建筑环境与设备工程锅炉课程设计Word下载.docx
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水源:
城市自来水
水压:
0.25～0.35MPa
水温：
12℃
水质成分:
总硬度:
4.5mmol／l暂硬:
2.7mmol／l
永硬:
1.8mmol／l总碱度:
2.3mmol／l
溶解固形物:
467mg／lPH：
7.7
溶解氧：
7.8mg／l
（四）气象资料
冬季采暖室外计算温度：
-9.2℃供暖期天数：
135天
冬季最多风向：
东北风大气压力：
98KPa
平均风速：
1.9m/s
一选择锅炉型号和台数
1.计算锅炉房热负荷
（1）计算热负荷
锅炉房最大热负荷是选择锅炉的主要依据，可根据各项原始热负荷、同时使用系数、锅炉房自耗热量和管网热损失系数计算：
为采暖热负荷，为采暖负荷同时使用系数取1，为锅炉房自用热量和管网热损失系数（1.12～1.18），本设计中取1.15
式中q为建筑面积热指标，查手册得到住宅q为40w/,公建q为50w/，则
=40×
200000+50×
=9000kw
故可得
=1.15×
1×
9000
=10350kw=10.35MW
（2）年平均热负荷
本设计中采暖最大热负荷
为10350kw,采暖房间室内计算温度为18℃，采暖室外计算温度为-9.2℃，采暖期室外平均温度为-0.7℃，则
=10350×
[18-（-0.7）]/[18-（-9.2）]
=6187.5kw
（3）全年热负荷
这是计算全年燃料消耗量的依据，也是技术经济比较的一个依据，全年热负荷按下式计算：
其中采暖全年工作天数为135天，则计算如下：
=24×
135×
6187.5
=20047500kw.h
20047500×
3600×
=82996.65GJ/a
最后将计算结果汇总于热负荷表中，见下表：
锅炉房热负荷汇总表
负荷类别
采暖期（MW）
全年热负荷
（MW/年）
最大计算热负荷
平均热负荷
采暖
10.35
6.18745
82996650
2.确定锅炉型号和台数
1）锅炉选择方案：
1选用一台14MW锅炉
2选用两台7.0MW锅炉
具体选择方案：
综合唐山市天气条件（即供暖期负荷变化情况），初投资，运行费用，及具体运行管理等因素分析：
方案一选用单机容量较大的锅炉，虽然锅炉的效率较高，锅炉房占地面积小，运行人员少，经济性好，但在调节灵活性上存在很大的局限性，适应负荷变化的能力和备用性差。
尽管选用方案一会使建设初投资降低但是从长远考虑此方案还是不合理。
方案二可根据负荷变化灵活调节，考虑锅炉的自备自用且要考虑有不小于60%~75%的备用率。
综上所述，方案二是最佳选择。
锅炉分类：
鉴于燃料有固体、液体和气体三大类别，燃烧特性差别较大；
再说锅炉容量、参数又有大小高低之分，所以为了适应和满足各种锅炉的需要，燃烧设备有着各种形式。
按照燃烧方式的不同，可划分为如下三种：
层燃炉、流化床炉、室燃炉。
各类型炉子特点：
层燃炉手烧炉，具有双面引火的特点这使得手烧炉煤种适应性广，几乎可燃用任何品种的煤，但是其燃烧工况有周期性，且空气量不易控制。
风力-机械抛煤机炉,此型炉子采用开式炉膛或有前炉拱的炉膛，炉内的气流扰动混合情况较差，悬浮的颗粒细屑往往未燃尽就飞离炉膛，以致造成较大的飞灰损失。
这不仅降低锅炉运行的经济性，还会造成污染，所以在国内应用受到限制。
链条炉排炉，由于它的加煤、清渣、除灰等项主要操作都实现了机械化，运行可靠稳定，因此在我国，链条炉在中小型电厂锅炉和供热锅炉中得以广泛应用。
链条炉排的结果形式有很多种，目前我国供热锅炉常用的是鳞片式链条炉排和链带式链条炉排，前者，炉排结构比较复杂，金属耗量和机械加工量较大，此外它的刚性差特别是在炉排较宽时，容易发生成组炉排片脱落和卡主等事故，所以，鳞片式链条炉排的宽度不能太宽，一般不大于4.5m；
后者又分为轻型链式链条炉排和大型链式链条炉排，轻型的结构简单，制造加工比较简单而且金属耗量远小于鳞片式，但运行时间一长，此型炉排的通风缝隙会因为磨损而变大，以致于漏煤量随之增大，影响锅炉的运行的经济性，大型的运行安全可靠，单位有效面积的金属耗量比轻型链式炉排还要少1/4，但是它的自洁能力差，当通风孔内嵌有熔融灰渣时就难以脱落除去，以致可能引起燃烧恶化。
往复炉排炉，此类锅炉对燃料层虽有良好的耙拨作用，但是其头部不断与炽热的焦炭接触，又无冷却条件，经常烧损，漏煤严重。
此外，因整个炉排斜置，炉排片又要做水平运动，侧密封性较难处理，容易引起漏风。
振动炉排炉，由于炉排的振荡煤层上下翻动，不易结块，拨火性好，利于燃尽，煤种适应性也比较广。
但是，振动时整个炉排类似一个筛子，漏煤量较大，约为5%，细小碎末易被烟气带走，造成较大的飞灰损失，振荡的瞬间还会向外喷出烟和灰，严重污染环境。
流化床炉鼓泡流化床炉的特点：
燃料适应性广、燃烧剧烈、燃烧反应强烈、强化了传热、有利于保护环境，但是，鼓泡流化床炉的密相区必须布置埋管受热面以降低床温，埋管的磨损比较严重，而且，它的未燃尽细粒的排放量大，使固体的不完全燃烧热损失增大，即使有的飞灰再循环，因其返回时温度较低加之稀相区气固混合程度差，影响了燃烧反应速度和效率；
循环流化床特点：
具有鼓泡流化床炉的优点，同时克服了鼓泡流化床所固有的缺点，此外循环流化床炉具有较高的燃烧强度，同时因为他在稀相区的固体粒子浓度高于鼓泡床，大幅度提升了稀相区的受热面的传热，缩小了炉膛的体积，也提高了燃烧室的利用率，但是，循环流化床也存有结构复杂，投资和运行费用较高的缺点。
室燃炉煤粉炉，该类炉子的过量空气系数比层燃炉小，通常四壁都布置有水冷壁面。
当锅炉负荷降低时，送进炉子的煤粉量减少，而水冷壁的吸热量减少的幅度不大，因此对应于1kg煤的水冷壁吸热量有所增加，这就使得炉膛的平均温度降低，影响煤粉的稳定着火，如果负荷继续降低，将导致熄火。
可见，煤粉炉适应于负荷能力较差，通常负荷调节的范围只能在70%~100%的区间变化，更谈不上压火的可能性。
所以不适用于供热。
锅炉型号选定：
燃烧设备的选型，主要取决于燃用燃料的物理化学特性（水分、灰分、挥发分、发热量、颗粒度、灰熔点等）、锅炉的蒸发量及负荷特性、环境保护的要求等。
同时也必须考虑和兼顾它在制造、安装、运行、维护诸方面的耗钢、耗煤、耗电等技术经济指标。
鼓泡流化床主要适用于在层燃炉中不能燃烧或不能经济燃烧的煤种。
考虑到综合利用、环境保护等方面的原因，特别适用于高灰分、高硫劣质燃料，也可适用其他煤种。
链条炉、往复炉排炉在燃用无烟煤及Mar>
20%或Aar>
30%,Qnet.ar<
17.7MJ/kg的其他燃料时，必须采取改善着火及燃尽的响应技术措施，以保证良好的燃烧条件。
抛煤机炉不宜燃用外在水分高的燃料，以防止和避免抛煤机堵塞。
燃料的外在水分不宜大于12%。
为了保证燃层均匀，减少炉排漏煤和飞灰损失，取得良好的燃烧效果，所有的层燃炉对燃料颗粒度均有要求：
最大煤块不超过40mm，小于6mm的颗粒不超过50%，小于3mm细屑不超过30%。
对于鼓泡流化床炉，目前多数情况下煤的粒度为0-10mm，其中，小于0.5mm的颗粒不宜超过20%。
对于褐煤，粒度范围可扩大到0-13mm，根据具体条件和情况，也可以采用其他不同粒度的燃料。
综上所述，根据所给燃料的特性，选定SZL型锅炉两台，型号：
SZL7-1.0/95/70-AⅡ。
二水处理系统的设计
1.确定水处理设备生产能力
循环水量Go=0.86Qmax/（tg-th）=0.86×
10350/（95-70）=356.04t/h
取补水量为循环水量的2%，则补水量为Grw=2%×
356.04=7.12t/h
处理设备生产能力为G=1.2×
Grw=1.2×
7.12=8.544t/h
2.确定水的软化方法
水的软化方法一般采用阳离子交换软化法，其效果稳定，易于控制。
当需要除碱时，一般考虑氢—钠离子交换法。
采用锅外化学处理时，补给水、给水、锅水中碱度与溶解固形物的冲淡或浓缩可认为是同比例的，因此，锅水相对碱度可按下式计算。
锅水相对碱度=
在不同锅炉工作压力下的分解率
锅炉工作压力（MPa）
0.49
0.98
1.47
1.96
2.45
NaOH（%）
10
40
60
70
80
锅炉工作压力为0.8Mpa，根据内差法求得碳酸钠在锅内分解为氢氧化钠的分解率
Φ=28.98%
所以，锅水相对碱度=28.98×
2.3÷
467=0.14<
0.2。
所以锅水不需除碱,应选用钠离子交换设备。
3.软化设备选择计算
<
1>
设备钠离子交换软水设备种类较多，有固定床、浮动床、流动床、移动床等。
浮动床、流动床、移动床离子交换设备适用于原水水质稳定，软化水出力变化不大，连续不间断的运行。
固定床离子交换设备无须上述要求，是工业锅炉房常用的软水设备。
固定床离子交换设备按再生方式可分为顺流再生和逆流再生两种。
逆流再生于顺流再生相比具有对原水硬度适应范围大且出水质量好，再生液盐耗低（20%），自备水率即水耗低（30%~40%）故被广泛采用。
钠离子交换设备的顶压方式中无顶压法具有操作简单、外部管系简单、无顶压系统等优点。
所以无顶压逆流再生不叫适用于工业锅炉房。
钠离子交换的常用离子交换剂是强酸性阳离子交换树脂（型号：
001×
7）和磺化煤。
树脂的交换容量大，速度快，但价格较高，磺化煤的交换容量小，速度慢，但价格较低，经综合比较，一般采用树脂。
综上所述，选用无顶压固定床逆流再生，交换剂选用树脂。
2>
系统钠离子交换软化水系统一般分为单级和双极（两个单级串联）两种。
装有树脂的固定床逆流再生钠离子交换器，进水总硬度一般＜6.5mmol/L，最高进水总硬度＜10mmol/L，单级出水即可达到锅炉水质标准的要求（≤0.03mmol/L）。
对于原水硬度较高且对降低原水碱度无要求时，则应考虑双级钠离子串联系统。
采用双级钠离子交换各级出水的残余硬度可按下列指标控制：
第一级交换器出水硬度＜0.05~0.1mmol/L，第二级交换器出水硬度＜0.005mmol/L。
综上所述，选用单级无顶压固定床逆流再生钠离子交换器交换剂—树脂
固定床逆流再生钠离子交换器计算
序号
名称
符号
单位
计算公式
数值
附注
1
需要软化水量
Q
m3/h
已知
7.12
2
原水总硬度
H0
mmol/L
4.5
3
软化水硬度
Ht
已知水质标准（≤0.03mmol/L）
0.03
4
离子交换剂
选定（001×
7强酸阳离子）
树脂
5
软化速度
V
m/h
查表
25
6
交换器计算截面积
F
m2
F=Q/v=7.12/25
0.2848
7
交换器同时运行台数
n
台
选定
8
交换器选用台数
n+1
其中一台再生备用
9
交换器直径
Φ
m
交换器实际截面积
F1
F1=0.785×
0.785
11
实际软化速度
v1
v1=Q/（n*F1）=7.12/（1*0.785）
9.07
12
树脂工作交换容量
mol/m3
900
13
交换层高度
h1
查表或根据产品资料
14
压层高度
h2
0.2
15
交换层树脂体积
m3
V=F1*h1=2*0.785
1.57
16
交换器树脂总装载量
G
Kg/台
1382
17
每台交换器工作交换容量
E
mol/台
E=e×
V=900×
1413
18
软化水产量
Qe
M3/台
Qe=E/（H0-H1）=1413/（4.5-0.03）
316.11
19
再生置换软水自耗量
q
m3/（台·
次）
1.6
20
软化供水量
Qg
m3/台
Qg=Qe-q=316.11-1.6
314.51
21
交换器运行持续时间
T
h
T=n*Qg/Q=1*314.51/7.12
44.17
T≥12--24
22
再生一次耗盐量
B
141.3
b为再生剂单耗
23
配置再生液耗水量
Qb
t/（台·
Qb=B/（10Cy）-B/1000=141.3/（10*7）-141.3/1000
1.88
24
再生用清水总耗量
Qh
9.46
每台交换器周期总耗水量
∑Q
∑Q=Qg+Qh+q=314.51+
9.46+1.6
325.57
26
交换器进水小时平均流量
Qp
Qp=n*∑Q/T=1*325.57/44.17
7.37
27
交换器正洗流速
v2
28
交换器进水时最大流量
Qmax
Qmax=（n×
v1+v2）F1=（1×
9.07+18）×
21.25
29
储盐池的体积
V2
V2=24*B*K/（Tερ）=24*141.3*15/（44.17*0.97*800）
1.48
30
稀盐液池的体积
V1
V1=1.2*B/（10Cyρy）=1.2*141.3/（10*7*1.0486）
2.31
综合施工难度、建设场地、初投资及运行管理，选用全自动钠离子软水装置。
全自动钠离子交换器由筒体，筒体内布水器及自动控制阀组成。
因为自动控制阀具有运行、反洗、再生、置换、正洗（包括盐箱注水）全过程自动控制的功能，所以不需要再选择再生液制备设备。
自动控制阀根据启动再生程序方式分为时间型及流量型。
时间型即离子交换器工作周期按设定时间（一周内某日某时或每天某时）启动再生。
流量型即离子交换器按设定的出水流量启动再生。
自动控制阀的再生程序分为可调和不可调。
再生程序可调即反洗、再生、置换、正洗每个过程所需时间均可调；
再生程序每个过程的时间均设定好的称为不可调。
根据运行情况，选用流量型再生方式，可调再生程序。
综上所述，全自动钠离子交换器型号：
NST6-4/16（单阀双路、6号控制阀、额定流量4t/h）。
由于软化水箱容积按补水量的30min~40min考虑，补水量为1.5t/h，则软化水箱容积可选定为V=1m3
4、除氧设备选择
解吸除氧具有以下特点：
（1）待除氧水不需预先加热，在常温下即可进行除氧。
（2）设备布置方便，高位、低位布置均可，除氧效果不受影响，设计简单，安装方便。
（3）装置体积小，气密性高，不设除氧水箱，占地面积小，金属耗量小，设备价格较低，运行费用低尤其适用单层布置的工业锅炉房和热水锅炉房。
（4）除氧效果，可使15℃以上的水除氧，残余溶解氧含量0.03~0.1mg/L。
（5）由于气体中的CO2溶解于水中，使解吸除氧后的给水pH值略有降低，但不受什么影响。
因此，选择解吸除氧的方法。
又锅炉补给水量Grw=7.12t/h，所以选择处理水量为10t/h的解吸除氧设备，具体参数如下:
设备名称及规格
系列规格与尺寸
10t/h
除
氧
反
应
器
外形尺寸
进气管直径
出气管直径
所需电功率
mm
kW
1350×
330×
2000
50
解
吸
外形尺寸
出水管直径
接喷射气管直径
Ф259×
4100
气
水
分
离
mm
Ф273×
320
封
进水管直径
Ф207×
420
喷
射
50
5、计算锅炉排污量和决定排污系统
设计规范规定，锅炉压力大于1.6MP时，排污率不应大于5%。
取排污率P=2%,则排污量Dps=G×
P=356.04×
2%=7.12t/h
三工艺主管道及设备的设计
1.确定供回、水管道管径
经计算可知系统循环水量G=356.04t/h，又知道一次网的经济比摩阻R=30～70Pa/m，经查热水网路水力计算表，可得选用DN=300mm（325×
7）。
当流量350t/h时，选定流速1.34m/s、R=60.8Pa/m；
当流量360t/h时选定1.37m/s、64.3Pa/m。
适合此系统的要求，即供回水管道管径为DN=300mm选定R=62.766Pa/m，v=1.36m/s
2.选择水泵
给水泵参数计算
对于压力较低的锅炉，给水泵的扬程可用下列式子计算：
H=1000P+100~200kPa
式中H------给水泵的扬程kPa；
P------锅炉的工作压力MPa。
所以H=1000*1.0+150=1150kPa
循环水泵台数确定
根据供热系统规模和运行方式确定。
中小型热水系统，一般不考虑分阶段量调节。
为了检修方便和保证供热的可靠性，一般不少于两台，在其中任一台停止运行时，其余水泵的总流量应能满足最大循环水量的需要。
选择原则：
根据水泵安装位置，当循环泵安装于加热设备之前时，循环水泵的容许温度应高于回水温度。
当安装于加热设备后时，循环水泵的容许温度应高于送水温度；
循环水泵的G～H特性曲线应比较平坦，这样，系统的水力工况失调时，水泵的扬程变动较小。
为了使水泵的工作点不越出水泵制造厂给定的工作范围，水泵流量宜小于对应最高效率的工作点，因为运行时实际流量有可能大于计算流量。
综上所述，可选择循环泵的型号：
SLWR-125-315，流量192m3/h，扬程119m，转速2900r/min,台数：
三台（一备两用）。
3>
补水泵的选择
补给水泵的流量G=7.12×
4=28.48t/h,补水泵的扬程为H=1+5=6米水柱，由此查手册选出补水泵的型号：
G27-7-1.1，流量29m3/h，扬程7m,转速1500r/min,台数：
两台（一备一用）
3.管道管径设计
（1）锅炉房循环水进出总管管径
若取管内流速为1.5m/s,则每台循环水管管径可由下式计算：
式中
-----管道内径，mm；
G-------工作状态下的体积流量，m3/h
V-------工作状态下的流速，m/s
循环水进出总管管径取DN250。
（2）水泵至锅炉循环水管管径
水泵至锅炉循环水管道为单管制，根据锅炉循环水量：
水泵至锅炉循环水管管径取DN65。
4、主要阀门选择
闸阀作关断用，适合全开全闭的场所。
闸阀的介质流动阻力较小，但密封面的检修困难。
对于汽、水等非腐蚀性介质，可用暗杆式的，常用于水泵进口、水箱进出口、自来水管道和公称直径大于200mm的各种场所。
截止阀作关断用，适合全开全闭的操作场所。
截止阀的介质流动阻力较大，阀体长度也较大，但密封面的检修较闸阀方便些，常用于水泵出口、分汽缸、水处理设备等场所，产品公称直径通常不超过200mm。
节流阀用于介质节流，但没有调节特性，介质流
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