最新燃气角管锅炉设计方案说明书.docx

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最新燃气角管锅炉设计方案说明书

燃气角管锅炉设计方案说明书

29MW燃气热水锅炉

设计方案说明书

该锅炉为角管水管式热水锅炉。

循环方式为强制循环。

角管式水管锅炉是利用一个管路系统作为整台锅炉的骨架，由其自身构成骨架并承受锅炉的全部负荷，所以也成为无构架锅炉，同时这个骨架又皆做锅炉的下降管和上下集箱之用。

角管式锅炉具有结构紧凑、钢耗低、升温快等优点，因而在强制循环的热水锅炉中也得到较普遍的应用。

1.设计参数：

（1）锅炉基本参数：

表1锅炉基本参数

名称

单位

数值

额定热功率

MW

29

额定出水压力

MPa

1.6

额定出水温度

℃

130

额定进水温度

℃

70

设计循环水流量

t/h

412.45

（2）设计燃料：

天然气

表2燃料特性（应用基成份）

燃料容积百分数

H2

%

设计燃料数据

0.08

燃料容积百分数

N2

%

设计燃料数据

0.76

燃料容积百分数

CO2

%

设计燃料数据

0.52

燃料容积百分数

H2S

%

设计燃料数据

0.03

燃料容积百分数

CH4

%

设计燃料数据

97.42

燃料容积百分数

C2H6

%

设计燃料数据

0.94

燃料容积百分数

C3H8

%

设计燃料数据

0.16

燃料容积百分数

C4H10

%

设计燃料数据

0.03

燃料容积百分数

C2H4

%

设计燃料数据

0.06

低位发热量

Qxr

kJ/Nm3

设计燃料数据

35600.009

2.锅炉结构简介（参见附图）

（1）炉膛及烟道

该锅炉四周均采用膜式水冷壁全密封结构，锅炉可以实现微正压燃烧。

膜式水冷壁由Ф60×4的管子和20×4的扁钢通过专用设备焊接而成，膜式水冷壁节距为80mm。

炉膛宽度2820mm，深度6900mm，锅炉上水平角管中心到下水平角管中心的距离为7364mm。

燃烧后产生的高温烟气从炉顶360°折向烟道，烟道宽度为2820mm，深度为2590mm，在烟道内布置有两组旗式对流受热面，均为水平布置，旗式受热面由Ф42×4的管子组成，旗式受热面布置在烟道后墙，后墙竖管采用Ф60×4规格的管间距为61mm的密排管结构。

（2）燃烧器

该项目选用芬兰奥林燃烧器，为电子比例调节控制，分体式成套供应。

1）燃烧器选型

1.1燃烧器型号GT35S最大出力32.0MW；

1.2燃气阀组：

DN125SIEMENS电磁阀门组（含内置式稳压阀）；

1.3天然气压力进入燃烧器阀前动态供气压力为：

50-70Kpa可调；

1.3风气/燃气自动调节：

电子比例调节；

1.4控制方式：

电子比例调节控制系统。

1.5燃气、风门伺服马达配置位置反馈电阻、电阻变送器，输出4-20mA标准型号；

1.6鼓风机：

采用外置的鼓风机，风量:

75000Nm3/h，风压:

80mbar；辅以变频控制（不含变频器）。

1.7燃烧器自身风箱阻力3.5KPa，风机最高能够适应锅炉背压3.5KPa；

1.8该燃烧器为火焰可调式,可与不同的锅炉炉膛匹配；火焰不会冲涮炉壁；每个燃烧器带有观察孔,并方便维护保养,燃烧器容易移出炉外；燃烧器都配备单独的点火枪，用于自动点燃天然气，主燃烧器和点火器都配备火焰监测器，必要的密封件和冷却用空气接管。

燃烧器配备自动顺序点火装置和点火安全保护装置。

1.9燃烧负荷调节比1：

6，能适应锅炉负荷的变化；

2）燃烧器控制及安全运行

燃烧器控制及安全运行程序已包括：

燃料系统自动检漏、炉膛前、后吹扫、自动点火和程序启停、熄火保护、高/低气压保护、安全联锁保护及燃烧、负荷调节等。

燃烧器采用电子比例调节系统调节空气/燃气比，由两个执行器分别控制调节风门和燃气阀门，实现燃气充分燃烧。

（3）锅炉水流程及烟风流程

1）水流程：

方案一：

1回水集箱2后墙水冷壁3右侧墙水冷壁Ⅰ4左侧墙水冷壁Ⅰ

5右侧墙水冷壁Ⅱ6左侧墙水冷壁Ⅱ7右侧墙水冷壁Ⅲ8左侧墙水冷壁Ⅲ

9炉膛前墙水冷壁10炉膛后墙水冷壁11出水集箱

方案二：

1烟气冷却器2回水集箱3后墙水冷壁4右侧墙水冷壁Ⅰ5左侧墙水冷壁Ⅰ

6右侧墙水冷壁Ⅱ7左侧墙水冷壁Ⅱ8右侧墙水冷壁Ⅲ9左侧墙水冷壁Ⅲ

10炉膛前墙水冷壁11炉膛后墙水冷壁12出水集箱

2）烟风流程：

方案一：

冷空气+燃气燃烧室烟气上升凝渣管转向室旗式受热面烟囱

方案二：

冷空气+燃气燃烧室烟气上升凝渣管转向室旗式受热面烟气冷却器烟囱

（4）水质要求

锅炉给水应澄清，清彻无色，补给水和循环水品质应符合GB1576《工业锅炉水质》的规定。

补给水：

悬浮物≤5mg/L

总硬度≤0.6mmol/L

PH（25℃）≥7

含油量≤2mg/L

溶解氧≤0.1mg/L

循环水：

PH（25℃）10∽12

含油量≤2mg/L

溶解氧≤0.1mg/L

（5）停电保护

停电保护是每一个供热单位都要考虑的问题。

本锅炉在设计时已对此进行了充分的考虑，从设计角度主要体现在以下几个方面：

（1）锅炉蓄热量少。

在停电后，锅炉会立刻切断燃料供应，由于蓄热量少，水冷壁中的水不会发生过冷沸腾现象，有效防止局部过热。

（2）采用全部上升的水循环方式，炉膛水冷壁各管屏均为热水上升，这样，在停电后，锅炉才能具有按照自然循环热水锅炉进行可靠水循环的功能，这是一项重大的结构设计创新，从而可以有效地防止局部过热汽化。

（3）本锅炉在每一个循环回路顶部均设有放气阀，停电后可根据情况依靠放汽阀保持压力或打开进行泄压。

（6）炉墙保温

本锅炉为全封闭的膜式水冷壁结构，烟气与外界完全隔离，故只需在膜式壁外敷设海泡石涂层和160mm厚的轻型保温材料（外覆反射膜）即可达到设计保温要求。

轻型保温材料通过焊在膜式壁鳍片上圆钢，以及钢丝网固定在膜式壁外侧，在保温材料外面包覆彩色瓦楞板炉衣，使整台锅炉外表美观、整洁。

3.计算结果汇总

方案一：

表热力计算结果

名称

单位

参数

锅炉供热量

MW

29

水流量

t/h

412

锅炉工作压力

MPa

1.6

锅炉出回水温度

℃

70/130

锅炉排烟温度

℃

159

锅炉热效率

%

92.64

燃气耗量

m3/h

3165.64

锅炉辐射/对流受热面积

m2

145/521

炉膛容积热负荷

kW/m3

282.18

烟道阻力

Pa

791.06

锅炉水侧阻力

MPa

0.121

锅炉深度

mm

6900

锅炉宽度

mm

2820

方案二：

表热力计算结果

名称

单位

参数

锅炉供热量

MW

29

水流量

t/h

412

锅炉工作压力

MPa

1.6

锅炉出回水温度

℃

70/130

锅炉排烟温度

℃

89

锅炉热效率

%

95.78

燃气耗量

m3/h

3061.89

锅炉辐射/对流受热面积

m2

145/1082（本体521）

炉膛容积热负荷

kW/m3

27.2.93

烟道阻力

Pa

1449.82

锅炉水侧阻力

MPa

0.127

锅炉深度

mm

6900

锅炉宽度

mm

2820

4.烟气冷却器结构及经济性分析

（1）烟气冷却器热力计算及结构设计

表6烟气冷却器主要结构尺寸

名称

单位

方案一

布置方式

四管圈，顺列，逆流

烟道截面高度

m

1.48

烟道截面宽度

m

1.85

烟道纵向长度

m

2.6（管箱2.21m）

有效受热面积

m2

561.66

管子直径

mm

42

管子厚度

mm

4

翅片宽

mm

89

翅片高

mm

95

翅片厚度

mm

2.5

小缝宽度

mm

13

翅片间距

mm

12.7

横向节距

mm

101.6

横向相对节距

2.42

纵向节距

mm

92

纵向相对节距

2.19

横向排数

15

纵向排数

16

表7烟气冷却器热力特性

名称

单位

结果

锅炉总烟气量

m3/s

9.9

烟气进口温度

℃

159

烟气进口焓

KJ/m3

2556.84

烟气出口温度

℃

89

烟气出口焓

KJ/m3

1423.15

工质流量

t/h

206.23

工质进口压力

Mpa

1.8

工质进口温度

℃

70

工质进口焓

KJ/kg

294.46

工质出口压力

Mpa

1.79

工质出口温度

℃

74

工质出口焓

KJ/kg

324.58

烟气平均流速

m/s

11.21

工质平均流速

m/s

1.08

烟气冷却器换热面积

m2

561.66

烟气冷却器换热量

Kw

1134

烟气侧阻力

pa

701.5

工质侧阻力

Mpa

0.0074

（2）经济效益分析

1）节能效益计算

表8加装烟气冷却器余热回收系统的节气效益

项目

单位

原系统

节约天然气（与光管相比）

m3/h

103.75

年运行时间

h

4320（半年）

年节约天然气量

m3/a

448200

单位天然气价（新疆政府指导价）

元/m3

1.37

节约天然气效益

万元

61.4034

2）烟气冷却器设备投资

表9烟气冷却器设备投资情况

项目名称

单位

数值

烟道横向长度

m

1.48

烟道横向高度

m

1.85

烟气冷却器纵向长度

m

2.6（管箱2.21m）

有效受热面积

m2

561.66

翅片管总重量

t

9.31

联箱规格（直径×厚度）

mm

273×10

联箱高度

m

2

联箱总重（×4）

t

0.52

支撑板总重

t

1.099

外墙重量

t

0.921

烟气冷却器总重量

t

11.85

钢材成本（单价10000元/吨）

11.85万

3）引风机等辅机设备能耗增加情况

表10引风机设备能耗增加

项目名称

单位

数值

烟气平均流速

m/s

11.21

工质平均流速

m/s

1.08

烟气侧阻力

Pa

701.5

工质侧阻力

MPa

0.0074

4）投资回收核算

表10投资回收成本核算

投资（万元）

回收（万元）

年限（年）

设备投资

安装投资

年燃料节约

2.04

11.85

1.78

61.4

13.63

61.4

13.63

61.4

安装费按15%设备费取值

综上所述，则投资回收年限=13.63万元/61.4万元=0.222年≈3个月。

附：

29MW热水锅炉简图