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1设计概况解析

一设计概况

本设计为一蒸汽锅炉房,为生产、生活以及厂房和住宅采暧生产饱和蒸汽。

生产和生活为全年性用汽,采暖为季节性用汽。

生产用汽设备要求提供的蒸汽压力最高为0.4MPa,用汽量为3.7t/h,凝结水受生产过程的污染,不能回收利用。

采暖用汽量为7.8t/h,其中生产车间为高压蒸汽采暖,住宅则采用低压蒸汽采暖,采暖系统的凝结水回收率达65%。

生活用汽主要供应食堂和浴室的用热需要,用汽量计0.7t/h,无凝结水回收。

二原始资料

2.1燃煤资料

元素分析成分C'=57.42%,H'=3.81%,SF=0.46%,0'=7.16%,

N'=0.93%,A''=21.37%,W'=8.85%,

煤的可燃基挥发分V'=38.48%,

应用基低位发热量Qydw=21350kJ/kg。

2.2水质资料

总硬度H07.35me/L,

永久硬度HFT4.35me/L,

暂时硬度HT3.0me/L,

总碱度A043.0me/L,

PH8.27,

溶解固形物550me/L0

2.3气象资料

冬季采暖室外计算温度－12℃,

冬季通风室外计算温度－6℃，

夏季通风室外计算温度30℃，

采暖天数121；

主导风向北,；

大气压力101998Pa;

地下水位－2.5m。

2.4蒸汽负荷及参数

生产用汽D1=3.0t/h,P1=0.8MP；凝结水回收率a=40%;

采暖用汽D2=1.8t/h,P2=0.2MPa;凝结水回收率a=90%;

通风用汽D3=1t/h,P3=0.2MPa;凝结水回收率a=75%;

生活用汽D4=1.2t/h,P4=0.2MPa；凝结水回收率a=0.

三热负荷计算及锅炉选择

3.1热负荷计算

〈1〉采暖季最大计算热负荷

Dmax1=K0（K1D1+K2D2+K3D3+K4D4）t/h

式中K0——考虑热网热损失及锅炉房汽泵、吹灰、自用蒸汽等因素的系数,取1.055；

K1——生产用汽的同时使用系数,取0.8，

K2——采暧用汽的同时使用系数,取1,

K3——通风用汽的同时使用系数,取0.9,

K4——生活用汽的同时使用系数,取0.5，

∴Dmax1=1.055（0.8×3.0+1×1.8+0.9×1+0.5×1.2）=6.0135t/h

〈2〉非采暖季最大计算热负荷

Dmax2=K0（K1D1+K3D3）=1.05（0.8×2.6+0.5×1.0）=2.709t/h

3.2锅炉型号与台数的确定

根据最大计算热负荷5.985t/h及生产、采暖和生活用汽压力均不大于0.4MPa,本设计选用KZL4-0.7-A型锅炉三台。

采暖季三台锅炉基本上满负荷运行;非采暖季一台锅炉运行,负荷率约在80%左右。

锅炉的维修保养可在非采暖季进行,故本锅炉房不设置备用锅炉。

四给水及水处理设备的选择

4.1给水设备的选择

〈1〉锅炉房给水量的计算

G=KDmax（1+PPw）t/h

式中K——给水管网漏损系数,取1.03;

Dmax——锅炉房蒸发量,t/h;

PPw——锅炉排污率,%,本设计根据水质计算,取10%。

对于采暖季,给水量为

G1=KDmax1（1+PPw）=1.03×6.0135×（1+0.10）=6.813t/h

对于非采暖季为

G2=KDmax2（1+PPw）=1.03×2.709（1+0.10）=3.069t/h

4.2给水泵的选择

给水泵台数的选择,应能适应锅炉房全年负荷变化的要求。

本锅炉房拟选用四台电动给水泵,其中一台备用。

采暖季三台启用,其总流量应大于1.l×13.22t/h,现选用：

型号1GC-5

流量6m3/h

扬程11271kPa

电机型号Y132S2-2

功率7.5KW

转数2950r/min

选水管Dg40,出水管Dg40

因KZL4-0.7-A型锅炉为轻型炉墙结构,炉体蓄热能力不大,停电时,“给水泵停止给水不会造成锅炉缺水事故”。

所以,本设计不设置备用汽动给水泵。

4.3给水箱体积的确定

本锅炉房容量层小,按"低压锅炉水质标准",规定给水应经除氧处理。

考虑到作为课程设计的示例之一,为简化系统,本锅炉房按不设给水除氧装置布置,将凝结水箱和软水木箱合一,作为锅炉的给水箱。

为保证给水的安全可靠和检修条件,给水箱设中间隔板,以便水箱检修时互相切换使用。

给水箱体积,按贮存1.25h的锅炉房额定蒸发量设计,外形尺寸为3000×3000×3000mm,计9m3。

4.4水处理系统设计及设备选择

根据原水水质指标,本设计拟采用纳离子交换法软化给水。

由于原水总硬度高达2.95me/L,属高硬度水,所以决定选用逆流再生纳离子交换器两台,以732排树脂为交换剂。

为提高软化效果和降低盐耗,两台交换器串联使用，当第一台交换器的软化水出现硬度时,随即把第二台串入使用；直至第一台交换器出水硬度达1~1.5me/L时,停运第一台,准备再生,由第二台交换器单独运行软化,如此循环使用。

五计算及装置选择

5.1锅炉排污量的计算

锅炉排污量通常通过排污率来计算,排污率的大小,可由碱度或含盐量的平衡关系式求出,取其两者的较大值。

按给水的碱度计算排污率：

PA=%

式中Ags——给水的碱度,由水质资料知为2.0me/L；

Ag——锅水允许碱度,据水质标准,对燃用固体燃料的水火管锅炉为22me/L；

a——凝结水回收率,本设计可由下式决定；

a===26.94%

∴PA==7.306%

按给水中含盐量〈溶解固形物〉计算排污率

PS=%

其中给水含盐量

已知为425mg/L,锅水允许含盐量,

为4000mg/L,

∴PS=

=7.78%

故此,锅炉排污率取8%。

5.2软化水量的计算

锅炉房采暖季的最大给水量与凝结水回收量之差,即为本锅炉房所需补充的软化水量：

Grs=KDmax1（1+PPw）−a2D2=1.03×6.0135（1+0.08）−0.9×1.8=5.069t/h

5.3钠离子交换器的选择计算

表5-1

序号

名称

符号

单位

计算公式或来源

数值

软化水量

Grs

t/h

先前计算

8．15

软化速度

υars

m/h

根据原水H0=7.35me/L

所需交换器截面积

F′

Grs/υ′rs=8.15/10

0.815

实际交换器截面积

选用Φ1000交换器两台,轮换运行

0.785

交换剂层高度

交换器产品规格

运行时实际软化速度

m/h

Grs/F=8.15/0.785

10.38

交换剂体积

hF=2×0.785

1.57

交换剂工作能力

ge/m3

732#树脂1100~1500

1100

交换器工作容量

VE0=1.57×1100|

1727

运行延续工作时间

29.0

小反洗时间

τ1

min

取用

小反洗水流速度

m/h

取用

小反洗耗水量

Fυτ1=0.785×9×10/60

1.18

静置时间

τ2

min

交换刻回落、压脂平整,取用

再生剂{食盐}纯度

工业用盐,取用

再生剂单耗

g/ge

逆流再生

再生一次所需再生剂量

Eq/1000Cy=

163.6

再生液浓度

取用

再生一次所需剂量

Vzs

Cy/1000Cy=163.6/1000×0.05

3.27

再生一次耗水量

近似等于Vzs

3.27

再生速度

υ3

m/h

低速逆流再生,取

1.8

再生时间

τ3

min

60V3/Fυ3=60×3.27/0.785×1.8

139

逆流冲洗时间

τ4

min

低速将再生液全部顶出交换器

逆施冲洗耗水量

υ3Fτ4/60=1.8×0.785×75/60

1.77

小正洗时间

τ5

min

取用

小正洗速度

υ5

m/h

取用

小正洗耗水量

Fυ5τ5/60=0.785×8×8/60

0.84

正洗时间

τ6

min

取用

正洗速度

υ6

m/h

取用

正洗耗水量

Fυ6τ6/60=0.785×10×10/60

1.3

再生过程所需总时间

min

τ1+τ2+τ3+τ4+τ5+τ6=10+4+139+75+8+10

246

再生需用自来水耗量

Vsl

V1+V5+V6=1.18+0.84+1.3

3.32

再生需用软水耗量

Vrs

V3+V4=3.27+1.77

5.04

再生一次总耗水量

Vsl+Vrs=3.32+5.04

8.36

逆流再生离子交换器在连续运行8~10周期后,一般宜进行一次大反洗,以除去交换剂层中的污物和破碎的交换剂颗粒。

大反洗流速取10m/h,时间约15min大反洗后的第→次再生,其再生剂耗量比正常运行时约增大一倍。

大反洗前,应先进行小反洗,以保护中间排管装置。

5.4再生液〈盐液〉的配制和贮存设备

为减轻搬运食盐等的劳动强度,本设计采用浓盐溶液池保存食盐的方法,即将运来食盐直接倒入浓盐液池。

再生时,把浓盐液提升到稀盐液池,用软水稀释至要求浓度,再由盐液泵输送至离子交换器再生,

5.5浓盐液池体积的计算

本锅炉房销离子交换器运行周期为29+4.1臼3311,每再生一次需耗盐163.6kg,如按贮存10天的食盐用量计算,则浓盐液〈浓度26%〉池体积为

=4.57%

5.6稀盐液池体积的计算

再生一次所需稀盐液〈浓度5%〉的体积为3.27m3,若按有效容积系数0.8计算,稀盐液池体积为4m3本设计拟用混凝土砌筑一个尺寸为3000×2000×1500盐池,浓、稀盐池各为一半。

5.7盐液泵的选择

盐液泵的作用:

其一是将浓盐液提升至稀盐液池,其二是输送稀盐液至离子交换器,过量的部分稀盐液流回稀盐液池进行扰动,使之浓度均匀。

盐液泵运转时间短,不需设置备用泵。

为防盐液腐蚀,选用102型塑料离心泵一台；流量6t/h,扬程196kPa,电机功率1.7KW,转速2900r/min,该泵进口管径Dg40,出口管径Dg320

5.8原水加压泵的选择

有时自来水水压偏低,为了确保再生时所需的反洗水压和软化过程所需克服交换器阻力的水压,特设置原水加压泵1台：

型号IS65−40−250,流量12m3h,扬程196kpas电机Y100L1−4,功率2.2KW,转速1450rGI。

该泵进口管径Dg40,出口管径也为Dg400

六汽水系统主要管道管径的确定

6.1锅炉房最大用水量及自来水总管管径的计算

自来水总管的流量,即为锅炉房最大用水量,包括以下几项：

〈1〉运行交换器的软水流量Grs,计8.15t/h

〈2〉备用交换器再生过程中的最大瞬时流量,以正洗流量计,Fυ6=0.785×19=7.85t/h；

〈3〉引风机及给水泵的冷却水流量,按风机轴承箱进水管径Dg15、水速2m/s计算,冷却水流量约1.3t/h；

〈4〉煤场、渣场用水量,估计约0.5t/h；

〈5〉化验及其他用水量,约0.7t/h；

〈6〉生活用水量,粗略取值1t/h。

如此,锅炉房最大小时用水量约为19.5t。

若取管内水速为1.5m/s,则自来水总管管径可由下式计算：

d0=2

=0.068m

本设计选用自来水总管管径d0=89×4mm。

6.2与离子交换器相接的各管管径的确定

交换器上各连接管管径与其本体的对应管径一致,即除进盐液管管径为Ds40外,其余各管管径均为Dg500

6.3给水管管径的确定

〈1〉给水箱出水总管管径

出水总管的流量,按采暖季给水量G1〈13.22t/h〉考虑,若取管内水选为2m/s,则所需总管内径为48mm。

本设计适当留有余量,选用管径为Φ73×3.5mm

〈2〉给水母管管径

本设计采用单母管给水系统。

给水母管管径确定与给水箱出水总管相同,即Φ73×3.5mm。

进入锅炉的给水支管与锅炉本体的给水管管径相同,直径为Φ44.5×3mm,且在每一支管上装设调节阀。

6.4蒸汽管管径的确定

〈1〉蒸汽母管管径

为便于操作以及确保检修时的安全,每台锅炉的蒸汽母管直接接入分汽缸,其直径为Φ133×4mm在每台锅炉出口和分汽缸入口分别装有闸阀和截止阀。

〈2〉生产用蒸汽管管径

生产用汽管的蒸汽流量G1=KoD1=1.05×3.7=3.89t/h,生产用汽压力为0.4MPa,υ

=0.3816m3/kg。

蒸汽流速取35m/s,则

dzl=2

=0.122m

选取生产用汽管管径为Φ133×4mm。

〈3〉采暖用蒸汽管管径e

采暖用汽管流量为1.05×7.8=8.19t/h,蒸汽压力为0.3IUPa,仍按流速35m/s计算,决定选取管径Φ219×6mm。

〈4〉生活用蒸汽管管径

蒸汽流量为1.05×0.7=0.74t/h,蒸汽压力和取用流速与采暖蒸汽管相同,经计算决定选用管径为Φ73×3.5mm的无缝钢管。

七分汽缸的选用

7.1分汽缸的直径的确定

已知采暖期最大计算热负荷Dmax1=11.67t/h,蒸汽压力P=0.4MPa,比容υ′′=0.3816m3/kg,若蒸汽在分汽缸中流速ω取用15m/s,则分汽缸所需直径为

D=2

=0.324mm

本设计拟采用Φ377×9mm的无缝钢管作为分汽缸的简体。

7.2分汽缸简体长度的确定

分汽缸简体长度取决于接管管径、数目和结构强度,同时还应顾及接管上阀门的启闭操作的便利。

本设计的分汽缸简体上,除接有三根来自锅炉的进汽管〈Φ133×4〉和供生产,〈Φ133×4〉、采暧〈Φ219×6〉及生活〈Φ73×3.5〉用汽的输出管外,还接有锅炉房自用蒸汽管〈Φ57×3.5〉、备用管接头〈Φ108×4〉、压力表接管〈Φ25×3〉以及疏水,飞管等。

分汽缸简体结构和管孔布置如图5-1所示,简体由Φ377×9无缝钢管制作,长度为2820mm。

八送、引凤系统的设备选择计算

为了避免相互干扰,锅炉的通风除尘系统按单台机组独立设置。

以下均按单台锅炉的额定负荷为基础进行计算。

8.1锅炉燃料消耗量的计算

根据生产用汽参数,本锅炉房降压至0.5MPa运行。

在此工作压力下,查得tb=158℃、i′′=2754.6kJ/kg、r=2087.6kJ/kg。

又知固体不完全燃烧热损失q4=10%、锅炉效率η=72%以及蒸汽湿度FV=2%,给水温度45℃。

如此,燃料消耗量

=669kg/h

而计算燃料消耗量为

Bj=B（1－

）=669（1－

）602　kg/h,

8.2理论空气量Ｖ

和理论烟气量Ｖ

Ｖ

=0.0889（Cy+0.375Sy〉+0.265Hy－0.0333Oy

=0.0889（57.42+0.375×0.46〉+0.265×3.81-0.0333×7.16

=5.89m3N/kg

Ｖ

=0.01866（Cy+0.375Sy）+0.79Ｖ

+0.008Ny

+0.111Hy+0.0124Wy+0.0161Ｖ

=0.01866（57.42+0.375×0.46）+0.79×5.89+0.008×0.93

十0.111×3.81+0.0124×8.85+0.0161×5.89

=6.15m3N/kg

8.3送风机的选择计算

已知炉膛入口的空气过量系数G;=1.30,在计及修正和裕度后,每台锅炉的送风机的风量为

Ｖsf=β1a′1BjＶ

=1.05×1.30×602×5.89

=5337m3/h

其中,β1为送风机流量储备系数,取1.05。

因缺空气阻力计算资料,如按煤层及炉排阻力为784Pa、风道阻力为98Pa估算,则送风机所需风压为

Hsf=β2

=10.1（748+98）

=997Pa

其中,β2为送风机压头储备系数,取1.1,tsf为送风机设计条件下的空气温度,由风机样本查知为20℃。

所以,选用T4−72−11型№4A送风机,规格：

风量7460m3/h,风压1290Pa；电机型号Y132S1−2,功率5.5KW,转速1450r/min。

8.4引风机的选择计算

计及除尘器的漏风系数∆a=0.051后，引风机入口处的过量空气系数apy=1.65和排烟温度υpy=200℃,取流量储备系数β1=1.1,则引风机所需流量为

Ｖ

=β1Bj[Ｖ

+1.0161（apy-1）Ｖ

]

=1.1×602[6.15+1.0161（1.65-1）×5.89]

=11444mvh

需由引风机克服的阻力,包括:

〈1〉锅炉本体的阻力

按锅炉制造厂提供资料,取∆h1≈588Pa。

〈2〉省煤器的阻力

根据结构设计,省煤器管布置为横4纵10,所以其阻力系数为

ξ=0.5Z2=0.5×10=5,

而流经省煤器的烟速为8.56m/s,烟温为290℃,由教材线算图8−３查得于

=22.6Pa,再进行重度修,则省煤器阻力为：

∆h2=ξ

=5×22.6×

=117Pa

〈3〉除尘器的阻力

本锅炉房采用XS-4B型双旋风除尘器,当烟气量为12000m3/h,阻力损失686Pa。

〈4〉烟囱抽力和烟道阻力

由于本系统为机械通风,烟囱的抽力和阻力均略而不计,烟道阻力约计147Pa。

因此,锅炉引风系统的总阻力为：

=588+117+686+147

=1538Pa

引风机所需风压

=1833Pa

其中风压储备系数β2取1.2,引风机设计条件下介质温度tyf=200℃。

所以，本设计选用Y5－47型№6C引风机，其流量12390m3/h，风压2400Pa；电机型号Y160M2—2，功率15kw，转速2620r/min。

8.5烟气除尘设备的选择

链条锅炉排出德烟气含尘浓度大约在2000mg/m3N以上，为减少大气污染，本锅炉房选用XS—4B双旋风除尘器，其主要技术数据如下：

烟气流量12000m3/h，进口截面尺寸1200×300mm。

烟速9.3m/s；出口截面尺寸ф606mm，烟速11.8m/s；烟气净化效率90~92%；阻力损失588~686Pa。

除尘后，烟气的含尘浓度为

C0≈2000（1－0.90）=200mg/m3N

8.6烟囱设计计算

本锅炉房的三台锅炉合用一个烟囱，拟用红砖砌筑，根据锅炉房容量，由表4-6选定烟囱高度为40m。

烟囱设计主要是确定其上、下口径。

（1）烟囱上、下口径的计算

1）出口处烟气温度

烟囱高度为40m，则烟囱的温降为

℃

其中修正系数A，可根据砖烟囱平均比厚<0.5m，由教材表8-7查的为0.4。

如此，烟囱出口处的烟温

℃

2）烟囱出口直径

=30906m3/h

若取烟囱出口处的烟速为12m/s，则烟囱出口直径

本锅炉房烟囱的出口直径取为1m。

3）烟囱底部直径

若取烟囱锥度i=0.02；则烟囱底部直径为

九燃料供应及灰渣清除系统

本锅炉房运煤系统按三班设计。

因耗煤量不大，拟采用半机械方式，即电动葫芦吊煤罐上煤，吊煤罐的有效容积为0.5m3。

灰渣连续排出，用人工手推车定期送至渣场。

9.1燃料供应系统

（1）锅炉房最大小时耗煤量的计算

按采暖季热负荷计算：

=1.95t/h

（2）运煤系统的最大运输能力的确定

按三班制作业设计,最大运煤量为

t/h

式中K——考虑锅炉房将来发展的系数,取1；

m——运输不平衡系数,一般采用1.2；

τ——运煤系统每班的工作时数,取６。

∴　　B'=8×1.95×1.2/6=3.12t/h.

按吊煤罐有效容积估算,每小时约吊煤7罐。

9.2灰清清除系统

（1）锅炉房最大小时除灰渣量

＝

=0.543t/h...

（2）除渣方式的选择

锅炉灰渣连续排出,但考虑到需要排除的总灰渣量不大,故选用人工手推车定期送至渣场的方式。

9.3煤场和灰渣场面识的确定

（1）煤场面积的估算

本锅炉房燃煤由汽车运输,煤场堆、运采用铲车,按《工业锅炉房设计规范》要求,煤场面积Fm0现按贮存10昼夜的锅炉房最大耗煤量估算,即

式中T——锅炉每昼夜运行时间,24h；

M——煤的储备天数；

N——考虑煤堆通道占用面积的系数,取1.6；

F——煤堆高度,≯4m,取2.5m；

——煤的堆积密度,约为0.8t/m3；

φ——堆角系数,取用0.80。

∴

本锅炉房煤场面积确定为20×25m。

为了减少对环境污染,煤场布置在最小频率风向的上风侧——锅炉房西侧,也便于运煤作业。

（2）灰渣场面积的估算..

灰渣场面积Fh0采用与煤场面貌相似的计算公式,根据工厂运输条件和综合利用情况,

确定按贮存5昼夜的锅炉房最大灰渣量计算：

本锅炉房灰渣场面积确定为12.5×12.5m,设置在靠近烟囱的西北角。

十锅炉房布置

本锅炉房是一独立新建的单层建筑,朝南偏东,由锅炉间和辅助间两大部分组成（图5·3）。

锅炉间跨距为12m,柱距6m,屋架下弦标高6.5m（图54）；建筑面积计19×12m2。

辅助间在东侧,平屋顶,层高4.5m,建筑面积为8×12m2。

本锅炉房布置有三台KZL4−0.7−A型锅炉,省煤器独立对应装设于后端。

炉前留有3.5m距离,是锅炉运行的主要操作区。

燃煤由铲车从煤场运至炉前,再由电动葫芦吊煤罐沿单轨送往各锅炉的炉前煤斗。

灰渣在后端排出,用手推车定期运到灰渣场。

给水处理设备、给水箱和水泵布置在辅助间,辅助间的前侧,则分设有化验间和男女生活室。

为减少土建投资、降低锅炉间的噪声以及改善卫生条件,本设计将送风机、除尘器和引风机布置于后端室外,并采取了妥善的保温和防雨措施,煤场及灰渣场设在锅炉房的西侧北端区域,

十一锅炉房人员的编制

表5-2

班次

工　　　　　　　　　　种

司炉工

运煤除灰工

泵工

化验员

班长

总计

日班

−

１

−

１

３

早班

４

３

１

−

１

９

中班

４

３

１

−

１

９

夜班

４

３

１

−

１

９

合计

１２

１０

３

１

４

３０

十二设计技术经济指标

序号

项　　目

单位

指标

序号

项　　目

单位

指标

锅炉房总蒸发量

t/h

全年耗煤量

t/a

８０００

建筑面积

324

最大小时除渣量

t/h

０．５４３

电力装机容量

91.1

全年除渣量

t/a

１７００

最大用水量

t/h

23.2

工艺总投资

万元

５４

昼夜用水量

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