Воздух и тяга в топке котельного агрегата


Чтобы в топке котельного агрегата могло происходить горение топлива, в нее необходимо подавать воздух. Для удаления из топки газообразных продуктов сгорания и перемещения их через систему поверхностей нагрева котельного агрегата должна быть осуществлена тяга. Подача воздуха в топку и тяга могут быть естественными, когда тяга создается дымовой трубой, а воздух поступает в топку вследствие разрежения, создаваемого в топке тягой дымовой трубы, и искусственными, когда воздух в топку подается дутьевыми вентиляторами, а тяга осуществляется дымососами.

Усложнение профиля котельного агрегата привело к повышению его общего аэродинамического сопротивления, а снижение температуры отходящих газов — к уменьшению силы тяги, создаваемой трубой данной высоты. В результате влияния обоих этих факторов в установках с котлами паропроизводительностью 2,5 т/ч и выше естественная тяга почти полностью уступила место искусственным тяге и дутью.

Дымовая труба сохраняется и при искусственной тяге, но основным назначением ее становится вывод дымовых газов в более высокие слои атмосферы, с тем чтобы улучшить условия рассеяния их в пространстве, что особенно важно в случаях, когда дымовые газы содержат повышенное количество вредных примесей — летучей золы и SO2.

Движение потока дымовых газов в газовом тракте котельной установки представляет собой сложный случай турбулентного движения сжимаемой жидкости, так как газовый тракт имеет повороты, поперечное сечение его неоднократно изменяется, а отдельные газоходы заполнены трубными пучками с различными характеристиками (рис. 1). Кроме того, температура и плотность дымовых газов изменяются в процессе движения в результате происходящей отдачи тепла. При сжигании твердого топлива движение газов еще осложняется наличием в них летучей золы, содержание которой изменяется по длине тракта. Движение потока воздуха в воздушном тракте котельного агрегата отличается теми же особенностями, за исключением того, что воздух не забалластирован пылевидными примесями, т. е. является чистым газом.

Аэродинамическая схема котельной установки, воздух и тяга

Рис. 1. Аэродинамическая схема котельной установки

Нижние индексы при коэффициентах сопротивления означают характер сопротивления: тр — трение, м — местное; м.вх — местное входа; м.вых — местное выхода. Верхние индексы означают элемент газового тракта котельной установки: пе — пароперегреватель; пов - поворот; в.э — водяной экономайзер; вп — воздухоподогреватель; гх — газоход; зу — золоуловитель; конф — конфузор; д.тр — дымовая труба.

Поскольку дымовые газы и воздух являются вязкими газами, движение их в газовоздуховодах котельной установки сопровождается потерей энергии, затрачиваемой на преодоление действия сил турбулентного трения. При этом действие вязкости проявляется двояко: во-первых, возникает трение движущегося газа о твердые поверхности; во-вторых, при различных изменениях направления движения газа намного усиливается внутреннее трение в потоке. Для преодоления трения необходимо располагать некоторым избыточным давлением газа, которое будет уменьшаться по мере прохождения потока через данный элемент тракта. Падение полного давления дымовых газов или воздуха Δhп в элементе тракта определяется уравнением:

Δhп = Δh + hс,    (1)

где Δh — аэродинамическое сопротивление данного элемента тракта;

hс — его самотяга.

Величины давления и аэродинамического сопротивления выражают в кГ/м². В системе СИ величины давления и сопротивления выражают в ньютонах на квадратный метр (н/м²), причем 1 н/м² = 0,102 кГ/м². Однако для аэродинамических расчетов в котельных установках можно рекомендовать к использованию кратную величину — деканьютон на квадратный метр (дан/м²), которая приблизительно соответствует 1кГ/м².