燃气锅炉设计说明书范本_甜梦文库
燃气锅炉设计说明书范本
福建工程学院毕业设计（论文）福建工程学院毕业设计（论文）环境与设备工程 系 建筑环境与设备工程专业 设计（论文）题目 甲工程机械厂燃气锅炉房工艺设计 学生姓名 起迄日期 ______ _2008 年 3 月 23 日__ 学号
_ ______ _______设计地点 _____ _福建工程学院仓山校区 指导教师 _______高维庭_______2008 年 4 月 6 日～6 月 18 日福建工程学院毕业设计（论文）摘要本设计为福州某机械厂 12t/h 的燃气锅炉房工艺设计，整个设计力求设备选型准 确合理、工艺流程布置顺畅、经济技术合理、燃料消耗低、初投资小。根据锅炉房设 计的基本要求和原则进行热负荷计算、设备选型和工艺布置。根据《燃油燃气锅炉房 设计手册》 ，说明书主要阐明了燃气蒸汽锅炉房的设计方法设计原则以及详细的计算 说明过程，说明书包括以下几个主要部分：热负荷的确定和锅炉选型、蒸汽锅炉房的 水系统、蒸汽锅炉房的燃气调压系统、锅炉房布置原则、锅炉房的自控及热工测量、 锅炉的热平衡计算、烟道的布置等。热负荷的确定及锅炉型号的选择及锅炉水系统， 这一部分主要说明的是蒸汽锅炉选型的原则及选择计算和锅炉水系统中各辅助设备 的选择计算及其供水系统水力计算。 燃气调压系统主要阐述了燃气系统的选择及调压 器的选择计算和燃气管路的水力计算。 锅炉房的自控及热工测量主要是介绍了热工测 试方法及自控的方法。锅炉的热平衡计算是校核锅炉的热效率。锅炉的烟道计算说明 了烟气的走向及的排出。最后简略叙述了锅炉的经济技术分析。关键词：燃气锅炉；锅炉房；热负荷；水力计算I福建工程学院毕业设计（论文）AbstractThis work is the 12t/h gas steam boiler building technological design of one machine factory in Fuzhou. According to “the manual design of fuel boiler building”, this paper mainly clarified the design method design principle and the detailed calculation process of the gas steam boiler building. This paper included several main parts as follows: the introduction, the definition of thermal load and the selection of boiler types, the water and steam system of the gas boiler, the gas pressure regulator system of the steam boiler building, the principle of boiler building layout and the requirement of other majors, the automatic control and the thermal characteristics measure of the boiler building. The introduction mainly describes the prospective of the gas boiler building, the settlement of thermal load and the choice of the boiler and water system of the boiler. This part mainly discusses the choice principle and calculation of gas boiler and the selection and calculation of the each standby equipment of boiler water system. The hydraulic calculation of water supply system is also considered. The gas pressure regulator system mainly introduces the selection of the gas-fired system and the selection of regulator calculation and the hydraulic calculation of the gas-fired pipeline. The seventh chapter mainly introduces the principle of boiler building layout and the requirement of other majors mainly introduces. The auto control and the thermal characteristics measure of the boiler building mainly introduce the thermal characteristics test method and auto control method. The last part shortly describes the economic technique analysis of the boiler. Key Words： gas boiler；boiler building；thermal load；hydraulic calculationII福建工程学院毕业设计（论文）目录1 前言 ................................................................................................................................. 1 2 热负荷的确定和锅炉选型 ............................................................................................. 2 2.1 设计的原始资料 .................................................................................................. 2 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 3.1 热负荷资料 .............................................................................................. 2 天然气的资料 .......................................................................................... 2 气象资料 .................................................................................................. 4 水质资料 .................................................................................................. 4 锅炉的最大热负荷 .................................................................................. 4 锅炉的平均热负荷 .................................................................................. 4 锅炉房的年热负荷计算 .......................................................................... 4 锅炉型号和台数选择 .............................................................................. 6锅炉型号和台数的选择 ...................................................................................... 43 锅炉水处理设备的选择 ................................................................................................. 7 给水设备的选择 .................................................................................................. 7 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3 3.4 3.3.1 3.4.1 3.4.2 3.4.3 锅炉给水量的计算 .................................................................................. 7 锅炉排污量的计算 .................................................................................. 7 给水泵的选择计算 .................................................................................. 8 给水箱的选择计算 .................................................................................. 9 给水主要管径确定 .................................................................................. 9 锅炉房凝结水总回收量的确定 ............................................................ 10 凝结水泵的选择 .................................................................................... 11 凝结水箱的选择 .................................................................................... 11 凝结水系统主要管径的确定 ................................................................ 11 给水系统的选择 .................................................................................... 12 除氧设备的选择计算 ............................................................................ 22 除氧设备耗气量计算 ............................................................................ 22 降温池的选择 ........................................................................................ 23I锅炉房凝结水总回收量的计算 ........................................................................ 10给水系统的选择 ................................................................................................ 12 锅炉除氧设备的选择 ........................................................................................ 22福建工程学院毕业设计（论文）3.5锅炉排污设备的选择计算 ................................................................................ 22 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 锅炉的排污系统 .................................................................................... 22 排污扩容器选择计算 ............................................................................ 22 降温池的选择 ........................................................................................ 20 水处理设备的布置 ................................................................................ 203.6 3.7汽水系统主要管道管径的确定 ........................................................................ 23 分气缸的选用 .................................................................................................... 25 3.7.1 3.7.2 分气缸的直径的确定 ............................................................................ 25 分气缸筒体结构尺寸的确定 ................................................................ 233.8 4.1阀门的选择 ........................................................................................................ 24 锅炉本体结构概述 ............................................................................................ 66 4.1.1 4.1.2 4.1.3 三回程结构概述 .................................................................................... 24 波形炉胆概述 ........................................................................................ 24 热平衡计算的目的 ................................................................................ 24 燃烧过程中的漏风系数及过剩空气系数 ............................................ 26 理论空气消耗量及烟气理论、实际体积 ............................................ 26 理论燃烧温度及焓温表 ........................................................................ 29 焓温表及焓温图 .................................................................................... 32 锅炉热平衡及燃料消耗计算 ................................................................ 34 炉胆传热计算 ........................................................................................ 35 第一管束（螺纹管）结构特性 ............................................................ 35 第一管束（螺纹管）热力计算 ............................................................ 35 第二管束（光管）结构特性 ................................................................ 40 第二管束（光管）热力计算 ................................................................ 41 锅炉总热平衡校核 ................................................................................ 454 燃烧热平衡计算 ........................................................................................................... 664.2燃烧热平衡计算 ................................................................................................ 25 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.44.3锅炉热平衡计算 ................................................................................................ 34 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.75 燃烧器设计 ................................................................................................................... 45 5.1 5.2 5.3 燃烧器设计的原始数据及燃烧器的选择 ........................................................ 45 空气系统计算 .................................................................................................... 46 燃气系统计算 .................................................................................................... 476 通风系统的设备选择计算 ........................................................................................... 49II福建工程学院毕业设计（论文）6.1 6.2引风系统的介绍 ................................................................................................ 49 风烟道设计要点和结构布置特点 .................................................................... 49 6.2.1 6.2.2 6.2.3 风烟道设计要点 .................................................................................... 50 风烟道设计结构布置要点 .................................................................... 50 风烟道设计流速选择 ............................................................................ 51 排烟量设计计算 .................................................................................... 51 烟道布置及其断面尺寸的确定 ............................................................ 51 锅炉外烟道的阻力计算 ........................................................................ 53 锅炉管束压力计算 ................................................................................ 56 烟囱的计算 ............................................................................................ 536.3引风系统设计 .................................................................................................... 51 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.57 7.1 7.2锅炉房燃气系统 ................................................................................................... 62 锅炉房燃气耗气量计算 .................................................................................... 62 燃气管道供气系统 ............................................................................................ 62 7.2.1 7.2.2 供气管道进口装置设计的基本要求 .................................................... 62 锅炉燃气系统供应系统 ........................................................................ 64 城市燃气管道压力分类 ........................................................................ 65 供气压力的确定 .................................................................................... 65 管道的敷设原则 .................................................................................... 65 管道的连接方法 .................................................................................... 707.3燃气管道供气压力确定 .................................................................................... 64 7.3.1 7.3.27.4燃气管道敷设原则及连接方法 ........................................................................ 65 7.4.1 7.4.28 燃气调压系统 ............................................................................................................... 71 8.1 8.2 概论 .................................................................................................................... 71 调压系统分类及选择 ........................................................................................ 71 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.3 8.4 几种调压系统 ........................................................................................ 71 调压系统方案确定原则 ........................................................................ 72 调压系统的选择 .................................................................................... 72调压系统工艺流程和附件配置 ........................................................................ 72 调压系统设备、仪表和附件选择 .................................................................... 73 8.4.1 8.4.2 8.4.3 净化设备的配置 .................................................................................... 73 调压器的选择计算 ................................................................................ 73 安全阀的选择计算 ................................................................................ 75III福建工程学院毕业设计（论文）8.5调压系统旁通管道、吹扫管、放散管及压缩空气管道的设置 .................... 77 8.5.1 8.5.2 8.5.3 旁通管 .................................................................................................... 77 吹扫管和放散管 .................................................................................... 82 压缩空气及其管道 ................................................................................ 839 燃气管道水力计算 ....................................................................................................... 79 9.1 燃气管道管径计算 ............................................................................................ 79 9.1.1 9.2.2 10.1 10.2 10.3 11.1 11.2 燃气管道的直径 .................................................................................... 80 调压器起点压力的确定 ........................................................................ 8510 锅炉房的布置 ............................................................................................................. 82 锅炉房布置的一般原则 .................................................................................. 82 锅炉房组成及工艺设备布置要求 .................................................................. 83 调压站的布置 .................................................................................................. 85 概述 .................................................................................................................. 86 热工测试与控制的基本要求 .......................................................................... 86 11.2.1 11.2.2 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 结 附 致 热工测试 .............................................................................................. 86 锅炉房的热工控制 .............................................................................. 8611 锅炉房的热工测试及自动控制 ................................................................................. 9112 技术经济分析 ............................................................................................................. 88 概述 .................................................................................................................. 89 锅炉主要设备价格表 ...................................................................................... 89 锅炉设备安装费用表 ...................................................................................... 90 锅炉设备安装费用表 ...................................................................................... 92 锅炉房的社会效益分析 .................................................................................. 92论 ............................................................................................................................. 94 录 ............................................................................................................................. 96 谢 ............................................................................................................................. 97参考文献 ............................................................................................................................. 95IV福建工程学院毕业设计（论文）1前言对于一个采暖系统来说，锅炉是核心中的核心。随着经济的发展，锅炉设备日益 广泛应用于现代工业的各个领域，成为我国经济发展的重要热工设备之一。 天然气与煤炭、石油并称目前世界一次能源的三大支柱。天然气的蕴藏量和开采 量都很大，其基本成分是甲烷。它除了是廉价的化工原料外，主要作为燃料使用，它 不仅作为居民的生活燃料，而且还被用作汽车、船舶、飞机等交通运输工具的燃料。 由于天然气热值高，燃烧产物对环境污染少，被认为是优质洁净燃料。 随着世界经济的发展，石油危机的冲击和煤、石油所带来的环境污染问题日益严 重，使能源结构逐步发生变化，天然气的消费量急剧增长。天然气用于联合发电、供 冷和供热、 燃料电池等方面都具有十分诱人的前途， 发达国家都在竞相进行应用开发。 以天然气为燃料的燃气锅炉房的废物排放量大大低于燃煤与燃油锅炉房，不积 碳，不磨损。而且发燃烧热效率效率高，建设成本低，建设速度快、占地少、人员少、 环保性好、运营成本低；另外，燃气锅炉启停速度快，调峰能力强，耗水量少。1福建工程学院毕业设计（论文）2热负荷的确定和锅炉选型2.1 设计的原始资料2.1.1 热负荷资料本设计为福建福州市甲机械厂燃气锅炉房设计，小区的最大热负荷为 12t/h，约 8.3MW。2.1.2 天然气的资料 2.1.2 天然气的成分CH4＝98%； C3H8＝0.3%；C3H6＝0.4%；C4H10＝0.3%； N2＝1.0%； 湿燃气的含量＝0.01Kg/Nm?2.1.2 天然气的高热值、低热值及密度混合气体的热值可以由单一气体的热值根据混合法则按下式计算：Q ? ? Qi?i式中 Q――燃气（混合气体）的高热值或低热值，KJ/Nm? ； Qi――燃气中各可燃成份的高热值或低热值，KJ/Nm? ； ?i――燃气中可燃成份的容积成分，%。 查常用燃气成分的性质见下表有：表 1 查常用燃气热值成分性质表燃气 热值 Qh CH4 3 H6 9
――2福建工程学院毕业设计（论文）Ql359069324487667123649――将数值代入上式并计算: Qh ＝(39842× 98+101270× 0.3+93671× 0.4+133885× 0.3)÷ 100＝40125.31 Ql ＝(35906× 98+93244× 0.3+87667× 0.4+123649× 0.3)÷ 100＝36189.23 湿燃气的低热值按下式计算：Qlw ? Qldr 0.833 0.833 ? 36189.23 ? ? .833 ? d g 0.833 ? 0.01所以该燃气在标态下高位发热量为： Qygw ＝40125.94 kJ/m3；该燃气在标态下 低位发热量为： Qydw ＝35759.94 kJ/ m3。 燃气的干燃气密度按下式计算：? ? ? ?i?i式中 ?i ――燃气中各组份的密度，kg/ Nm? 。 燃气的湿燃气的密度按下式计算：? w ? (? ? d )0.833 0.833 ? d式中 ρ――干燃气密度，kg/ Nm? ； ρw――湿燃气密度，kg/Nm? ； d――水蒸气含量，kg/ Nm? 干燃气； 0.833――水蒸气密度，kg/ Nm? 。 查常用燃气密度成分的性质见下表有：表 2 查常用燃气密度成分性质表燃 气 密度 CH4 0. 2.0102 C 3 H6 1. 2..2504?i代入式中并计算得： ρ＝0.7374 kg/ Nm? ； ρw＝0.7385 kg/ Nm? ；3福建工程学院毕业设计（论文）2.1.3 气象资料采暖室外计算温度： 5℃；通风室外计算温度：10℃； 采暖期室外平均温度：8℃；采暖期室外计算温度：18℃； 冬季主导风向：东南风；冬季大气压力：0.986×105 Pa 最大冻土厚度：――2.1.4 水质资料总硬度：5.3me/L；碳酸盐硬度：5.0me/L； 非碳酸盐硬度：0.3me/L；总碱度：3.5me/L； 溶解氧：5.8mg/L；H 值：7.0； 含盐量：607mg/L。2.2 锅炉型号和台数的选择2.2.1 锅炉的最大热负荷最大计算热负荷是根据生产、生活、采暖、通风需要的热负荷计算出锅炉房最大 热负荷，以此作为确定锅炉房最大热负荷，以此作为确定锅炉房规模、总装机容量的 依据。本设计的额定热负荷已经给定了， Q max ＝12t/h，即 Q max ＝8.3MW。本设计锅 j j 炉热负荷的使用情况如下表。表 3 锅炉热负荷的使用情况表使用项目 采暖 通风 生产 生活 生产平均热负荷（MPa） 负荷占的比例（%） 负荷使用（t/h） 蒸气压力 27 23 45 5 ―― 3.24 2.76 5.4 0.6 1.62 0.4 0.4 0.6 0.4 ――回水率（%） 50 50 50 0 ――4福建工程学院毕业设计（论文）2.2.2 锅炉的平均热负荷1.最大计算热负荷：式中：K0――蒸气管网的热损失及锅炉房自用热系数系数，取 1.1； K1――供暖热负荷同期使用系数，取 1.0； K2――通风热负荷同期使用系数，取 1.0； K3――生产热负荷同期使用系数，取 0.6； K4――供暖热负荷同期使用系数，取 0.5； Q1――供暖最大热负荷，t/h； Q2――通风最大热负荷，t/h； Q3――生产最大热负荷，t/h； Q4――生活最大热负荷，t/h。 冬季： 。夏季： 2. 采暖平均热负荷。Q1pj ＝ ? 1 Q1 t/h式中：Q1pj ―― 采暖平均热负荷 ，t/h；?1 ――采暖系数，按照下面的公式；? ＝ ( t n - t pj ) / ( t n - t w )则?1 ＝（18-8）/（18-5）＝0.77；Q1pj ＝ ? 1 Q1 ＝ 0.77×3.24＝2.495 t/h。2.通风平均热负荷 通风平均热负荷计算方法同上， ?2 ＝（18-8）/（18-10）＝1.25。5福建工程学院毕业设计（论文）Q ＝ ?2 Q2 ＝ 1.25×2.76＝3.45 t/h。pj 23.生产平均热负荷 根据热负荷曲线热用户的实际情况 4.生活平均热负荷5. 锅炉房平均热负荷 (2.495+3.45+ Q pj ＝K0（ Q1pj + Q2pj + Q3pj + Q4pj ）t/h ＝1.1× )＝8.404 t/h2.2.3 锅炉房的年热负荷计算年热负荷是计算全年燃料耗量的依据，也是技术经济比较的一个根据。采暖、通 风、生产、生活全年热负荷可分别用下面公式计算求得：D1 ＝ 24 n1 Q1pj ；D2 ＝ 8 n2 S Q2pj ；D3 ＝8 n3 S Q3pj ；D4 ＝8 n4 S Q4pj 。式中 n2 n3 n4 ――分别为采暖、通风天数和全年工作天数； S――每昼夜工作班次。 锅炉房的工作班次取为 3 班工作制，则每昼夜工作班次 S＝3，采暖天数 n1 ＝90 天，通风天数为 90 天，年工作天数为 306 天则：D1 ＝ 24 n1 Q1pj ＝24× 3.24＝6998.4 t/y； 90×D2 ＝ 8 n2 S 8× 3× 90× 3.45＝7452 t/y；306× 1.62＝11897.28 t/y； 3× D3 ＝8 n3 S Q3pj ＝8×D4 ＝8 n4 S Q4pj ＝8× 306× 0.075＝550.8 t/y； 3×D0 ? K0 ( D1 ? D2 ? D3 ? D4 ) ＝ t/y。6福建工程学院毕业设计（论文）2.2.4 锅炉型号和台数选择根据锅炉房的额定负荷为 12t/h，蒸气压力不高于 1.25MPa 的饱和蒸气，燃料选 用天然气，选用郑州锅炉厂生产的 WNS4－1.25－Q 型的锅炉三台。锅炉参数如下： 额定蒸发量：4 t/h；额定蒸气压力：1.25 Mpa； 额定蒸气温度：194 ℃；给水温度：105 ℃； 设计效率：90.80%；安装外形尺寸：×3551。33.1 给水设备的选择锅炉水处理设备的选择3.1.1 锅炉给水量的计算计算公式： 式中： ――给水管网漏损率，取 0.5%； ――锅炉房额定总蒸发量，t/h； Ppw――锅炉的排污率，%，本设计取 10.6%（详见 3.1.2 计算部分） ； 13.33 t/h3.1.2 锅炉排污量的计算锅炉排污量通常通过排污率来计算。排污率的大小，可由碱度或含盐量的平衡关 系式求出，取其两者的较大者。 按给水的碱度计算排污率：PA ?(1 ? a) Ags Ag ? Ags%式中： Ags ――给水的碱度，由水质资料知为 3.5me/L；7福建工程学院毕业设计（论文）Ag ――锅水允许碱度，20 me/L；a ――凝结水回收率，本设计为 50%； 按碱度计算的锅炉排污率为：PA ?(1 ? a) Ags Ag ? Ags＝(1 ? 0.5) ? 3.5 ?100% ＝10.6% 20 ? 3.5按给水的碱度计算排污率为：Ps ＝(1 ? ? ) S gs S g ? S gs%式中： S gs ――给水的盐度，由水质资料知为 607mg/L；S g ――锅水允许盐度，3500 mg/L；a ――凝结水回收率，本设计为 80%；Ps ＝(1 ? ? ) S gs S g ? S gs＝(1 ? 0.5) ? 607 ?100% ＝10.5% 3500 ? 607故此，锅炉排污率取 10.6%。3.1.3 给水泵的选择计算1. 给水泵的容量和台数 给水泵的流量应满足锅炉所有运行锅炉在额定蒸发量时给水量的 1.1 倍的要求； 如果锅炉房内设有减温减压装置，还应计入其用水量。由于工业锅炉房负荷一般不均 衡，特别是有季节性负荷的锅炉房负荷变化更大，因此给水泵的容量和台数还应该适 应全年负荷变化的要求。 2. 备用给水泵 设置备用给水泵是为了保证在停电、正常检修和发生机械故障等情况时下，锅炉 仍能得到安全、可靠地供水。因此，设计规范明确规定：锅炉房应设置备用水泵，当 任何一台给水泵停止运行时，其余给水泵的总流量应满足所有锅炉额定蒸发量的 1.1 倍给水量。 3. 给水泵的扬程 给水泵的扬程可以按下式计算：8福建工程学院毕业设计（论文）H＝1000(P+Δ P)+H1+H2+H3+H4kPa式中： P――锅炉的工作压力，MPa； Δ P――安全阀较高始启压力的升高值，MPa； H1――省煤气的阻力，kPa； H2――给水管道的阻力，kPa； H3――给水箱最低水位与锅炉水位间液位压差； H4――附加压力，50～100 kPa； 对于压力较低的锅炉，给水泵的扬程也可以用下面的近似公式计算： H＝～200kPa； 由于本锅炉的额定压力为 1.25MPa，H＝00 kPa；选用三台电动水 泵，其中一台备用。总的流量应大于 13.33× 1.1＝14.66 t/h，现在选用唐山市水泵厂生 产的 DL12-25 立式多极离心泵三台可以满足使用要求。具体参如下： 型号：DL12-25；级数：7； 流量：15 m3/h；扬程：161m； 电机功率：9.46 kW；转数：2950 r/min； 安装尺寸：×340；进出水管径：DN50 ；3.1.4 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。给水箱进水与出水之间的不平衡程度与多种因素有关，如锅炉的容量，负 荷的均衡性，软化水和凝结水设备特点及其运行方式等。容量较大的锅炉房，波动相 对较小。给水储备是保证锅炉安全运行所必需的，其要求与锅炉容量有关。所以，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 20～40min 的给水量。 可以按此公式计算： G＝30/60×13.33＝6.67 m? 。 选择上海联展金属制品有限公司生产的 STF―8 的不锈钢组合式水箱一个。其容 积为 8 m? 。其尺寸为：×2000。 由于本设计采用热力除氧（详见 3.3 计算说明部分） ，给水箱中水温较高，此时9福建工程学院毕业设计（论文）要求水箱最低液面必须高出水泵中心线一定的高度， 避免消耗进口叶轮处的水有发生 汽化的可能。本设计将水箱高于标高 8m 的除氧平台上。3.1.5 给水系统主要管径确定根据给水量和规定的流速可确定给水管道的管径，计算如下表：表 4 给水管道流速推荐及选用直径管子种类 水流速度(m/s)离心式水泵 进水管 1.0～2.0 出水管 2.0～2.5给水总管 1.5～3.0水泵吸水管 0.5～1.0计算结果及选用直径（按 管段名称 给水总管 吸水管 离心泵进水管 离心泵出水管 流量(t/h) 14.67 14.67 14.67 14.67 流速(m/s) 2.1 0.8 2.0 2.0计算） 计算直径(mm) 50 81 50 50 选用直径(mm) D57× 3 D89× 4 D57× 3 D57× 33.2 锅炉房凝结水总回收量的计算3.2.1 锅炉房凝结水总回收量锅炉房凝结水总回收量 凝结水回收量 之和。 ，等于生产负荷、采暖、通风、生活回收量 及除氧生产负荷凝结水回收量为：5.4× 0.8× 50%＝2.074 t/h； 采暖负荷凝结水回收量为：3.24× 50%＝1.62 t/h； 通风负荷凝结水回收量为：2.76× 50%＝1.38 t/h；10福建工程学院毕业设计（论文）。 忽略除氧器顶部排气损失，除氧器凝结水回收量 雾式除氧器工作压力为 0.023MPa，除氧器水温 根据除氧器进出口介质量和热平衡的关系： 即为除氧器耗量 。热力喷＝105℃，除氧器热效率为 98%。式中――软水焓，在进口温度＝13℃时， ； 时， ；――厂区用户冀求水回水的焓，当给水温度 ――进入除氧器蒸气的焓，2785.7 KJ/Kg； ――除氧器出口水的焓，440 KJ/Kg； ――锅炉软化水量，t/h。 所以，联立二式解得：1.456 t/h。即锅炉房的软化水量为 8.139 。3.2.2 凝结水泵的选择本设计安装二台凝结水泵其中一台备用，凝结水与软化水混合输送。凝结水量等 于锅炉软化水量 和凝结回水量 之和，即：11福建工程学院毕业设计（论文）则凝结水泵的总流量 凝结水泵的扬程由下式计算：式中――除氧器工作压力，取 0.02 MPa；――管路系统总阻力，由于管路短、水温低，取――凝结水箱与给水箱之差，取 ――附加压头，取 因此凝结水泵的扬程 ＝50 KPa。；选择山西天海泵业华东公司 50DL（R）型多级离心泵 2 台。 流量 Q：16.2 m? ；扬程 H：21.2 mH2O；转数 r：1450 r/min；配电机功率：3KW。3.2.3 凝结水水箱选择（1）本设计设一个水箱，两个水箱间有水联通，以便切换使用，水箱容积确定， 选一个 8 m? 水箱，主要尺寸为 2000× 2000× 2000。 （2）本设计采用开式水箱，将凝结水中的二次蒸气及窜入蒸气直接排入大气。 （3）凝结水箱设于-2.00 标高上，厂区凝结水直接流入水箱，不用额外加压。 （4）将凝结水泵放在地面上，而利用安全吸水器吸水。12福建工程学院毕业设计（论文）3.2.4 凝结水系统主要管径确定根据选定流速法确定凝结水管径如下：表 5 凝结水管道流速推荐及选用直径管子种类 水流速度(m/s)凝结水泵吸水管 0.5～1.0凝结水泵吸水管 1.0～2.0自流凝结水管 ＜0.5计算结果及选用直径（按 管段名称 凝结水泵吸水管 凝结水泵出水管 自流凝结水管 流量(t/h) 13.06 13.06 1.1× 流速(m/s) 0.6 1.8 0.3计算） 计算直径(mm) 81 50 81 选用直径(mm) D89× 4 D57× 3 D89× 43.3 给水处理系统的选择本锅炉原水的总硬度和含氧量均超过给水水质要求，故需要进行软化和除氧处 理。采暖锅炉水处理的主要任务：降低水中 Ca2+、Mg2+的含量（即软化） ，为防止锅 炉结垢；减少水中的溶解气体（即除氧） ，防止锅炉受热面的腐蚀。对于大多数供热 锅炉来说，补给水预先处理后再进入锅炉，称锅外水处理。对于小容量的供热锅炉， 处理在汽锅内部进行，则称锅内水处理。本设计采用锅外水处理。 （1） 水处理原理 由于热水锅炉不存在水的蒸发，水中盐类浓度不会增加，碱度也不会变化，而且 保持一定的碱度对金属壁有一定的保护作用。据此，决定采用钠离子交换软化法，即 原水通过 Na+交换剂时，水中的 Ca2+、Mg2+被交换剂中的 Na+所替代，使易结垢的钙 镁化合物变成不易结污垢的易溶性钠盐而使水软化。交换剂转变成 Ca、Mg 型后，可 以用钠盐溶液还原再变成 Na 型交换剂而重新使用。 （2） 水处理设备选择及系统 钠离子交换设备种类很多，有固定床、流动床、浮动床和移动床等，其中后三者13福建工程学院毕业设计（论文）适用于原水水质稳定，软化水压力变化不大且不间断运行。固定床钠离子交换器则无 上述要求，是工业锅炉常用的水处理设备。固定床钠离子交换方式可以分为顺流再生 和逆流再生两种， 相对于顺流再生， 逆流再生具有对原水硬度适应广泛、 出水质量好、 再生盐耗低（20%） 、水耗低（30～40%）的优点，所以广泛采用。 固定床逆流再生钠离子交换器的再生液自下而上运动， 再生置换时离子交换器不 发生紊乱是保证逆流再生效果的关键。为此，应控制再生液和置换水的流速、再生液 的浓度及不同的顶压方式。 钠离子交换剂是强酸性阳离子交换树脂（型号 001 ? 7）和磺化煤，树脂交换容量 大，交换速度快，但价格比较比较高；而磺化煤的交换容量小，速度慢，但价格低， 综合技术经济性考虑，采用 001 ? 7 型树脂。 钠离子交换软化系统一般为单级和双级。当原水硬度＜8mmol/l 时，经单级钠离 子交换后，可以作为锅炉给水。本设计中水的总硬度为 5mmol/l＜8mmol/l，所以采用 单级系统。 综上所述，本设计水处理方案采取固定床逆流再生单级钠离子交换器。3.3.1 给水处理系统的选择1.固定床钠离子交换器计算的指标表 6 固定床钠离子交换器计算指标单级或双级第一级 序号 指标名称 固定床顺流 再生 树脂 1 2 运行 小反洗 软化速度 流速 时间 流速 时间 m/h m/h min m/h min 20～30 ―― ―― 15 15 100～120 固定床逆流 再生① 树脂 20～30 5～10 3～5 15 15 80～100双级第二级 固定床逆流 再生 树脂 ≯60 ―― ―― 15 15 4003 4反洗② 再生再生剂耗 g/mol14福建工程学院毕业设计（论文）量 质量分数 流速 5 置换 流速 时间 小正洗 流速 6 时间 流速 7 正洗 每 1m? 交 换剂耗水 m? /m? 量 8 每 1m? 交换剂耗水量 mol/m? (800～1000) (800～1000) (800～ 3～6 2～6 % m/h m/h min m/h min m/h ―― ―― 15～20 5～8 4～6 5～8 2～5 同再生流速 计算确定 10～15 5～10 15～20 ―― ―― 15～20 5～8 4～6①固定床逆流再生再生的反洗系指大反洗。 当再生剂耗量逐渐上升或出水质量逐 渐下降时，要考虑进行一次大反洗。一般运行运行 10～20 个周期要进行一次大反洗。 ②置换时间按置换水量（一般为交换剂体积的 0.5～1 倍计算）除以置换水流量 （交换器面× 积置换流速） ，即 t，min。 上表摘自《燃油燃气锅炉及锅炉房设计[3]，表 5-12》 2.常用逆流再生钠离子交换器（无顶压）各项指标计算数据汇总表 7 常用逆流再生钠离子交换器（无顶压）各项指标计算数据汇总序 号离子交换器直径 指标名称 ?500 树脂 交换层高度 钠 离 交换层装载量 m Kg m Kg Kg mol /台 1.5 235 0.2 31 266 265 ?500 树脂 1.5 528 0.2 70 598 596 ?500 树脂 2
?500 树脂 2
?500 树脂 2
?500 树脂 2
786 1子 交 压层高度 换 剂 压层装载量 交换剂总装载量2交换剂工作交换容量15福建工程学院毕业设计（论文）流速 小反 3 洗 时间 耗水量 再生剂单耗 再生剂总耗 再 生 4 NaCl 100% 再生流速 时间 流速 5 置换 时间 耗水量 流速 小正 6 洗 时间 耗水量 流速 7 正洗 每 1m? 交换剂耗 水量 耗水量 8 9 再生软化水耗量 再生清水总耗量 再生液质量分数 再生流量m/h min m? KgNaCl/mol Kg % m? /次 m/h min m/h min m? m/h min m? m/h m? /m? m? m? m?10 5 0.1610 5 0.3710 5 0.6510 5 1.47 0.110 5 2.6210 5 4.0926.5 7 0.3659.6 7 0.81141.3 7 1.94 2318 7 4.36365.5 7 7.74883.6 7 12.115555 2 45747474 2.5 48740.30.71.63.6 10 56.39.90.160.370.651.472.624.0915～20 4 1.2 0.3 1.87 2.64 0.7 4.17 6.28 1.6 9.46 14.1 3.6 21.26 25.1 6.3 37.85 39.3 9.9 59.22上表摘自《燃油燃气锅炉及锅炉房设计[3]，表 5-13》 3.固定床逆流再生钠离子交换器选型计算 本工艺的蜗壳式燃气湿背式三回程锅炉对给水和炉水的水质要求如下： 给水总硬度≤0.03 mmol/L；给水悬浮物≤5 mg/L； 给水含氧量≤0.1 mg/L；炉水总碱度≤20； 给水 PH 值≥7；炉水溶解固形物&3500 mg/L。表 8 燃用固体燃料的水管锅炉、水火管组合锅炉、燃及燃气的水质标准16福建工程学院毕业设计（论文）燃用固体燃料的水管锅炉、水火管组合锅炉、燃及燃气的水质标准 项目 单位 MPa 工作压力 ≤ 1.0 给水 ＞ 1.0 ≤ 1.6 悬浮物 总硬度 无过热器 总碱度 有过热器 mg/L ≤5 ≤5 ≤ 0.03 ＞ 1.6 ≤ 2.5 ≤5 ≤ 0.03 ≤22 ≤20 ≤14 ≥7 PH（25℃） 含油量 溶解氧② mg/L mg/L ≤2 ≤ 0.1 mg/L 溶解固形物③ mg/L ≤2 ≤ 0.1 ≤2 ≤ 0.1 ＜ 4000 ＜ 3500 ＜ 3000 mg/L ＜ 3000 ＜ 2500 ≥7 ≥7 ≤14 ≤12 ≤ 1.0① 炉水 ＞ 1.0 ≤ 1.6 ＞ 1.6 ≤ 2.5mmol/L ≤ 0.03 mmol/L mmol/L10 ～ 10 ～ 10 ～ 12 12 1210 ～ 10 ～ 10 ～ 40 40 40mg/L10 ～ 10 ～ 30④ 30 ＜ 0.2相对碱度＜ 0.2＜ 0.2（） 上表摘自《燃油燃气锅炉及锅炉房设计[3]，表 5-2》17福建工程学院毕业设计（论文）①当锅炉额定蒸发量≤2t/h 时，采用炉内加药处理时，其给水、炉水应符合上 表规定，但锅炉炉水的溶解固形物应≤4000 mg/L。 ②当锅炉额定蒸发量＞2t/h 时，均要除氧；额定蒸发量≤2t/h 的锅炉应尽量除 氧和注意防腐蚀。对于供汽轮机用汽的锅炉给水含量均应≤0.05 mg/L。若采用化学 除氧，则监测锅炉水的亚硫酸根含量。 ③如果测定溶解固形物有困难时，可采用采用测定氯化物（Cl-1）的方法来间接 控制。 ④仅用于供汽轮用汽的锅炉。 4.软化水处理表 9 软化水处理计算序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15名称 需要软化水量① 原水（进水）总硬度 软化水（出水）硬度 离子交换剂 软化速度 交换器计算面积 交换器同时工作台 数 交换器选用台数② 交换器直径 交换器实际面积 实际软化速度③ 树脂工作交换容量 交换层高度 压层高度 交换层树脂体积符号单位 m? /h mmol/L mmol/L 已知 已知计算公式数值 6.799 5.3 0.03备注已 知 水 质 标 准 ≤ 0.03mmol/h 选定 001× 强酸阳离子 7 m/h m? 台 台 m m? m/h mol/m? m m m? 查上表计算指标 查上表 查上表 查上表计算指标 F＝Q/v＝8.139/25 选定 2 或 n+1＝1+1 选定 F1＝0.785?? 树脂 25 0.272 1 2 1.0 0.785 8.661 .2 1.57 其中一台备用18福建工程学院毕业设计（论文）交换层树脂总装载 16 量 每台交换器工作交 17 换容量 mol/台 1570 Kg/台 1468树脂湿视密度 0.75～0.85/mL18软化水产量m? /台298再生转换软化自耗 19 量m? /(台? 次)查上表1.620软化供水量m? /台296.4交换器运行延续时 21 22 间 再生一次耗盐量 配制再生一次耗盐 23 量 再生用清水总耗量④ 每台交换器周期总 25 耗水量 交换器进水小时平 26 27 均流量⑤ 交换器正洗流速 交换器进水小时最 28 大流量 m? /h 23.84 m? /h m/h 查上表指标计算 8.74 20 m? /台 307.5 t/(台?次) 2.09 数，取 m? /(台? 次) 查上表 9.46 h Kg/台 /Q 43.59 157 为再生液质量分24①软化水的需要量应包括锅炉补给水量、锅炉排污量、采暖热网补给水量及其他 用途的软化水量。19福建工程学院毕业设计（论文）②钠离子交换器至少有一台再生备用。若不设备用时，软化水箱的容积应能贮存 离子交换再生时间（约 3h）加 1h（即 4h）的软化水需要量：此时交换器实际运行延 续时间（即周期）为（T-4）h。 ③当 n 2，尚应核算（n-1）台时的实际软化速度， ，m/h，核算 速度范围内。 ④再生用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 扣除，而再生转换软化水自耗量（qc）应计入 Qb。 各项耗量可查上表。 ⑤固定床逆流再生一般不设置反洗水箱， 但进水最大流量应满足正反洗流量的需 要。进水水压一般要求 0.2Mpa。 5.再生液（盐液）的配制和贮藏表 10 再生液（盐液）的配制和贮藏应在允许软化序号 1 2 3名称 每次还原理论耗盐 量 还原盐液浓度 配制盐液用水量符号单位 Kg % m?计算公式或依据 计算值 取值数值 157 7 2.24还原一次衡盐液池 4 容积 饱和盐液浓度 还原一次浓盐液池 6 7 8 9 10 容积 稀盐液池容积 浓盐液池容积 盐溶液泵容量 还原时间 m? m? m? m? /h min 取值 按二次还原计算 按四次计算 0.725 5.38 2.90 3.59 45 m? 2.695室温下取值2620福建工程学院毕业设计（论文）11盐溶液泵扬程mmH2O由盐液系统取值15～2012盐溶液泵选择102 型泵 2 台3.4 锅炉除氧设备的选择3.4.1 除氧设备选择计算水质标准规定，额定蒸发量大于 2t/h 的蒸气锅炉的给水和供水温度大于 95℃的 热水锅炉的循环水要进行除氧处理。除氧的方法常用热力除氧、真空除氧、和化学药 剂除氧，其它除氧方法使用的不多。热力除氧是使用最广泛的一种除氧方法，其工作 可靠、效果稳定，出水含氧量小于 0.05mg/L。本设计就采用热力除氧的方法。 热力喷雾式除氧器是使用最为广泛的一种除氧方法，其工作可行、效果稳定，出 水含氧量Q0.05 mg/L。热力除氧当前产品出力有 6、10、20、40、7 t/h 等种，配套水 箱体积约为半小时除氧水量。 大气式热力除氧器工作压力为 0.02Pa， 工作温度为 104～ 105℃，进气压力为 0.1～0.3MPa，进水温度对于喷雾式除氧器不低于 40℃。 锅炉房待除氧的最大水量采用 QR3 型喷雾器一台，额定出力为 20 ，水箱容积为 10 m? ，工作压力为 0.02 MPa。工作温度 104℃，出水含氧量Q0.05 mg/L。安装尺寸为 ×1612。3.4.2 除氧设备耗气量计算当除氧器设有排气冷却时， 除氧器气中的蒸气损失量约为除氧器总耗气量的 1%。 因此，除氧器的实际耗气量为：连续排污扩容器产生的二次蒸气21除氧器的新蒸气耗量福建工程学院毕业设计（论文）＝3.5 锅炉排污设备的选择计算3.5.1 锅炉的排污系统本设计所选用的锅炉有排污装置，为了节能设计中选用了连续排污过容器一台， 以回收部分排污水的热量。扩容器产生的二次蒸气直接给排污降温池，锅炉的定期排 污引入排污降温池，冷却至 40℃以下再排入下水道。3.5.2 排污扩容器选择计算? 在排污过容器中，由于压力降低而汽化所形成的二次蒸气量 Dq 可按下式计算： ? Dq ＝D?（i?? ? i1?) pw (i1??1 ?i1?) xkg /h式中： D? ――进入过容器的排污水量，近似取用锅炉排污量， D? ≈Dpw ＝ pw pw 13.2×＝1399.2kg/h；i ? ――锅炉工作下压力饱和水的焓，P＝ 1.25MPa， i ? ＝ 806.9kJ/kg；i1? ――扩容器工作压力下饱和水的焓，0.2MPa 查表， i1? ＝504.7 kJ/kg； i1?? ――扩容器压力下饱和水蒸气的焓，0.2MPa 查表， i1?? ＝2706.9 kJ/kg；x ――二次蒸气的干度，本设计取 0.98；? ――排污管损失系数，本设计取 0.97；? 所以： Dq ＝D?（i?? ? i1?) 1399.2 ? (806.9 ? 0.97 ? 504.7) pw ＝ ＝ 180.23 kg /h； (2706.9 ? 504.7) ? 0.98 (i1??1 ?i1?) x扩容器所需容积： V＝? KDq v Rum3式中： K――容积富裕系数，本设计取 1.4；22福建工程学院毕业设计（论文）v――二次蒸气比容，0.2MPa 查表，为 0.886 m3/kg； h； Ru ――扩容器中，单位容积的蒸气分离强度，设计取 400 m3/ m3? 所以： V＝? KDq v Ru＝1.4 ? 180.23 ? 0.886 　 ＝0.559 m3 400根据计算所需扩容器容积，本设计选济南张夏换热设备有限公司生产的 LP-0.75 其技术参数如下： 容积：0.75 m3；工作压力：0.2 MPa 介质：蒸气。3.5.3 降温池的选择根据所选择的排污扩容器的大小来选择， 由于 LP-0.75 的容积为 0.75 m3； 所以选 择一个容积为 1 m3 的玻璃钢水箱即可。3.5.4 水处理设备的布置（1）为使厂房结构简化，将笨重设备如阳离子交换器布置在厂房下层的地面上； （2）避免把离子交换器、凝结水箱等临窗布置 ，以便充分利用自然照明； （3）除氧器水箱最低水面与给水泵进口高差不小于 7～8 米； （4）离子交换器布置：①如交换器体积太大，不能从门窗运入时，在墙上预留 安装孔。②交换哭间距不小于 D+700mm，D 为交换器外径； （5）生水加压泵和盐液泵：本设计利用自来水加压，上水压力不低于 0.035～ 0.04MPa，不设深水加压泵。3.6 汽水系统主要管道管径的确定1 . 市政给水管径的确定 市政给水的总流量，即为锅炉房最大用水水量，故锅炉房最大小时用水量约为 13.2t。根据管内推荐水速为 2 m/s，由下式可进行计算：d0 ＝ 2000G0 3600 w ?mm式中： d0 ――供水管径，mm；23福建工程学院毕业设计（论文）G0――供水管中的水流量，t/h； w――管内推荐流速，取 2.0 m/s；d0 ＝ 200013.2 ＝ 48.3 mm 3600 ? 3.14 ? 2.0因此，本设计选用管径 DN50 可完全满足使用要求。 2. 蒸气管道的管径 蒸气管道的管径可按下式计算：d0 ＝ 594.5Gv wmm式中： d 0 ――蒸气管径，mm； G――管内蒸气的质量流量，t/h； w――管内蒸气的流速，m/s； v――管内蒸气的比容，m3/kg。表 11 管道内流速选定及管径计算结果表管道名称 Dg&200 流速 m/s 30～40饱和蒸气 Dg＝200～100 25～35 Dg&100 15～30二次蒸气 15～30管径计算结果及选定值 管段名称 蒸气母管 锅炉出气管 1 锅炉出气管 2 生产用气管 采暖用气管 通风用气管 生活用气管 二次蒸气管 流量(t/h) 12 4 8 5.4 3.24 2.76 0.6 0.180 流速(m/s) 计算直径(mm) 27 28 28 30 25 30 30 22 157 89 126 141 145 123 57 70 选用直径(mm) D159× 4.5 D89× 4 D133× 4 D150× 5 D150× 5 D133× 4 D59× 3 D76× 3 蒸气压力 1.25 1.25 1.25 0.6 0.4 0.4 0.4 0.1 比容 0.157 0.157 0.157 0.316 0.462 0.462 0.462 1.69524福建工程学院毕业设计（论文）3.7 分气缸的选用3.7.1 分气缸的直径的确定因为最大计算热负荷 Q max ＝ 12 t /h ， 蒸气压力 P ＝1.25 MPa。 比容 v ?? ＝0.157 j m3/kg ，根据《锅炉习题实验及课程设计》P241 表 6 所推荐的蒸气流速，取 w ＝10 m /s。由（3-6）可计算得：d0 ＝ 594.5Gv 12 ? 0.157 ＝594.5 ＝258 mm w 10本设计拟采用热轧无缝钢管 DN300 作为分气缸的筒体，一端为平盖封头，另一 端为法兰盖板，以便折卸清洗。 分气缸的工作压力为 1.25MPa，工作温度为 200℃。 接管所配阀门，凡 Dg≤150 mm 采用截止阀，凡 Dg≥150 mm 采用闸阀。 分气缸接管：进气管 D159× 4.5，生产 D150× 5，采暖 D150× 5，通风 D133× 4，生 活 D59× 3，二次蒸气 D76× 3，压力表 D25× 3。3.7.2 分气缸筒体结构的确定分汽缸筒体取决于接管管径、数目和结构强度。同时还应顾及接管上阀门的启闭操作 的便利。本设计的分汽缸筒体上，除接有一根来自锅炉的进汽管和供蒸气管，还接有 锅炉房自用蒸气管，备用管接头，压力表接管以及疏水等等。分汽缸筒体结构和管孔 布置如图：图 1 分汽缸示意图25福建工程学院毕业设计（论文）3.8 阀门的选择阀门通过改变其流量面积的大小，从而控制流体流量、压力和流向，各种阀门都 有各自的特点：闸阀具有流动阻力小、启闭较省力、便于安装的特点，适用于全开全 关的场合，主要用于水泵的进口、水箱进口、自来水管道和公称直径大于 200mm 的 各种场合；截止阀具有结构简单制造维修方便、密封性好寿命长，阻力较大等特点。 止回阀主要应用于要求介质单向流动的场合。 阀门的选用如下： 1. 在水泵的进口和出口处所设置的阀门分别是： 水泵进口处安装截止阀， 出口处 安装截至阀和止回阀。 2. 管道的其它部分一般都安装截至阀，因其密封性好。 3. 在锅炉排污管上应安装快速排污阀。 4. 在集水缸下的网路回速水管上应安装手动调节阀。26福建工程学院毕业设计（论文）44.1 锅炉本体结构概述4.1.1 三回程结构概述燃烧热平衡计算本设计选用的 W N S× －× －Q 系列全自动燃燃气蒸气锅炉，采用为锅壳式三 × × 回程、全湿背结构。燃料在炉胆内微正压燃烧，高温烟气沿炉胆向后经回燃室进入第 一烟道管束，经压迫式前烟箱转折 180° 进入第二管束，经过对流换热后排入大气。 这种锅炉最大的特点： 所有的受压元件与锅筒中心对称， 锅炉采用全湿背式结构， 以极大的内筒和偏心火箱的结构，其有利于提供足够的辐射受热面。而对流受热面有 第二回程和三回程的管束构成。回燃室前管板采用与炉胆连接，回燃室后管板采用椭 球形封头和管板。 第二回程和第三回程转烟室构成了前烟箱， 此出烟烟温已低 500℃。 因此，前烟箱的结构采用轻形结构的耐火保温材料。后烟箱烟气出口布置在沿筒体纵 轴的方向， 不仅可以缩短炉体长度； 又可以避免烟囱放在垂直于筒体纵轴线的方向上， 在锅炉启动停止时冷凝水腐蚀锅炉本体。 这种锅炉的设计主要考虑了锅炉检修和稳定 的原则。锅炉回水进口内设置的混水装置，回水先冲刷烟管管束，再接触炉胆，提高 了回水接触炉胆的水温。避免了局部产生过冷沸腾的现象。炉水在燃烧烟气高温部分 的下层，低温在上部流动。就热对流而言，已达到最佳的结构设计。蒸气锅炉也达到 最大的汽化空间，加之后部加上隔板导致循环水流经回燃室的高温表面，使之合理均 匀传热。确保回燃室的管板安全运行。4.1.2 波形炉胆概述本系列锅炉采用波形炉胆，既强化了烟气的扰动，又增大了辐射传热面积；既增 加了炉胆的刚度，又有效的减弱了炉胆的膨胀应力；既增强传热效果，又促进为燃料 在炉膛内的燃烧。4.1.3 锅炉热平衡计算的定义27福建工程学院毕业设计（论文）锅炉的热平衡定义为： 送入锅炉的燃料拥有热量等于锅炉的有效输出热量加上各 项热损失。其目的是确定锅炉有效利用热，各项热损失，锅炉热效率，燃料消耗量， 运行水平，原因及改进措施，新产品的鉴定等。一般采用的方法是通过锅炉机组的热 平衡试验。现代的燃气锅炉的效率约为 90%左右，其容量越大、效率越高。4.2 燃烧热平衡计算4.2.1 燃烧过程中的漏风系数及过剩空气系数一般中小型燃气锅炉 ? ' 取值为 1.05～1.20， 根据 《燃油燃气锅炉》 3.2.1 节 第 “燃 气锅炉的最佳α 数值取决于燃气的燃烧方法等，通常为 1.03～1.10” 。根据此要求所 取得的漏风系数和空气过剩系数如下表。表 12 漏风系数及过剩空气系数表 系数 项目进口过剩空气系数 ? ' 1.13 1.08漏风系数 ? ? 0.05 0.00出口过剩空气系数 ? 1.08 1.08炉膛 锅炉管束4.2.2 理论空气消耗量及烟气理论、实际体积（1）理论空气量 V 0 与实际空气量 V 理论空气量是指每 Nm? 燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需的空气量。 当燃 气组分已知时按下式计算：V0 ＝1 ? n ? ?0.5H 2 ? 0.5CO ? ? (m ? 4 )Cm H n ? 1.5H 2 S ? O2 ? 21 ? ?式中 V 0 ――理论空气需要量，Nm? 干空气 / Nm? 干燃气；H2、CO、Cm Hn、H2 S ――燃气中各可燃组分的成分，%； O2 ――燃气中氧的容积成分，%。代入具体数值计算如下：V0 ＝＝1 ? n ? ?0.5H 2 ? 0.5CO ? ? (m ? 4 )Cm H n ? 1.5H 2 S ? O2 ? 21 ? ?1 ? 4 8 6 10 ? ? ?(1 ? ) ? 98 ? (3 ? ) ? 0.3 ? (3 ? ) ? 0.4 ? (4 ? ) ? 0.3? 21 ? 4 4 4 4 ?28福建工程学院毕业设计（论文）＝9.58 Nm?干空气 / Nm? 干燃气 则实际空气量为V ? ?V0 ? 1.01? 9.58 ? 9.68 干空气（2）理论三原子气体体积 VRO2 三原子气体体积可按下式计算：/ Nm? 干燃气VRO2 ? VCO2 ? VSO2 ? 0.01?CO2 ? CO ? ? mCm Hn ? H2 S ?式中 VRO2 ――三原子气体体积，Nm? Nm? / 干燃气； / 干燃气； VCO2 ――烟气中二氧化碳的体积，Nm? Nm? / 干燃气。 VSO2 ――烟气中二氧化硫的体积，Nm? Nm? 代数值计算得：VRO2 ＝ VCO2 ? VSO2 ? 0.01(CO2 ? CO ? ? mCm H n ? H 2 S )＝1 ? ?1? 98 ? 3 ? 0.3 ? 3 ? 0.4 ? 4 ? 0.3? 100＝1.01 Nm? Nm? / 干燃气 （3）理论 N2 的体积与实际 N2 的体积 理论烟气中氮气的体积可按下式计算：0 VN2 ＝ 0.79V 0 ? 0.01N20 式中 VN2 ――烟气中氮气的体积，Nm? Nm? / 干燃气。0 VN2 ＝ 0.79V 0 ? 0.01N2＝ 0.79 ? 9.58 ? 0.01?1.0 ＝7.58 Nm? Nm? / 干燃气 实际烟气中氮气的体积可按下式计算：VN2 ＝ 0.79?V0 ? 0.01N2式中 VN2 ――烟气中氮气的体积，Nm? Nm? / 干燃气。VN2 ＝ 0.79?V0 ? 0.01N2＝ 0.79 ?1.08 ? 9.58 ? 0.01?1.029福建工程学院毕业设计（论文）＝8.18 Nm? Nm? / 干燃气 （4）理论水蒸气体积0 VH 2O和实际水蒸气的体积 VH2O烟气中水蒸气的体积可按下式计算：n ? ? 0 VH2O ＝ 0.01 ? H 2 ? H 2 S ? ? Cm H n ? 120(d g ? V 0 d a ) ? 2 ? ?式中 VH2O ――烟气中水蒸气的体积，Nm? Nm? / 干燃气； 干燃气； d g ――标态下燃气的含湿量， d g ＝0.010 Kg / Nm? 干燃气。 da ――标态下空气的含湿量， da ＝0.010 Kg / Nm?n ? ? 0 VH2O ＝ 0.01 ? H 2 ? H 2 S ? ? Cm H n ? 120(d g ? V 0 d a ) ? 2 ? ?＝1 ?4 8 6 10 ? ? ? ? 98 ? ? 0.3 ? ? 0.4 ? ? 0.3 ? 120 ? (0.01 ? 9.58 ? 0.10) ? 100 ? 2 2 2 2 ?＝2.13 Nm? Nm? / 干燃气 实际烟气中水蒸气的体积可按下式计算：n ? ? VH2O ＝ 0.01 ? H 2 ? H 2 S ? ? Cm H n ? 120(d g ? ?V 0 d a ) ? 2 ? ?式中 VH2O ――烟气中水蒸气的体积，Nm? Nm? / 干燃气； 干燃气； d g ――标态下燃气的含湿量， d g ＝0.010 Kg / Nm? 干燃气。 da ――标态下空气的含湿量， da ＝0.010 Kg / Nm?n ? ? VH2O ＝ 0.01 ? H 2 ? H 2 S ? ? Cm H n ? 120(d g ? ?V 0 d a ) ? 2 ? ?＝1 ?4 8 6 10 ? ? ? ? 98 ? ? 0.3 ? ? 0.4 ? ? 0.3 ? 120 ? (0.01 ? 1.08 ? 9.58 ? 0.10) ? 100 ? 2 2 2 2 ?＝2.14 Nm? Nm? / 干燃气 （5）过剩氧体积 VO2 过剩氧体积 VO2 可按下式计算：VO2 ＝ 0.21(? ?1)V0式中 VO2 ――烟气中氧气的体积，Nm? Nm? / 干燃气。30福建工程学院毕业设计（论文）代入数值计算得：0 VO2 ＝ 0.21(? ?1)V0＝0.21× （1.08-1）× 9.58 ＝0.16 Nm? Nm? / 干燃气 （6）理论烟气量和实际烟气量 理论烟气量可按下式计算：0 0 Vf0 ? VRO2 ? VH2O ? VN02式中 V f0 ――理论烟气量，Nm? Nm? / 干燃气。0 0 Vf0 ? VRO2 ? VH2O ? VN02＝1.01+2.13+7.58 ＝10.72 Nm? Nm? / 干燃气 理论烟气量可按下式计算：Vf ? VRO2 ? VH2O ? VN2 ? VO2式中 V f ――实际烟气量，Nm? Nm? / 干燃气。 当α 为 1.08 时实际烟气的总体积为：Vf ? VRO2 ? VH2O ? VN2 ? VO2＝1.01+2.14+8.18+0.16 ＝11.49 Nm? Nm? / 干燃气4.2.3 理论燃烧温度及焓温表1、热量计温度 1 Nm? 干燃气的湿燃气燃烧前后的热平衡方程式：Hl ? I g ? Ia ? I f式中 H l ――燃气的低热值，KJ/Nm3 干燃气；I g ――燃气的物理热，KJ/Nm3 干燃气；31福建工程学院毕业设计（论文）干燃气完全燃烧时由空气带入的物理热，KJ/Nm? 干燃气； I a ――1Nm? 干燃气完全燃烧后所产生的烟气的焓，KJ/Nm? 干燃气。 I f ――1Nm? 其中：I g ? (Cg ? 1.20cH2Od g )tg ；Ia ? ?V0 (Ca ?1.20cH2Oda )ta ；I f ? (VRO2 cRO2 ? VH2O ? VN2 cN2 ? VO 2 cO2 )tc ；式中 1.20――水蒸气的比容，Nm? /Kg； K； Cg ――燃气的平均定压容积比热，KJ/Nm? K； cH2O ――水蒸气的平均定压容积比热，KJ/Nm? K； cRO2 ――三原子气体的平均定压容积比热，KJ/Nm? K； cN2 ――氮的平均定压容积比热，KJ/Nm?VR O、 V H 、 V 、 OV 2 2――美标准立方米干燃气完全燃烧后所产生的三原子气 N 2 2 O 2体、水蒸气、氮、氧的体积，Nm? /Nm? 干燃气； Ca――空气的平均定压容积比热，KJ/Nm? K； dg――燃气的含湿量，Kg/Nm? 干燃气； da――空气的含湿量，Kg/Nm? 干空气； tg、ta――燃气与空气的温度，℃。 天的平均定压容积比热 Cg 按混合法则计算：Cg＝? Ci ri其中 cCH4 ? 1.545； cC3H8 ? 2.960 ； cC3H6 ? 2.675 ； cC4 H10 ? 3.710 ； cN2 ? 1.302 。代 入式中计算得 Cg＝ K。 1.558 KJ/Nm? 由于平均比热随温度的不同而变化，因此热量计温度必须经过试算才能确定。气 体平均定压容积比热 C p 可由标准状态下气体平均体积定压热容表查到。以下采用试 算法求解热量计温度 tc 。其中tc ?Ql ? (cg ? 1.20cH2O d g )t g ? ?V0 (ca ? 1.20cH 2Od a )ta VRO2 cRO 2 ? VH2O ? VN2 cN2 ? VO2 cO232福建工程学院毕业设计（论文）表 13 热量计温度试算表Cpt 00 00 00 RO22.294 2.315 2.336 2.357 2.378 2.395 2.412 2.424 2.437 2.449 2.462H 2O1.788 1.809 1.834 1.855 1.876 1.897 1.918 1.934 1.951 1.968 1.985N21.424 1.436 1.444 1.453 1.461 1.47 1.474 1.482 1.486 1.491 1.499O21.495 1.503 1.511 1.52 1.524 1.532 1.537 1.541 1.545 1.549 1.553tc2.063 1.747 3.718 2.603 5.405 当 ? ＝1.08，tg＝ta＝20℃时，用 MATLAB 模拟 tc 与 t 的 6 次多项式系数如下： p ＝[0.0 0.0 0.3 1.5141]× 4 10分别代入 t＝[]，步长为 1 进行对应求解，并确定 t c ＝1912℃。 2、燃烧热量温度 当不计参加燃烧反应的燃气和空气的物理热，即 tg＝ta＝0，并假设 ? ＝1，则所 得的烟气温度为燃烧热量温度。tther ?VRO2 cRO 2Ql ? VH2O ? VN2 cN2tther ――理论燃烧温度，℃；表 14 理论燃烧温度试算表Cpt 00 1600RO22.294 2.315 2.336 2.357H 2O1.788 1.809 1.834 1.855N21.424 1.436 1.444 1.453O21.495 1.503 1.511 1.52tc5.224 5.16533福建工程学院毕业设计（论文）00 00 23002.378 2.395 2.412 2.424 2.437 2.449 2.4621.876 1.897 1.918 1.934 1.951 1.968 1.9851.461 1.47 1.474 1.482 1.486 1.491 1.4991.524 1.532 1.537 1.541 1.545 1.549 1.5537.375 6.439 9.387 用 MATLAB 模拟 tc 与 t 的 6 次多项式系数如下： p ＝[0.0 0.0 0.2 1.5013]× 4 10分别代入 t＝[]，步长为 1 进行对应求解，并确定 t c ＝1897℃。 3、理论燃烧温度的计算tth ?Ql ? Qc ? (cg ? 1.20cH 2O d g )t g ? ?V0 (ca ? 1.20cH 2Od a )ta VRO2 cRO 2 ? VH 2O ? VN2 cN2 ? VO2 cO2tth ――理论燃烧温度，℃；Qc ――化学不完全燃烧所损失的热量，KJ/Nm?， Qc ? qcQl 。一般地，当燃烧温度为 1500℃、烟气中的 CO2 含量等于 10%时，只有 0.7%的 CO2 发生裂解，水蒸气的分解量则更少。因此，在实际计算中，当烟气的温度低于 1500℃时，CO2 和 H2O 的分解吸热，从上式的计算中可以看出，燃烧的温度大于 1500℃，因此， tth ＝ tc ＝1912℃。4.2.4 焓温表及焓温图1、烟气焓值计算 含有 1Nm? 干燃气的湿燃气燃烧后所生的烟气在不同的温度一的焓等于理论烟气 的焓与过剩空气的焓之和。即0 I f ? I 0 ? (? ?1)Ia f干燃气； I f ――烟气的焓，KJ/Nm? 干燃气； I 0 ――理论空气的焓，KJ/Nm? f0 干燃气。 Ia ――理论空气的焓，KJ/Nm?其中理论烟气的焓：I 0 ? VRO2 cRO2 t f ? cN2 t f ? cH2O t f f34福建工程学院毕业设计（论文）C ――气体由 0～t℃平均定压比热容，KJ/Nm? K；t f ――烟气温度，℃。理论空气的焓：0 Ia ? V0 (ca ?1.20cH2Oda )ta过剩空气的焓：0 (? ?1)Ia ? (? ?1)V0 (ca ?1.20cH2Oda )taCa――干空气由 0～ta℃的平均定压比热容，KJ/Nm? K； da――空气的含湿量，kg/kg 干空气； ta ――空气的温度，℃。 2、烟气焓温表表 15 烟气焓温表烟气焓温表IRO2 VRO2＝1.01 t ℃ CRO22I0N2 V0N2＝7.58 V0N2OI0H2O V0H2O＝2.13 CH2 V0H2OI0 f IRO2+ I0N2+ I0H2OI0a V0a＝9.58 V0Cata+If＝I0f+(-1)I0a ＝1.08VROCN2CaV0 1.20V01.20 V0da CH2OtatRO22CROtN2CN2 tN2tH2OCH2O tH2OtaCa daCH2O ta taIftRO2100 200 300 400 500 600 700 800 900170 358 562.8 777.2171.7130.2986.92149.9319.287 .2 .68 645.816 .2 .83 982.143 .7 .61 0.744 532.4 .92 0.895 6721268361.58 260.4 568.43 393 784.97 527.6.2 .1 .8 .5 .84. 86.31 0.51 665.5 5.94 806.4 6.11 949.9.19 9. 3.474 814.2 .13.1 21.153 958.3 .69 33.7682.35 1.62 5.232 05.6 .98 73.84 2.53 8 4 6.311 54.6 .96 53.558 54.27 .06 236.17 73.1642 7.7 1.8 01.234 53.42 263.74 22.333
8 5.6 31.948 16.29 291.85 55.296 1.2 4.4 95.092 83.94 320.66 20.74535福建工程学院毕业设计（论文）00 35040.4 3.5 91.995 33.99 374.33 21.941 6 1 16.95 37.09 379.51 47.311 52.73 .52 409.44 85.485 4.8 8 3.7 9.2 02.476 05.56 439.96 37.673 54.11 .68 3.098 67.6 .05 21.572 0.6 4.2 19.326 48.17 502.72 59.544 96.48 .12
0 .6 45.1284.3 锅炉热平衡计算 4.3.1 锅炉热平衡及燃料消耗计算表 16 锅炉热平衡及燃料消耗计算表序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15名称 燃料低位发热量 冷空气温度 冷空气理论焓 排烟温度 排烟热焓 固体不完全燃烧热损失 气体不完全燃烧热损失 排烟热损失 散热热损失 灰渣物理热损失 锅炉总热损失 锅炉热效率 给水焓 饱和水焓 饱和蒸气焓符号 单位Qlw公式 给定 给定 查焓温表 假定 根据 ? py ＝1.08 查焓温表 查《锅炉及锅炉房设备》表 3-4 查《锅炉及锅炉房设备》表 3-40 ?( I py ? ? py I lk ) / Qlw ? ? (100 ? q4 ) ? ?数值
395.19 230
0.5 8.43 0.. 441.1 806.9 2785.7KJ/Nm? ℃ KJ/Nm? ℃ KJ/Nm? % % % % % % % KJ/Kg KJ/Kg KJ/Kgtlk0 tlk? pyI pyq4 q3 q2 q5 q6?q查《锅炉及锅炉房设备》表 3-6 估取q2 ? q3 ? q4 ? q5 ? q6100 ? ? q?igs按 P＝1.25MPa，tbq ＝105℃查水蒸 气性质表ibhibq按 P＝1.25MPa 查水蒸气性质表 按 P＝1.25MPa 查水蒸气性质表36福建工程学院毕业设计（论文）16 17 18 19 20 21 22 23锅炉排污率 蒸气带水率 气化潜热 额定蒸发量 锅炉有效利用热 计算燃气耗量 计算燃气耗量 保温系数?Wr% % KJ/Kg Kg/h KJ/h Nm?/h Nm?/s计算 给定 按 P＝1.25MPa 查水蒸气性质表 给定D ?(ibq ? igs ? wr ) ? ? (ibh ? igs ) ? ? ?11 4.0 0.85DQglBQgl / (Qlw?)B / 3600Bj?1 ? q5 / (? ? q5 )0.9974.3.2 炉胆传热计算表 17 炉胆传热计算序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12名称 炉胆输入热量 计算燃气耗量 计算燃气耗量 保温系数 炉胆出口过剩空气系 数 炉胆漏风系数 冷空气温度 冷空气焓 空气带入炉内热量 炉胆有效放热 绝热燃烧温度 绝热燃烧绝对温度符号 单位公式 给定热 Ql ＝ Qlw 锅炉热平衡计算 锅炉热平衡计算 锅炉热平衡计算 选取 选取 选取 查焓温表0 ?l& Ilk数值 35759.94283.85QlwBj BjKJ/Nm? Nm?/h Nm?/s ---------℃ KJ/Nm? KJ/Nm? KJ/Nm? ℃ K?0.997 1.08 0 30 395.19 426.81 .4 2289.4?l&??l tlk0 IlkQkQlQr [(100 ? q3 ? q4 ? q6 ) / (100 ? q4 )] ? Qk将 Ql 作为烟气焓 ? ＝1.08 查焓温表?llTll?ll +27337福建工程学院毕业设计（论文）13 14炉胆出口烟温 炉胆出口绝对温度& ?ll℃ Kt960 1183Tl&? & +273＝ t +273ll按 ? & ＝1.08 查焓温表拟合 I l& 与 t 的 15 炉胆出口烟焓I l&KJ/Nm?六次关系式:? pti 06i,其中15739pi ? [51.163 113.821 0.005 -0.000 0.000 -0.000 0.000]16 17 18 19 20 21 22 23 火焰绝对平均温度 炉胆壁温 炉胆绝对壁温 辐射和对流放热系数 辐射和对流的有效面 积 烟气放热量 烟气传热量 计算误差ThyK ℃ K KW/m?K m? KJ/Nm? KJ/Nm? %Tl& ? (Tll ? Tl& ) / 4 ? 779.175 ? 0.75t 553 11.092 10.49 08.19 0.00&2tb TbCtbh +90tb +273计算选取 C＝11～17 根据图纸计算HfQrp? (Ql ? Il& )C Hf Thy 4 T [( ) ? ( b )4 ] B j 100 100Qcr?( Qrp ? Qcr / Qrp ) ?100 ? 24.3.3 第一管束(螺纹管)结构特性表 18 第一管束结构特性序号 1 2 3 4 5 6 7名称 螺纹管节距 螺纹管槽深 螺纹管的内径 螺纹管的根数 光管的内径 光管的根数 拉撑管的内径符号单位 mm mm mm ---mm ---mm公式 已知 已知 已知 已知 无光管 无光管 已知数值 45 2 57.5 78 0 0 57.5t?drNrdgNgdl38福建工程学院毕业设计（论文）8 9 10 11 12 13 14 15 16 17拉撑管的根数 螺纹管烟道流通面积 光管烟气流通面积 拉掌管烟气流通面积 纵向冲刷管长度 螺纹管传热面积 光管传热面积 拉撑管传热面积 烟气总流通面积 总传热面积Nl---m? m? m? m m? m? m? m? m?已知0.785dr2 Nr0 0.202 0 0 3.200 45.09 0 0 0.202 45.09FrFg0.785dr2 Ng0.785dr2 Nl已知FlLHrHg? dr LNr? d g LN gHlFd Hd? dl LNlFr ? Fg ? FlH r ? H g ? Hl4.3.4 第一管束(螺纹管)热力计算表 19 第一管束热力计算序号 1 2名称 入口烟温 入口烟焓符号 单位?'I'公式 炉胆传热计算 按 ? & ? 1.08 查焓温表数值 960 ℃ KJ/Nm?3出口烟温?&℃先假设，后校核300 350 3752.14出口烟焓I&KJ/Nm?按 ? & ? 1.08 查焓温表5.4管束出口过量空气 5 6 7 8 9 系数 管束漏风系数 冷空气温度 冷空气焓 保热系数? dl??------℃ KJ/Nm? ----选取 选取 选取 查焓温表 热平衡计算1.08 0 30 395.19 0.997tlk0 Ilk?39福建工程学院毕业设计（论文） 管束热平衡热量Qrp1KJ/Nm??(I ' ? I & )82.36 60511平均烟气温度?p℃(? ' ? ? & ) / 2630 655工质温度与管壁温 12 13 14 差 管壁温度 大端温差dt℃ ℃ ℃6060 250 770 60tb ?t dtbh ? 60? ' ? tbh15小端温差?t x℃? ? tbh&110 160 278.2081616对数温差?t℃(?td ? ?tx ) / ln(?td / ?tx )339.41617平均烟气流速wm/sB jV f 3600 Fd?? p ? 27327314.19 15.× -05 10 9.98× -05 10 10.4× -05 10 18烟气运动粘性系数?m? /s查烟气物理特性表19螺纹管雷诺数R er----wd r / ?4.49620 21比值 比值R1 R2-------t / dr0...00795? / dr0.926 0.0144(t / dr )?0.08 (? / dr )0.112 R e r22努谢尔特数Nu----44.3640福建工程学院毕业设计（论文）0. 流阻系数?'----Re(t / d r ) 2.22 ?10 Re2 ? 8.72 Re? 30049?40.04270...6055824螺纹对流放热系数arW/m℃ar ? Nu ? ' / dr53.15烟气总对流放热系 25 数 烟气压力 水蒸气体积份额 三原子气体份额 烟气容积 三原子气体辐射减 30 弱系数 飞灰辐射减弱系数kq54.60558adW/m℃(ag H g ? ar Hr ) / ( H g ? Hr )，无光管ad =ar53.1526 27 28 29PMPa ------Nm? /Nm?0.1rH2O ? VH2O / Vy0.1 0.186 0.274 11.49 16.71 16..085764rH2OrqrH2O ? rRO2Vf燃烧产物计算[1 ? 0.37(? p ? 273) /1000] ?1/MPam[(2.47 ? 5.06rH 2O ) / rq ps ? 1]rq，s ? 0.9d r31kh1/MPam032气体介质吸收力kps1/MPam(kq ? kh ) ps0...08218933烟气黑度ay----1 ? e? kps0.03 0.59567234温度比?----(tb ? 273) / (? p ? 273)0...00613335烟气辐射放热系数afKW/m? ℃5.1?10?11 ay (? p ? 273)3 ? (1 ?? 2 )(1 ?? )0..0067236热有效系数?---41《查燃气燃油锅炉》表 5-210.85福建工程学院毕业设计（论文）0. 总传热系数KKW/m? ℃?(ad ? a f )0..3.61438主受热面传热量QcrKJ/Nm?KHr ?t / Bj30.29 31.2722439主受热面传热误差?%[(Qrp1 ? Qcr ) / Qrp1 ]?10010.91740 41 42出口烟温 出口烟焓 管束平衡热量?&I&℃ KJ/Nm? KJ/Nm?用作图法求得（见下图） 按 ? & ? 1.08 查焓温表327. 10742Qrp1?(I ' ? I & )用作图法求解出口烟温：图 2 作图法求解出口烟温4.3.5 第二管束（光管）结构特性表 20 第二管束（光管）结构特性序号 1名称 螺纹管节距符号单位 mm42公式 已知数值 45t福建工程学院毕业设计（论文）2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17螺纹管槽深 螺纹管的内径 螺纹管的根数 光管的内径 光管的根数 拉撑管的内径 拉撑管的根数 螺纹管烟道流通面积 光管烟气流通面积 拉掌管烟气流通面积 纵向冲刷管长度 螺纹管传热面积 光管传热面积 拉撑管传热面积 烟气总流通面积 总传热面积?mm mm ---mm ---mm ---m? m? m? m m? m? m? m? m?已知 已知 已知 无光管 无光管 已知 已知2 57.5 56 0 0 57.5 0 0.140 0 0 3.916 39.59 0 0 0.140 39.59drNrdgNgdl NlFrFg0.785dr2 Nr0.785dr2 Ng0.785dr2 Nl已知FlLHrHg? dr LNr? d g LN gHlFd Hd? dl LNlFr ? Fg ? FlH r ? H g ? Hl4.3.6 第二管束（光管）热力计算表 21 第二管束热力计算序号 1 2名称 入口烟温 入口烟焓符号?'I'单位 ℃ KJ/Nm?公式 第一管束热力计算 按 ? & ? 1.08 查焓温表数值 327. 2003出口烟温?&℃先假设，后校核220 250 2981.44出口烟焓I&KJ/Nm?按 ? & ? 1.08 查焓温表2.143福建工程学院毕业设计（论文）5 6 7 8 9管束出口过量空气系数? dl??------℃ KJ/Nm? ----选取 选取 选取 查焓温表 热平衡计算1.08 0 30 395.19 0.997 1977.1管束漏风系数 冷空气温度 冷空气焓 保热系数tlk0 tlk?10管束热平衡热量Qrp 2KJ/Nm??(I ' ? I & )8.7 263.63911平均烟气温度?p℃(? ' ? ? & ) / 2273.639 288.63912 13 14工质温度与管壁温差 管壁温度 大端温差dt℃ ℃ ℃4040 230 137.2779 10tb ?t dtbh ? 40? ' ? tbh15小端温差?t x℃? & ? tbh30 60 48.59006616对数温差?t℃(?td ? ?tx ) / ln(?td / ?tx )70..36882317平均烟气流速wm/sB jV f 3600 Fd?? p ? 27327312.74 13.018烟气的普郎特数Pr----查烟气物理特性表0.242.5907× -6 1019 20烟气运动粘性系数 烟气导热系数?m? /s W/m℃44查烟气物理特性表 查烟气物理特性表44.1518× -6 10 46.4936× -6 10?0.045368福建工程学院毕业设计（论文）0..73.71 21 光管雷诺数Reg wdg / ?----64.9622光管对流放热系数agKW/m? ℃ W/m℃0.023?dq37.76859R0.8 egP0.4 r37.4223螺纹对流放热系数ar---(ag H g ? ar Hr ) / ( H g ? Hr )，无光管ad =ar---37.7685924烟气总对流放热系数adW/m℃37.4225 26 27 28烟气压力 水蒸气体积份额 三原子气体份额 烟气容积 三原子气体辐射减弱PMPa ------Nm? /N m? 1/MPa m 1/MPa m 1/MPa m0.1rH2O ? VH2O / Vy rH2O ? rRO20.1 0.186 0.274 11.49 19.35 19..101809rH2Orq Vf燃烧产物计算[1 ? 0.37(? p ? 273) /1000] ? [(2.47 ? 5.06rH 2O ) / rq ps ? 1]rq，s ? 0.9d r29系数 飞灰辐射减弱系数kq30kh031气体介质吸收力kps(kq ? ks ) ps0...09679832烟气黑度ay----1 ? e? kps0...93731533温度比?----(tb ? 273) / (? p ? 273)0..89559345福建工程学院毕业设计（论文）34烟气辐射放热系数afKW/m? ℃ ---KW/m?0.0027775.1?10?11 ay (? p ? 273)3 ? (1 ?? 2 )(1 ?? )0..00295535热有效系数?《查燃气燃油锅炉》表 5-210.85 0.03446336总传热系数K℃?(ad ? a f )0..337主受热面传热量QcrKJ/Nm?KHr ?t / Bj9.537 57.4734238主受热面传热误差?%[(Qrp1 ? Qcr ) / Qrp1 ]?10027.339 41 42出口烟温 出口烟焓 管束平衡热量?&I&℃ KJ/Nm? KJ/Nm?作图法求得（见下图） 按 ? & ? 1.08 查焓温表233. 1459.2Qrp 2?(I ' ? I & )用作图法求解出口烟温：图 3 用作图法求解出口烟温46福建工程学院毕业设计（论文）4.3.7 锅炉总热平衡校核表 22 锅炉总热平衡校核序号 1 2 3 4 5 6 7 8名称 锅炉热效率 锅炉输入热量 锅炉炉胆输入热量 第一管束吸收热量 第二管事吸收热量 烟管管束吸收热量 计算误差 相对误差符号单位 % KJ/Nm? KJ/Nm? KJ/Nm? KJ/Nm? KJ/Nm? KJ/Nm? %公式 锅炉选型Qr ? Qlw数值 90.80 08.19 .2 .14 0.168?QrQrp炉胆热力计算 第一管束热力计算 第二管束热力计算Qrp1 ? Qrp 2Qr? Qrp ? Qrp1 ? Qrp 2 100 ? q4Qrp1Qrp 2QD?Q?( ?Qr / Qr ) ?1005燃烧器设计5.1 燃烧器设计的原始数据及燃烧器选择（1）燃烧器设计的原始数据如下： 锅炉燃气耗量 Lg＝ 283.8585 Nm? /h； 燃气低位发热量 QL＝35759.94 KJ/Nm? ； 燃气密度 ρg ＝0.7385 Kg/Nm? ； 理论空气量 V0＝10.72 Nm?干空气/ Nm? 干； 空气温度 Ta＝303K； 燃气温度 Tg＝303K； 过剩空气系数 α ＝1.08。 （2）燃烧器选择 鼓风式燃烧器有如下优点：1.结构紧凑，体形轻巧，占地面积小，特别是当热负47福建工程学院毕业设计（论文）荷较大时；2.热负荷调节范围大，调节系数一般大于 5；3.可以预热空气或燃气，预 热温度甚至可以接近燃气的着火温度，这对高温工业炉是很必要的；4.要求燃气压力 较低；5.容易实现煤粉――燃气，油――燃气出联合燃烧。 根据以上优点本锅炉房工艺设计选用鼓风式边缘供气蜗壳旋风燃烧器。5.2 空气系统计算（1）本设计采用蜗壳供气，按《燃气燃烧与应用》公式（6-17）计算空气通道 直径（喷头直径）Dp 及蜗壳尺寸，取 qp＝40× KW/m? 10? （下式中 Fp 为空气通道面 积， ； L 为燃烧器热负荷， m? Q kW； p 喷头热强度， q kW/m? 通常取 qp＝35～40 kW/m?， 。 ） 则：Fp ?Lg QL Q 283.8585 ? 35759.94 ? ? ? 0. q p 3600q p 3600 ? 40000Dp ?4?Fp ?0.2995886 m取 Dp ＝300 mm。 空气的旋转程度与蜗壳结构比有关：ab/Dp2 越小，空气的旋转程度就越大，但 阻力损失也将增大，通常取 ab/Dp ＝0.25～0.40。则取蜗壳结构比 ＝ Dp ＝300 mm，得 a＝0.35×300＝105 mm。 查《燃气燃烧与应用》表 6-1，当ab ＝0.35，并取 b 2 Dpab ＝0.35，α ＝1.08 时，火焰长度为 3.8 米。 2 Dp（2）确定环形通道宽度及空气实际流速 va。 当ab ＝0.35，由表 6-2 查得回流区直径 Dbf＝0.47Dp＝0.47× 300＝141 mm。 2 Dp按《燃气燃烧与应用》式 6-18 计算环形通道的宽度△：?? Dp ? Dbf 2 ? 300 ? 141 ? 79.5mm 2ab 按《燃气燃烧与应用》式 6-19 计算实际空气流速 va，由表 6-3 查得，当 2 ＝ Dp48福建工程学院毕业设计（论文）0.35，β ＝29° ，则实际空气流速为：aV0 Lg 1 1 Ta 1 1.08 ?10.72 ? 283. ? ? 37.94907m / s 3600 ? ( D 2 ? D 2 ) sin ? 273 3600 ? (0.32 ? 0.1412 ) sin 29? 273 p bf 4 4 （3）按《燃气燃烧与应用》式 6-21 计算空气入口流速 vin。 va ?vin ?1 aV0 Lg 1 1.08 ?10.72 ? 283.8585 ? ? 3600 ab
? 0.10528.9806m / s（4）按《燃气燃烧与应用》式 6-20 计算煅烧器前所需要的空气压力 Ha。对于蜗壳 供气，当ab ＝0.35 时，ζ＝2.8～2.9，取 ζ＝2.9，则： 2 Dp2 va v2 37..98062 ?a ? (? ? 1) in ?a ? ?1.293 ? (2.9 ? 1) ?1.293 ?
Pa 2 2 2 2Ha ?5.3 燃气系统计算（1）按《燃气燃烧与应用》式 6-22 计算燃气分配室截面积 Fg' 。取燃气分配室' 内燃气的流速 vg ＝15 m/s，则：Fg' ?1 Lg 1 283.8585 ? ?
mm2 , 0.0036 vg 0.0036 15（2）按《燃气燃烧与应用》式 6-24、6-25 式计算旋转空气的穿透深度 h2 、 h1 。h2 ? 0.36? ? 0.36 ? 79.5 ? 28.62 mm h1 ? 0.13? ? 0.13? 79.5 ? 10.335 mm（3）按《燃气燃烧与应用》式 6-27 式计算大直径孔口在射流穿透深度时的射流 间距 s2 。min s2 ?0.75h2 0.75 ? 28.62 ? ? 44.2751 mm sin ? sin 29?取 s2 ? 2.5h2 ? 2.5 ? 28.62 ? 71.55mm 按《燃气燃烧与应用》式 6-28 计算大直径孔口数目 z2 。49福建工程学院毕业设计（论文）z2 ?3.14( Dp ? 2h2 ) s2?3.14 ? (300 ? 2 ? 28.62) ? 10.65 71.55取 z2 ＝10。 （4）按《燃气燃烧与应用》式 6-32 式计算大直径孔口的直径 d2 。取压缩系数 ? F ＝0.98， K s ＝1.7，则：d 2 ? 0.9 K s? F Lgz2 h2 va?g 0.98 ? 283.8585 ? 106 0.7385 ? 0.9 ?1.7 ? ? 8.22mm ?a 3600 ?10 ? 28.62 ? 37.95 1.293s2 71.55 ? ? 8.70 。 D2 8.22孔口相对间距：这一间距相当于 K s ＝1.7，因而合理。 （5）按《燃气燃烧与应用》式 6-31 式计算燃气出口速度 vg 。vg ? 0.9? F Lgzd2 2 2? 0.9 ?0.98 ? 283.8585 ? 102.76 m/s 3600 ?10 ? 0.0082262（6）按《燃气燃烧与应用》式 6-30 式计算燃气孔口的总面积 F。F?? F Lgvg? 0.9 ?0.98 ? 283.8585 ? 0. （7）计算小孔直径 d1 、数目及间距 z1 。 按《燃气燃烧与应用》式 6-11 式计算小孔直径 d1 ，α ＝90°：v h1 ? Ks g d1 va?g 102.76 0.7385 ? 1.7 ? ? 3.48 ?a 37.949 1.293d1 ?h1 ? 2.97mm 3.48小直径孔口的总面积 F1 为：F1 ? F ? F2 ? 0.000752 ? 10 ?? ? 0.00822624? 0.00022m2小孔直径的数目 z1 为：z1 ?F1 0.0 ? ? 31.84 0.25? d12 0.25 ? 3.14 ? 2.972取 z1 ＝3950福建工程学院毕业设计（论文）按《燃气燃烧与应用》式 6-28，计算小孔燃气射流间距 s1 。s1 ?? ( Dp ? 2h1 ) 3.14 ? (300 ? 2 ?10.335) ? ? 22.49mm z1 39按《燃气燃烧与应用》式 6-26，计算燃气射流直径 D1 。D1 ?0.75h1 0.75 ?10.335 ? ? 15.99mm sin ? sin 29?由于 s1 & D1 ，所以燃气射流不会合并。 （8）按《燃气燃烧与应用》式 6-32 式计算燃气所需的压力 H g 。 取 ? ＝0.94， ?g ＝0.7,则：2 1 1 vg 1 1 102.762 Hg ? ?g ? ? 2? ? 0.7385 ? Pa 2 ? H ?g 2 0.94 0.7 26 通风系统的设备的选择计算6.1 引送风系统的介绍1.锅炉通风计算，是计算锅炉在额定负荷下通风系统的流动阻力，其目的是为选 用送、引风机和合理布置风、烟道提供依据。 为了保证锅炉的正常燃烧，必须保证有足够的空气进入炉膛，并及时排出锅炉中 的燃烧产物――烟气，这就要求空气和烟气分别沿着风烟道以一定的流速流动。在本 设计中采用平衡通风方式，利用炉膛内蜗壳燃烧器的吸风作用，把风送人炉膛，使风 道在正压下工作。利用引风机克服全部烟道、受热面、除尘设备的阻力，使烟道和炉 膛在负压下工作。由此，本设计只需做锅炉的引风设计。 平衡通风既能有效地送风和排烟，又能使炉膛和烟道处于合理的负压之下，锅炉 房的安全和卫生条件较好，漏风量较小，因而是目前燃气锅炉采用得最为普遍的通风 方式。 2.通常锅炉烟道阻力包括锅炉管束、过热器、省煤器等及烟道中的阻力，在计算 各段阻力时流速温度取平均值。本设计中由于采用高质无污染的气源作为燃料，并且 通过炉膛锅炉管束的热交换， 有效地降低了锅炉出口的烟温 （详见热平衡计算） 因此，51福建工程学院毕业设计（论文）本设计采用直接排温的方式，节省了过热器、省煤器等附件。 烟气在通道内流动时，任意两截面的总压降是由流动水平阻力、速度损失、和自 生通风力三部分组成。流动水平阻力包括介质沿壁面流动产生的沿程摩擦阻力，介质 横向冲刷管束的阻力及由于通道截面和方向变化所引起的局部阻力。6.2 风烟道设计要点和结构布置要点6.2.1 风烟道设计要点A、风烟道应力求平直畅通、附件少、气密性好； B、金属管道钢板厚度按下列数值选用：冷风管一般采用 2～3mm，热风管和烟道一 般采用 3～4mm； C、金属矩形风烟管道应配置足够的加强肋或加强杆，以保证其强度和刚度的要求； D、砖砌烟道内衬当烟气温度≤4000C 时，可用 100#机砖砌筑； E、烟道拱顶一般采用大圆弧和半圆弧拱顶两种形式； F、烟道底的砌法一般采用双层砖，下垫灰渣层。砖的长度方向应与气流方向平行， 以减少阻力； G、为考虑烟道出灰，烟道宽度不应小于 0.6m，高度不小于 1.5m，并应配制足够的 清灰入孔。 H、应尽量采用地上烟道，水平烟道应避免逆坡，接至烟囱的水平总管的向上坡度 一般采用 3%以上； I、热风管和烟管的结构应考虑膨胀的补偿。 J、静压力为正压的烟道，必须使系统气密，不漏烟。6.2.2 风烟道设计结构布置要点A、尽可能采用圆形风烟管道。如为矩形，应尽量采用正方形。砖砌烟道，考虑到 烟道底积灰，拱高为宽度宽度的 2～3 倍； B、在接近风机入口处，不应布置弯头； C、风机出口处风烟 转变方向应与风机转子旋转方向一致； D、尽量采用缓弯头或内外侧均成弧形的急弯头。52福建工程学院毕业设计（论文）6.2.3 风烟道设计流速选择表 23 风烟管道中流速选用表名称 砖或混凝土制 金属制风速 4 ～ 8 10 ～ 15烟速 6 ～ 8 10 ～ 156.3 引风系统设计6.3.1 排烟量设计计算引风机处的温度按下式计算：? yf ? (? pj? pj ? ??tlk ) / (? pj ? ?? ) ? (1.08? 234 ? 0.05? 30) / (1.08 ? 0.05) ? 224 ℃引风机处的烟气量：Vy f ? [ ( ? pV0 ? V ? y B / 2 7 3 ] ? p y ? ) ?? ( j k p ? 7 3 ) m 1 s7 2 . /其中 Vpy ? 11.49Nm3 / Nm3 初选 Y9-35 No8D 型风机， 风压 961Pa， 流量 7270 m3/h， 配用电机型号 Y132M1-6。 进口截直径 ?450mm