Внезапное изменение сечения a=80° 
м2, 
м2, 
0,2
[7.1, рис. VII-11] 
|
Суммарное сопротивление газового тракта: SDh = 166,4 мм вод. ст.
Самотяга газового тракта: h1=5,866-2,093=3,773 м; t=362 °C
мм вод. ст.
h2=7,316-5,866=1,45 м; t=(362+133)/2=247,5 °C
мм вод. ст.
h3=21,28-7,316=13,96 м; t=144 °C
мм вод. ст
Самотяга дымовой трубы: Н=50-21,28=28,72 м; t =144 °C
мм вод. ст.
Среднее эффективное давление по тракту (hбар.=740 мм рт. ст.):
мм рт. ст.
Суммарное сопротивление тракта с поправкой на давление и плотность:
мм вод. ст.
Перепад полных давлений в газовом тракте:
DHп=DH - hc1г.т. - hc2г.т - hc = 163,5 -3,4-1,1-8,5-17,6= 132,9 мм вод. ст.
Суммарное сопротивление газового тракта КУ в границах поставки ЗиО (включая шумоглушители):
SDhЗиО = 166,4 мм вод. ст. или 1632 Па.
5. Пересчет сопротивлений газового тракта на режим при tн=+30 °С
Таблица 5.1
№ участка - Коэффициент пересчета 
Dhисх
мм вод стDhрасч
мм вод ст
| ||||
| п. 1 - п. 4 |  7,66,1
| |||
| Поверхность нагрева | [6.2] | 129,5 | 117,7 (1155) | |
| п. 5-13 |  17,213,8
| |||
| п. 14 - п. 15 | 0,8 | 12,1 | 9,7 | |
| Итого: | 166,4 | 147,3 |
Суммарное сопротивление газового тракта: SDh = 147,3 мм вод. ст.
Самотяга газового тракта: h1=5,866-2,093=3,773 м; t=508 °C
мм вод. ст.
h2=7,316-5,866=1,45 м; t=(508+144)/2=326 °C
мм вод. ст.
h3=21,28-7,316=13,96 м; t=164 °C
мм вод. ст
Самотяга дымовой трубы: Н=50-21,28=28,72 м; t =164 °C
мм вод. ст.
Среднее эффективное давление по тракту (hбар =740 мм рт. ст.):
мм рт. ст.
Суммарное сопротивление тракта с поправкой на давление и плотность:
мм вод. ст.
Перепад полных давлений в газовом тракте:
DHп=DH - hc1г.т. - hc2г.т - hc = 142,9 -2,7-0,9-5,3-10,8= 123,2 мм вод. ст.
Суммарное сопротивление газового тракта КУ в границах поставки ЗиО (включая шумоглушители):
SDhЗиО = 147,3 мм вод. ст. или 1445 Па.
Выводы
Аэродинамические расчеты показали, что сопротивление газового тракта котельной установки в пределах поставки завода меньше 2000 Па, требуемых по ТУ на котельную установку.