完整版建筑环境与设备工程 毕业设计说明书论文.docx
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完整版建筑环境与设备工程毕业设计说明书论文
东北石油大学
毕业设计（论文）任务书
题目大庆市某燃气供热锅炉房工艺系统设计
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
一、设计原始资料
1、锅炉房热负荷：
供热最大热负荷20MW；
2、热媒参数要求：
供水温度120℃；
3、水源水质资料：
总硬度6.5mmolL，溶解氧4.0~5.6mgL；
4、锅炉房用燃料：
天然气；
5、其他相关资料：
热网供热半径1500m，最高建筑高度20m。
二、设计内容和基本要求
1.锅炉型号及台数选择
2.水处理方案设计及设备选择
3.给水和回水系统设计与计算
4.送引风系统设计与计算
5.燃气供应系统设计与计算
6.绘图部分内容
锅炉房热力系统图，设备平面布置图，燃气供应系统图，设计施工说明等。
三、设计参考资料
[1]奚士光等.锅炉及锅炉房设备[M].北京：
中国建筑工业出版社，1995.
[2]刘新旺.锅炉房工艺与设备[M].北京：
科学出版社，2002.
[3]锅炉房实用设计手册.北京:
机械工业出版社，2003.
指导教师签名：
专业负责人签名：
年月日
摘要
大庆市某燃气供热锅炉房工艺系统设计以满足某区域供暖需求为目的，综合考虑节约能源和保护环境方面的要求。
设计内容包括以下五大部分：
锅炉型号及台数选择；水处理方案设计与设备的选择计算；锅炉水系统设计与设备的选择计算；锅炉通风系统设计与设备的选择计算；燃气供应系统的确定及设备选择计算。
补给水软化采用全自动软化水处理器，采用的除氧方式为真空除氧；选用与该燃气锅炉配套的燃烧器鼓风机，该燃气锅炉在微正压条件下燃烧，排烟采用自然通风方式排烟烟囱高度23m。
关键词：
燃气；热水锅炉房；工艺系统；设计；设备选择
Abstract
DaqingCity，acraftsystemofthe，theenergysavingandenvironmentalprotectionrequirementstobeconsidered．Thisdesigncanbedividedintofivemostparts：
Thechoiceofboilermodelandnumber；thedesignofwatertreatmentprojectandthechoicecalculationoftheequipments；boilerwatersystemdesignandthechoicecalculationoftheequipments；Thedesignofboilerventilationsystemandthechoicecalculationoftheequipments；Thedesignofthenaturalgassupplysystemandthechoicecalculationoftheequipments．Therearetwogasboilersofautomaticsoftwaterprocessor，usedforthevacuumdeaerationdeaeratormeans；choicematchingoftheboilerburnergasblowers，thegasboileroperatinginthepositivepressureconditions，naturalventilationisusedandthechimney；equipmentselection
前言1
第1章概述2
1.1炉房工艺2
1.2锅炉的发展现状3
1.3锅炉未来发展方向3
1.4锅炉房工艺设计的原则4
第2章锅炉型号及台数选择5
2.1锅炉房热负荷计算5
2.2锅炉房燃气资料7
2.3锅炉型号和台数选择7
第3章水处理方案设计及设备选择10
3.1水处理内容的确定10
3.2软化系统的确定及其设备的选择计算10
3.3除氧方法的确定及其设备的选择计算17
第4章给水和回水系统设计与计算20
4.1确定给水系统方案20
4.2水系统流程图20
4.3水系统主要设备的选择计算21
4.4水系统主要管道的计算25
第5章送引风系统设计与计算26
5.1燃料资料的校核26
5.2空气量和烟气量的计算27
5.3锅炉燃料耗量29
5.4送引风系统的确定29
5.5烟道的设计30
5.6烟囱的设计与计算32
5.7排烟总阻力验证35
第6章燃气气供应系统设计与计算36
6.1燃气调压系统设计计算36
6.2锅炉房内燃气系统设计计算41
6.3锅炉房燃气系统的管道设计计算42
结论44
参考文献45
致谢46
附录47
前言
随着社会的进步、科技的发展以及人民生活水平的不断提高，城市居民对生活条件和生活环境的要求也日益提高。
人们不但需要有温暖舒适的生活空间，同时也对采暖用的燃煤锅炉污染环境而深恶痛绝。
如何解决其中的矛盾已经作为一项重要议题摆在了人们面前。
为改善生存环境、降低城市污染，热效率高、成本低、可靠性好的燃气锅炉成为替代燃煤锅炉和燃油锅炉的最好选择。
本文结构如下：
第一部分为锅炉房工艺系统概述，让读者初步了解锅炉房工艺；第二部分为锅炉型号及台数选择，是主要动力设备锅炉的合理选择；第三部分为水处理方案设计及设备选择；第四部分为给水、回水系统设计与计算；第五部分为锅炉通风系统的确定及设备选择计算；第六部分为燃气供应系统设计及设备选择；第三至第六部分为锅炉房工艺设计的核心部分，涉及到具体工艺流程，设计时给予了足够重视；第七部分为结论，系统地总结了本论文的重点核心内容及完成的主要任务。
通过此次毕业设计，我对大学四年所学过的专业课知识特别是锅炉方面的知识有了更深层次的认识，在设计过程中，通过查阅各种设计资料，参考文献，学到了许多课本上没有的新知识和新理论，结合所学过的专业知识，将理论与实践充分相结合，使自己的专业水平有所提高。
所以说，在这次设计中我不但巩固了旧知识而且还增长新见识，学会了不少设计与实践的先进方法，熟悉了设计规范，受益良多，为以后的工作积累了一定的知识基础。
第1章概述
1.1炉房工艺
锅炉是中国主要的热能动力设备，使用面广，需求量大。
锅炉是将燃料中的可燃元素碳、氢等成分在高温条件下与氧结合发生化学反应，放出热量，进而又将此热量传递给水，使水升温变成热水或蒸汽，供用户使用的一种设备。
因此，我们可以把锅炉称之为将燃料的化学能转化为热能的一种设备。
锅炉所产生的热水或蒸汽可以供给用户用以采暖、空调、通风、制冷，也可用以工业加热、烘干、蒸煮、消毒等，因此，我们又可以把用于此中用途的锅炉称之为供热锅炉和工业锅炉。
除此之外，锅炉所产生的蒸汽还可以用于拖动、发电等，把用于此种用途的锅炉称之为动力锅炉。
锅炉除了可将固体燃料、液体燃料、气体燃料中的化学能转变为热能外，也可以直接用电能、核能或废热能使水变成热水或蒸汽以供用户使用，我们分别称之为电热锅炉、核电站锅炉及废热锅炉。
目前，我国制造和使用的锅炉是量大面广的供热锅炉，根据目前国家有关标准、规范、规定的限定，供热锅炉一般指额定蒸发量D≤65t——采暖房间室内计算温度，tn=18℃；
tw——采暖期采暖室外计算温度，tw=-26℃；
tpj————采暖期室外平均温度，tpj=-10.4℃；
Q1————供热最大热负荷，采暖季Q1=20MW。
锅炉房平均热负荷由式（2-2）计算得：
=12.73MW
2.1.3锅炉房全年热负荷计算
全年热负荷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。
根据文献，得到全年热负荷的计算公式[3]：
（GJa）（2-3）
式中：
Q1——供暖设计热负荷，Q1=20MW=20×103kW；
N——供暖期天数，N=179d；
tw——采暖室外计算温度，tw=-26℃；
tn——采暖房间室内计算温度，tn=18℃；
tpj——采暖期室外平均温度，tpj=-10.4℃。
全年热负荷由公式（2-3）计算得：
GJa
GJa
2.2锅炉房燃气资料
根据选择燃料的原则：
必须因地制宜，就地取材，充分利用各地的燃料资源，特别是应该就近利用城市供气资源。
本设计采用大庆市城市供气天然气，其燃气资料分析如下：
表2-1大庆市燃气资料表
成分体积分数（100%）
标准状态下密度ρ0（kgm3）
标准状态下低位热值Qnte，ar（kJm3）
标准状态下
理论空气量Vk0（m3m3）
理论烟气量Vy0（湿干）（m3m3）
干烟气最大CO2体积分数（%）
CH4
CmHn
C3H8
C4H10
N2
98.0
0.4
0.3
0.3
1.0
0.7435
36533
9.46
10.68.65
11.80
2.3锅炉型号和台数选择
锅炉型号和台数应根据锅炉房热负荷，介质，参数和燃料种类等因素选择并应考虑技术经济方面的合理性，使锅炉房在冬、夏季均能达到经济可靠运行。
2.3.1锅炉型号选择要求
锅炉型号选择应按以下几点原则进行[5]：
（1）满足供热负荷与热介质参数的要求。
（2）能有效地燃烧所选择的燃料，且对燃料有较大的适应性。
（3）锅炉有较高的热效率，锅炉的出力（台数配合）能经济的适应用户热负荷的变化，一般燃煤锅炉的经济负荷为其额定出力的70%~80%，低负荷不应低于20%~30%，要尽量避免长期低负荷运行，但也不应使选用的锅炉型号过大。
（4）优先选用国家经委和国家机械工业部公布推广的节能锅炉产品和经中国工业锅炉行业评审委员会评审出的优良节能锅炉产品。
（5）锅炉房宜选用相同型号的锅炉，以便于布置，运行和检修。
如需要选用不同型号的锅炉时，一般不超过两种。
2.3.2锅炉台数选择要求
锅炉的台数应考虑对负荷变化和意外事故的适应性，经济性等要求。
一般来说，单机容量较大的锅炉其效率较高，锅炉房占地面积小，运行人员少，经济性好，但台数不宜太少，否则适应负荷变化的能力和备用性就差。
文献[7]中规定：
当锅炉房内最大一台锅炉检修时，其余锅炉应能满足工艺连续生产所需的热负荷和采暖通风及生活用热所允许的最低热负荷。
锅炉房的锅炉台数一般不少于2台；当选用1台锅炉能满足热负荷和检修需要时，也可只装置1台。
对于新建锅炉房锅炉台数不宜超过5台；扩建和改建时，最多不宜超过7台。
国外有关文献认为，新建锅炉房内装设锅炉的最佳台数为3台[10]。
2.3.3备用锅炉选择要求
文献中提到《蒸汽锅炉安全技术监察规程》规定“运行的锅炉每两年应进行一次停炉内外部检验，新锅炉运行的头两年及实际运行时间超过10年的锅炉，每年应进行一次内外部检验”。
在上述计划检修或临时事故停炉时，允许减少供汽的锅炉房可不设备用锅炉；减少供热可能导致人身事故和重大经济损失时，应设备用锅炉[11]。
2.3.4实际选择
本设计中采用的燃料为天然气，锅炉房设计热负荷为21MW。
采用燃气热水锅炉，压力1.25Mpa。
锅炉使用目前对环境污染小的燃气锅炉。
其中选择方案如下：
确定方案：
选择2台10.5MW的选炉方案。
最终综合备用性、扩建余地、建筑造价、人员编制、及使锅炉台数不致过多等方面，选用方案。
再根据计算得到锅炉2台[4]。
即2台运行时正好满足最大热负荷21MW，当热负荷较小时可运行1台，因为锅炉房的热用户单一，只是冬季供暖使用，所以锅炉房不设备用锅炉，检修安排在非采暖季节。
名称
参数
锅炉型号
额定压力
1.25Mpa
额定供水温度
130℃
额定回水温度
70℃
锅炉设计效率
91.4%
锅炉净重
41.3t
锅炉水容积
17.3t
锅炉炉膛燃烧压力
884.1Pa
锅炉出口排烟压力
78.5Pa
锅炉燃料消耗量（天然气）
1172.2m3h
燃气阀门组口径
DN100mm
阀门组入口燃气压力
＜30000Pa
配套燃烧器型号及厂家
G702-A（RSM702-A）德国威索
锅炉燃烧控制方式
全自动负荷比例调节控制
燃烧器热功率
15750kW
燃烧器配套风机电功率
37kW
锅炉外形尺寸（长×宽×高）
8632×4485×5570mm
出水法兰通径
DN150mm
回水法兰通径
DN150mm
锅炉烟囱口径
Ф908mm
锅炉制造厂家
广州锅炉工业公司
锅炉前后最小检修尺寸
第3章水处理方案设计及设备选择
在锅炉房用的各种水源，如天然水（湖水、江水和地下水）以及由自来水厂供应的生活用水（自来水），由于其中含有杂质，都必须经过处理后才能作为锅炉给水，否则会严重影响锅炉的安全经济运行。
因此，锅炉房必须设计合适水处理方案以保证锅炉给水质量，这是锅炉房工艺设计中的一项重要工作。
3.1水处理内容的确定
锅炉房用水来自城市供水管网，水质已经过一定的处理。
锅炉房水处理的任务通常是软化和除氧，某些情况下也需要除碱或部分除盐。
（1）软化处理
根据所选锅炉产品，水质标准要求其给水硬度Hz≤0.03mmolL。
而水源水质资料给出原水硬度Hz=6.5molL≥0.03mmolL，所以补给水必须经过软化处理。
（2）除氧处理
根据所选择的锅炉产品，水质标准要求其给水含氧量≤0.1mgL。
而水源水质资料给出给水溶解氧4.0～5.6mgL≥0.1mgL，所以补给水必须经过除氧处理。
3.2软化系统的确定及其设备的选择计算
3.2.1确定水处理设备的生产能力
锅炉补给水应进行软化处理，凝结回水一般不需软化处理。
根据文献，水处理设备的生产能力可由下式计算[10]：
（3-1）
式中：
Gpw——锅炉排污量，th；
Grw——热水管网补给水量，th；
Ggy——水处理设备自耗软水量，th；
Gzh——工艺生产需要软水量，th；
1.2——裕量系数。
热水管网补给水量应由供热设计提供，《暖通规范》规定:
热网补给水量应为循环水量的1%。
但应说明，当前热水管网实际漏水量普遍偏大，因而在厂区供热设计中往往采用4%。
本设计为热水锅炉房的工艺系统设计，水处理设备计算公式：
（3-2）
为此，先确定循环水量：
（3-3）
式中：
Q——供热最大热负荷，Q=21MW；
——供回水温差，其中供水温度130℃，回水温度70℃；
c——水的比热容，c=4.132kJ（kg·℃）。
循环水量由式（3-3）计算得：
因此，热水管网补给水量取：
水处理设备的生产能力由式（3-2）计算得：
3.2.2软化设备及系统的确定
（1）设备的选择
钠离子交换软水设备种类很多，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，连续不断运行。
固定床离子交换设备无须上述要求，是工业锅炉房的常用软水设备。
因此，使用最多的方法是固定床离子交换法。
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。
固定床逆流再生与顺流再生相比较具有对原水硬度适应范围大且出水质量好，再生盐耗低（20%），自用水率即水耗低（30%～40%），故被广泛采用。
因此，本设计应采用固定床逆流再生离子交换设备。
（2）系统的确定
钠离子交换软化水系统一般分为单级和双级两种，装有树脂的固定床逆流再生钠离子交换器，进水总硬度一般小于6.5mmolL，最高进水总硬度小于10mmolL，单级出水即可达到锅炉水质标准的要求（H0≤0.03mmolL），而根据热媒水质资料给出的总硬度H0=6.5mmolL，满足要求。
因此，选用单级逆流再生钠离子交换系统。
（3）交换剂的选择
钠离子交换的常用离子交换剂是强酸性阳离子交换树脂和磺化媒。
树脂的交换容量大，变换速度快，但价格较高；磺化媒的交换容量小，交换速度慢，但价格较低。
经综合比较，一般采用树脂较多。
本设计确定钠离子交换器采用001×7型树脂。
3.2.3软化设备的选择计算
（1）钠离子交换器的选择计算查文献得下表[1]：
表3-1逆流再生钠离子交换器的选择计算表
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
数据
1
需要软化水量
th
已知
13.94
2
原水总硬度
mmolL
已知
6.5
3
软化水（出水）硬度
mmolL
已知水质标准（H1≤0.03mmolL）
0.03
4
离子交换剂
－
－
选定（001×7强酸阳离子）
树脂
5
软化速度
mh
查表5-25
20
6
交换器计算截面积
m2
0.697
7
交换器同时工作台数
台
选定
1
8
交换器选用台数
台
2n或n+1
2
9
交换器直径
m
选定
1.2
10
交换器实际截面积
m2
1.13
11
实际软化速度
mh
12.34
12
树脂工作交换容量
e
molm3
查表5-25
900
13
交换层高度
m
查表5-26
2
14
压层高度
m
查表5-26
0.2
15
交换层树脂体积
m3
2.26
16
交换器树脂总装载量
kg台
查表5-26
1989
17
单台交换容量
molL
查表5-26
2034
续表3-1
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
数据
18
软化水产量
m3台
314.4
19
再生置换软化水自耗量
m3（台次）
查表5-26
1.6
20
软化供水量
m3台
312.8
21
交换器运行延续时间
h
22.4
22
再生一次耗盐量
kg台
查表5-26
203.4
23
配制再生液耗水量
t（台次）
2.70
24
再生用清水单耗量
m3（台次）
查表5-26
21.26
25
每台交换器周期总耗水量
m3台
317.1
26
交换器进水小时平均流量
m3h
14.15
27
交换器正洗流速
mh
查表5-25
20
28
交换器进水小时最大流量
m3h
46.57
备注：
1、本次列表中查表5-25，5-26等指参考文献中的表格[4]。
2、再生用的清水总耗量包括小反洗，配制再生液的耗水量和小正洗，正洗耗水量。
若再生液用软化水制备时，应将Qb相除而再生置换软水自耗量（qc）应计入Qb，各项耗量可查表5-26。
3、固定床逆流再生一般不设置反洗水箱。
但进水小时最大流量应满足正反洗流量的需要，进水压力一般要求≤0.2MPa。
（2）离子交换器选择型号
方案一：
称直径为1200mm，工作温度为5~60℃，工作压力≤0.6MPa[4]。
方案二：
为了运行控制方便可以选择JK系列水力自动软水器进行软化水处理，知道水数如下表所示：
型号
流量th
树脂总装载量kg
树脂罐Φ×H×个mm
盐箱尺寸Φ×Hmm
盐箱个数
系统外接管径mm
原水硬度mmolL
工作压力范围MPa
14-16
1000
400×1600×8
530×940
4
65
≤8
0.22-0.5
JK型全自动软化水处理器工作特点：
1、不用电源：
杜绝了电气故障系统故障、停电故障、简化了安装，尤其适用于燃油燃气锅炉的软化水处理；
2、管理简单：
不要求使用者具备专业知识，全部管理工作只是定期加盐；
3、连续出水：
双罐系统一备一用，可以一天连续24小时出水；
4、流量控制：
确保了运行的经济可靠；
5、逆流再生：
再生方式采用逆流工艺，且再生和清洗用软化水，实现了低耗盐、高质量出水；
6、维护简单：
故障率极低。
JK型软水处理器工作状态：
JK型软化水处理器的相关说明：
1、进水温度5-50℃；
2、出水硬度≤0.03mmolL；
3、处理流量超过20t³。
钠离子交换法的再生剂为食盐，再生液的制备一般用溶盐池，池的体积通常为再生用量。
如离子交换器台数较多，需要两台同时再生时，可按两次再生用量计算。
再生一台氯化钠消耗量计算公式如下：
kg（3-4）
式中：
E0——交换剂工作交换容量，molm³；
F——交换器截面积，m3；
；
φy——盐的纯度，与盐的等级有关，计算中可取0.96～0.98；
b——再生剂单耗，gmol，001型树脂为120～150（顺流），80～100（逆流）。
再生1台氯化钠消耗量由式（3-4）计算得：
kg
离子交换器再生过程的自耗水和清水量，根据各操作过程控制流速和所需时间计算，逆流再生交换器的反洗周期需依据交换剂的工作交换容量和水的阻力变化情况来确定。
稀溶盐池的体积V1计算公式如下：
m³（3-5）
式中：
B——一次再生用盐量，B=203.4kg台；
Cy——盐溶液浓度，%，最佳浓度应根据设备特点在运行中优选，一般采用4%～8%；
——盐溶液密度，tm³，见表3-3。
表3-3氯化钠溶液的密度
浓度（%）
4
6
8
10
26
密度（tm³）
1.0268
1.0413
1.0559
1.0707
1.1972
稀溶盐池的体积由式（3-5）计算得：
m3
再生盐量较小时，再生用盐可以干贮存，用盐量较大时可用湿贮存，可以改善操作条件，贮盐池（浓盐溶液池）体积计算V2可按下式计算：
m³（3-6）
式中：
K——贮存食盐的天数，K=10d；
T——钠离子交换器延续运行时间，T=22.4h；
——食盐的纯度，=0.97；
——食盐的视密度，=800kgm3。
贮盐池（浓盐溶液池）体积由式（3-6）计算得：
m3
根据计算得出的盐池体积确定盐池外形尺寸，尺寸的确定应考虑布置和操作的便利。
稀盐池设计尺寸（长×宽×高）：
1.5m×1.5m×2m
浓盐池设计尺寸（长×宽×高）：
1.0m×1.5m×2m
采用盐池制备盐溶液时，要设置过滤装置，除去盐液所含杂质以保证交换剂不受污染。
当过滤层设在盐池内时，应由水冲洗设施；如果这样做有困难，可选用盐过滤器。
3.3除氧方法的确定及其设备的选择计算
3.3.1锅炉氧腐蚀机理
在水及空气中含有多种气体，特别是水中由于氧的存在而使金属表面发生腐蚀，并且随着氧含量增加，腐蚀的速度也加快。
氧腐蚀的特性是溃疡状，严重时将金属腐蚀透。
若水中含其它气体特别是CO2时，腐蚀将随着水温的升高而加快；相反，随着氧含量的减少而消除，这种腐蚀也将减轻和消除。
在锅炉中这类腐蚀是最容易产生在给水管道及省煤器中，其次是发生在气包和下降管中，其直接危害可能造成管壁局部腐蚀而变薄，引发爆管停炉事故，从而影响锅炉的安装运行和使用寿命，造成一定的经济损失和社会影响。
因此，有必要研究如何有效地减少或消除氧腐蚀在锅炉中发生。
只有消除氧腐蚀的发生，才是保障锅炉及热力设备安全经济运行的必要措施之一。
3.3.2几种常用的除氧方法
（1）热力除氧
热力除氧
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