建筑环境与设备工程毕业设计说明书.doc

建筑环境与设备工程毕业设计说明书 目 录前 言1第1章 概述21.1 炉房工艺21.2 锅炉的发展现状31.3 锅炉未来发展方向31.4 锅炉房工艺设计的原则4第2章 锅炉型号及台数选择52.1 锅炉房热负荷计算52.2 锅炉房燃气资料72.3 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103.1 水处理内容的确定103.2 软化系统的确定及其设备的选择计算103.3 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204.1 确定给水系统方案204.2 水系统流程图204.3 水系统主要设备的选择计算214.4 水系统主要管道的计算25第5章 送引风系统设计与计算265.1 燃料资料的校核265.2 空气量和烟气量的计算275.3 锅炉燃料耗量295.4 送引风系统的确定295.5 烟道的设计305.6 烟囱的设计与计算325.7 排烟总阻力验证35第6章 燃气气供应系统设计与计算366.1 燃气调压系统设计计算366.2 锅炉房内燃气系统设计计算416.3 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47II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。47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D65t/h，额定压力P3.9MPa的锅炉，这也是与建筑环境与设备专业密切相关的锅炉，是本专业重点研究和使用的对象。要顺利完成化学能与热能之间的转换，或者说要顺利地产生用户所需要的蒸汽或热水，光有锅炉本体系统即主体系统还是不够的，还必须配以其他辅助系统。所谓主体系统是指能够产生或转换热能并传递热能的系统，主要指燃料的燃烧系统和热能的传递系统。所谓辅助系统即帮助主体系统实现热能的产生和传递的其他系统，主要有燃料的输送和灰渣输出系统，引、送风系统，汽水系统，仪表控制及附件系统，其中的汽水系统又可分为锅炉水处理系统，给水系统，蒸汽系统，凝结水系统，排污系统和换热系统。我们将锅炉本体及其辅助系统共同组成并同时工作的过程称之为锅炉房工艺。显然，锅炉房工艺除了应包括锅炉房工艺的设计、锅炉房设备系统的安装调试及其运行检修外，还应该包括锅炉房的节能及环境保护、锅炉房的经济等方面的内容。1.2 锅炉的发展现状目前我国正在向着多极化的能源消费格局和多极化的用热消费格局不断发展。虽然这种多极化的供热方式将在未来取得很大的进步，但目前我国的用热消费的主体仍然来自于燃用化石燃料的中小型锅炉，特别是燃煤锅炉。目前我国锅炉(包括在役和新建)装机总量约50多万台，锅炉平均容量在2.4t/h左右，分布在冶金、机械、化工、纺织、能源等行业，用煤约350Mt/a，平均效率60%左右，比国外平均水平低15%以上。我国中小型的生活和工业锅炉基本上燃用煤炭，工业锅炉燃煤产生的污染十分严重，向大气排放SO2600万t/a，烟尘800万t/a，CO2 6亿t/a；排放灰渣8700万t/a。虽然对容量稍大的燃煤工业锅炉进行了大规模地改造，但其改造技术的范围是很窄的，而且没有从根本上解决问题，更何况大多数的生活锅炉并没有得到进一步的改进。致使我们国家环境污染问题日趋严峻，很多城市和地区变成了酸雨区。但分布范围和地域如此之广的中小型锅炉却为主要的工业提供热量来源和生活用能。因此，一、二十年内取消中小型燃煤工业和生活锅炉是不可能的，唯一的出路是必须发展高效燃煤锅炉和清洁燃料锅炉，其中以发展高效燃煤锅炉更为重要23。至1998年底，中国在用工业锅炉装机总量已达到50.12万台，折合约125.69万蒸吨。蒸汽锅炉33.55万台，共85.4万蒸吨；热水锅炉16.58万台，约为28.87万MW，折合40.3万蒸吨，约占工业锅炉总量的32%。用于生产的约为23.8万台，计68.87万蒸吨，平均单机容量2.89t/h，占总装机容量的54.8%；用于生活的约为26.3万台，计57万蒸吨，平均容量为2.17t/h，占45.3%。从燃料结构上来看，以煤为能源的中小型锅炉从锅炉容量上约占80%以上，以油和气体为能源的约占10%，电热锅炉约占1%，其他是以沼气、生物质、甘蔗渣等为燃料的锅炉2324。1.3 锅炉未来发展方向中国一次能源以煤为主的格局在相当长的时期内难以改变，以中小型锅炉供热为主的格局仍将持续较长时间，煤炭工业发展的现状在短期内也不会有较大的改善，因此本文所指出的发展方向是在这种背景下提出的。中国每年新安装的中小型锅炉约3万多台。为满足环保标准不断严格的要求，各锅炉制造厂家都在积极寻求新技术、新产品，使自己的产品在能效、污染物排放方面具有优越性能，以增强在市场中的竞争力。因此，清洁、高效中小型燃煤锅炉在中国大城市周边地区、中等城市及环保要求较严格的地区具有极强的竞争力，需求量将超过每年新增容量的30%以上，市场潜力巨大。锅炉的未来发展方向大致有以下几方面2324：(1)含有自动进煤和除灰的燃用洗选和筛分块煤的机械化燃烧小型生活锅炉。(2)分散式中小型燃油燃气锅炉供热技术。(3)分散式电热锅炉供热技术。(4)煤粉燃烧工业锅炉技术。(5)水煤浆燃烧工业锅炉技术。(6)流化床燃烧工业锅炉技术。(7)在役层燃机械化炉排工业锅炉改造技术。(8)大力发展面向供热领域的可再生能源的利用技术。(9)洁净型煤燃烧技术。目前已经到了我们应该对能源消费和用热消费(当然也可以包含用冷消费)结构进行彻底调整的时候了，是应该真正正视发展清洁燃烧技术、清洁能源利用技术、并站在一个全新的高度上理解在役供热改造技术的时候了。在这种新的发展时期，我们应该用一种理性的思维来认真审视中小型锅炉目前存在的问题，思考其未来的发展趋势，为我们今后的岁月能够享受到蓝天、白云。1.4 锅炉房工艺设计的原则锅炉房工艺设计遵循的总设计原则概括为：遵规守法、安全可靠、经济合理。遵规守法：做到严格执行国家有关政策规定和技术法规，如规范、规程、规定、标准、办法条例等。如锅炉房设计规范、工业锅炉水质标准、建筑制图标准、中华人民共和国环境保护法、锅炉大气污染物排放标准、环境空气质量标准、城市环境噪声标准等。安全可靠：锅炉房工艺设计中采取防火、防水、防暴、防垢、防冻等措施，确保锅炉运行后安全可靠。经济合理：经济合理与节能有密切关系，锅炉房工艺设计中采取一系列节能措施，如在锅炉型号与台数的选择方案、水处理方案、水系统方案、用电设备(如水泵、风机等)的选择方案确定时，进行了多方案比较，选取既合理又节能的方案。第2章 锅炉型号及台数选择锅炉本体是锅炉房各系统中最核心最重要的组成部分。它的功能在于将燃料的化学能转变为热能，进而将此热能传递给水或蒸汽，从而产生符合要求的热水或蒸汽，以供热用户使用。锅炉型号及台数的确定取决于计算热负荷的大小，介质的种类，锅炉房的发展规划等因素。2.1 锅炉房热负荷计算计算锅炉房热负荷应根据以下几点：(1)锅炉容量根据各热用部门所提供的热负荷资料进行计算。(2)在计算热负荷时应避免层层加码，这样不会造成锅炉房容量过大。(3)尽量利用余热以减少锅炉房的供热量，在计算热负荷时扣除已利用的余热。2.1.1 锅炉房设计热负荷计算列出锅炉的设计热负荷、平均热负荷和全年热负荷，作为锅炉设备选择和运行调节的依据。锅炉房设计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等，根据文献，得到锅炉房设计热负荷的计算公式3： (2-1)式中：Q1、Q2、Q3、Q4分别为采暖、通风、生产和生活最大热负荷，MW； Q5锅炉房除氧用热，根据除氧器计算结果确定，MW； K1、K2、K3、K4分别为采暖、通风、生产和生活负荷同时使用系数； K0锅炉房自耗热和管网热损失系数。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汽损失等，这部分热量约占锅炉输出热量的23%。汽动给水泵热耗大，但正常运行时使用电动给水泵，所以汽动给水泵耗汽量一般可以不予考虑。热网损失包括散热和介质漏失，与输送介质的总类、热网的敷设方式等有关。根据设计原始资料知，供热最大热负荷：Q1=20MW。设计热负荷由式(2-1)计算得：式中：Q1供热最大热负荷Q1=20 MW； K0管网热损失系数K0=1.05； K1同时使用系数K1=1.0。表1-1 同时使用系数K1K2K3K41.00.7-0.90.5-0.90.8-1.0表1-2 管网热损失系数K0架空敷设地沟敷设热水管道1.08-1.121.05-1.08蒸汽管道1.10-1.151.08-1.122.1.2 锅炉房平均热负荷计算平均热负荷是选择锅炉台数的参考因素之一，通常锅炉房一台锅炉检修时，其余锅炉应该能够满足平均热负荷的要求。根据文献，得到采暖平均热负荷的计算公式2： (2-2)式中：t n采暖房间室内计算温度，tn=18； t w采暖期采暖室外计算温度，t w =-26； t pj采暖期室外平均温度，t pj=-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：=12.73MW2.1.3 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： (GJ/a) (2-3)式中：Q1供暖设计热负荷，Q1=20 MW=20103kW； N 供暖期天数，N=179d； t w采暖室外计算温度，t w =-26； t n采暖房间室内计算温度，t n=18； t pj采暖期室外平均温度，t pj=-10.4。全年热负荷由公式(2-3)计算得： GJ/a GJ/a2.2 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0(kg/m3)标准状态下低位热值Qnte，ar(kJ/m3)标准状态下理论空气量Vk0(m3/m3)理论烟气量Vy0(湿/干)(m3/m3)干烟气最大CO2体积分数(%)CH4CmHnC3H8C4H10N298.00.40.30.31.00.7435365339.4610.6/8.6511.802.3 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。再根据计算得到的最大热负荷，选择锅炉的型号。由文献中选取，采用WNS10.5-1.25/130/70-Q型锅炉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。WNS10.5-1.25/130/70-Q型锅炉，其性能参数如下表2-2：表2-2 WNS10.5-1.25/130/70-Q型锅炉性能参数名称参数锅炉型号WNS10.5-1.25/130/70-Q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)1172.2m3/h燃气阀门组口径DN100 mm阀门组入口燃气压力30000 Pa配套燃烧器型号及厂家G70/2-A(RSM70/2-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15750 kW燃烧器配套风机电功率37 kW 锅炉外形尺寸(长宽高)863244855570 mm出水法兰通径DN150 mm回水法兰通径DN150 mm锅炉烟囱口径908 mm锅炉制造厂家广州锅炉工业公司锅炉前后最小检修尺寸5000/3000 mm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Hz0.03mmol/L。而水源水质资料给出原水硬度Hz=6.5mol/L0.03mmol/L，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0.1mg/L。而水源水质资料给出给水溶解氧4.05.6mg/L0.1mg/L，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，t/h； Grw 热水管网补给水量，t/h； Ggy 水处理设备自耗软水量，t/h； Gzh 工艺生产需要软水量，t/h； 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6.5mmol/L，最高进水总硬度小于10mmol/L，单级出水即可达到锅炉水质标准的要求(H00.03mmol/L)，而根据热媒水质资料给出的总硬度H0=6.5mmol/L，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0017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t/h已知13.942原水总硬度mmol/L已知6.53软化水(出水)硬度mmol/L已知水质标准(H10.03mmol/L)0.034离子交换剂选定(0017强酸阳离子)树脂5软化速度m/h查表5-25206交换器计算截面积m20.6977交换器同时工作台数台选定18交换器选用台数台2n或n+129交换器直径m选定1.210交换器实际截面积m21.1311实际软化速度m/h12.3412树脂工作交换容量emol/m3查表5-2590013交换层高度m查表5-26214压层高度m查表5-260.215交换层树脂体积m32.2616交换器树脂总装载量kg/台查表5-26198917单台交换容量mol/L查表5-262034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314.419再生置换软化水自耗量m3/(台/次)查表5-261.620软化供水量m3/台312.821交换器运行延续时间h22.422再生一次耗盐量kg/台查表5-26203.423配制再生液耗水量t/(台/次)2.7024再生用清水单耗量m3/(台/次)查表5-2621.2625每台交换器周期总耗水量m3/台317.126交换器进水小时平均流量m3/h14.1527交换器正洗流速m/h查表5-252028交换器进水小时最大流量m3/h46.57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：根据表3-1在文献中选用无顶压固定逆流再生离子交换器LNN-1200/20。其公称直径为1200mm，工作温度为560，工作压力0.6MPa4。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，知道水处理量即可选择，型号选择JK200-4004型全自动软化水处理器。其规格尺寸参数如下表所示：表3-2 JK200-4004型全自动软化水处理器参数表型号流量t/h树脂总装载量kg树脂罐H个mm盐箱尺寸H mm盐箱个数系统外接管径mm原水硬度mmol/L工作压力范围MPaJK200-400414-1610004001600853094046580.22-0.5JK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：图3-1 主罐再生副罐出水 图3-2 主罐反洗副罐出水 图3-3 主罐备用副罐出水图3-4 主罐正洗副罐出水 图3-5 主罐出水副罐再生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0.03mmol/L；3、处理流量超过20t/h的用户，可以增加组合桃树知道要求的流量；4、原水硬度8mmol/L。综合比较方案一与方案二，方案二操作简单方便，占用空间更小，故障率更低，不需要使用电能，完全靠水力驱动，节能环保。居于以上优点，最终选择方案二为本设计的软化水处理方案。3.2.4 再生系统与再生剂的确定再生液的制备包括再生剂的贮存、溶解、计量、输送等功能。阳离子交换剂常用的固体再生剂有氯化钠（食盐）。因此，钠离子交换器常用氯化钠再生系统。采用离子交换法处理时，根据水处理量决定交换器的型号、台数、工作周期，再生剂消耗量和自耗水量，并决定再生溶液制备方法，选定相应设备。当生原水8mmol/L时，经单级钠离子交换器后，可以做锅炉给水。当原水硬度8mmol/L时，单级钠离子交换后的残余硬度较高，往往不能满足锅炉给水要求，因此需要用双级钠离子交换系统。这里的原水硬度是6.5mmol/Lmmol/L，因此采用单级钠离子交换器即可达到目的。离子交换器的处理水量按运行水流速计算，采用磺化酶为交换剂时，运行流速一般为1020m/h，采用离子交换树脂时一般为1525m/h，硬度较高的原水取用较小的流速。离子交换器的台数一般不少于两台，每昼夜再生次数为12次。离子交换工艺通常采用固定床逆流再生，以节省再生剂；但对硬度较低的原水（2mol/L），也可采用顺流再生，设备简单操作方便。离子交换剂采用离子交换树脂，001型树脂为8001000mol/m。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，mol/m； F交换器截面积，m3； h交换剂层高度，m； y盐的纯度，与盐的等级有关，计算中可取0.960.98； b再生剂单耗，g/mol，001型树脂为120150(顺流)，80100(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： m (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，t/m，见表3-3。表3-3 氯化钠溶液的密度浓度(%)4681026密度(t/m)1.02681.04131.05591.07071.1972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： m (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，=800kg/m3。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)：1.5m1.5m2m浓盐池设计尺寸(长宽高)：1.0m1.5m2m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)热力除氧热力除氧是应用亨利定律进行除氧的一种方式，其过程是用蒸气加热给水使其处于沸腾状态，氧和其他气体的溶解度降低而逸出，再将其排掉，使水面上空间蒸气增加，氧气分压力和其它气体分压力减小，使氧气和其它气体不断逸出，而趋于为零，从而达到除去水中氧气和其它气体的目的。热力除氧是一种比较理想比较成熟的技术，其处理后的给水水质指标完全满足工业锅炉的需要。(2)真空除氧真空除氧也是应用亨利定律进行除氧的一种方式，只是除氧时是在低于大气压力下进行的，出水温度为3060之间，其除氧过程及原理与热力除氧相似。(3)解吸除氧解吸除氧也是应用亨利定律进行除氧的一种方式。氧在水中的溶解度与水所接触气体中氧的分压力成正比，而气体中氧的分压力又与气体中氧的含量成正比，因此将待除氧的水与已脱氧的气体强烈混合，使溶解于水中的氧大量扩散到气体中，从而达到除氧的目的。(4)化学除氧常用的化学除氧有钢屑除氧和药剂除氧。1、钢屑除氧钢屑除氧是除氧水经过钢屑层而发生化学反应，水中的氧与铁化合成Fe3O4，而将水中的氧消耗掉的一种除氧方式。2、药剂除氧药剂除氧是应用化学药剂如：Na2SO3，NaHSO3，SO2，H2SO3和Fe(OH)2等将水中的溶解氧固定，形成稳定的化合物，然后借助锅炉排污将化合物排出炉外的一种除氧方式。综上所述，通常我们所采用的除氧方式都能满足设计需要，且除氧效果也较好。采用不同的除氧方式，所达到的除氧效果是不一样的，其中有的适合蒸汽系统，有的适合热水系统，或二者都适合；有的可以单独完成除氧过程，有的只能作为辅助除氧。因此，设计中应根据具体条件，在满足国家规范的前提下合理选择，充分发挥其除氧的作用。3.3.3 除氧系统的确定本锅炉房负荷变化较大，使烟道烟温不稳定，影响解析除氧效果的稳定性，因此解析除氧在本锅炉房不适宜用；药剂除氧和钢霄除氧适宜小型锅炉房；大气式热力除氧耗汽量相对较大，温度相对太高；真空除氧是低温水(2060)除氧，与其他除氧系统相比具有蒸汽用量少或不用蒸汽的特点，且除氧效果好，工作可靠。因此本设计宜采用真空除氧系统。3.3.4 除氧器的选择计算前面已经计算出水处理设备的生产能力G=13.94t/h，查有关资料可选择SZC-20型低位水喷射真空除氧器4。其规格及性能参数如表3-3所示：表3-4 SZC-20型低位水喷射真空除氧器性能参数表名称参数其额定出力20t/h最大出力24t/h进水温度50C工作压力(真空度)700mmHg进水压力0.2MP a出水含氧量0.050.1mg/L除氧水箱有效容积6m3除氧水箱规格1000mm除氧器规格800mm设备重量2730kg配软化水进水泵电机功率IS80-65-160 7.5kW配水喷射真空泵机组PSJ-280配引水泵机组SZC-20配水水混合加热器SSH-20外形尺寸(长宽高)285019003995mm第4章 给水和回水系统设计与计算 4.1 确定给水系统方案锅炉房给水系统指由给水设备和管道组成的连续系统。最简单的锅炉房给水系统是由给水箱、给水泵、给水管道及其配件组成的。给水设备是指锅炉房给水系统中各种水泵和水箱，它和锅炉的安全运行有密切的关系。锅炉给水的中断可能引起重大事故；因此设计中应使给水设备能可靠，有效地满足锅炉给水的需要。给水系统由给水设备，连接管道和附件等组成。根据热水锅炉房有无除氧设备，系统定压方式，以及系统热负荷调节方式等因素，确定系统必须的设备，进行给水方案设计。为了使锅炉各给水泵之间能相互相切换使用，本锅炉房采用集中给水系统。4.2 水系统流程图水系统流程图如下：除氧器软化水箱自来水热水回水热水供水循环水泵补水泵锅炉锅炉软化水处理图4-1 水系统流程图4.3 水系统主要设备的选择计算4.3.1 水泵的选择计算(1)循环泵的选择与计算循环泵的流量和扬程应能满足锅炉房给水量和最高扬程的需要，如果锅炉房设有减温减压装置，还应计入其用水量。由于工业锅炉房负荷一般都不平衡，特别是有季节性负荷的锅炉房负荷变化更大。因此，循环泵的容量和台数还应适应全年负荷变化的要求。备用循环泵：设置备用循环泵是为保证在停电，正常检修和发生机械故障等情况下，锅炉仍能得到安全、可靠的供水。为此，设计规范和监督规程都明确规定：锅炉房应设备用循环泵，当任何一台水泵停止运行时，其余循环泵的总流量应满足所有锅循环水量的1.1倍给水量。因此，任何一个锅炉房内循环泵至少设置两台，如果只有两台，则每台循环泵的流量必须满足前述1.1倍的要求。1、锅炉循环泵的流量由前面的计算知，给水量G=290.41 t/h=290.41 m3/h循环水泵流量m3/h2、锅炉循环泵的扬程循环水泵扬程的计算，计算公式如下： (4-1)式中：H1锅炉房内部阻力，锅炉及锅炉房内部阻力，一般取0.050.15MPa； H2供回水管网阻力，由计算得出； H3最不利环路内部阻力，取50kPa。供回水管网阻力H2，由计算确定，一般可按每米干管压降100Pa左右考虑，支管可适当取大点，计算得循环水泵扬程由式(4-1)计算得水泵扬程约为45m。循环水泵的选择：循环水泵台数的选择，为控制方便，以一台锅炉配一台水泵的形式，故选择3台循环水泵，其中一台备用。SLWR系列卧式热水泵，适用介质温度150以下的液体。循环水泵技术参数如表4-1所示：表4-1 SLWR150-250()B卧式热水泵外形尺寸参数名称参数型号SLWR150-250()B流量173m3/h扬程60m温度150转速2900r/min电机功率45kW效率74%电压380V气蚀余量4.5m外形尺寸如表4-2所示：表4-2 SLWR150-250()B卧式热水泵外形尺寸参数型号LHahL2B地脚螺栓SLWR150-250()B10506801703257005254-14(2)补水泵的计算与选择1、锅炉补水泵的流量补水泵的流量，应等于热水系统正常补水量和事故补给水量之和，并宜为正常补给水量的45倍。一般按热水系统实际总水量的4%5%计算。由前面的计算知补水量：G=13.94t/h=13.94m3/h选择锅炉补水泵时，要求水泵流量为补水量的1.1倍，因此要求选择水泵的流量为：1.113.94=7.67 m3/h。2、锅炉补水泵的扬程采用补给水泵定压时，补给水泵的扬程，应根据保证水压图水静压线的压力要求来确定。补水泵的台数，宜选用两台，可不设备用泵，正常时一台工作，事故时两台全开。根据资料，在确定补水泵的扬程时要考虑有一个静压余量，即比最高建筑高度20m至少高出2m，另外还要考虑一个安全系数，因此，根据资料，选用XA型单级单吸离心泵1 3。选择XA型单级单吸离心泵的性能参数见表4-3：表4-3 XA32/13型单级单吸离心泵性能参数表名称参数型号XA32/13流量9 m3/h扬程24.5m转速2900 r/min；轴功率1.23 kW电动机功率1.5 kW效率49汽蚀余量1.8m选择XA型单级单吸离心泵的外形尺寸见表4-4：表4-4 XA型单级单吸离心泵外形尺寸表 mmLL1L2L3L4HHBB79173351068-4221822752754.3.2 补水箱的选择与计算(1)锅炉给水箱的总有效容量由前面的计算知，补水水量：=13.94t/h而给水箱的总有效容量为所有运行锅炉在额定蒸发量时所需2060min的给水量。因此，取有效容量：=13.94t/h1h=13.94t(2)给水箱的布置锅炉给水箱需考虑合理的设置标高，根据水温、水压等计算水泵正常运行所必须的灌注高度或吸上高度。(3)给水箱的选择根据锅炉给水箱的总有效容量来选择给水箱，一般选用方形水箱，在设置条件允许的情况下，也可以选用圆形水箱。根据文献，本设计选用方形开式水箱4，水箱规格参数如表4-5所示：表4-5 补水箱规格参数表公称容积/m3有效容积/m3长L/mm宽B/mm高H/mm箱顶厚度s2/mm15.015.63600240020005箱底厚度s/mm箱壁厚度s1/mm底座边距c/mm底座间距c1/mm底座数量n本体体积/kg66450900420864.3.3 除污器的选择与计算在锅炉运行中，给水带入锅炉的杂质很少被蒸汽或热水带走，绝大部分留在锅水里。随着锅水的浓缩，当其中的含盐量或含轨超过水质标准的规定值时，必须进行排污放掉一部分锅水，同时补充入相同数量的给水，以避免锅内产生泡沫或汽水共腾，影响蒸汽品质和锅炉的正常运行。根据文献资料，锅炉的排污方式有连续排污和定期排污两种2：(1)连续排污是排除水中盐分杂质。由于上锅筒蒸发面附近的盐分浓度较高，所以连续排污管就设置在低水位下面，习惯上也称表面排污。为了减少因排污而损失的锅水和热量，一般将连续排污水引到排污扩容器。排污水进入扩容器因压力的骤降而蒸发，这部分由排污水汽化而产生的蒸汽被送往大气式热力除氧器加热待除氧处理的软水。剩下的排污水，则可通过表面式热交换器将其热量用于加热给水。冷却后的排污水排至地沟。(2)定期排污主要式排除锅水中的水渣松散状的沉淀物，同时也可以排除盐分杂质。所以，定期排污管是装设在下锅筒的底部或下集箱的底部。在每一根定期排污管上都必须装有两个排污阀。排污时，先慢慢开启仅靠锅炉的阀门，称为慢开阀；而后再开启离锅炉较远那一只快开阀，瞬即排污。排污结束时，注意要先关快开阀，以保护慢开阀不致损坏，更换快开阀而不必停炉。本设计热水锅炉房采用定期排污系统，定期地打开排排污阀就能达到排污要求，所有排污水都应进入排污将温池，冷却至40以下进入下水道。(3)除污器的选择由锅炉房循环水量290.41t/h查资料知锅炉给水总管中的流速V=1.53m/s，因此取V=2 m/s。代入d2V=中得：d=0.227m=227mm根据文献1，选用卧式直通除污器，其公称直径DN250。其规格参数如表4-6所示：表4-6 卧式除污器规格参数表（单位：mm）公称通径筒体直径HLL1L2L3L4DN250D40773701250702503001104.4 水系统主要管道的计算水系统中与设备直接相连的管段，其管径与设备接管孔径相同。锅炉房中