Техническое описание котла ДЕ-10-14ГМ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет»
Факультет Энергетики и Электроники
Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»
Курсовая работа
по дисциплине
«Нагнетатели и тепловые двигатели»
«Тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата, выбор дымососа и дутьевого вентилятора для котла ДЕ-10-14ГМ»
Студентка группы 09-ПТЭ
Труфанова И.Ю.
__________________
Преподаватель
Анисин А.К.
__________________
Брянск 2012
Техническое задание
Произвести тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата
ДЕ-10-14 ГМ
· Паропроизводительность на рабочем режиме 10 т/ч
· Рабочее избыточное давление пара 1,4 МПа
· Состояние пара насыщенный
· Температура питательной воды 100˚С
· Внутренний диаметр барабанов 1000 мм
· Расположение труб конвективного пучка коридорное
· Диаметр и толщина стенки экранных и
конвективных труб, мм 51х2,5
Содержание
Введение.......................................................................................................... 4
Техническое описание котла ДЕ-10-14ГМ...........................................................5
Сведения о топке и горелке котла ДЕ-10-14ГМ..................................................8
1. Тепловой расчет парового котельного агрегата.............................................9
1.1. Топливо, состав и количество продуктов горения, их теплосодержание. 9
1.2. Тепловой расчет топки.............................................................. ....17
1.3. Расчет газоходов.......................................................................... 18
1.3.1. Расчет первого газохода..............................................................19
1.3.2. Расчет второго газохода..............................................................21
1.3.3. Расчет третьего газохода.............................................................24
1.3.4.Расчет четвертого газохода. .......................................................27
1.4. Расчет водяного экономайзера..................................................... 29
2. Аэродинамический расчет котельного агрегата..................................... 31
2.1. Расчет общего сопротивления котла............................................ 31
2.2. Газовый тракт................................................................................ 35
2.3. Расчет сопротивления газового тракта........................................ 37
2.4. Расчет дымовой трубы и выбор дымососа.................................. 38
2.5. Дымосос..................................................................................... ....39
2.6. Подбор дымососа.................................................................................40
2.7. Воздушный тракт................................................................................42
2.8. Расчет сопротивления воздушного тракта.........................................43
2.9.Выбор дутьевого вентилятора.............................................................43
2.10. Подбор вентилятора..............................................................................44
Трубопроводы, арматура котла............................................................................44
Водяные экономайзеры.........................................................................................47
Деаэрация……………………………………………………………………….48
Продувка.................................................................................................................49
Заключение.............................................................................................................51
Список используемой литературы.......................................................................52
Введение
В данной курсовой работе проводится тепловой расчет котла ДЕ-10-14ГМ. Котел двухбарабанный вертикально-водотрубный, предназначен для выработки насыщенного и перегретого пара используемого для технических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Основным оборудованием установки является топочная камера, экранные и конвективные поверхности нагрева, водяной экономайзер. Топочная камера предназначена для организации процесса горения топлива. Основными частями котла являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой задний и боковой экран, образующие топочную камеру, которая располагается сбоку от конвективного пучка.
В водном пространстве верхнего барабана находится питательная труба и направляющие щиты, в паровом объеме - сепараторное устройство. В нижнем барабане расположено устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубкидля спуска воды.
Поверхности нагрева в зависимости от передачи им тепла различают на экранные (лучевоспринимающие) и конвективные. Первые располагаются в топочной камере по периметру и образуют канал, в котором установлен конвективный пучок. Продукты сгорания, образуясь в камере сгорания (топке) пройдя через конвективный пучок, попадают в экономайзер расположенный позади котла. Водяной экономайзер предназначен для утилизации тепла, которое не было воспринято котлом и последующего возвращения его в котел с помощью питательной воды.
В качестве топлива используется природный газ.
Таблица 2.
Определение расхода топлива
Расчетный часовой расход топлива:
м3/ч.
1.2. 
Тепловой расчет топки
1.Площадь ограждающих поверхностей топкиHст=47,698м2
2.Общая лучевоспринимающая поверхность нагрева топки Hл=39,02м2[2,стр.248].
3.Расчет теплообмена в топке:
Полезное тепловыделение в топке:
ккал/нм3
=34654 кДж/кг.
На I 
диаграмме по прямой, построенной при значении коэффициента избытка воздуха αт=1,15 при найденном теплосодержании Iтг=8286,55 ккал/м3 находим температуру горения: 
тг=1780 оС.
Для определения температуры на выходе из топки составляем таблицу №3.
Таблица 3.
Расчет температуры газов на выходе из топки
| Наименование величин | Расчетные данные | Результаты |
| Объем топочного пространства Vт, м2 | По [2, стр.248] | 17,14 |
| Общая площадь ограждающих поверхностей Нст, м2 | П.п. 1.2.1 | 47,698 |
| Эффективная толщина излучающего слоя S, м | S=3,6  | 1,29 |
| Лучевоспринимающая поверхность нагрева Нл, м2 | принято | 39,02 |
| Степень экранирования топки ψ | Ψ=Нл/Нст=39,02/47,698 | 0,83 |
| Положение максимума температур X | Рис. 1 X=h1/h2=600/1375 | 0,44 |
| Значение коэффициента m | Табл.  | |
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов  , м*ата | rnS=  | 0,337 |
Температура газов на выходе из топки  | Принимаем с последующим уточнением | |
| Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами кг | Рис. IV.1.[1,c.138] | 0,7 |
| Коэффициент ослабления лучей топочной средой к | К= Кгrп=0,7·0,337 | 0,235 |
Сила поглощения запыленным потоком газов,  | Кр=Кгrп·s=0,235·1,29 | 0,304 |
| Степень черноты несветящейся части пламени, анс | анс=1-e-kps=1-e-0,304 | 0,26 |
| Степень черноты факела, аф | аф=анс(1-m)=0,26(1-0) | 0,26 |
Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности нагрева  | =0,8 | 0,8 |
| Произведение | ψ  | 0,664 |
Тепловыделение в топке 1м2 ограждающих её поверхностей, ккал/м2  |  | (540121кДж/м2ч) |
| Постоянные величины расчетного коэффициента М | А=0,52 Б=0,3 | |
| Расчетный коэффициент М | М=А-БX=0,52-0,3  | 0,388 |
Температура дымовых газов на выходе из топки  , оС | Номограмма рис.IV.4.[1,c.141] | (1114 по [2, стр.250] |
Энтальпия дымовых газов на выходе из топки  , ккал/нм3 | Рис. 1. | 4800,4 (20075,3кДж/кг) |
| Тепло переданное излучением в топке Qл, ккал/нм3 |  | 3425,1 (14324 кДж/кг) |
| Тепловое напряжение топочного объема Q/VТ, ккал/м3 |  | (1526176 кДж/кг) |
Температура газов на выходе из топки оказалась почти равной предварительно принятой; не превышает допустимых норм и тепловое напряжение объема топочного пространства, следовательно, расчет теплообмена в топке произведен верно.
 |
Расчет газоходов
Определим основные конструктивные характеристики газохода и поместим их в таблицу 4.
Таблица 4
Основные конструктивные характеристики газоходов
| Наименование величин | Усл. обозн. | Ед. изм. | Формула или источник | I ый газоход | II ой газоход | ||
| 1ая часть | 2ая часть | 1ая часть | 2ая часть | ||||
| Высота газохода минимальная максимальная эффективная | аmin amax aэ | мм мм мм | По чертежу  | ||||
| Ширина газохода | B | мм | По чертежу | ||||
| Число труб поперек газохода | Z1 | - | По чертежу | ||||
| Диаметр труб | D | мм | По чертежу | ||||
| Площадь сечения газохода | FI | м2 | По чертежу | 1,1 | 0,986 | 0,703 | 0,544 |
| Эффективная толщина излучающего слоя | S | м2 | По чертежу | 0,165 | 0,165 | 0,165 | 0,165 |
| Шаги труб продольный поперечный | S1 S2 | мм мм | По чертежу | ||||
| Поверхность нагрева газохода | Hг | м2 | По чертежу | 35,75 | 28,38 | 17,03 | 11,92 |
1.3.1. 
Расчет первого газохода
Задаемся двумя значениями температуры дымовых газов на выходе из первой части первого газохода 
= 750 С0 и = 600 С0 и проводим для этих значений температур два параллельных расчета. Все необходимые расчетные данные располагаем в таблице 5. Расчёт первой части производим при 
.
Приращением значения коэффициента избытка воздуха пренебрегаем, т.е. 
.
Таблица 5.
Тепловой расчет первого газохода
| Результаты при tT | ||||||
| 750 Cо | 600 Со | |||||
| 1. Температура дымовых газов перед первым газоходом |  |  C | Из расчета | tT | ||
| 2. Теплосодержание дымовых газов перед первым газоходом |  |  | Табл.5 | НТ | 4800,4 (20099,3 кДж/м3) | 4800,4 (20099,3 кДж/м3) |
| 3. Температура дымовых газов за первым газоходом |  |  | Задаем | - | ||
| 4. Теплосодержание дымовых газов за первым газоходом |  | | Табл. 5 | - | (14078 кДж/м3) | (10977 кДж/м3) |
| 5. Тепловосприятие первого газохода по уравнению теплового баланса | QБ |  | jBр(I’1-I1’’+DIВ ) | 0,9825·742·(4800,4-3360+0) 0,9825·742·(4800,4-2494,6+0) | 1,05·106 (4,39·106 кДж/ч) | 1,59·106 (6,66·106 кДж/ч) |
 6. Средний температурный напор | Dtср | |  |   | 723,4 | 620,2 |
| 7. Средняя температура дымовых газов. | tср |  |  |  | ||
| 8. Средняя скорость дымовых газов. | wch | м/c |  |  | 9,83 | 9,21 |
| 9. Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией. | aк |  | [1, pис.IV.5 ]   | 0,98·1,03·53,8 0,98·1,03·52,5 | 54,3 | 52,9 |
| 10. Суммарная поглощательная способность трехатомных газов. | pnS | м.ат. | rnS | 0,26·0,165 | 0,043 | 0,043 |
| 11. Значение коэф. ослабления лучей трехатомными газами. | kг | - | [1, pис.IV.1 ] | - | 2,94 | 3,04 |
| 12. Значение коэф. ослабления лучей трехатомными газами. | kpnS | м.ат. | kг rnS | 2,94·0,043 3,04·0,043 | 0,126 | 0,130 |
| 13. Степень черноты газового потока. | a | - | [1, pис.IV.2 ] | - | 0,04 | 0,05 |
| 14. Значение коэф. загрязнения по поверхности нагрева. | e |  | Таблица. | - | 0,005 | 0,005 |
| 15. Температура наружной поверхности загрязненной стенки. | tст | |  | (194,1+0,005· QБ)/24 | 340,9 | 416,4 |
| 16. Значение коэффициента теплоотдачи излучением незапыленного потока. | aл |  | . [1, pис.IV.2 ]  | 125·0,04·0,96 87·0,05·0,94 | 4,032 | 4,089 |
| 17.Значение коэф. омывания газохода дымовыми газами. | w | - | [ 1, cтр.143] | [2, Стр. 143] | 0,9 | 0,9 |
| 18. Значение коэф. теплоотдачи в первом газоходе | кт | |  |  | 41,8 | 40,07 |
| 19.Тепловосприятие первого газохода по ур-ю Т-пр | Qт | |  | 41,8·35,75·723,4 41,07·35,75·620,2 | 1,11·106 (4,65·106 кДж/ч) | 0,7 ·106 (2,73 ·106 кДж/ч) |
По значениям QБ и QТ строим вспомогательный график (рис. 5) и определяем температуру газов на выходе из первого газохода.
Рис.5. 
Температура газов на выходе из первого газохода, равная = 738 ⁰С, является и температурой дымовых газов при входе во второй газоход.
Расчет второго газохода
Задаемся двумя значениями температуры дымовых газов на выходе из второго газохода = 600 С0 и = 500 С0 и проводим для этих значений температур два параллельных расчета. Все необходимые расчетные данные располагаем в таблице 6. Расчёт второго газохода производим при 
.
 |
Таблица 6.
Тепловой расчет второго газохода
| Результаты при tT | ||||||
| 600 Cо | 500 Со | |||||
| 1. Температура дымовых газов перед вторым газоходом |  | C | Из расчета | tT | ||
| 2. Теплосодержание дымовых газов перед вторым газоходом |  | | Табл.5 | НТ | 13743 кДж/м3 | 13743 кДж/м3 |
| 3. Температура дымовых газов за вторым газоходом |  | | Задаем | - | ||
| 4. Теплосодержание дымовых газов за вторым газоходом |  | | Табл. 5 | - | 11242 кДж/м3 | 9149 кДж/м3 |
| 5. Тепловосприятие второго газохода по уравнению теплового баланса | QБ | | jBр(I’2-I2’’+DIВ ) | 0,9825·742·(3280- +0.1·9,4·0,32·30) | 0,443·106 1,85*106 кДж/ч | 0,786 ·106 3,29*106 кДж/ч |
| 6. Средний температурный напор | Dtср | |  |  | 471,6 | 413,6 |
| 7. Средняя температура дымовых газов | νср | |  |  | ||
| 8. Средняя скорость дымовых газов | wch | м/c |  |  | 9,36 | 8,86 |
| 9. Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией | aк | | [1, pис.IV.5 ] | 0,98·1,05·52 0,98·1,05·50 | 53,5 | 51,45 |
 10. Суммарная поглощательная способность трехатомных газов | pnS | м.ат. | rnS | 0,24·0,165 | 0,04 | 0,04 |
| 11. Значение коэф. ослабления лучей трехатомными газами | kг | - | [1, pис.IV.1 ] | - | 3,5 | 3,7 |
| 12. Суммарная сила поглощения газовым потоком | kpnS | м.ат. | kг rnS | 3,5·0,04 3,7·0,04 | 0,14 | 0,148 |
| 13. Степень черноты газового потока | a | - | [1, pис.IV.2 ] | - | 0,051 | 0,06 |
| 14. Значение коэф-та загрязнения по поверхности нагрева | e | | Таблица. | - | 0,005 | 0,005 |
| 15. Температура наружной поверхности загрязненной стенки | tст | | | (194,1+0,005· QБ)/20 | ||
| 16. Значение коэф. теплоотдачи излучением незапыленного потока | aл | | . [1, pис.IV.2 ] | 70·0,051·0,98 60·0,06·0,97 | 3,5 | 3,49 |
| 17.Значение коэф. омывания газохода дымовыми газами | w | - | [ 1, cтр.143] | [2, Стр. 143] | 0,9 | 0,9 |
| 18. Значение коэф. теплоотдачи во втором газоходе | кт | | |  | ||
| 19.Тепловосприятие второго газохода по уравнению Т-пр | Qт | | | 41·28,38·471,6 40·28,38·413,6 | 0,54·106 (2,26·106 кДж/ч) | 0,469 ·106 (1,96 ·106 кДж/ч) |
По значениям QБ и QТ строим вспомогательный график (рис. 6) и определяем температуру газов на выходе из второго газохода.
Рис.6.
 |
Температура газов на выходе из второго газохода, равная 
= 572 ⁰С, является и температурой дымовых газов при входе в третий газоход.
Расчет третьего газохода производим при значении коэффициента избытка воздуха 
.
Расчет третьего газохода
Задаемся двумя значениями температуры дымовых газов на выходе из третьего газохода = 300 С0 и = 400 С0 и проводим для этих значений температур два параллельных расчета. Все необходимые расчетные данные располагаем в таблице 7.
Таблица 7.
Тепловой расчет третьего газохода
| Результаты при tT | |||||||
| 500 Cо | 300 Со | ||||||
| 1. Температура дымовых газов перед третьем газоходом |  | | Из расчета первого газохода | - | |||
| 2. Теплосодержание дымовых газов перед третьем газоходом |  | | Табл. 5 | - | 10558 кДж/м3 | 10558 кДж/м3 | |
| 3. Температура дымовых газов за третьем газоходом |  | | Задаем | - | |||
| 4.Теплосодержание дымовых газов за третьем газоходом |  | | Табл. 5 | - | 9322кДж/м3 | 5447 кДж/м3 | |
| 5. Тепловосприятие третьего газохода по уравнению теплового баланс. | QБ | | jBр(Н2-Н2+DН ) | 0,9825·742·(2520-2225+0.1·9,98·0,32·30) 0,9825·742·(2520-1300 +0.1·9,98·0,32·30) | 0,215,*106 0,9*106 кДж/ч | 0,889*106 3,72*106 кДж/ч | |
| 6. Средний температурный напор | Dtср | |  |  | 340,6 | 213,8 | |
| 7. Средняя температура дымовых газов | tср | |  |  | |||
| 8. Средняя скорость дымовых газов | wch | м/c |  |  | 12,1 | 10,6 | |
| 9. Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией | aк | | [1, pис.IV.5 ] | 0,92·1,04·64 0,92·1,07·56 | 61,2 | 55,1 | |
| 10. Суммарная поглощательная способность трехатомных газов | pnS | м.ат. | rnS | 0,227·0,165 | 0,037 | 0,037 | |
| 11. Значение коэффициента ослабления лучей трехатомными газами | kг | - | [1, pис.IV.1 ] | - | 3,7 | 4,15 | |
| 12. Суммарная сила поглощения газовым потоком | kpnS | м.ат. | kг rnS | 3,7*0,037 4,15*0,037 | 0,137 | 0,15 | |
| 13. Степень черноты газового потока | a | - | [1, pис.IV.2 ] | - | 0,06 | 0,08 | |
| 14. Значение коэффициента загрязнения по поверхности нагрева | e | | [1, табл.IV.3 ] | - | 0,005 | 0,005 | |
| 15. Температура наружной поверхности загрязненной стенки | tст | |  | (194,1+0,005· QБ)/12 | |||
| 16. Значение коэф. теплоотдачи излучением незапыленного потока | aл | | [1, pис.IV.8 ] | 62·0,06·0,97 55·0,08·0,90 | 3,6 | 3,96 | |
| 17. Значение коэф. омывания газохода дымовыми газами | w | - | [ 1, cтр.143] | - | 0,9 | 0,9 | |
| 18. Значение коэф. теплоотдачи в третьем газоходе | кт | | |   | 45,79 | 42,24 | |
| 19.Тепловосприя-тие третьего газохода по уравнению Т-пр | Qт | | | 45,79·17,03·340,6 42,24·17,03·213,8 | 0,26*106 1,08*106 кДж/ч | 0,32*106 1,34*106 кДж/ч | |
По значениям QБ и QТ строим вспомогательный график (рис. 7) и определяем температуру газов на выходе из третьего газохода.
Рис.7.
Температура газов на выходе из третьего газохода, равная 
, является и температурой дымовых газов при входе в четвертый газоход.
 |
Расчет четвертого газохода
Задаемся двумя значениями температуры дымовых газов на выходе из четвертого газохода = 420 С0 и =250 С0 и проводим для этих значений температур два параллельных расчета. Все необходимые расчетные данные располагаем в таблице 8.
Таблица 8
Тепловой расчет четвертого газохода
| Результаты при tT | ||||||
| 420 Cо | 250 Со | |||||
| 1. Температура дымовых газов перед четвертым газоходом |  | | Из расчета | - | ||
| 2. Теплосодержание дымовых газов перед четвертым газоходом |  | | Табл. 5 | - | 9092,3 кДж/м3 | 9092,3 кДж/м3 |
| 3. Температура дымовых газов за четвертым газоходом |  | | Задаем | - | ||
| 4.Теплосодержание дымовых газов за четвертым газоходом |  | | Табл. 5 | 8170,5 кДж/м3 | кДж/м3 | |
| 5.Тепловосприя-тие четвертого газохода по уравнению теплового баланса | QБ | | jBр(Н2-Н2+DН ) | 0,9825·742·(2170-1950+0.1·9,4·0,32·30) 0,9825·742·(2170-1200 +0.1·9,4·0,32·30) | 0,21*106 0,87*106 кДж/ч | 0,55*106 2,3*106 кДж/ч |
| 6. Средний температурный напор | Dtср | |  |  | 257,5 | 142,9 |
| 7. Средняя температура дымовых газов | tср | | |  | ||
| 8. Средняя скорость дымовых газов | wch | м/c | |  | 13,2 | |
 9. Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией | aк | | [1, pис.IV.5 ] | 0,92·1,07·70,1 0,92·1,08·64,7 | 67,7 | 64,2 |
| 10. Суммарная поглощательная способность трехатомных газов | pnS | м.ат. | rnS | 0,213·0,165 | 0,035 | 0,035 |
| 11. Значение коэффициента ослабления лучей трехатомными газами | kг | - | [1, pис.IV.1 ] | - | 4,0 | 4,3 |
| 12. Суммарная сила поглощения газовым потоком | kpnS | м.ат. | kг rnS | 4,0·0,035 4,3·0,035 | 0,14 | 0,15 |
| 13. Степень черноты газового потока | a | - | [1, pис.IV.2 ] | - | 0,07 | 0,08 |
| 14. Значение коэффициента загрязнения по поверхности нагрева | e | | [1, табл.IV.3 ] | - | 0,005 | 0,005 |
| 15. Температура наружной поверхности загрязненной стенки | tст | | | (194,1+0,005· QБ)/11,92 | ||
| 16. Значение коэффициента теплоотдачи излучением незапыленного потока. | aл | | [1, pис.IV.8 ] | 53·0,07·0,93 50·0,08·0,91 | 3,45 | 3,6 |
| 17. Значение коэффициента омывания четвертого газохода дымовыми газами | w | - | [1, cтр.143] | - | 0,9 | 0,9 |
| 18. Значение коэффициента теплоотдачи в четвертом газоходе | кт | | |  | 48,7 | 46,9 |
| 19.Тепловосприя-тие четвертого газохода по уравнению Т-пр | Qт | | | 48,7·11,92·257,5 46,9·11,92·142,9 | 0,149*106 0,62*106 кДж/ч | 0,8*106 3,53*106 кДж/ч |
По значениям QБ и QТ строим вспомогательный график (рис. 8) и определяем температуру газов на выходе из четвертого газохода.
 |
Рис.8.
Температура газов на выходе из чет