锅炉课设廖光伟doc.docx

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锅炉课设廖光伟doc

课程设计（学年论文）

说明书

课题名称：

导热问题的数值解法

专业班级：

11级节能01班

学生学号：

1109060119

学生姓名：

廖光伟

学生成绩：

指导教师：

王建

课题工作时间：

2周

锅炉房设计要求及原始资料

设计一燃用天然气的热水锅炉房，共安装3台锅炉，其中2台WNS1.05-0.7/95/70-Q型全自动天然气热水锅炉，1台WNS0.7-0.7/95/70-Q（Y）全自动天然气、轻柴油两用热水锅炉。

所生产热水作为大楼采暖、空调和生活热水的热能。

锅炉房内设一台全自动软水器，将城市自来水软化后作为热水锅炉、采暖系统和空调系统的补给水。

采暖系统和空调系统均采用补给水泵定压。

城市中压天然气经调压箱降压至15kPa进入炉前天然气管道。

天然气为陕甘宁气田气，其主要性能指标如下：

CH4=96.1%，C2H6=0.45%，C3H8=0.075%，n-C4H10（正丁烷）=0.01%，i-C4H10（异丁烷）=0.02%，CO2=3.2%，H2S、H2、N2等微量；天然气相对密度S=0.5799；爆炸上限为15.495%，爆炸下限为5.142%；天然气在绝对压力101325Pa、10℃状态下的低位发热量。

水质资料：

总硬度H0=121mg/L；永久硬度HFT=24mg/L；暂时硬度HT=97mg/L；总碱度A0=95mg/L。

贮存在地下油罐的0号轻柴油经齿轮油泵压送至工作油箱工作油箱采取高基础支架安装，使油箱的出油口高于锅炉燃烧机进油口500mm以上。

工作油箱间进入锅炉的门应为密闭门。

遇有火警等异常情况，应将工作油箱内的轻柴油放入室外紧急放油池。

试按照锅炉房设计原则和方法对此锅炉房进行工艺设计（计算）。

要求提供：

1.设计计算过程；

2.主要设备表；

3.锅炉房运行层设备平面图（含主要剖面图1张）；

4.热力系统图；

5.燃料系统图。

注：

参考教材《锅炉及锅炉房设备》（第四版）各章内容（包括p.349页“第十二章锅炉房设计”及汽水系统、p.400页“课程设计指导书”、p.427页“工业锅炉房工艺设计工程实例”），独立完成以上课程设计任务。

自2014年12月31日始，时间2周。

三、参考资料或参考文献

锅炉及锅炉房设备.第四版.吴味隆.中国建筑工业出版社

指导教师签字：

年月日

教研室主任签字：

年月日

四、课程设计（学年论文）摘要（中文）

（此栏不填）

五、课程设计（学年论文）摘要（英文）

（此栏不填）

指导教师评语

指导教师签字：

年月日

答辩记录

答辩组成员签字：

记录人：

年月日

成绩综合评定栏

设计情况

答辩情况

项目

权重

分值

项目

权重

分值

1、查阅文献资料能力

1、回答问题能力

2、对文献的综述能力

2、表述能力（逻辑性、条理性）

3、独立工作能力

4、外语能力

5、书写情况（文字能力、格式）

综合成绩

一、设计概况

所生产热水作为大楼采暖、空调和生活热水的热能。

锅炉房内设一台全自动软水器，将城市自来水软化后作为热水锅炉、采暖系统和空调系统的补给水。

2、原始资料

1.热负荷

采暖用热Q1=2000kW供、回水温度：

95℃/70℃；

生活用热Q3=3720kW供、回水温度：

95℃/70℃。

2.燃料资料

天然气为陕甘宁气田气，其主要性能指标如下：

3.水质资料

水质资料：

总硬度H0=121mg/L；永久硬度HFT=24mg/L；暂时硬度HT=97mg/L；总碱度A0=95mg/L。

4.工厂工作班制

两班制

三、热负荷计算及锅炉机组的计算与选择

1.全厂热负荷计算

1.1采暖季最大计算热负荷

Qmax=K0（K1+K2Q2）MW

式中K0——管网散热损失系数，取1.05；

K1——采暖用热的同时使用系数，取1；

K2——生活用热的同时使用系数，生活用热可提前1h加热，故取0.5；

Q1——采暖最大热负荷，非采暖季为0；

Q2——生活最大热负荷。

计入上述各项系数后，锅炉房的最大计算容量为：

Q1max=K0（K1+K2Q2）=1.05（1*2000+0.5*3720）=4053KW。

1.2非采暖季最大计算热负荷

Q2max=K0（K1+K2Q2）=1.05×（1*0+0.5*3720）=1953KW。

2锅炉的燃烧计算

2.1理论空气量

本设计选用的气体燃料为烷烃类燃料，可由近似公式计算：

Vk0=0.2683/m3=0.2683/m3=8.93/m3

2.2理论烟气量

由近似公式：

Vy0=0.2393/m3=0.239=9.943/m3

2.2.2三原子气体体积

二氧化碳和二氧化硫这两种气体称为三原子气体

VRO2=VCO2+VSO2=0.01（0.032+0.5*0.961+1*0.0045+1.5*0.00075+2*0.0003）

=0.004873/m3

2.2.3水蒸气体积

VH2O=0.01（2*0.961+3*0.0045+4*0.00075+5*0.0003）=0.01943/m3

2.2.4氮气的体积（本设计中N2含量很少，可以忽略）

VN2=0.79Vk0+0.008N2=0.79*8.9=7.0313/m3

2.3烟气焓

本设计中取烟气温度?

为200℃

2.3.1理论空气焓

计算公式Ik0=Vk0（c?

）kkJ/kg

其中（c?

）k为干空气的湿空气焓，由式子（c?

）k=1.01t+（2500+1.84t）d计算

取冷空气温度为30℃，含湿量为50%，并查h-d图得d=13.2g/kg

所以有（c?

）k=1.01t+（2500+1.84t）d=1.01*30+（2500+1.84*30）*0.0132=64KJ/Kg

Ik0=Vk0（c?

）k=8.9*64KJ/Kg=569.6KJ/Kg

2.3.2理论烟气焓

烟气是含有多种气体成分的混合气体，烟气的焓是烟气的各组成成分的焓的总和。

当烟气温度为?

℃时，理论烟气体积的焓可以由以下公式求得:

Iy0=VRO2（c?

）RO2+VN2（c?

）N2+VH2O（c?

）H2O

式中（c?

）RO2、（c?

）N2、（c?

）H2O——分别为1m3的三原子气体、氮气和水蒸气在温度为?

℃时的焓，KJ/m3，其值可由表2-15查得。

考虑到烟气中二氧化硫含量不大，且它的比热大致与二氧化碳相同，故常取cRo2=cCO2.。

所以有Iy0=0.00487*357+7.031*260+0.0194*304=1851.3KJ/Kg

2.3.3烟气焓

c本设计中取过量空气系数α为1.1当α1时，1Kg燃料所产生的烟气焓为

Iy0=Iy0+（α－1）Ik0KJ/Kg=1851.3+（1.1－1）64=1857.7KJ/Kg

2.3.4不完全燃烧热损失

由表3-4即锅炉设计时q3、q4的推荐值可查得：

固体不完全燃烧:

q4=0

气体不完全燃烧:

q3=0.5

2.4散热损失由表3-7即热水锅炉散热损失所推荐值可得q5=2.1

2.5排烟热损失排烟热损失按照下式计算q2=（1-）*100=（1-）*100=5.4KJ/Kg

2.6总热损失?

q=q2+q3+q5=（5.4+0.5+2.1）KJ/Kg=8KJ/Kg

2.7锅炉热效率100-?

q=100－8=92%

2.8过热蒸汽焓按P=0.7MPa，tgg=170℃查《水和水蒸气性质表》得

igg=2763.29KJ/Kg

2.9饱和水焓按P=0.7MPa，查《水和水蒸气性质表》得ips=697.32KJ/Kg

2.10给水焓按P=0.7MPa，tgg=70℃查《水和水蒸气性质表》得

igs=293.5KJ/Kg

2.11有效利用热

Qgl=D（igg-igs）*103+PD（ips-igs）*103=3（2763.29-293.5）*103+0.7*3（697.32-293.5）*103=6199.41*103KJ/Kg

2.12小时燃料消耗量B=×100=3/h=202.72m3/h

3锅炉燃烧计算汇总

项目

符号

单位

数值

燃料低位发热量

Qnet,ar

KJ/Kg

33240

理论空气量

Vk0

3/m3

8.9

理论烟气量

Vy0

3/m3

9.94

冷空气温度

℃

冷空气理论焓

Ik0

KJ/Kg

排烟温度

℃

200

排烟焓

KJ/Kg

1857.7

固体不完全燃烧热损失

气体不完全燃烧热损失

0.5

散热损失

2.1

排烟热损失

5.4

锅炉总的热损失

锅炉效率

过热蒸汽焓

igq

KJ/Kg

2763.29

饱和水焓

ips

KJ/Kg

697.32

给水焓

igs

KJ/Kg

293.5

锅炉有效利用热量

Qgl

KJ/h

61994100

小时燃料消耗量

m3/h

202.72

4给水及水处理设备的选择

4.1水质资料的校核

由于原始中缺水质全分析资料，所以无法校核，为了计算方便，仅将水的硬度和碱度单位换算如下：

HZ=9.05°G=9.05×0.357=3.231mmol/L

Az=9.50°G=9.50×0.357=3.392mmol/L

4.2排污率及相对碱度的计算

由于锅炉水处理任务多的确定需根据过炉排无虑和炉水相对碱度的大小进行，因此在确定水处理任务前先计算此二量。

锅炉排污率的计算用试算法计算。

按碱度：

假定采暖季排污率P1=8.5%，非采暖季排污率

P1′=13%。

锅炉房总给水量：

Ggs=D（1+Ppw+Pls）

式中D---锅炉房总额定蒸发量，t/h

Ppw---排污率，%

Pls---给水管路的漏损率，0.5%

采暖季：

Ggs=12（1+8.5%+0.5%）=13.08t/h

非采暖季：

Ggs=12（1+13%+0.5%）=13.62t/h

凝结水总回水量：

Ghs=K1（Q1+Q2）αh1+K3Q3αh3

式中αh1αh3---分别为采暖和生产回水率，αh3=50%，αh1=95%

采暖季：

Ghs=6.99

非采暖季：

Ghs=2.81

补给水量：

Gbs=Ggs-Ghs

采暖季：

Gbs=6.09

非采暖季：

Gbs=10.81

计算排污率

×100%=

×100%

式中Ags---给水碱度，Ags=αbAbs，mmol/L

Ag---锅水允许碱度，取20mmol/L

αb----补给水率，αb=Gbs/Ggs×100%

采暖季：

P=8.57%

非采暖季：

P=15.56%

误差：

采暖季（P-P1）/P×100%=0.82%＜3%

非采暖季（P-P1′）/P×100%=2.2%＜3%

所以上述计算有效。

计算结果汇总于下表：

采暖季

非采暖季

P1′

假定排污率

Ggs/（t/h）

13.08

13.62

Ghs/（t/h）

6.99

2.81

Gbs/（t/h）

6.09

10.81

计算排污率/%

8.57

15.56

相对误差/%

0.82

2.2

4.3水处理任务的确定

根据水质资料，锅炉补水总硬度Hz=3.231mmol/L，及时与凝结水混和后，其硬度也远远大于蒸汽锅炉水质标准要求0.03mmol/L，因此补给水必须软化处理。

根据资料显示，对于小容量锅炉房，排污率在10%左右，从经济角度考虑，一般不采取除碱措施。

根据补给水温度为10℃，查的其含氧量9.0mg/L以上，远大于水质标准要求0.1mg/L,因此为了防止发生水肿溶解氧对锅炉的腐蚀，本设计采用补给水除氧。

4.4软化系统及设备选择计算

低流速逆流再生钠离子交换系统具有出水水质好、再生液耗量低、效果好等优点。

谷本设计水处理软化系统确定为低流速逆流再生钠离子交换系统。

软化设备生产能力的确定：

Grs=1.2×（Gbs+Gzy+Gwy）t/h

式中Grs---需要软化处理的水量t/h

Gbs---锅炉补给水量，Gbs=6.09t/h

Gwy---外用软水量，取3.422t/h

Gzy---水处理设备自用软水量，t/h

Gzy=ωFρ

其中ω---逆流冲选速度，取1.8m/h

F---钠离子交换器截面积，取0.785㎡（预选φ1000的交换器）

ρ---水的密度，常温下取1t/m3

所以Gzy=ωFρ=1.8×0.785×1=1.413t/h

Grs=1.2×（Gbs+Gzy+Gwy）=1.2×（6.09+1.413+3.422）=13.11t/h

4.5再生系统的确定及设备选择计算

由于盐溶解器使盐溶液浓度不易控制均匀，且易被腐蚀，本设计确定从采用盐液池再生系统，这种系统既解决了在同一标高处，浓盐液从浓盐液池向稀盐液池的转移流动问题，也解决了稀盐液浓度搅拌均匀的问题。

浓盐液池：

考虑到储存一定量的干盐及清除淤泥操作时的方便，按n=6次再生用量计算，食盐浓度φ取95%，盐液浓度α=26%时，密度ρ=1.201t/m3,则浓盐液池容积计算如下：

Vn=1.2nBφ/1000αρ=3.26

设计尺寸：

长×宽×高=2×2×1.5m3.

盐液泵：

盐液泵的流量用Q=1.2Fω计算，因采用低流速ω=2m/h再生，所以Q=1.2×0.785×2=1.884m3/h，盐液泵的扬程取经验值200kPa。

根据流量和扬程，选型号为102-3型防腐塑料泵两台，其中一台备用，其流量为6m3/h，扬程为200kPa。

4.6除氧方式的确定及设备选择计算

根据锅炉水质标准要求，对于单台容量＜6t/h的锅炉，其给水是否要求除氧，虽未做强制性规定，但若有局部氧腐蚀现象时应采取除氧措施，本设计锅炉容量为4t/h，冬季水温较低或夏季回水较少时，水中含氧量较大，为避免可能发生的氧腐蚀，确定采用水中加Na2SO3的加药化学除氧措施。

混合水温的计算:

软水与凝结水在混合水箱中混合，混合水温的高低，决定给水中溶解氧的多少，因此需计算混合水温th：

th=

（℃）

式中trs、ths---分别为软水温度和回水温度，已知trs=10℃，ths=95℃。

则采暖季th=

非采暖季th=

水中溶解氧含量：

在1个大气压下，29.85℃的水温时，水中溶解氧为7.5mg/L。

药剂量的计算：

Na2SO3耗量按下式计算

Gy=G（15.8O2+3.2PS0）×10-6（kg/h）

式中G---除氧水量，kg/h

15.8---除每克氧需消耗Na2SO3·7H2O的量，g/g

O2---水中溶解氧的含量

3.2---SO3-2换算为Na2SO3·7H2O的换算系数

P---锅炉排污率，%

S0---水质标准中规定的锅水中SO3-2的允许含量，10-30mg/L

所以Gy=G（15.8O2+3.2PS0）×10-6

=13.11×103（15.8×7.5+3.2×0.0857×20）×10-6

=1.625kg/h

溶解氧有效容积Vy的计算：

溶解箱的有效容积不宜小于一昼夜的

药剂消耗量，则

Vy=

（m3）

式中Gy---药剂消耗量，Gy=1.63kg/h

ρ---药剂密度，浓度为10%时，ρ=1.095t/m3

Cy---药剂浓度，一般为2%~10%

所以Vy=

=0.357

设计尺寸：

长×宽×高=1.0m×0.8m×0.5m

加药罐的有效容积一般不宜小于8h的药剂消耗量，则

Vgy=

=0.119

设计尺寸：

φ450×800（mm）

5定压及水处理设备的选择

5.1膨胀容积计算

Ve=m3

式中——水的单位体积膨胀系数，取0.0006；

——水温波动的范围，25℃；

——系统总的水容量，m3。

膨胀容积为：

Ve==0.0006*30*25=0.45m3

5.2定压装置及补水泵的选择

热水系统的补水量一般根据系统的正常补水和事故补水确定，并宜为正常补水的45倍。

系统的小时泄漏量，宜为系统总的水容量的1%。

根据以上要求及系统的膨胀容积量，为便于布置，选用调节容量0.41.3m3、补水量为35m3/h的落地膨胀水箱一个。

该落地膨胀水箱定压补水为一个整体装置，属于氮气定压。

落地膨胀水箱的隔膜罐中，罐与囊之间充氮气。

落地膨胀水箱的技术参数：

型号：

ZNP1.2*1-50*2*3

调节容量：

0.41.3m3

补水泵流量：

35m3/h

补水泵扬程：

310kPa

定压压力：

150kPa

5.3软化水设备及软化水箱的选择

根据自来水的水质资料，选用ZTS5-2/10型全自动软化水装置一台，其出水量为2m3/h，为不间断供水。

经软化后出水硬度0.03mmol/L，符合《工业锅炉水质标准GB1576--2001》总硬度0.6mmol/L的要求。

全自动软化水装置的技术参数：

型号：

NTS5-2/10

软水流量：

2m3/h

出水硬度：

0.03mmol/L

电源：

选用2m3不锈钢软化水箱一个。

5.4其他

为调节锅炉循环水的水质，选用一台DJ-100型自动加药装置。

锅炉运行时，用户可以根据水质情况选购缓蚀剂、阻垢剂、除氧剂、碱度调节剂等，以改善锅炉水质。

因热水用户较为单一，故本锅炉房不设分水缸。

6汽水系统的确定及设备选择计算

6.1给水系统的确定及设备选择计算

6.1.1系统的确定

本锅炉房的规模不大，回水为自流方式，为确保给水泵的安全运行，为使锅炉各水泵之间能相互切换使用，本锅炉房采用集中式二段单母管给水系统，如下图所示，凝水及软化水汇入凝结水箱然后由凝结水泵送至锅炉给水箱，给水泵将化学除氧后的水，经省煤器送入锅炉。

6.1.2设备的选择计算

给水泵：

给水泵的流量和扬程应能满足锅炉房最大给水量和最高扬程的需要。

流量：

采暖季Q=1.1Ggs=1.1×13.08=14.388t/h

非采暖季：

Q=1.1Ggs=1.1×13.62=14.982t/h

扬程：

H=p+（100~200）kPa=1300+200=1500kPa

给水泵的型号和台数应能满足锅炉房全年负荷变化的要求及备用要求。

本设计确定采用三台电动给水泵，其中一台型号为1

GC-型，另两台为2GC-5型（其中一台为检修备用泵），他们的流量分别为6m3/h和10m3/h，扬程均为1600kPa，电机功率分别为7kW和11kW。

三台锅炉运行时，一台1

GC-型和一台2GC-5型泵联合运行，两台锅炉运行时，只运行一台2GC泵，另一台2GC泵为检修备用泵；另外再选一台蒸汽往复泵作为停电备用泵，其流量按20~40min给水量计算，取30min采暖季给水量时，其流量为0.5×13.08=6.5t/h，混合水温小于60℃，可选QB-4型蒸汽往复泵，其流量5~11.5m3/h，扬程1700kPa。

给水箱：

本锅炉房为常年不间断运行锅炉房，给水箱设置两台，其中一台为备用水箱。

按30min给水量计算，单台给水箱的有效容积V=30/60×13.08=6.54m3，选一台R108

（一）型带隔板方形开式水箱，其有效容积V=15.9m3，V/2=7.95m3，水箱长×宽×高=3.8m×2.6m×1.8m。

6.2凝结水系统的确定及设备选择计算

6.2.1系统的确定

本设计将凝结水箱（混合水箱）和凝结水泵（混合水泵）置于地下室以便自流回水。

软水和凝水全部汇入凝水箱混合，以减少凝结回水的散热损失，并确保凝结水泵不发生汽蚀、混和后的水由凝结水泵送入给水箱。

为有利于散热、通风和采光，地下室采用全敞开结构，地下室地坪标高-3.5m，地坪坡向集水坑，以便散漏水的收集，并便于排水泵将其排出。

6.2.2设备选择计算

流量：

由于凝水泵要满足的扬程不高，使用单级泵在负荷变化时所需电功率变化不很大，所以只按采暖季最大负荷时锅炉补给水量及回水量计算，

即Q=1.1×（Ggs+Ghs）=1.1×（13.08+6.99）=22.077t/h

扬程：

H=Pcy+H1+H2+H3kPa

式中Pcy---除氧器的要求进水压力，本设计Pcy=0

H1---管道阻力，本设计估算为30kPa

H2---凝结水箱最低水位与给水箱或除氧器入口处标高差相应压力，取H2=50kPa

H3---附加压力，取H3=50kPa

所以Q=0+30+50+50=130kPa

根据Q=14.39m3/h，H=130kPa，选两台IS65-40-315型单级离心泵，

其中一台备用。

泵的流量为15m3/h，扬程为317kPa，电机功率为4kW。

凝结水箱：

按30min锅炉补给水量和凝结水回收量计，其有效容积和给水箱相同，因此也选用一台带隔板的R108

（一）型开式方形水箱，总有效容积V=15.9m3，V/2=7.95m3，水箱尺寸长×宽×高=3.8m×2.6m×1.8m。

地下室排水泵：

估选一台IS50-32-160型离心泵，其流量为6.3m3/h，扬程为80kPa，电机功率为0.55kW。

地下集水坑：

尺寸为1.5m×1.0m×1.0m

6.3汽水系统主要管径的计算

汽水系统中与设备直接连接的管径，其直径采用设备接管孔径，其他

主要管径采用下式计算：

DN=594.7

（mm）

式中G---蒸汽质量流量，t/h

v---蒸汽比容m3/kg

ω---蒸汽在分缸内流速，m/s

系统主要管径计算结果如下：

管径名称

流量

/（t/h）

选用流速

/（m/s）

介质比容

/（m3/kg）

计算直径

/mm

选用直径

/mm

蒸汽母管

0.1437

142.6

φ159×4.5

采暖用蒸汽管

5.05

0.1437

101.4

φ114×4

生产用蒸汽管

8.07

0.1437

116.9

φ113×4.5

生活用蒸汽管

1.04

0.1437

46.0

φ57×3.5

给水泵吸入段总管

13.07

0.001

68.0

φ76×3.5

给水泵压出段总管

13.08

0.001

48.1

φ57×3.5

凝水泵吸入段总管

13.07

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