建筑环境与设备工程毕业设计说明书.docx
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建筑环境与设备工程毕业设计说明书
建筑环境与设备工程毕业设计说明书
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。
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D≤65t/h,额定压力P≤3.9MPa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,CO26亿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[23][24]。
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[23][24]:
(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=20MW;
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
K1
K2
K3
K4
1.0
0.7-0.9
0.5-0.9
0.8-1.0
表1-2管网热损失系数
K0
架空敷设
地沟敷设
热水管道
1.08-1.12
1.05-1.08
蒸汽管道
1.10-1.15
1.08-1.12
2.1.2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:
tn——采暖房间室内计算温度,tn=18℃;
tw——采暖期采暖室外计算温度,tw=-26℃;
tpj————采暖期室外平均温度,tpj=-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:
=12.73MW
2.1.3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=20MW=20×103kW;
N——供暖期天数,N=179d;
tw——采暖室外计算温度,tw=-26℃;
tn——采暖房间室内计算温度,tn=18℃;
tpj——采暖期室外平均温度,tpj=-10.4℃。
全年热负荷由公式(2-3)计算得:
GJ/a
GJ/a
2.2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ρ0(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(%)
CH4
CmHn
C3H8
C4H10
N2
98.
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