8.3 Вибір вентилятора і димососа

Вентилятор і димосос повинні надійно забезпечувати подачу необ-хідного для горіння палива повітря в топку і видалення продуктів його згорання з котла при всіх режимах його роботи, підтримуючи задане постійне розрідження або тиск в топці. При цьому на привід вентилятора і димососа повинно витрачатися мінімально можлива кількість електроенергії.

Основними параметрами, що визначають вибір вентилятора і димососа, є необхідна їх подача і тиск при номінальному навантаженні котла.

Необхідна подача вентилятора, м3/год, визначається за формулою

{Q_в} = {\beta _1} \cdot {B_p} \cdot {V^0} \cdot \left( {{\alpha _т} - \Delta {\alpha _т} + \Delta {\alpha _{пов}}} \right) \cdot {{{t_{хп}} + 273} \over {273}} \cdot {{1,01 \cdot {{10}^5}} \over {{P_б}}},   (8.7)
а подача димососа, м3/год за формулою
{Q_д} = {\beta _1} \cdot {B_p} \cdot {V_г}{{{t_{вг}} + 273} \over {273}} \cdot {{{P_0}} \over {{P_б}}} \cdot 3600,   (8.8)
де Вр – розрахункова витрата палива, кг/с або м3/с;
V0, Vг – теоретичний об’єм повітря і дійсний об’єм газів, м3/кг або м3/м3;
αт, αв, Δαповп, Δαпл – коефіцієнт надлишку повітря в топці, витікання в повітропроводах, повітропідігрівнику, врахування подачі повітря з системи паливо підготовки;
tхп, tвг – температури холодного повітря і відхідних газів, oС;
β1 – коефіцієнт запасу, який приймають β1 = 1,05;
ρрц – частка повітря, що ре циркулює.

Необхідний повний тиск вентилятора або димососа – перепад повного тиску у вхідному і вихідному їх патрубках, Па,

P = {\beta _2} \cdot \Delta {p_p},   (8.9)
де Δрп – розрахунковий напір по повітряному чи газовому тракту, Па;
β2 – коефіцієнт запасу по тиску, що приймається рівним 1,1.

Потужність на валу вентилятора або димососа, кВт,

N = {{Q \cdot P} \over {3600 \cdot {\eta _н}}} \cdot {10^{ - 3}},   (8.10)
Рисунок 8.2 – Характеристика ефективності
систем регулювання: 1 – корисна потужність,
затрачувана на транспорт повітря і газу;
2 – регулювання направ-ляючим апаратом;
3 – регулювання на-правляючим апаратом
при двошвидкісному електродвигуні; 4 – регулювання гідромуфтою;
5 – регулювання при колекторному електродвигуні
змінного струму з фазовим ротором
де ηн – КПД нагнітача (вентилятора або димососа), для сучасних машин ηв = 0,7…0,75.
Q – подача вентилятора або димососа, м3/год.

Заводами-виробниками характеристика вентилятора і димососа, тобто зв'язок між подачею і повним тиском, дається для повітря при температурі 20oС і тиску 102·103 Па (760 мм. рт. ст.), тому при виборі машини подачу і тиск необхідно привести до заводських умов.

В процесі роботи котла виникає необхідність регулювання подачі вентилятора і димососа в залежності від навантаженням котла з метою забезпечення заданого коефіцієнта надлишку повітря. Характеристики роботи відцентрового вентилятора залежно від способу регулювання показані на рис.8.2.

При зміні частоти обертання характеристика машини змінюється за такими співвідношеннями

{Q_2} = {Q_1}{{{n_2}} \over {{n_1}}};\,\,{p_2} = {p_1}{\left( {{{{n_2}} \over {{n_1}}}} \right)^2};\,\,\,\,{N_2} = {N_1}{\left( {{{{n_2}} \over {{n_1}}}} \right)^3},   (8.11)

де n1, n2 – частота обертання в різних режимах.

При регулюванні напрямним апаратом зміна характеристики машини супроводжується додатковими втратами в ній і зниженням її КПД. Зниження КПД залежить від конструкції машини і направляючого апарату, глибини регулювання і положення направляючих лопаток при даному режимі. Проте завдяки простоті конструкції направляючого апарату і нескладності його обслуговування при відносно високій економічності такий спосіб регулювання є найбільш розповсюдженим.

Потужність на валу машини при неномінальному режимі визначається за формулою

N = {{Q \cdot {p_p}} \over {3600 \cdot {\eta _н} \cdot {\eta _{рег}}}} \cdot {10^{ - 3}},   (8.12)

де ηрег – ККД регулювання, який залежить від глибини регулювання, конструкції апарата тощо.


Контрольні запитання


  1. Наведіть та проаналізуйте основні схеми газоповітряного тракту котла.
  2. Поясніть фізичну суть процесу самотяги в елементах котла?
  3. Поясніть методи визначення оптимальної швидкості газів в газоходах.
  4. Поясніть, в чому полягає розрахунок димової труби?
  5. Наведіть основні характеристики вентиляторів та димососів та методи їх визначення.
  6. Проаналізуйте різні методи регулювання вентиляторів та димососів.
  7. Поясніть як змінюються характеристики нагнітача при регулювання зміною кількості обертів.

Приклади розв’язання задач


Приклад 8.1. Визначити потужність електродвигуна для привода вентилятора та димососа котла з витратою палива 0,316 м3/с, який працює на природному газі з V0 = 9,56 м3/м3. Коефіцієнт запасу подачі вентилятора прийняти 1,1, а димососа – 1,05. Коефіцієнт надлишку повітря в топці αт = 1,1, присмоктування повітря в топці Δαт = 0,05, втрати повітря в повітропроводах Δαпов = 0,04, температура повітря що надходить у вентилятор 20oC, розрахунковий повний напір вентилятора 2,1 кПа, коефіцієнт запасу по напору вентилятора і димососа β2 = 1,1, експлуатаційний ККД вентилятора 61%, а димососа – 65%. Дійсний об’єм газів на вході в димосос Vг = 11,2 м3/м3.

Температура газів перед димососом
{\vartheta _{дг}}= 182
 oC, розрахунковий повний напір димососа 2,2 кПа. Барометричний тиск 98 кПа.

Розв’язання

Розрахункова подача вентилятора, м3/с

{Q_в} = {\beta _1} \cdot {B_p} \cdot {V^0} \cdot \left( {{\alpha _т} - \Delta {\alpha _т} + \Delta {\alpha _{пов}}} \right) \cdot {{{t_{хп}} + 273} \over {273}} \cdot {{{P_0}} \over {{P_б}}} = 1,1 \cdot 0,316 \cdot 9,56 \cdot \left( {1,1 - 0,05 + 0,04} \right) \cdot {{20 + 273} \over {273}} \cdot {{1,01 \cdot {{10}^5}} \over {98 \cdot {{10}^3}}} = 4,1.

Потужність електродвигуна для приводу вентилятора, кВт

{N_в} = {{Q \cdot {\beta _2} \cdot {p_p}} \over {{\eta _в}}} = {{4,1 \cdot 1,1 \cdot 2,1} \over {0,61}} = 15,5.

Розрахункова подача димососа, м3/с

{Q_д} = {\beta _1} \cdot {B_p} \cdot {V_г}{{{t_{дг}} + 273} \over {273}} \cdot {{{P_0}} \over {{P_б}}} = 1,05 \cdot 0,316 \cdot 11,2 \cdot {{182 + 273} \over {273}} \cdot {{1,01 \cdot {{10}^5}} \over {98 \cdot {{10}^3}}} = 6,38.

Потужність електродвигуна для приводу димососа, кВт

{N_д} = {{{Q_д} \cdot {\beta _2} \cdot {p_p}} \over {{\eta _д}}} = {{6,38 \cdot 1,1 \cdot 2,2} \over {0,65}} = 23,75.

Приклад 8.2. Визначити висоту і діаметр основи димової труби котельні, а також концентрацію двоокису сірки SO2 біля поверхні землі. В котельні встановлені два котла однакової потужності, які працюють на малосірчистому мазуті з зольністю 0,05%, вмістом сірки 2,8%, теоретичним об’ємом повітря 10,62 м3/кг, коефіцієнтом надлишку повітря 1,5, дійсним об’ємом газів 17,3 м3/кг, якщо тяга, яку створює димова труба 231 Па, розрахункова витрата палива 1,05 кг/с, температура газів перед димовою трубою 187oC, середня температура газів в трубі 182oC, температура навколишнього середовища 20oC, швидкість газів в трубі 10 м/с, барометричний тиск повітря 97·103 Па і приведена до нормальних умов густина повітря 1,205 кг/м3. Коефіцієнт, що враховує швидкість осідання двоокису сірки в атмосфері, F = 1, коефіцієнт, що враховує умови виходу продуктів згорання з основи димової труби m = 0,9, коефіцієнт стратифікації атмосфери А = 120 с2/3град1/3 і фонова концентрація забруднення атмосфери двоокисом сірки Сф = 0,03·10-6 кг/м3.

Розв’язання

Об’єм газів, що проходять через димову трубу, м3/с

V_г^{д.т.} = n \cdot {B_p} \cdot {V_г}{{{\vartheta _г} + 273} \over {273}} \cdot {{1,01 \cdot {{10}^5}} \over {{P_б}}} = 2 \cdot 1,05 \cdot 17,3 \cdot {{187 + 273} \over {273}} \cdot {{1,01 \cdot {{10}^5}} \over {97 \cdot {{10}^3}}} = 63,1.

Приведена до нормальних умов густина газу, кг/м3

{\rho _г} = (1 - 0,01 \cdot {A^p} + 1,3 \cdot {\alpha _т} \cdot {V^0})/V_г^{д.т.} = \left( {1 - 0,01 \cdot 0,05 + 1,3 \cdot 1,5 \cdot 10,62} \right)/62,4 = 0,33.

Висота димової труби, м

H = {p_c}/\left[ {273 \cdot \left( {{{{\rho _{пов.}}} \over {273 + {t_{пов}}}} - {{{\rho _{г.}}} \over {273 + {{\overline \vartheta }_г}}}} \right) \cdot {{9,81 \cdot {P_б}} \over {1,01 \cdot {{10}^5}}}} \right] = 231/\left[ {273 \cdot \left( {{{1,205} \over {273 + 20}} - {{0,33} \over {273 + 182}}} \right) \cdot {{9,81 \cdot 97 \cdot {{10}^3}} \over {1,01 \cdot {{10}^5}}}} \right] = 26,2.

Діаметр основи димової труби, м

{d_{д.т.}} = 1,13 \cdot \sqrt {V_г^{д.т.}/{w_{т.г.}}} = 1,13 \cdot \sqrt {63,1/10} = 2,84.

Маса двоокису сірки, що викидається в атмосферу з труби, кг/с

M = 0,01 \cdot n \cdot {B_p} \cdot {S^p} \cdot {{{M_{S{O_2}}}} \over {{M_S}}} = 0,01 \cdot 2 \cdot 1,05 \cdot 2,8 \cdot {{64} \over {32}} = 0,1176.

Концентрація двоокису сірки біля поверхні землі, кг/м3

C = 0,001 \cdot {{A \cdot M \cdot F \cdot m} \over {{H^2} \cdot \root 3 \of {V_г^{д.т.} \cdot \Delta t} }} + 2 \cdot {C_ф} = 0,001 \cdot {{120 \cdot 0,1176 \cdot 1 \cdot 0,9} \over {{{26,2}^2} \cdot \root 3 \of {63,1 \cdot (182 - 20)} }} + 2 \cdot 0,03 \cdot {10^{ - 6}} = 0,89 \cdot {10^{ - 6}}.

Задачі для самостійної роботи


Приклад 8.3. Визначити розрахункову подачу димососа котла, що працює на природному газі зі складом: СО2р = 0,2%; СН4р = 97,9%; С2Н6р = = 0,1%; N2р = 1,8%. Розрахункова витрата палива Вр. Коефіцієнт надлишку повітря і температура перед димососом 1,45 та tг. Барометричний тиск 98 кПа.

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Вр, м3/с 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
Остання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
tг, oС 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

Приклад 8.4. Визначити розрахунковий повний напір вентилятора котла, що працює на вугіллі з витратою палива Вр. Теоретичний об’єм повітря 6,7 м3/кг. Коефіцієнт надлишку повітря в топці 1,3, присмоктування повітря в топці 0,05, втрати повітря в повітропроводах 0,02, температура повітря, що надходить у вентилятор 25oC, коефіцієнт запасу по напору вентилятора β2 = 1,1, експлуатаційний ККД вентилятора 61%. Барометричний тиск 98 кПа. Потужність електродвигуна вентилятора N.

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Вр, кг/с 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5
Остання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
N , кВт 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Приклад 8.5. Визначити висоту та діаметр устя димової труби, до якої підключені три котла з розрахунковою витратою палива кожного Вр. Склад палива вказаний в умові прикладу 2.2. Коефіцієнт надлишку повітря перед трубою 1,3. Тяга, яку створює димова труба 150 Па. Температура газів перед димовою трубою 130oC, середня температура газів в трубі 120oC, температура навколишнього середовища 20oC, швидкість газів в трубі 10 м/с, барометричний тиск повітря Рб. Приведена до нормальних умов густина повітря 1,205 кг/м3.

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Вр, кг/с 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
Остання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Рб, кПа 95 96 97 98 99 100 101 101 103 104