锅炉计算说明.doc

燃气锅炉房课程设计计算说明目 录第一章 设计的原始资料2 1. 设计题目及工程概况2 2. 热负荷2 3. 燃料种类及其特性2 4. 原水水质3第二章 锅炉型号和台数的选择4 1. 热负荷计算4 （1）最大计算热负荷4 （2）平均热负荷4 2. 锅炉型号和台数的选择5第三章 水处理设备的选择及计算7 1. 水处理（软化）设备的生产能力7 2. 水质处理（软化)方法与设备选择8 3. 除氧方法与设备选择9 4. 排污系统11第四章 给水设备和主要管道的选择计算12 1. 确定给水系统并拟定系统简图 12 2. 给水泵的选择12 3. 给水箱选择12 3热交换器的选择13第五章 燃料供应系统15 1.燃气供应系统设计15第六章 锅炉房工艺布置18 1锅炉房设备布置18 2烟风管道和主要汽水管道的布置18 3锅炉房建筑18第七章 课程小结20第八章 参考文献2021第一章 设计的原始材料1. 设计题目与工程概况（1） 设计题目 天津农科所住宅燃气锅炉房设计 （2）工程概况 本工程位于天津，该锅炉房为农科所内的住宅采暖提供热源-热水。本工程要求热源系统需供应蒸汽，采用独立热源机房，平面图附后，主房层高5.2m。2 . 热负荷 热 负 荷 资 料 表一 用热部门热源要求热负荷（KW）夏 季冬 季最大平均最大平均采暖951200900单位换算：1KW= 0.0014KW故：=1200KW=12000.0014=1.68 t/h ; =900KW=9000.0014=1.26 t/h ; 3. 燃料种类及其特性 本工程采用燃料为天然气，其特性如下：气体燃料的特点： （1） 具有基本无公害燃烧的综合特性 （2） 容易进行燃烧调节 （3） 作业性好，气体燃料几乎没有灰分 （4） 容易调整发热量 而气体燃料的主要缺点是它与空气在一定比例下混合形成爆炸性气体，并且气体燃料大多数成分对人和动物窒息性的或有毒的，对使用安全技术要求较高。 天然气特性表 表二 燃气种类标态下高位发热量 标态下低位发热量标态下的理论空气量标态下的密度理论燃烧温度相对分子质量运动黏度天然气40337365339.640.7435197016.65413.92 4 原水水质锅炉房用水为城市自来水，水质分析资料如下：PH值 7.9总硬度 G8.12溶解氧O2 mmol/L8碳酸盐硬度（暂硬） G5.6非碳酸盐硬度（永硬） G2.52总碱度 mmol/L 2溶解固形物 mg/L 434夏季平均水温 26冬季平均水温 13供水压力（表压） 3第二章 锅炉型号与台数的选择1. 锅炉的最大热负荷计算（1） 锅炉最大计算热负荷根据生产、采暖、通风、制冷及生活需要的热负荷，计算出锅炉房设计的最大计算热负荷、平均热负荷，作为选择锅炉类型、台数、确定锅炉房规模和计算各种耗量的依据。QmaxK(K1Q1十K2Q 2十K3Q 3十K4Q4十K5Q5) 式中 Qmax 最大计算热负荷，t/h； Q1,Q2，Q3，Q4，Q5生产、采暖、通风、空调、生活最大热负荷， t/h； K管网热损失及锅炉房自用热系数，一般可取1.11.2;K1生产热负荷同时使用系数，一般可取0.70.9； K2采暖热负荷同时使用系数，一般取1.0； K3通风热负荷同时使用系数，一船可取0.71.0，或分别算；K4空调热负荷同时使用系数，一船取0.71.0；K 5生活热负荷同时使用系数，可取0.5， 本锅炉房只用于采暖，故最大计算热负荷：取K=1.1 即1.848/0.0014=1320KW=1.32MW （2） 锅炉的平均热负荷 QcpK(Q1cp+Q2cp+Q3cp+Q4cp+Q5cp ) 式中 Qcp平均热负荷，t/h； K同前；Q1cp，Q2cp，Q3cp，Q4cp，Q5cp生产、采暖、通风、空调、生活平均热负荷，t/h; 因此设计中锅炉平均热负荷：取K=1.1 即1.386/0.0014=990KW=0.99MW2. 锅炉型号和台数的选择锅炉型号选择原则：（1） 应自动化运行，安全有保障，有可靠的自控和保护装置；（2）选择品牌知名度高、信誉好、售后服务好的锅炉产品厂商，所提供样本或资料完整，要满足初步设计需要；（3）锅炉性能需要与用户用气用热特性相一致，适应性要好，用户负荷有较大变动时，敏感性要高，追踪性要快，压力要稳定。如负荷由50%增加到100%（约需20s），水容量大，能经得起外界负荷变动； （4）视锅炉布置及要求，作出选用立式或卧式锅炉； （5）视用户供气时间要求，特别是应急需要，可选用快速锅炉，一般在3-5min可供蒸汽； （6）在方案比较重，宜提出三种应急类型锅炉。从价格、热效率、小时耗电量、小时耗气量和单位受热面积去作选择； （7）要求用气用户提供负荷曲线，以便核实所选用锅炉的出力和性能。厂商提供的锅炉效率通常为额定蒸汽量时有较大变动时，应结合这一因素，合理选用锅炉容量及台数。 锅炉型号和台数根据锅炉房、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。根据热源设备房计算热负荷的大小、负荷特点、参数、燃料种类等条件，并考虑技术经济方面的合理性等综合因素后，根据网上锅炉厂家资料选用由苏州市赫斯特锅炉空调设备有限公司生产的方快立式蒸汽锅炉其参数表如表三所示。根据本工程最大热负荷=1.848t/h，选用型号为LHS1.0-0.8-YQ的锅炉两台，不设备用锅炉，其额定蒸发量为1.0t/h,额定蒸汽压力为0.8MPa,额定蒸汽温度温度175，设计的热效率为88%91%，天然气消耗量为77.5N，锅炉炉体重量4.785吨,锅炉安装尺寸长宽高=mm,锅炉运输尺寸长宽高=，蒸汽出口口径DN40mm,排污口口径DN25，进水口口径DN25，烟囱直径300mm，电功率3.2KW(水泵和燃烧器的总和)，电源要求380v/50。 方快立式锅炉参数表 表三 第3章 水处理设备的选择及计算1. 水处理（软化水）设备的生产能力锅炉房用水一般来自城市或厂区供水管网，根据原水水质指标，其硬度不符合锅炉给水要求，需进行软化处理。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。对于化学水处理设备的出力，锅炉房设计规范规定应按下列各项损失和耗量计算：a. 蒸汽用户的凝结水损失；b. 锅炉房自用蒸汽的凝结水损失；c. 锅炉房排污水损失；d. 室外蒸汽管道和凝结水管的漏损；e. 采暖热水系统的补给水；f. 水处理系统的自用化学水；g. 其他用途的化学水消耗量。其中冷凝水回收率为90%，锅炉自带的排污管排污率为10%，故软化水设备生产能力为：3240（10%10%）/1000=0.648 m3/h 蒸汽锅炉对给水的水质要求 表四额定蒸汽压力，MPa/P1.01.0 P1.61.6 P2.5补给水类型软化水除盐水软化水除盐水软化水除盐水给水浊度，FTU5.02.05.02.05.02.0硬度，mmol/L1）0.030pH（25）7.09.5溶解氧，mg/L2）0.100.100.050含油量，mg/L2.0总铁，mg/L0.300.300.100.300.10电导率（25），S/cm5.0102锅水全碱度(pHmmol/L）无过热器6.026.010.06.024.08.06.016.06.0有过热器14.05.012.03.0酚酞碱度(pH8.3)mmol/L无过热器4.018.06.04.016.05.04.012.04.0有过热器10.04.08.02.0pH（25）10.012.0溶解固形物（mg/L）无过热器4.01033.51033.0103有过热器3.01032.5103磷酸根，（mg/L）10.050.05.030.010.050.05.030.0亚硫酸根，（mg/L）10.050.010.030.0相对碱度70.202. 水质处理（软化）方法与设备的选择（1）水质处理方案的确定本锅炉房原水的硬度超过给水水质标准，故需进行软化处理。由于热水锅炉不存在水的蒸发，水中盐类浓度不会增加，碱度也不会提高，而且保持一定的碱度还可以对金属壁起到一定的保护作用。据此，决定选用钠离子交换软化法。由于是连续供热方式，原水水质和处理水量较稳定，又为简化操作程序和自控设备，所以采用流动床离子交换设备，根据原水水质指标，其硬度不符合锅炉给水要求，需进行软化处理。本设计拟采用钠离子交换软化给水。采用低速逆流再生钠离子交换器进行软化。（2）离子交换器的选择全自动水处理设备具有无人操作、工作可靠、结果简单、结构紧凑、占地面积小、出水可靠的特点。操作人员无需开关任何阀门，仅需按确定时间向盐液箱投入定量的在生用食盐即可 。 运用美国FLECK控制阀的锅炉软水器配置 表五型号额定流量进出水管径树脂罐（mm）盐 罐（mm）树 脂（L）安装尺寸（LWH)m3/h（英寸）DH个数DH个数(m)HT-CLSN-2121300150014808501751.212HT-CLSN-32313501600148085011251.212HT-CLSN-43414001700148085011501.212.2HT-CLSN-54514001700148085011501.212.2HT-CLSN-54514001700148085011501.51.22.2HT-CLSN-656150017001600110012251.51.22.5HT-CLSN-8681-1/260018001600110013251.51.22.5HT-CLSN-108101-1/2600190016001100135021.52.5HT-CLSN-151215280019001600110016002.51.53HT-CLSN-20162021000200018101200111002.51.53HT-CLSN-2520253100020001810120011100323从表中根据水处理设备的生产能力选择全自动软水器一台，型号为：HT-CLSN-2,其余参数见表。3. 除氧方法与设备的选择除氧方法采用现在最新的解析除氧，克服了目前常规的热力除氧、真空除氧、解析除氧等方法中存在的不足。除氧设备生产能力即为锅炉给水量=1848 kg/h=1.848 t/h 由燃油燃气锅炉设计手册（525页）查得，CJYZS型解析除氧器；该除氧器由机械部设计研究院研制的新一代产品。整体组装出场，集设备,管理,自控系统,自检系统为一体的除氧设备，操作简便。该除氧器的系统图见图一。 CJYZS型解析除氧器系统图 图一 CJYZS型解析除氧器 性能规格表 表六本工程应选用CJYZS-2型解析除氧器，该除氧器能满足溶解氧0.1mg/L的要求。外形尺寸为LBH=21007004800mm。4. 排污系统选用的排污方式为：定期排污；排污水应冷却到允许温度派入下水道，一般宜设排污减温池进行冷却。排污系统为LHS1.0-0.8-YQ锅炉自带的自动排污装置。第4章 给水设备和主要管道的选择及计算1. 确定给水系统并拟定系统简图系统简图如下：2. 给水泵的选择（1） 锅炉给水泵的流量Q=K(Q1+Q2)式中 Q锅炉给水泵的容量 Q1所供锅炉额定出力时的总给水量 Q2其他用水量 K附加系数1.11.2 所以Q=1.11.848=2.0328 t/h（2） 锅炉给水泵应设置备用泵，以保证在某台水泵停止运行时，亦能满足给水泵计算流量的要求。给水泵不少于两台。（3）水泵的扬程可由经验公式H=P（0.10.2）=1.51.6 Mpa水泵一用一备，其中一用为电动泵，一备为汽动泵。 由网上查得 ，南京捷登流体设备有限公司生产的2HM3型离心电动水泵和上海耐博泵阀制造有限公司生产的NBQ型气动隔膜泵符合设计要求，各选一台。3. 给水箱的选择给水箱的作用有两个：一是软化水和凝结水与锅炉给水流量之间的缓冲，二是给水的储备。给水箱的容量主要根据锅炉房的容量确定，一般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2040分钟的给水量。 给水箱的总有效容积按所有运行锅炉在额定蒸发量时所需20分钟的给水量计算，故V=0.616，同时要有一定的富裕量，故定为1 m3，由网上查得荣阳市鑫晖给水设备厂生产的凸面装配式不锈钢给水箱符合要求，其结构尺寸如下表所示： 凸面装备式不锈钢给水箱结构尺寸 表七箱体尺寸 mm外形尺寸 mmLBHL1B1H1100010001000117011701085共设置两台水箱，一用一备。给水箱的安装高度 锅炉给水箱的布置高度，应使锅炉水泵有足够的灌注头。灌注头不应小于下列各项的代数和：1、 给水泵进水口处水的汽化压力和水箱的工作压力；2、 给水泵的气蚀余量；3、 给水泵进水管的压力损失；4、 采用35KPa的富裕量。4. 热交换器的的选择 LHS1.0-0.8-YQ锅炉的额定蒸发量为1.0t/h， 即21.0/0.0014=1428.6KW，额定蒸汽温度175,热源要求温度为95，故总温差t=175-95=80。传热方程式： 式中：Q -热负荷，KW K -传热系数，W/ （由网上查得下表） 表八热交换器管内一般气体流速为5-30m/s,流速假定为u=10m/s,则不锈钢钢管K=2093+768u=2093+76810=9773W/K t-总温差， A -面积， 故，热交换器面积A= Q / Kt=1428.6 / (973380)=1.8查燃油燃气锅炉房设计手册查得F21型热交换器，其参数如下： F21型热交换器参数表 表九单元热交换器个数功率水容量加热面积承受压力配循环泵尺寸（mm）净重kWLm2Mpa型号m3/hm功率（Kw）长宽高Kg291.52302.840.6或1.0L3233.51.70.51872530615309141.6L402820.5第5章 燃料供应系统1. 燃气供应系统设计（1）调压系统采用单路一级简单调压系统，具体形式见图纸所示。 （2）供气管道尺寸单台LHS1.0-0.8-YQ锅炉的天然气耗量为Q支=77.5 m3/h，则Q干 =155 。管道管径可由下式进行计算：d=18.8 式中：d管道直径，mm；Q燃气在设计状态下的流量，m3/h。 w燃气流速，m/s。 天然气管道管内实际流速不应大于25 m/s，现选取经济流速20 m/s。 干管管径d干=18.8=18.8=52.34mm 选取干管管径DN50，适当增大流速 支管管径d支=18.8=18.8=37 mm 选取支管管径DN32，适当增大流速。（3） 管道水力计算 3.1 沿程损失雷诺数Re=wd/v式中 w燃气的流动速度，m/s； v运动粘度，m2/s； d管道内径，mmDN50管雷诺数Re1=205013.910-6=7.21073500DN32管雷诺数Re2=203213.910-6=4.61073500又由于管道材料为钢管，所以采用下式进行摩擦阻力损失计算： 式中 Pm燃气管道摩擦阻力损失，Pa； L燃气管道计算长度，m； Q燃气管道的计算流量，m3/h； d管道内径，mm； 燃气密度，kg/m3，天然气为0.7435； 运动粘度，m2/s，天然气为13.910-6； K绝对粗糙度，0.2 mm； T设计中所采用的燃气热力学温度，293 K； T0燃气在0的热力学温度，273 K。垂直管段附加静压头按下式计算：式中 PF附加静压头，Pa； K空气密度，1.293 kg/m3； R天然气密度，0.7435kg/m3；H燃气上升高度，m； g重力加速度，9.81 m/s2。沿程损失计算如下表所示： 燃气管道沿程损失计算表 表十 管道序号长度/高度（m）流量（m3/h）内径（mm）沿程损失（Pa）总损失（Pa）1-22.7127.45095.095.02-31.0127.45030.4125.43-42.063.732193.7319.14-52.063.732193.7512.85-62.563.732254.27676-78.063.732774.81541.87-82.863.732257.61799.43.2 局部损失采用公式计算法，局部损失由下式进行计算：式中 Pj局部阻力，Pa； 局部阻力系数； w天燃气在管道内的流速，20 m/s； 天然气的密度，0.7435 kg/m3。局部阻力计算如下表所示： 燃气管道局部阻力计算表 表十一序号名称局部阻力系数个数局部阻力（Pa）总阻力（Pa）1孔板0.42167.267.22DN50直角弯头0.442140.8208.03DN32直角弯头0.396374.4582.44焊接三通0.0314.8587.25截止阀5.0216002187.26切断阀2.0722404427.2 3.3 总阻力损失燃气沿管道流动时的总阻力为摩擦阻力Pm与局部阻力Pj之和，即P=PmPj=1799.44427.2=6226.6 Pa 3.4 燃气进口压力 LHS1.0-0.8-YQ锅炉燃烧器前所需燃气压力为Pr=0.003 MPa，则锅炉房燃气进口压力 P=PrP=36.23=9.23 Kpa故天然气从市政管网进入调压站后，在调压站内将燃气压力调为9.23 Kpa。第6章 锅炉房工艺布置锅炉房布置的内容，包括各种设备及其连接管道的布置，并配备必要的管理，检修和生活用房间。锅炉房设备布置应满足各种设备的正常操作，便于运行管理和安装检修等条件的要求，同时还应顾及建设和运行的经济性，做到有效地使用建筑面积和空间，简化和缩短各种管道等。1锅炉房设备布置锅炉房设备布置包括锅炉本体和水处理和给水等辅助设备的布置。对于只决定方法而未进行设备选择计算的部分，只标明与有关部分的相对位置，可用简单外形或中心线绘于图中，需要时可加文字说明。设备布置应注意下列各点：(1)设备的位置应按设备特点、工艺流程、操作要求等条件决定。(2)决定设备布置尺寸时，首先要了解设备正常操作对场地和空间的要求，还要了解施工安装和检修对场地和空间的要求，然后决定布置方法及所需尺寸。各设备之间或设备与建筑物之间，因操作、监视，维护等而需要通行的地方，必须有足够的通道尺寸。 2烟风管道和主要汽水管道的布置管道布置和设备一样，要便利操作(如阀件等)、安装和检修。(1)管道布置要符合工艺流程，力求管道短、附件少，以减少阻力、泄漏和材料消耗，达到运行可靠，节省费用的目的。3锅炉房建筑 在本设计中，主要进行锅炉房工艺设计，但应尽可能考虑到建筑方面的基本要求。锅炉房一般为独立建筑，锅炉房与相邻建筑物、燃料场(或库)之间距必须满足建筑防火要求。新建锅炉房的布置应考虑发展的可能性，燃料储存场地和锅炉房发展端均应留有扩建余地。锅炉房的柱