锅炉课程设计--人工智能技术在电站锅炉燃烧优化中的应用研究.doc

目 录目 录2摘 要4第一章 设计内容简介51.1目的51.2设计概述52.3设计原始资料6第二章 锅炉型号和台数的选择72.1热负荷计算72.1.1锅炉房的最大计算热负荷72.1.2 平均热负荷Qpj82.1.3全年热负荷92.1.4 负荷汇总102.2锅炉型号及台数的确定102.2.1锅炉型号选择102.2.2燃料种类的确定及校核102.2.3锅炉型号及台数的确定11第三章 水处理设备的选择及计算123.1水质资料的校核。123.2排污率及相对碱度的计算。123.2.1锅炉排污率的计算。123.2.2锅水相对碱度计算143.2.3各种水量及排污率计算汇总143.3水处理任务的确定153.3.1软化系统的确定及设备选择计算。153.3.2再生系统的确定及设备选择计算。173.3.3除氧方式的确定及设备选择计算。17第四章 汽水系统的确定及设备选择计算194.1给水系统的确定及设备选择计算194.1.1系统确定：194.1.2设备的选择计算。194.2凝结水系统的确定及设备选择计算。204.2.1系统确定。204.2.2设备选择计算。204.3蒸汽系统的确定及设备选择计算。214.3.1系统的确定。214.3.2设备选择。214.4排污系统的确定及设备选择计算214.4.1系统确定。214.4.2设备的选择计算。224.5汽水系统主要管径的计算。22第五章 引，送风系统的确定及设备选择计算。245.1系统的确定245.2燃烧计算245.2.1理论空气量的计算245.2.2理论烟气量的计算255.3锅炉运行效率的确定275.4耗煤量计算275.4.1蒸汽锅炉小时吸热量275.4.2耗煤量的计算285.5冷风量的计算285.6烟气量的计算295.6.1锅炉尾部排烟量的计算295.6.2省煤器出口至除尘器入口间排烟量的计算305.6.3引风机处烟气温度的计算315.7风道、烟道断面尺寸的确定315.8烟囱高度及断面的确定325.8.1烟囱高度确定的原则325.8.2烟囱高度和断面尺寸计算335.9消声器及除尘器的选择计算345.9.1消声器的选择345.9.2除尘器的计算与选择345.10吸气风箱的设计35第六章 运煤、除灰渣系统的确定及设备选择计算366.1.烟量及灰渣量的计算366.1.1锅炉房最大小时耗煤量366.1.2锅炉房最大负荷季节时平均小时耗煤量366.1.3最大负荷时昼夜耗煤量376.1.4年耗煤量B0376.1.5锅炉房最大负荷时小时灰渣量G386.1.6锅炉房最大负荷季节时平均小时灰渣量Gpjmax386.1.7最大负荷时的昼夜灰渣量Gzymax386.1.8年灰渣量G0386.2运煤除灰方式的确定396.3运煤系统的输送量及输煤设备的选择计算396.3.1输煤量396.3.2设备选择396.4出渣设备选择396.5煤场和渣场面积的确定406.5.1煤场面积406.5.2渣场面积估算40第七章 汇 总417.1锅炉房设备明细表（表12-7）417.2设计主要附图42文献摘要人工智能技术在电站锅炉燃烧优化中的应用研究电站锅炉的运行面临降低运行成本与降低污染物排放的双重要求,高效低污染的优化决策问题日益引起关注.由于锅炉设备结构庞大,运行条件复杂,燃料性质多变等因素,建立电站锅炉排放特性的函数模型难度极大,为满足锅炉高效低污染燃烧优化研究的需要,该文借助优化燃烧特性试验数据,建立了电站锅炉热效率与NOx排放的响应特性的神经网络与解析函数的混合模型.文中使用了非函数形式的响应模型,燃烧优化采用了十进制遗传算法.优化数值解表明,该方法可针对锅炉热效率和NOx排放的不同优化目标,给出可行的调整各风门开度等操作量的优化控制方案. 期刊：中国电机工程学报年卷期：2004,24(4)锅炉结构和型式对氮氧化物排放浓度影响的试验利用不同炉型和燃烧器型式锅炉NOx排放浓度测量数据,分析了锅炉结构和燃烧器型式对NOx排放浓度的影响.W火焰锅炉NOx排放浓度最高,其次是四角切圆直流燃烧器锅炉;采用低NOx燃烧技术的旋流燃烧器锅炉其NOx排放浓度低于四角切圆燃烧锅炉;循环流化床锅炉由于燃烧温度低,其NOx排放浓度最低;烧烟煤的四角切圆燃烧锅炉的NOx排放浓度低于贫煤锅炉.对现有锅炉燃烧器进行改造,可以同时实现锅炉稳燃,提高燃烧效率,降低NOx排放的目的.作者：王学栋 陈林期刊：煤炭学报年卷期：2007,32（9）第一章 设计内容简介1.1目的课程设计是锅炉及锅炉房设备的重要实践教学环节，课程设计对课程的教学效果影响甚大，它不仅可以锻炼学生的实践能力，同时也可以加深学生对课堂讲授内容的理解和记忆。通过课程设计了解锅炉房工艺设计内容、程序和基本原则；学习设计计算方法和步骤；提高运算和制图能力。1.2设计概述本设计为一机械类工厂锅炉房工艺设计。该锅炉房以全年生产热负荷为主，皆有采暖、通风及生活热负荷，采暖季最大热负荷将近12t/h，非采暖季最大热负荷6.87t/h，采暖系统为低温热水（95/70）采暖方式，采取汽-水热交换器及水-水热交换器交换方式，热交换系统设备的选择计算及布置另外进行，本设计只留出热交换间的位置。 本设计采用SZL6-1.25-P型锅炉两台，采暖季最大负荷时用两台，非采暖季最大负荷时用两台及采暖季平均负荷时用两台。该锅炉设计给水温度60，排烟温度180，本体风道压降962Pa，烟道压降159Pa；上锅筒中心标高3375mm，两侧墙相距3688mm，前后分别有炉排传动装置及省煤器，共计锅炉深度约6.8m锅炉水处理系统采用逆流再生钠离子交换软化系统，交换剂为强酸型树脂；给水除氧剂采用加药化学除氧方式，药剂为Na2SO37H2O。锅炉房给水系统为单母管集中式二段给水系统，即凝结回水与软化水在混合水箱中混合后，由混合水泵（或称凝结水泵）送入给水箱，再由给水泵送入锅炉省煤器。锅炉引，送风系统，采用分散式平衡通风系统，即每台锅炉都设置一套引，送风系统和烟，风道，然后汇聚总烟道经共用烟囱排出，除尘器采用XZD型旋风除尘器，吸风入口采用F3B型阻抗复合型消声器。运煤系统采用人工手推加垂直单斗提升机运煤方式，出渣采用螺旋出渣机加人工手推车方式。锅炉房建筑主要由锅炉间和辅助间组成，锅炉间柱距为6m*6m*6m*6m，共24m，跨度为12m，梁下弦标高6.6m，主要用来布置两台锅炉设备及分气缸和连续排污扩容器，风机间设于锅炉间后墙外，面积为24m*4.5m，用来布置引，送风机及除尘器；辅助间位于锅炉间东侧，共两层，底层主要布置水处理设备和给水设备，二层主要为生活办公间和换热间，辅助间柱距为4.5m，共22.5m，跨度为7.5m，煤灰场布置在锅炉间的西北侧，煤场面积500m2，渣场面积90m2；烟囱置于风机间北侧，距离风机间后墙4.57m。2.3设计原始资料（1）热负荷资料表（见下表1-1）表1-1项目生产采暖通风热水供应耗汽或用热量最大：7.02t/h平均：3.2t/h最大：11.0GJ/h最大：0.9t/h平均：0.4t/h用汽参数/MPa0.550.40.3同期使用系数0.81.00.4总凝水回收率%50950（2）燃煤资料（3）水源资料以自来水质为水源，水温为10.溶解固形物：420mg/L；总硬度：9.05degree G；总碱度：9.50degree G；PH值：7.3.（4）气象资料1）冬季采暖室外计算温度：-5；2）采暖期平均室外计算温度：0.5；3）采暖期总天数：99天； 4）主导风向：东夏NE；5）大气压：冬季97.87kPa，夏季95.86kPa.（5）其他资料1）该厂三班生产，全年工作306天； 2）锅炉房近期不考虑扩建；3）地下水位：-6.5m； 4）生产回水为自流方式.第二章 锅炉型号和台数的选择2.1热负荷计算热负荷的计算的目的是求出锅炉房的计算热负荷、平均热负荷和全年热负荷，作为锅炉设备选择的依据。2.1.1锅炉房的最大计算热负荷锅炉房最大计算热负荷Qmax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由下式求得： Qmax=K0(K1Q1+K2Q2+K3Q3+K4Q4)+Q5 t/h式中Q1、Q2、Q3、Q4 分别为采暖、通风、生产、生活的最大热负荷，t/h；由设计资料提供；Q5 锅炉房除氧用热，t/h，根据除氧方法及除氧器进出水焓计算决定；K1、K2、K3、K4 分别为采暖、通风、生产、生活负荷同时使用系数，按【表1-1】查； K0 锅炉房自耗热量和管网热损失系数，K0=1.15按【表1.1-1】查得；室内管网热损失及漏损失系数K0 表1.1-1管道种类 敷设方式架空地沟蒸汽管道1.1-1.151.08-1.12热水管道1.07-1.101.05-1.08锅炉房自耗热量包括锅炉房采暖、浴室、锅炉吹灰、设备散热、介质漏失和热力除氧器的排气损失等，这部分热量约占输出负荷的2%-3%。汽动给水泵热耗大，但正常运行时使用电动给水泵，所以汽动耗汽量一般可不考虑。热网热损失包括散热和介质漏失，与输送介质的种类、热网敷设方式、保温完善程度和管理水平有关，一般为输送负荷的 10%-15%。如有余热可以利用，则应在上式中扣除。设计资料给出（由生产工艺设计提供）的生产用汽是各生产设备的铭牌耗热量之和；生活用热对于厂区是指浴室、开水房、食堂、等方面耗热量，对于有热水设施的住宅，则主要是热水供应热。由于用热设备不一定同时启用，而且使用中各设备的最大负荷 也不一定同时出现，因此需要计入同时使用系数，这可使选用的锅炉既能满足实际负荷的要求，又不致容量过大。采暖通风热负荷由相关的设计提供。如果无法取得，也可按建筑体积或面积的热指标进行计算确定。采暖通风热负荷中，通常包含有热水供应热；对于蒸汽锅炉房，应将此项耗热量换算成耗汽量。1）采暖通风热介质采用低温热水，采取汽-水交换器及水-水交换器换热方式。湿蒸汽的焓： Iq=I-r/100 (KJ/kg)式中：I干饱和蒸汽的焓，查得I=2787.1KJ/kg; r蒸汽的汽化潜热，查得r=1961.6KJ/kg； 蒸汽湿度，取=2%； Iq=I-r/100 =2787.1- -1961.6*2100=2747.9 KJ/kg采暖通风的最大热负荷： Q1 +Q2 =Q1+Q20.000278(iq-igs) =11*1000（2747.9-251.1）=4.406(t/h) 注：此处是按照蒸汽温度194 degree C 来取值的。生产和生活所需的最大计算热负荷：Q3,4max= K0(K3Q3+K4Q4)=1.15*（0.8*7.02+0.4*0.9）=6.872t/h2) 计入上述各项得：l 采暖季最大热负荷：Qmax= K0(K1Q1+K2Q2+K3Q3+K4Q4)+Q5 = 1.15*(1.0*4.406+0.8*7.02+0.4*0.9)+0=11.939（ t/h）l 非采暖季最大热负荷： Qmax= Q3,4max+Q5 =6.872 t/h2.1.2 平均热负荷Qpj 【参考锅炉房实用设计手册中公式】 QPJ=K0(Q1PJ+Q2PJ+Q3PJ+Q4PJ) t/h对于蒸汽锅炉：1）生产平均热负荷Q3PJ=3.2t/h; 生活平均热负荷Q4pj=0.4t/h；QPJ=K0(Q3PJ+Q4PJ)= 1.15*（3.2+0.4）=4.14 t/h2）采暖通风平均热负荷Qpji根据采暖期室外平均温度计算： Qpji=(tn-tpj)（QI+Q2）/(tn-tw) t/h式中 Qi 一一采暖或通风最大热负荷 ,t/h; tn 一一采暖房间室内计算温度 , ，取18;t w一一采暖期采暖或通风室外计算温度 , ;tpj一一采暖期室外平均温度 , . 依据设计意志气象资料的：Q1 +Q2 =4.406 t/h，tn=18，t w=-5，tpj=0.5计算得： Qpj1,2 = (tn-tpj)QI/(tn-tw) = 18-0.518-（-5）*4.406 = 3.352 （t/h）Qpj=K0 Qpj1,2=1.15*3.352=3.855（t/h）l 采暖季平均热负荷：QPJ=K0(Q1PJ+Q2PJ+Q3PJ+Q4PJ)= 4.14+3.855=7.995（t/h）l 非采暖季平均热负荷： QPJ=K0(Q1PJ+Q2PJ+Q3PJ+Q4PJ)=4.14 （t/h）生产和生活平均热负荷在设计题目中给出,通常是年平均负荷。如果是日平均负荷, 它将随季节变化,因为生产原料、空气和水的温度以及，设备的散热损失时有变化。 对有季节性负荷(采暖、通风和制冷负荷)的锅炉房，其最大计算热负荷和平均热负荷均应按采暖季和非采暖季分别计算得出。 平均热负荷表明热负荷的均衡性，设备选择时应考虑这一因素，如变负荷对设备运行经济性和安全性的影响。2.1.3全年热负荷 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根据。 全年热负荷 D0可根据平均热负荷和全年使用小时数按下式计算 : D 0= K0( D1+ D2+D3+ D4)( 1 +Q5/Qmax) t/年式中： D1、 D2、 D3、 D4一一 分别为采暖、通风、生产和生活的全年热负荷 ,t/年；Q5,/Qmax除氧用热系数，符号意义同上； 采暖、通风、生产和生活的全年热负荷 D1 、 D2、 D3、 D4分别可用以下公式计算求得 : D1= 8 n1 SQpj1+(3- S ) Qf1 t/年 ； D2= 8 n2 SQpj2 t/年； D3= 8 n3 SQpj3 t/年； D4= 8 n4 SQpj4 t/年； 式中 n 1 、 n2 、 n3 分别为采暖、通风天数和全年工作天数； S 一一每昼夜工作班数 ; Qpj 1 、Qpj2、Qpj 3、Q pj4 一一分别为采暖、通风、生产及生活的平均热负荷 ,t/h； Qf1 一一非工作班时保温用热负荷 ,t/h;可按室内温度 tn=5 代人式 计算得出。对于本设计蒸汽锅炉：1）生产和生活的全年热负荷：D3 = 8 n3 SQpj3= 8*306*3*3.2 = 23500.8 （t/年）；D4 = 8 n4 SQpj4 = 8*306*3*0.4 = 2937.6 （t/年）；2）采暖通风全年热负荷：D1，2 = 8 n1 SQpj1,2+(3- S ) Qf1,2= 8*99*3*3.352+0 = 7964.352 （t/年）l 全年热负荷D 0= K0( D1+ D2+D3+ D4)( 1 +Q5/Qmax)=1.15*（7964.352+23500.8+2937.6）=39563.165(t/年） 2.1.4 负荷汇总 最后，将计算结果汇总于热负荷表之中，热负荷表应按采暖季和非采暖季，分别列出生产、采暖、通风、生活和整个锅炉房的计算热负荷、平均热负荷。 【注】：汇总表格如下热负荷计算汇总表采暖季（t/h）非采暖季（t/h）全年（t/h）备注最大计算平均最大计算平均暖通Q1+Q24.4063.352007964.352K1=K2=1.0生产Q37.023.27.023.223500.8K3=0.8生活Q40.90.40.90.42937.6K4=0.4小计14KiQi10.3826.9505.9763.634402.752平均及年热负荷时：Ki=1.0总计K014KiQi11.9397.9956.8724.1439563.165平均及年热负荷时：Ki=1.0;K0=1.152.2锅炉型号及台数的确定锅炉型号和台数根据锅炉房热负荷、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。2.2.1锅炉型号选择 根据计算热负荷的大小和燃料特性决定锅炉型号，并考虑负荷变化和锅炉房发展的需要。选用锅炉的总容量必须满足计算负荷的要求，即选用锅炉的额定容量之和不应小于锅 炉房计算热负荷，以保证用汽的需要。但也不应使选用锅炉的总容量超过计算负荷太多而造成浪费。锅炉的容量还应适应锅炉房负荷变化的需要，特别是某些季节性锅炉房，要力免锅炉长期在低负荷下运行。对于近期热负荷将有较大增长的锅炉房，可选择较大容量的锅炉，使发展后的锅炉台 数不致过多。 锅炉的介质和参数，应满足用户要求。同时，还应考虑到输送过程中温度和压力的损失。锅炉房中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。2.2.2燃料种类的确定及校核燃煤资料：Mar=14.80%，Ad=26.4%，Cdaf=77.22%，Hdaf =5.25%,Odaf =14.6%，Ndaf =1.28%，Sdaf=1.58%，Vdaf=14.6%，Qnet,v,ar =18886KJ/kg;已知：Vdaf =14.6% 10%-20%，Qnet,v,ar=18886 KJ/Kg 17700 KJ/Kg所以该煤属于贫煤。Aa r= 100-Mar100*Ad =（100-14.80）/100*26.4%=22.49%将无灰干燥基转化为收到基的系数：K daf=100-Mar-Aar100 =100-14.80-22.49100 =0.627 煤的收到基组成成分为： Car= K daf Cdaf =0.627*77.22% =48.42% Har= K daf Hdaf =0.627*5.25% =3.29% Oar= K daf Odaf =0.627*14.6% =9.15% Nar= K daf Ndaf =0.627*1.28% =0.80% Sar = K daf Sdaf =0.627*1.58% =0.99%用门捷列夫公式计算Qnet,ar，并进行校核： Qnet,ar = 339Car+1030Har-109(Oar Sar) -25Mar = 339*48.42+1030*3.29 - 109*（9.15 - 0.99）-25*14.80 = 18543.64 KJ/Kg校核：由资料得Ad=26.4% 25%,实测值与经验公式计算所得误差：18886-18543.64=342.36KJ/Kg 800 KJ/Kg；由此可知煤质资料正确。燃烧设备选用锅炉的燃烧设备应能适应所使用的燃料、便于燃烧调节和满足环境保护的要求。当使用燃料和锅炉的设计燃料不符时，可能出现燃烧困难，特别是燃料的挥发分和发热量低于设计燃料时，锅炉效率和蒸发量都将不能保证。2.2.3锅炉型号及台数的确定锅炉台数选用锅炉的台数应考虑对负荷变化和意外事故的适应性，建设和运行的经济性。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；但台数不宜过少，不然适应负荷变比的能力和备用性就差。锅炉房设计规范规定：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宜少于两台；当选用一台锅炉能满足热负荷和检修需要时，也可只装置一台。对于新建锅炉房，锅炉台数不宜超过五台；扩建和改建时，最多不宜超过七台。国外有关文献认为，新建锅炉房内装设锅炉的最佳台数为三台。根据Qmax=11.939t/h，最高压力0.55MPa以及燃料为贫煤可以初步提出目前使用较多，性能较稳定的链条炉排炉的几种。由于本设计采用SZL型锅炉，锅炉出力11.939t/h方案一：采用三台4t/h的蒸汽锅炉； 蒸汽锅炉型号：SZL4-1.25-P；方案二：采用两台6t/h的蒸汽锅炉； 蒸汽锅炉型号：SZL6-1.25-P；方案三：采用六台2t/h的蒸汽锅炉； 蒸汽锅炉型号：SZL2-1.25-P方案四：采用一台10t/h和一台2t/h的蒸汽锅炉； 蒸汽锅炉的型号：SZL10-1.25-P，SZL2-1.0-P；【注】本组选用方案二第三章 水处理设备的选择及计算 3.1水质资料的校核。由于原始资料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 3.2排污率及相对碱度的计算。 由于锅炉水处理任务的确定（如补给水是否采取除碱措施）需要根据锅炉排污率和炉水相对碱度的大小进行，因此在确定水处理任务前应先算出这二个量。3.2.1锅炉排污率的计算。锅炉排污率的计算是用试算法。按碱度：假定采暖季排污率P1 =8.5 %，非采暖季排污率P1 =13%。在锅炉补给水量得出之前,无法确定锅炉排污率,为此,可预先估算或在 210% 之 间选取，如与最终确定的排污率相差不3%，不必重算，否则，以计算得出的排污率重行计算。锅炉房总给水量： Ggs = D(1+PPW +PLS) (t/h)式中：D锅炉房总额定蒸发量； Ppw排污率； Pls给水管路的漏损率，0.5%。l 采暖季：取D = 12t/h Ggs = D(1+PPW +PLS) = 12 *（1+8.5%+0.5%）= 13.080 （t/h）l 非采暖季：取D = 8t/h Ggs = D(1+PPW +PLS) = 8 *（1+13%+0.5%）= 9.080 （t/h）凝结水总回水量： Ghs = K1(Q1+Q2)h1 + K3Q3h3式中：h1，h3分别为采暖和生产回水率，h1 =95%，h3 =50%； 其它符号同文中上所介绍，；代入数据计算如下。l 采暖季： Ghs = 1.0*4.406*95%+0.8*7.02*50% =6.994 （t/h）l 非采暖季： Ghs = 1.0*0*95%+0.8*7.02*50% =2.808 （t/h） 补给水量： Gbs = Ggs - *Ghs (t/h)l 采暖季：Gbs = Ggs - *Ghs =13.080 - 6.994 =6.086 （t/h）l 非采暖季：Gbs = Ggs - *Ghs = 9.080 - 2.808 =6.272 （t/h）计算排污率： P = AgsAg-bAgs *100%= b*AbsAg-bAbs *100% 式中： Ags给水碱度 ，Ags = hAbs，mmol/L;Ag锅水允许碱度，6-26mmol/L，取Ag =20mmol/L；Abs补水碱度，Abs =3.392mmol/L；b补水率，b =Gbs/Ggs *100%。l 则采暖季： P = AgsAg-Ags *100%= b*AbsAg-bAbs *100% = 6.086/ 13.080*3.39220-6.08613.080*3.392 *100%=8.567%l 非采暖季： P = AgsAg-Ags *100%= b*AbsAg-bAbs *100% = 6.2729.080*3.39220-6.2729.080*3.392 *100%=13.270% 误差：l 采暖季：P = P-P 1P *100% = 8.567-8.58.567 *100%=0.782%3%l 非采暖季：P = P-P 1P *100% = 13.270-1313.270 *100%=2.035%3%上述计算有效。软化设备生产能力的确定:G rs =1.2* ( Gbs +Gzy + Gwy ) （t/h）式中 1.2 一一裕量系数。G rs 一一需要软化处理的水量 ,t/h； Gbs一一锅炉补给水量 ,t/h; Gwy一一外用软水量，本设计仅有采暖热网补水量为外用水量，热网补水量宜按照事故补水量考虑，即取4-5倍的正常补水量，正常补水量宜为系统水容量的1%，系统水容量取28t/MW则Gwy =4*11*103/3600*28*1%=3.422t/h;Gzy 水处理设备自用软水量 ,t/h；水处理设备自耗软水一般是用于逆流再生工艺的逆流冲洗过程，其流量可按预选的离子交换器直径估算 : Gzy =F t/h 式中 一一逆流冲洗速度 ,m/h, 无顶压低流速逆洗时可取=1.8m/h； F 一一钠离子交换器截面积 ,m2，预选1000的交换器，F=0.785 一一水的密度 ,t/m3, 常温水 lt/m3 。 代入数据计算如下：Gzy =1.8*0.785*1=1.413（t/h）l 则采暖季：Grs =1.2*（6.086+1.413+3.422）=13.105（t/h）l 非采暖季：Grs= =1.2*（6.272+1.413+0）=9.222（t/h）3.2.2锅水相对碱度计算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 AbslSbs 式中 Abs 一一锅炉补给水碱度 ,Abs =3.392mmol/L； Sbs 一一锅炉补给水溶解固形物 , Sbs =420mg/L； 一一碳酸纳 (Na2CO3) 在锅内分解为氢氧化纳 (NaOH) 的分解率（下表）。锅炉工作压力为1.25MPa，插值法求得=51.020%；锅水相对碱度=AbslSbs =51.020%*40*3.392420 =16.482% Na2C03 在不同锅炉工作压力下的分解率 表 2-1锅炉工作压力0.490.981.471.962.45NaOH10406070803.2.3各种水量及排污率计算汇总各种水量及排污率计算汇总表分类项目采暖季非采暖季P1P1假定排污率/%8.513Ggs/(t/h)13.0809.080Ghs/(t/h)6.9942.808Gbs/(t/h）6.0866.272计算排污率P/%8.56713.270相对碱度（%） 16.482相对误差/%0.7822.035Grs=1.2*(Gbs+Gzy+Gwy)13.1059.2223.3水处理任务的确定锅炉房用水一般来自城市或厂区供水管网，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。锅炉补给水应经软化处理，而除氧设备应处理全部锅炉给水。因为凝结水中杂质含量很少，但输送过程中可能接触空气而使之含氧。（锅炉补给水量是指锅炉给水量与合格的凝结水回收量之差。锅炉给水量包括蒸发量、排 污量，并应考虑设备和管道漏损。）根据水质资料，锅炉补给水总硬度Hz = 9.05。G = 9.05 * 0.357 = 3.231mmol/L，即使与凝结水混合后，其硬度也远大于蒸汽锅炉水质标准要求的0.03mmol/L，因此补给水必须软化处理。根据排污率最大值P=13%，本应经技术经济比较厚，确定是否采取除碱措施，根据有关研究资料介绍，对于小容量锅炉房，排污率在10%左右，从经济角度考虑，一般不宜采用除碱措施，而且，相对碱度Axd=16.482%20%,因此，无论从经济角度或是防止锅炉发生苛性脆化的角度，本设计均不考虑补给水的除碱。根据补给水温度为10，查得其含氧量9.0mg/L以上，远大于水质标准要求的0.1mg/L，因此为了防止发生水中溶解氧对锅炉的腐蚀，本设计采用补给水除氧。3.3.1软化系统的确定及设备选择计算。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，效果好等等优点，故本设计水处理软化系统确定选用“低流速逆流再生”钠离子交换系统。磺化煤交换剂交换容量小，化学稳定性差，机械性能差，易碎，故选择0.01 7（732#）强酸性合成树脂作为交换器，盐液为还原剂。钠离子交换器选择计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1总的软化水量Grst/h已经计算13.1052软化流速m/h据原水H=3.231mmol/L选定203所需交换器截面FF=Grs =13.105200.6554实际软化截面积F选用1000的交换器2台，交替使用 0.7855树脂装填高度Hm离子交换器规格2.06实际软化流速m/h=GrsF =13.1050.78516.6947交换剂的工作能力Emol/m据树脂特性10008离子交换器软化能力E0mol/次E0 =FHE=0.785*2*100015709每小时需要软化的摩尔数E0mol/hE0 =Grs（Hj He）=13.105*(3.231-0.03)41.94910时间裕度取用0.95续表序号名称符号单位计算公式或数据来源数值11连续软化时间tht=E0E0 =0.95*157041.94935.55512小反洗，还原，逆洗，小正洗及正洗时间th/次取定2.513工作周期Th/次T=t+t=35.54+2.538.0414还原时食盐单位耗量bg/mol选取，据逆流再生9015食盐纯度%取用9516每次还原理论耗盐量BKgB=bE01000 =90*15701000*95%148.73717小反洗流速1m/h选取1218小反洗时间t1min选取1019小反洗用水量G1tG1 =1Ft160 =12*0.785*10601.57020小反洗小时用水量G1t/hG1=1F=12*0.7859.42021逆洗冲洗流速2m/h选取222逆洗冲洗时间t2min选取3023逆洗用水量G2tG2= 2Ft260 =2*0.785*30600.78524逆洗小时用水量G2t/hG2=2F=2*0.7851.57025小正洗流速3m/h选取1526小正洗时间t3min选取1027小正洗用水量G3tG3= 3Ft360 =15*0.785*10601.96328小正洗小时用水量G3t/hG3=3F=15*0.78511.77529正洗流速4m/h选取1530正洗时间t4min选取1031正洗用水量G4tG4= 4Ft460 =15*0.785*10601.96332正洗小时用水量G4t/hG4=4F=15*0.78511.77533离子交换器还原一次总用水量GtG=G1+G2+G3+G4=1.570+0.785+1.963+1.9636.28134离子交换器小时最大耗水量Gt/hG= G4+Grs =11.775+13.10524.880原水加压泵：自来水用水高峰时，水压有可能降低，为确保克服再生剂料层及管路阻力，特设原水加压泵一台，其型号为IS65-40-315，流量为15m，扬程317KPa，电机功率4Kw。3.3.2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，且已被腐蚀，本设计确定采用盐溶液池再生系统，这种系统既解决了在同一标高处，浓盐溶液从浓盐溶液池的转移流动问题，也解决了稀溶液浓度搅拌均匀的问题。l 浓溶液池：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次再生用量设计。食盐纯度取95%，盐液浓度为26%时，密度=1.201t/m，则浓盐池容积用如下式计算： Vn = 1.2 n B1000 = 1.2*6*148.7371000*0.26*1.201 =3.430m式中：B每次还原理论耗盐量，Kg；取B=148.737Kg；设计尺寸：长*宽*高=2m*1.5m*1.5m。l 稀盐液池：考虑清楚淤泥操作方的便，按n=3次再生用量设计，稀盐液浓度采用8%时，密度=1.07t/m，则稀盐池容积计算如下： Vx = 1.2 n B1000 = 1.2*3*148.7371000*0.08*1.070 =6.255m设计尺寸：长*宽*高=2m*2m*2ml 盐液泵：盐液泵的流量计算，因采用低流速=2m/h再生，所以盐液泵流量Q=1.2F=1.2*0.785*2=1.884m/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型防腐料泵二台，其中一台备用，其流量为6m/h，扬程为200KPa。3.3.3除氧方式的确定及设备选择计算。根据锅炉水质标准要求，其给水是否要除氧，虽未做强执行规定，但是若有局部氧腐蚀现象时应该采取除氧措施，本设计中锅炉容量为6t/h，冬季水温较低或夏季回水较少时，水中含氧量较大，为避免可能发生氧腐蚀，确定采用水加Na2SO3的加药化学除氧措施。1） 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，决定给水溶解氧的多少，因此需计算混合水温th： th =Grs*trs+Ghs*thsGrs+Ghs ()式中：trs，ths分别为软水温度和回水温度，已知trs=10，ths=95l 则采暖季：th=13.105*10+6.994*9513.105+6.994 =39.578l 非采暖季：th=9.222*10+2.808*959.222+2.808 =29.8402） 水中溶解氧含量：在1个大气压下，29.840时，水中溶解氧为7.5mg/L3） 药剂量的计算：除氧用的亚硫酸钠，一般为含7个结晶水的工业亚硫酸钠纯Na2SO3*7H2O的消耗量计算公式：Gy =G(15.8O2+3.2PS0)*10-6 (Kg/h) 式中：G除氧水量，Kg/h； 15.8除每克氧需消耗的Na2SO3*7H2O的量，g/g； O2水中溶解氧的含量，查表可得，mg/L； 3.2SO3-2换算成Na2SO3*7H2O的换算系数； P锅炉排污率，%；（以百分数或小数代入）； S0水质标准中规定的锅水中SO3-2的允许含量，10-30mg/L。Na2SO3耗量计算如下：按采暖季：Gy =G(15.8O2+3.2PS0)*10-6 (Kg/h) =13.105*103*（15.8*7.5+3.2*8.567%*20）*10-6 =1.625Kg/h4） 溶解箱有效容积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 =24G1000Cy (m)式中：GY药剂消耗量，Gy =1.625Kg/h； 药液密度，浓度为10%时，=1.095t/m； Cy药液浓度，一般为2%-10%. Vy =24G1000Cy =24*1.6251000*1.095*0.1=0.356m3设计尺寸：长*宽*高=1.0m*0.8m*0.5m。加药灌的有效容积一般不宜小于8h的药剂消耗量，则 Vgy =8*1.6251000*1.095*0.1 =0.119m设计尺寸：450*800 第四章 汽水系统的确定及设备选择计算4.1给水系统的确定及设备选择计算4.1.1系统确定：本锅炉房规模不大，回水为自流方式，为确保给水泵的安全运行，为使锅炉各给水泵之间能互相切换使用，本锅炉房采用集中式二段单母管给水系统，如图4-1所示，凝水与软水汇入凝结水箱然后由凝结水泵将水送至锅炉给水箱，给水泵将化学除氧后的水，经省煤器送入锅炉。图4-1 给水系统示意图4.1.2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*13.080=14.388t/h 非采暖季：Q=1.1Ggs=1.1*9.080=9.988t/h扬程：H=P+(100200)KPa=1300+200=1500KPa式中：P为锅炉的工作压力，P取1.3MPa。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的需求。本设计确定采用三台电动给水泵，其中一台型号为112GC-5型号，另二台为2GC-5型（其中一台为检修备用水泵），它们的流量分别为6m/h和10m/h，扬程均为1600KPa，电机功率分别为7KW和11KW。两台锅炉运行时，1台112GC泵和1台2GC泵联合运行；另外再选一台蒸汽往复泵作为停电备用泵，其流量按2040分钟给水量计算，取30分钟采暖季水量时，其流量为12 *13.080t/h=6.540t/h，混合水温小于60，可选QB-4型蒸汽往复泵，其流量511.5m/h，扬程1700KPa给水箱：本锅炉房为常年不间断运行的锅炉房，给水箱设置2台，其中1台为备用水箱。按30分钟给水量计算：单台给水箱的有效容积V=3060 *13.080=6.54m选一台R108（一）型带隔板方型开式水箱，其有效容积V=15.9m水箱长*宽*高=3.8*2.6*1.8。4.2凝结水系统的确定及设备选择计算。4.2.1系统确定。本设计将凝结水箱（也称为混合水箱）和凝结水泵（也称