锅炉与供热课程设计--住宅供热系统设计.doc

XX科技大学锅炉与供热课程设计说明书锅炉与供热课程设计说明书 课程名称：供热工程 设计题目：哈尔滨一住宅供热系统设计 院 系： 能源与安全工程学院 学 号： 姓 名： 专业班级：建筑环境与设备工程X班 指导老师：2013年9月前 言将自然界的能源直接或间接地转化为热能，以满足人们需要的科学技术，称为供热工程。本次课程设计为哈尔滨一民用住宅的供暖系统设计，包括供暖热负荷的计算，散热器的布置和选型计算，供暖系统形式的选择和计算，锅炉的选型及其工艺布置。因为是民用住宅，供暖收费是一个非常麻烦的事，所以采用分户计量。供热分户计量是以集中供热或区域供热为前提，以适应用户热舒适需求、增强用户节能意识、保障供热和用热双方利益为目的，通过一定的供热调控技术、计量手段和收费政策，实现按户计量和收费。简单的说，供热计量就是按用热量的多少收取采暖费，就是用多少热、交多少费。 随着人民生活水平的日益提高，用户对用热个性化和提高舒适性的要求越来越迫切。在传统供热系统中，用户处于被动状态，室内温度由供热单位进行调节，这种单一调节不能满足用户的不同需要。实施供热计量就可以满足用户根据自身要求，利用室内温度控制装置在一定温度范围内自主调节所需室温，达到降低耗热量的目的。比如，热用户上班、外出时可将整个房屋的温度调低：睡觉时可将厅、厨、厕等场所的温度调低：通风换气时，关闭各暖气片上的温控阀。通风完毕后关好门窗并重新设定温控阀的温度档等。这样不仅节省了开支，并且也节约了能源。此次课程设计的另一个主要任务是锅炉房的设计。锅炉是一个国家工业生产的心脏，它是一种承受一定温度和压力的特殊的能量转换设备，目前我国锅炉的拥有量已超过四十多万吨，年耗煤量达三亿余吨。 随着我国改革开放的不断深化，全国各地经济建设的迅速的发展，城市高层民用建筑的快速崛起，国家对环境保护工作提出更高要求，油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉应用逐年上升，燃油燃气锅炉房建设进入新的发展时期。本次课程设计，是通过供暖热负荷的计算，散热器的布置和选型计算，供暖系统形式的选择和计算，锅炉的选型及其工艺布置，使我们了解供暖系统，同时提高制图和解决实际供热工程问题的能力，巩固所学理论知识，使我们逐步树立正确的设计观点。目 录绪论1第一章 供暖系统的设计热负荷.3 1.1 主要计算公式.3 1.2 热负荷计算.4第二章 散热器的布置和选型.10 2.1散热器的选择.10 2.2 散热器的布置10 2.3散热器安装.10 2.4 散热器的计算11第三章 热水供暖系统选择和管道布置.13第四章 热水供暖系统水力计算13 4.1确定系统原理图.13 4.2 系统水力计算.13第五章 锅炉选型与工艺布置17 5.1 锅炉型号与台数选择.17 5.2水处理设备选择.19 5.3给水设备和主要管道的选择与计算20 5.4送、引风系统设计21 5.5锅炉房工艺布置22设计总结26参考文献276绪 论一、设计目的锅炉与供热课程设计是建筑环境与设备工程专业学生在锅炉与供热理论课程学习之后，所必须进行的一项教学活动，在建筑环境与设备工程专业教学计划中占有重要的地位和作用。学生通过该项设计，可了解锅炉与供热设计内容、程序和基本原则；学习设计计算方法和步骤；提高制图和解决实际供热工程问题的能力，巩固所学理论知识，逐步树立正确的设计观点。二、工程概述1、本工程为哈尔滨市某一小区建筑楼，将小区分为两个单元，两个单元对称分布，每个单元为一层地下室和地上四层，每层均有三个住户。地下室高2.6米，地上每层均高3米，地下室的空间和柱，与一层完全相同，但所有内墙都没有，地下室与楼层有一内门和隔墙分开，其外墙上无窗。热源由城市热网提供，热媒为热水，供回水温度为：95、70，引入口供回水压差为10000Pa。2、气象资料 室外计算温度：Tw=-26 冬季室外平均风风速：Vw=3.4ms冬季主要风向：南，西南 冬季日照率：593、室内计算温度卧室、起居室：Tn=20 浴厕：Tn=20楼梯间、走廊：Tn=15 厨房：Tn=20地下室不供暖4、围护结构传热系数外墙：K=1.24W/m 外窗：K=2.91W/m外大门：K=2.33W/m 内墙：K=2.01W/m内门：K=2.91W/m吊顶：K=1.39W/m 有塑板和防火卷材的屋面，温差修正系数a=0.75楼板：K=0.66W/m（地下室和一楼之间） 楼梯：K=3.26W/m三、设计任务本设计为整栋建筑楼冬季热水供暖工程。设计主要内容为：（一）设计准备（收集和熟悉有关规范、标准并确定室内外设计参数）（二）采暖设计热负荷的计算（三）散热设备布置和选型计算（四）系统形式的选择与管道布置（五）系统水力计算（六）锅炉选型与工艺布置第一章 供暖系统的设计热负荷供暖热负荷是设计中最基本的数据。它直接影响供暖系统方案的选择、供暖管道管径和散热器等设备的确定、关系到供暖系统的使用和经济效果。 1.1 主要计算公式由于冬季室外温度的波动幅度远小于室内外的温差，因此在围护结构的基本耗热量计算中采用日平均温差的稳态计算法.供暖系统设计热负荷=+=+1.围护结构的基本耗热量 式中 围护结构的基本耗热量形成的热负荷（W）；围护结构的温差修正系数；围护结构面积（）；围护结构的传热系数W/()；冬季采暖室内计算温度（）；冬季采暖室外计算温度（）。2.围护结构的附加耗热量1）朝向修正率 东、西：-5% 北：0 南：-20%2）风力附加率 本设计不必要考虑风力附加；3）围护结构的高度附加 本设计中建筑层高为3m，因此在本设计中高度附加可以忽略，则=0。则通过围护结构的总耗热量=+=（1+）aKF(1+）3.冷风渗透耗热量采用缝隙法 =0.278Vw 式中： 冷风渗透耗热量（W）； V经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h； w供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3； 冷空气的定压比热， =1KJ/（kg）。经门、窗隙入室内的总空气量按下式计算V= 式中： L 每米每小时缝隙入室内的空气量，因为室外平均风速为3.4m/s, 所以单层木窗L=3.5m，双层木窗L=2.52m； 门窗缝隙的计算长度，m； n渗透空气量的朝向修正系数。 4.冷风侵入耗热量对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘以相应的附加率：=N 式中： 外门基本耗热量，W;N考虑冷风侵入的外门附加率。本设计中只有首层有外门,取附加率65n%。1.2 热负荷计算二层和三层的热负荷相同，先计算一层热负荷， 二楼三楼四楼计算方法同一楼，二三四楼地面无热负荷，四楼吊顶有热负荷,吊顶：K=1.39W/m 温差修正系数a=0.751.2.1二层热负荷计算先计算209的热负荷1、北外墙F=3.73=11.1 a=1 K=1.24 W/() =+=（1+）aKF(1+）=11.24（20-（-26）（1-5%）=609.6w2、同理,南外墙=506.5w 西外窗=248w则209房间=609.6+506.5+248=1364.1w渗透空气量的朝向修正系数n:东：0.2 西：0.7 南：1 北: 双层木框窗L=5.7m 1.31.5双层木框窗L=6.1m2.21.5双层木框窗L=11.4m 单层内门L=5.6m双层木框外门L=6.2m V= =2.526.10.7=10.8 m3/h=0.278Vw =0.27810.81.181（20-（-26）=163.1w=0则=+=1364.1+163.1=1527.2w同样方法可以得到建筑其余房间的热负荷，得到表一，表二表一：一层房间耗热量计算表房间编号房间名称维护结构KtnTwtn- twa名称面积m2W/()WwWwww123456789101112131415101卧室北外墙11.11.2420-26461633.1633.11568.1163.101731.2西外墙11.251.241641.7609.6西外窗1.952.911261248地面16.280.661280.977.477.4102123起居室北外墙9.91.2420-26461564.7564.71443.4129.901573.3北外窗3.32.911441.7441.7东内 墙13.23.261215.2215.2南内墙112.011110.6110.6南内门1.62.91123.323.3地面18.50.661280.987.987.9103106厨房西外墙8.251.2420-26461470.6447.1765.4166.90932.3西外窗1.652.911220.9210.0东内门1.62.91155123.323.3东内墙2.92.0112929地面10.60.661280.95656104、108125、130走廊地面9.50.66151230.916.916.916.90016.9105107127128浴厕北外墙8.92.0120155189.489.4200.321.50221.8北内门1.62.91123.323.3东内墙2.012.01154.354.3地面6.30.661280.933.333.3109卧室西外墙11.251.2420-26461641.7609.61441.5163.101604.6南外墙11.11.241633.1506.5西外窗1.952.911261.0248地面16.280.661280.977.477.4110131起居室南外墙10.651.2420-26461607.5486916.6433.401350南外窗1.952.911261208.8北内门1.62.911551607.5607.5北内墙112.011261261地面18.50.661280.987.987.9111118卧室北外墙7.051.2420-26461402.1402.1972.7 285.201258北外窗1.952.911261.0261.0西内墙12.62.011551126.6126.6南内墙7.42.0120174.474.4南内门1.62.91123.323.3东内墙2.12.01121.121.1地面13.50.661280.964.264.2112117厨房北外墙6.751.2420-26461385385754.2221.80976北外窗1.652.911220.9220.9西内墙7.82.01155178.478.4南内门1.62.91123.323.3地面9.80.661280.946.646.6113、120走廊地面17.40.66201280.931.431.431.40031.4114119浴厕西内墙8.32.0120155183.483.4140.919.40160.3西内门1.62.91123.323.3地面7.20.661280.934.234.2115122卧室南内墙7.351.2420-26461419.2335.4701.6232.20934南外窗1.952.911261208.8北内墙6.92.01155169.369.3北内门1.62.91123.323.3地面13.640.661280.964.864.8116121起居室南外墙14.11.2420-26461804.3634.11119.3433.901553.2南外窗3.32.911441.7353.4北内墙9.582.01155196.396.3北内门2.422.91135.235.2地面25.20.661280.9121.3121.3124卧室同101，为1568.146.801614.9126、129厨房同103，为765.465.10830.5132卧室同109，为1441.546.801488.3表二：二楼三楼四楼热负荷房间201301202、223302、323203、206303、306209309210310211、218311、318212217312317215222315322216、221316、321224324226、229326、329232332401402、423热负荷W1661.81485.4876.31527.21262.11194928.4776.41431.91537.5774.5141420851966.4房间403、406404408425430405407427428409410411、418412417413420414419415、422416、421424426、429432热负荷W1151.924732019501743.115451183.2362.8276.211311935.91960.81050.1183727第二章 散热器的布置和选型2.1散热器的选择选用铸铁散热器，它具有结构简单，防腐型号，使用寿命长一级热稳定性好的优点。散热器规格及传热系数型号散热器高度H散热器进出口中心距H1每片长度L散热面积水容量重量工作压力传热系数K w/mTZ2-5-5(M132型)584mm500mm80mm0.24m/片1.32L/片7kg/片0.5MpaK=2.426为散热器热水热媒进出口温度的平均值与室内空气温度的差值：=（95+70）/2-=62.52.2 散热器的布置1、为防止散热器冻裂，两道外门之间不准设置散热器。在楼梯间或其它有冻结危险的场所，其散热器应由单独的立、支供热，且不得装设调节阀；2、散热器一般明装或装在深度不超过130mm的墙槽内，布置简单，本设计采用明装；3、在垂直单管或双管热水供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同邻居串联连接；4、本设计走廊和浴厕均不设散热器，其热负荷算在相邻的厨房散热器上;5、铸铁散热器的组装片数，不宜超过下列数值：二柱（M132型）20片；柱型（四柱）25片；长翼型7片。6、考虑到传热效果，本设计散热片安装形式为同侧的上进下出。本设计散热器布置见平面图。2.3 散热器的安装底部距地面不小于60mm，通常取150mm；顶部距窗台板不小于50mm；背部与墙面净距不小于25mm。2.4 散热器的计算1、以卧室101为例：热负荷Q=1731.2W，供水温度为tg=95，th=70，=20， =62.5则K=7.92 w/m修正系数：散热器组装片数修正系数，先假定=1.0；散热器连接形式修正系数，因为为同侧上进下出，则 =1.0；散热器安装形式修正系数，为明装 则=1.02；F=Q/（Kt）=1.01.01.021731.2/（7.9262.5）=3.58 n= F/f=3.58/0.24=15当散热器片数为1020片时，1=1.05。F=3.581.05=3.759n= F/f=3.759/0.24=1620则设一组散热器2、因为本设计走廊和浴厕均不设散热器，其热负荷算在相邻的厨房散热器上，则各房间的散热器计算结果列于下表表三 各房间的散热器计算名称编号房间耗热量Kw/mFN1n1011731.262.57.921.03.58151.0516102、1231573.33.24141.0514103、106932.3+16.9+221.8=11712.41101101091604.63.24141.051411013502.78121.0512111、11812582.59111.0511112、117976+31.4+160.3=1167.72.4110110115、1229341.92818116、1211553.23.2131.05141241614.93.33141.0515126、129830.5+16.9+221.8=10692.2091913113502.86121.05131321488.33.06131.0513201、3011661.83.42141.0514202、302223、3231485.462.57.921.03.06131.0513203、206303、306876.31.81818209、3091527.23.15131.0514210、231310、3311262.12.60111.0511211、218311、31811942.4610110212、217312、317928.41.91818215、222315、322776.41.6717216、221316、3211431.92.95121.0513224、3241537.53.17131.0514226、229326、329774.51.6717231、3311261.12.6111.0511232、33214142.91121.051340120854.30181.0519402、4231966.44.05171.0518403、4061151.9+320+247=1718.93.54151.051540919504.01171.05184101743.13.59151.0516411、41815453.18131.0514412、4171183.2+276.2+362.8=1822.23.75161.0516415、42211312.3310110416、4211935.92.88121.05134241960.84.04171.0518426、4291050.1+320+247=1617.13.33141.051543218373.79161.0517第三章 热水供暖系统选择和管道布置热水采暖系统形式的选择，应根据建筑物的具体条件，考虑功能可靠、经济，便于管理、维修等因素，采用适当的采暖形式。根据设计资料中给出动力与能源资料为供热锅炉房提供热媒（热水参数tg=95，th=70），其引入口处供回水压差P=10000 Pa。故可确定本设计为机械循环系统。本工程为民用住宅建筑，需分户热计量，又总建筑为四层，所以本工程立管采用下供下回双管异程式，水平干管采用双管异程式热水供暖系统。第四章 热水供暖系统水力计算4.1确定系统原理图根据以上分析，可画出系统原理图。并将个管段进行编号，注明各管段的热负荷和管长。 4.2 系统水力计算该小区两个单元对称分布，两边热负荷近似相等，系统也对称分布，可以只对一单元进行水力计算。设计供回水温度为95/70。对室内热水供暖系统管路，管壁的当量绝对粗糙度K值取0.2mm，当K0.2mm时，过渡区的临界速度为=0.023m/s，=1.066m/s。本设计热水供暖系统中，管段中的流速通常都在和之间。4.2.1确定立管和水平干管的管径（1）根据各管段的热负荷，求出各管段的流量G，计算公式如下：G=3600Q/4.187103（tgth）=0.86Q/（tgth）kg/h (6.2)式中 Q管段的热负荷，W；tg系统的设计供水温度，；th系统的设计回水温度，。 （2）平均比摩阻Rpj的确定分户计量采暖系统的户内水平管平均比摩阻Rpj的选取应尽可能大些，可取传统采暖形式平均比摩阻Rpj的上限100120Pa/m,亦可通过增加阀门等局部阻力的方法来实现。单元立管的平均比摩阻Rpj的选取应小些，尽可能的抵消重力循环自然附加压力的影响。此处推荐4060Pa/m。 （3）根据G，Rpj,选择最接近Rpj的管径。将查出的d、R、和v值列入表四。 4.2.2确定沿程压力损失Py沿程程压力损失：Py=RL。4.2.3确定局部阻力损失Pj（1）各管段局部阻力系数的确定局部阻力阻力系数局部阻力阻力系数闸阀1.0/个90弯头1.5/个调节阀9.0/个分流三通1.5/个直流三通1.0/个合流三通3.0/个各管段的局部阻力系数结果见表四（2）Pj=Pd*Pd可查表得到4.2.4求各管段的压力损失当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其管道间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件时，由于流动方向或速度的改变，产生局部斡旋和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示： （6.3）式中： 计算管段的压力损失，Pa；L管段长度，m。则可得到水力计算表，如下管段号QwG（kg/h）Lmdmmvm/sRPa/mPy=RLPaPdPaPj=Pd*PaP=Py+PjPa11718.959.12.8150.0912.8436.02.53.989.9545.9523803.9130.96.3150.1953.5337.053.517.7562.13399.1835770.3198.512.5200.1626.01325.135.512.5969.25394.3841718.959.12.6150.0912.8433.381.53.985.9739.3553668.9126.26.7150.1849.57332.123.515.9355.76387.8865411.9186.29.8200.1626.01254.905.512.5969.25324.157154553.11.8150.0810.657.882783167.210914.5150.1745.93665.04.514.2163.95728.9595103.1175.52.7200.1626.0170.23212.5927.1897.14106234.1214.57.9200.1831.08245.534.515.9371.69317.22六17416.3599.12.9250.360.89176.58144.2544.25220.8311、211064.836.62.8150.063.529.862.51.774.4314.2912、222726.693.86.3150.1532.72206.143.511.0638.71244.8513、234211.6144.912.5200.1113.45532.73200.8614、241064.836.62.8150.063.529.861.51.772.6612.5215、25259289.26.3150.1532.72206.143.511.0638.71244.8516、263854.1132.611.3150.257.27647.155.519.66108.13755.2817、27119441.11.8150.066.7874.4316.6318、282248.577.314.5150.1221.68314.364.57.0831.86346.2219、293680.4126.72.7150.1849.57133.84215.9331.86165.720、304456.8153.37.9200.1317.19137.4173.2五2993810302.9320.3040.44117.3144.2544.25161.53四42463.91460.82.9400.3035.98104.34144.2544.25148.59311172.940.32.8150.063.574.411.67322912.1100.16.3150.1532.72206.13.511.0638.7244.8334485.4154.212.5200.1317.19145.7260.6341172.940.32.6150.063.572.711.9352777.595.56.7150.1532.72219.23.511.0638.7257.9364127.51429.8200.1113.45532.7164.5371285.843.31.8150.066.7874.416.6382456.883.614.5150.1223.713831.9375.7394011.2137.12.7150.257.27154.6219.6639.3193.9404945.2166.17.9200.1317.19137.4173.2三560521928.22.9400.4266.69193.42.586.72216.8410.2二5493518902.9400.4164.19186.22.582.64206.6392.8一110987381810500.4659.115911.5104.03156747同样的，回水管阻力损失计算方法同进水管，且结果相同4.2.5 不平衡率的计算一层用户的阻力损失：P1=3631.62二层用户的阻力损失：P2=3065.48三层用户的阻力损失：P3=3143四层用户的阻力损失：P3=4498重力循环自然附加压力 P2=2/3gh=2/3（977.81-961.92） 9.83=311.4Pa资用压力为 P=P1-P2=3631.62-311.4=3320.2PaP2=2/315.899.86=622.8Pa二层用户相对于一层增加的自然附加压力为 P2、=622.8-311.4=311.4P资用压力P=P+P2、=3320.2+311.4=3631.6PaX21=(3631.6-3065.48)/3631.7100%=15.59%同理 二、三、四层相对于一层用户的 不平衡率如下表层数各层相对于一层用户增加的自然附加压力（Pa）各层用户的资用压力（Pa）各层用户供回水管的压力损失（Pa)各层用户的供回水立管及户内的总损失（Pa）各层用户相对于一层用户的不平衡率Xi二层311.43631.677.083065.4815.59%三层622.83943154.16314320.3%四层934.24565.837544981.48%不平衡率均在15%左右，符合要求第五章锅炉选型与工艺布置5.1 锅炉型号与台数选择5.1.1热负荷计算1.最大计算热负荷QmaxQmax=K（K1Q）Q1 采暖最大热负荷，MWK管网热损失系数（一般常用1.121.18）此处取K=1.15K1 采暖同时使用系数，K1 =1；Qmax=K（K1Q）=1.1510.103734=0.12MW2.平均计算热负荷 Q 采暖热负荷，t/htn 采暖室内计算温度， t采暖期室外平均温度，tw 采暖期采暖室外计算温度，所以= =0.07MW3.锅炉房年热负荷计算锅炉房三班制运行，采暖工作时间为180天，全年热负荷是计算全年燃料消耗量的重要依据 D1=243600 MJ/年采暖的全年热负荷，MJ/年采暖天数则D1=2418036000.07=1088640MJ/年5.1.2 锅炉型号和台数选择根据最大计算热负荷的大小和燃料种类，热媒参数等因素选择锅炉，本设计采用燃油或燃气热水锅炉，供回水温差25度，因为Qmax= 0.12MW，则选用型号为LSS0.2-1.0-Q的锅炉两台,一台备用锅炉，其主要参数见下表锅炉型号LSS0.2-1.0-Q额定供热量/MW0.14额定蒸发量kg/h200额定压力/MPa1.0进出水温度/95/70锅炉设计使用燃料天然气锅炉效率%85排烟温度/260最大燃料消耗量14.9锅炉满水容量m30.14外形尺寸（长宽高）125511801930最大耗电量KW1.75水泵入口口径mm25烟囱口径mm2005.2水处理设备选择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盐5.2.1确定水处理设备生产能力1、锅炉循环水量的计算 t/hQ锅炉额定热负荷，kWk管网散热损失系数，取1.15c管网热水的平均比热容，kJ/(kg)热水供回水温差，=5.54t/h2、水处理设备的生产能力G由锅炉补给水量、热水管网补给水量、水处理设备自耗软水和工艺设备生产需要软水量决定：锅炉补给水量，t/h热水管网补给水量，t/h水处理设备自耗水量，t/h工艺设备生产需要的软水量，t/h1.2裕量系数1) Gbgl锅炉补给水量根据锅炉补给水量由锅炉排污量决定，热水锅炉的