Газодинамика воздушного и газового тракта парогенерирующих агрегатов

Газодинамика воздушного и газового тракта

парогенерирующих агрегатов

Общие вопросы газодинамики

В современных паровых котлах скорость газа и воздуха в поверхностях нагрева и газоходах составляет 5-30 м/с, в отдельных конструкциях высоконапорных агрегатов скорости газов 100-200 м/с, в установках МГД генераторов скорости газов достигают скорости звука.

Известно, что для газов квадрат скорости звука (скорости распространения малых возмущений) определяется формулой . Используя её, запишем формулу для определения скорости звука

                                                                                          (12.1)

где К=Ср/C_v—показатель адиабаты; R—газовая постоянная; I— температура, К.

Скорость звука для воздуха при K=1,4 и R=287,14 Дж/(кг-К) подсчитывается по формуле

                                                                                           (12.2)

При высоких скоростях, приближающихся к скорости звука, в расчетах необходимо учитывать сжимаемость газа, при этом находят число Маха—отношение скорости газа или воздуха к скорости звука

                                                                                          '   (12.3)

При М<1 имеет место дозвуковое течение газа, при М>1 - сверх­звуковое.

Отношение плотностей для газов (при учете и без учета сжимае­мости). используя уравнение состояния и движения. получим

По формуле (12.4) определим, до какой скорости газа можно не учитывать влияние сжимаемости. Пусть нас устраивает погрешность в определении плотности ~2%, из формулы (12.4) найдем для воздуха число Маха, значение которого будет М=0,2, а при Со==340 м/с получается =70 м/с. Следовательно, при скорости воздуха (газа) <70 м/с погрешность в определении плотности от неучета сжимаемо­сти составит <2%, что вполне приемлемо для инженерных расчетов.

Установим связь для изменения параметров газа при течении по трубопроводу переменного сечения. Используя уравнения неразрывно­сти и энергии для одномерного стационарного потока (гл.13), а так­же формулу для числа Маха, объединим их, и тогда результат запи­шем в виде

Уравнение (12.5) позволяет проанализировать влияние перемены сечения, по которому движется газ, на изменение скорости и плотно­сти потока с учетом сжимаемости.

^« Газ, движущийся при М<.1 (дозвуковой поток), в расширяющейся трубе              (d_f >0) тормозится, а в суживающейся,когда d_f <0, будет уско­ряться. Газ, движущийся при М>1 (сверхзвуковой поток), в расши­ряющейся трубе, наоборот, ускоряется, а ,в суживающейся—тормо­зится. Изменение плотности будет обратно изменению скорости, что следует из уравнения неразрывности.

12.2. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОВОГО КОТЛА

Подача воздуха в котел осуществляется обычно дутьевым вентилятором (центробежным или осевым), дымовые газы удаляются, из агре­гата при помощи дымососа в принципе аналогичной конструкции (см. § 12.3). Из небольших установок газы удаляются за счет естественной тяги дымовой трубы.

В газовоздушном тракте котла применяются два способа транспор­тировки воздуха и газов: с помощью уравновешенной тяги и за счет наддува.

Во многих котельных установках, широко распространена уравновешенная схема с разрежением по газоходам (рис. 12.1). В этом случае воздух для горения подается дутьевым вентилятором в воздухоподо­греватель и оттуда в топочную камеру. Дымосос создает небольшое разрежение вверху топки — около 20 Па и преодолевает сопротивле­ние конвективной шахты и газоходов. .Поскольку конвективная шахта и газоходы котла находятся под разрежением, то в них происходит присос воздуха из помещения котельной через различные неплотности. Дымосос работает на частично запыленных газах после золоуловите­лей. Дутьевые вентиляторы создают полное давление 2500—5000 Па» дымососы — 3000—4500 Па.

Производительность тягодутьевых машин зависит от паропроизвдятельности котла. Так, для агрегата П-67 к блоку 800 МВт, предназ­наченного для работы на канско-ачинских бурых углях, проектом пред­усмотрена установка трех дымососов производительностью по 530 м³/с с полным давлением 5800 Па при частоте вращения 83 об/с. В даль­нейшем намечено создание более мощных дымососов из расчета два дымососа на котел.

Схема под наддувом организована на некоторых современных мощ­ных котлах, оборудованных цельносварными мембранными экранами. В этом случае все газоходы, топочная камера и воздухоподогрева­тель находятся под наддувом. При этом исключается дымосос, рабо­тающий на запыленном потоке газов, наддув осуществляется дутьевы­ми вентиляторами с полным давлением 3000—6000 Па, а в специаль­ных конструкциях высоконапорных агрегатов с избыточным давлением около 0,3—0,6 МПа—компрессором.

Количество холодного воздуха, подаваемого вентилятором, Vх.в, м³/с, зависит от массы сжигаемого топлива Вр, его можно подсчитать по формуле

где —коэффициент избытка воздуха перед вентилятором; T'х.в— температура холодного воздуха, К.

Расход дымовых газов перед дымососм Vд, м ³/ с, рассчитывается по формуле

                                                          (12.7)