锅炉设计.docx
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锅炉设计
1设计原始资料
1.1热负荷资料
生产与生活为常年性热负荷。
三班制工作,全年工作天数为365天;采暖天数为122天。
表1热介质、参数及热负荷
序号
项目
介质
参数
PT
(MPa)(℃)
热负荷
最大平均
(t/h)(t/h)
同时使用系数
回水率
(%)
1
生产用热
蒸汽
0.5
饱和
5
2
0.5
0
2
采暖
蒸汽
0.6
饱和
6
3
1.0
95
3
生活用热
蒸汽
0.3
饱和
3
2
0.6
0
1.2燃料
锅炉房使用的为II类无烟煤,具体参数如下:
Car=44.57%、Har=3.61%、Oar=8.47%、Nar=0.77%、Sar=1.19%、Aar=38.41%、Mar=2.98%、Var=25.04%;Qnet,ar=17589kJ/kg。
灰熔点t1=1100℃、t2=1260℃;t3=1310℃。
1.3水质资料
总硬度Ho=3.10mmol/L
永久硬度HFT=0.40mmol/L
暂时硬度HT=2.70mmol/L
总碱度Ao=2.10mmol/L
溶解固形物S=283.8mg/L
1.4室内外温度参数
查到北京室外采暖温度-14℃,平均采暖温度-5.5℃;室内采暖温度为18℃。
2热负荷计算及锅炉选择
2.1热负荷计算
2.1.1采暖季热负荷计算
(1)最大计算热负荷
锅炉房计算最大热负荷Qmax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由下式求得:
(2-1)
式中:
Q1、Q2、Q3—分别是采暖、生产和生活最大热负荷(t/h),由设计资料提供。
—室外管网热损失和漏损系数,取1.20。
—分别为采暖、生产和生活负荷同时使用系数,分别取1.0、0.55、0.65。
所以Qmax=1.2×(1.0×6+0.55×5+0.65×3)=12.36t/h
(2)平均热负荷
平均热负荷表明热负荷的均匀性,设备选择时应考虑这一因素,如变负荷对设备运行经济性和安全性的影响。
采暖平均热负荷Q1pj根据室外平均温度计算:
(2-2)
式中:
Qmax—采暖最大热负荷,t/h。
tn—采暖室内计算温度,℃。
tw—采暖期室外计算温度,℃。
tpj—采暖期室外平均温度,℃。
所以,
t/h
t/h
t/h
生产平均热负荷
和生活平均热负荷
按生产和生活最大热负荷取。
总的平均热负荷
Qpj=K0(
+
+
)=1.2×(4.41+3.67+2.20)=12.33t/h
(3)全年热负荷
全年燃料消耗量的依据,也是技术经济比较的一个依据。
全年热负荷Q0可根据平均热负荷和全年使用小时数按下式计算:
(2-3)
式中:
D1、D2、D3分别为采暖、生产和生活的全年热负荷,t/年。
Q4/Qmax—除氧用热系数,本设计中不设热力除氧设备,此项为零。
—符号意义同式2-1。
采暖、生产和生活的全年热负荷分别用以下公式计算求得:
(2-4)
(2-5)
(2-6)
式中:
、
、
——分别为采暖、生产及生活的全年工作天数
Q1pj、Q2pj、Q3pj—分别为采暖、生产及生活的平均热负荷,t/h
—每昼夜工作班数,本设计中取三班制
Q1f—非工作班时保温用热负荷,t/h;可按室内温度
℃代入式2-2计算求得。
依据以上公式可以求得:
Q1f=
t/h
D1=8×365×[3×6.35+(3-3)×6.72]=55626t/a
D2=8×365×3×5.29=46340.4t/a
D3=8×365×3×3.18=27856.8t/a
Q0=1.20×(55626+46340.4+27856.8)=155787.84t/a
2.1.2非采暖季热负荷计算
非采暖季最大热负荷主要包括生产和生活最大热负荷,计算公式如下:
(2-7)
式中:
Q2、Q3分别为生产和生活的最大热负荷,t/h。
—符号意义同式2-1。
Q2max=1.20×(0.5×5+0.6×3)=5.16t/h
2.2锅炉型号和台数选择
锅炉型号和台数根据锅炉房热负荷、介质、参数和燃料种类等因素选择,并考虑到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。
2.2.1锅炉型号
根据计算热负荷的大小和燃料特性决定锅炉型号,并考虑负荷变化和锅炉房发展的需要。
选用锅炉的总容量必须满足锅炉房最大计算热负荷的要求,以保证用汽的需要。
但也不应使锅炉的总容量超过计算负荷太多而造成浪费。
锅炉的容量还应适应锅炉房负荷变化的需要,特别是某些季节性锅炉房,要避免锅炉长期在低负荷下运行。
本设计中采用Ⅱ类无烟煤作为燃料。
由于供采暖、生产和生活用的蒸汽压力均小于等于0.6MPa,采暖季最大热负荷为12.36t/h,非采季最大热负荷5.16t/h。
决定选用两台额定蒸发量分别为6t/h和8t/h的蒸汽锅炉,型号为DZL6-1.25-AII和DZL8-1.25-AII,锅炉具体参数见下表。
表2-1DZL系列链条炉排蒸汽锅炉参数表
参数
型号
DZL6-1.25-AII
DZL8-1.25-AII
额定蒸发量(t/h)
6
8
额定蒸汽压力(MPa)
1.25
1.25
额定蒸汽温度(℃)
195
195
给水温度(℃)
60
60
本体受热面积(㎡)
150
203
省煤器受热面积(㎡)
130
152
炉排有效面积(㎡)
7.9
902
适用燃料
燃煤:
烟煤、无烟煤
燃料消耗量(kg/h)
1050
1400
设计热效率(%)
78
79
最大件运输尺寸(m)
7×3×3.4
7.2×3.2×3.6
最大件运输质量(kg)
16
18
2.2.2锅炉台数
选用锅炉台数应考虑对负荷的变化和意外事故的适应性,建设和运行的经济性。
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,但台数不宜过少,不然适应负荷变化的能力和备用性较差。
锅炉房的锅炉台数一般不少于两台;国外有关文献认为,新建锅炉房内装设锅炉的最佳台数为三台。
本设计中,采暖季最大热负荷为12.36t/h,非采季最大热负荷5.16t/h,采暖用热负荷为7.2t/h。
在采暖季节时,两台锅炉同时使用在出现锅炉故障时,可停止供暖以保证生产用热。
在非采暖季节时,两台锅炉可互为备用,保证生产。
所以,最终选择两天锅炉分别为DZL6-1.25-AII和DZL8-1.25-AII。
2.2.3备用锅炉
《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,应设置备用锅炉。
2.2.4燃烧设备
选用锅炉燃烧设备应能适应所使用的燃料、便于燃烧调节和满足环境保护的要求,当使用燃料和锅炉的设计燃料不符时,可能出现燃烧困难,特别是燃料的挥发分和发热量低于设计燃料时,锅炉效率和蒸发量都将不能保证。
工业锅炉房负荷不稳定,燃烧设备应便于调节。
蒸发量小于lt/h的小型锅炉可采用手烧炉,但难以解决冒黑烟问题。
各种机械化层燃炉和“反烧”的小型锅炉,正常运行时烟气黑度均可满足排放标准。
但抛煤机炉、沸腾炉和煤粉炉的烟气含尘量相当高,用于环境要求高的地方,除尘费用很高。
本设计中,选用单锅筒纵置式层燃炉。
过量空气系数为1.6。
未完全燃烧热损失:
气体<2%,固体5~10%。
它的优点是结构简单,制造工作量小,金属耗量少,运行平稳可靠,负荷适应性好。
缺点是司炉劳动强度较大,飞灰损失和对环境污染较大。
3水处理设备的选择
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。
3.1确定软化水量
水处理设备生产能力
由锅炉补给水量、热水管网补给水量、处理设备自耗软水量和工艺生产需要软水量决定,计算公式如下:
(3-1)
式中:
——锅炉补给水量,t/h;
——热水管网补给水量,t/h;
——水处理设备自耗软水量,t/h;
1.2——裕量系数。
锅炉的补水量由锅炉房额定蒸发量、合格的凝结水回收量和设备管道漏损决定,具体计算公式如下表:
(3-2)
式中:
——锅炉房额定蒸发量,t/h。
——合格的凝结水回收量,t/h。
——设备和管道漏损。
——锅炉排污率,%。
根据数据可知,D=12.36t/h、Gn=12.36×95%=11.742t/h、β=0.5%、Ppw=8.1%。
t/h
当前热水管网实际漏水量普遍偏大,因而,热水管网补给水量按热网循环水量的4%计算。
=12.36×4%=0.4944t/h
水处理设备自耗软水一般是用于逆流再生工艺的逆流冲洗过程,其流量可按预选的离子交换器直径估算:
t/h(3-3)
式中:
——逆流冲洗速度,m/h,低流速再生时可取2m/h,有顶压时可取5m/h。
——交换器截面积,m2。
ρ——水的密度,t/m3,常温水ρ≈lt/m3。
Gzh=2×0.0707×1=0.1414t/h
可求得软化水量G=1.2×(2.24+0.4944+0.1414)=3.45t/h
3.2确定水软化方法
锅炉用水应进行软化处理。
碱度高的水有时需要进行除碱处理,通常可根据锅水相对碱度来确定和按碱度计算的锅炉排污率高低来决定。
锅水相对碱度可按下式计算:
(3-4)
式中:
——锅炉补给水碱度,mmol/L。
——锅炉补给水溶解固形物,mg/L。
——碳酸纳Na2CO3在锅内分解为氢氧化纳NaOH的分解率见表3-1。
表3-1Na2CO3在不同锅炉工作压力下的分解率
锅炉工作压力(MPa)
0.49
0.98
1.47
1.96
2.45
NaOH(%)
10
40
60
70
80
在采用亚硫酸纳除氧时,溶解固形物中还应计入相应值。
根据《低压锅炉水质标准》规定,锅水相对碱度应小于0.2,若不符合规定,应考虑除碱处理。
锅炉排污率的限制主要是节约能源的问题。
锅炉给水处理的优级标准为排污率不超过5%,良级标准为排污率不超过10%。
如排污率超过10%,便属“差”的等级。
设计规范规定,锅炉蒸汽压力小于或等于1.6MPa时,排污率不应大于10%;压力大于1.6MPa时,则排污率不应大于5%。
排污率超过上述规定时,应有技术经济依据。
否则,如排污率是按碱度决定的,应采取给水除碱措施;按溶解固形物决定的,则应考虑除盐措施。
水的软化方法一般采用离子交换软化法,其效果稳定,易于控制。
当需要除碱时,一般考虑氢-钠离子交换法。
石灰预处理的系统较复杂,操作要求也较高,处理水量较小的场合不宜采用。
铵-钠离子交换法处理的水使蒸汽带氨,对于黄铜或其他铜合金设备有受氨腐蚀的危险时、或用汽部门不允许蒸汽含氨时,不宜采用
根据水质资料可得:
锅水相对碱度=
<0.2,相对碱度符合要求。
以含盐量的平衡关系式来计算排污率,计算公式如下:
(3-5)
式中:
P——按含盐量计算的排污率。
Sgs——给水的含盐量,mmol/L。
Sg——锅水的含盐量,mmol/L。
由水质资料可知Sb=0.03mmol/L凝结水
锅炉DZL6-1.25-AII的排污率按照单独用于生产供热时计算,补水率为1,可得Sgs=0.03×1=0.0165mmol/L。
计算可得排污率P=
锅炉DZL8-1.25-AII的排污率按照单独用于生产供热和生活供热时计算,补水率为1,可得Sgs=0.03×1=0.03mmol/L。
计算可得排污率P=
经以上计算可知,仅需对锅炉用水进行软化处理,选用离子交换软化法进行水处理。
3.3软化设备选择计算
根据处理水量计算决定交换器的型号、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。
离子交换器的处理水量按运行水流速计算,采用离子交换树脂时一般为15~25m/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1~2次。
离子交换工艺通常采用固定床逆流再生,以节省再生剂;但对于硬度较低的原水(<2mmol/L),也可采用顺流再生,设备简单,操作方便。
根据软化水量G=2.32t/h,选用西安莱特莱德两台型号为DH-2的树脂罐Na离子交换设备。
设备具体参数如下表。
表3-1Na离子交换设备参数表
型号
额定流量m3/h
进出口管径(寸)
树脂罐
D×H×个数
盐罐
D×H×个数
树脂L
建议空间m2
再生盐量kg/次
运行
方式
DH-2
1~2
0.75
300×1500×1
480×850×1
75
1.2×1×2
5
单头单罐
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,其体积通常为一次再生用量;如离子交换器台数较多,需要两台同时再生时,按两次再生用量计算。
稀盐溶液池的体积
按下式计算:
(3-6)
式中:
——一次再生用盐量,kg。
——盐溶液浓度,%,较佳浓度应根据设备特点在运行中优选,一般取用4~8%。
——盐溶液密度,t/m³,见表3-2。
表3-2氯化钠溶液的密度
浓度%
4
6
8
10
26
密度t/m3
1.0268
1.0413
1.0559
1.0707
1.1972
V=
m³
由于再生用盐量10kg/次,用盐量较小,采用干贮存方式贮存。
3.4除氧设备选择计算
由于锅炉容量较小采用加化学药剂除氧,药剂选用用亚硫酸钠,加药方式选用加药泵在省煤器前加入,也可在给水管路上安装孔板,利用孔板前后的压差来加药。
纯度为100%的亚硫酸钠Na2SO3·7H2O加入量Gy由下式计算:
(3-7)
式中:
——除氧水量,kg/h。
——给水含氧量,mg/L。
Ppw——锅炉排污率(用小数表示)。
So——锅水中SO32-过剩量,mg/L,水质标准规定为10~40mg/L。
3.2——Na2SO3·7H2O与SO32-的换算系数。
给水含氧量可用给水温度下的饱和含氧量(表3-3)计算。
实际运行中,可按实际含氧量和锅水中亚硫酸根过剩量来调整加药量。
表3-3水面压力为标准大气压时氧的溶解度
水温(℃)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
溶解度(mg/L)
11.2
9.1
7.5
6.4
5.5
4.7
3.8
2.8
1.6
0
锅炉给水的含氧量为4.7mg/L,锅水中SO32-过剩量为30mg/L。
对于锅炉DLZ6-1.25-AII,排污率为0.081。
计算可得亚硫酸加入量:
Gy1=
kg/h
对于锅炉DLZ8-1.25-AII,排污率为0.081。
计算可得亚硫酸加入量:
Gy2=
kg/h
3.5计算锅炉排污量和决定排污系统
锅炉排污率按教材中有关公式计算,但应注意补给水与给水的区别、给水碱度和溶解固形物的计算方法。
对有连续排污的锅炉,应考虑连续排污水热量的利用。
如果采用连续排污膨胀器,应经计算选定其型号。
膨胀器后的高温排水,也可通过换热器加热软化水以利用其热量,但换热器的选择计算不要求进行。
额定蒸发量大于或等于lt/h的锅炉应有锅水取样装置。
取样冷却器一般每台锅炉单独设置,以免窜水影响水样的代表性。
如采用热力除氧器,也应有除氧水取样冷却器。
所有排污水都应进入排污减温池,冷却至40℃以下排入下水道。
对于锅炉DLZ6-1.25-AII,排污率为0.081。
计算排污量为:
G=D*Ppw=6×0.081=0.486t/h
对于锅炉DLZ8-1.25-AII,排污率为0.081。
计算排污量为:
G=D*Ppw=8×0.081=0.648t/h
总排污量为W=0.486+0.648=1.13t/h
连续排污膨胀器的容积V(m3)
(3-8)
式中:
W——连续排污水量,kg/h。
i,i1,i2——分别为锅炉饱和水,膨胀器出水及膨胀器出来的二次蒸汽的焓,kJ/kg。
η——排污管热损失系数,η=0.98。
x——二次蒸汽的干度,x=0.97。
K——膨胀器富裕系数,K=1.3~1.5。
v——二次蒸汽的比容,m³/kg。
Wo——400~1000m³/(m³·h)。
查表可得:
i=806.565kJ/kg,i1=417.51kJ/kg,i2=2675.4kJ/kg,v=1.694m³/kg。
对于锅炉DLZ6-1.25-AII:
m³
选择型号为LP-0.5的连续排污膨胀器,具体参数见下表。
表3-4连续排污膨胀器参数
型号
设计压力(MPa)
工作温度(℃)
容积(m³)
LP-0.5
1.5
≦200
0.30
对于锅炉DLZ8-1.25-AII
选择型号为LP-0.75的连续排污膨胀器,具体参数见下表。
表3-5连续排污膨胀器参数
型号
设计压力(MPa)
工作温度(℃)
容积(m³)
LP-0.75
1.5
≦200
0.75
4给水设备的选择计算
给水设备是指锅炉房给水系统中各种水泵和水箱,它与锅炉的安全运行有着密切的关系。
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。
4.1给水系统
本设计中给水系统由软化水箱、给水泵、连接管道和附件等组成。
给水泵集中设置,通过母管向各台锅炉供水。
同时,配备一台备用泵,备用给水泵仍应与每台锅炉的给水管道连接,以确保供水,以确保锅炉的供水安全。
4.2给水泵选型
4.2.1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1.1倍的要求,同时还要考虑锅炉房的季节性负荷的变化,因此给水泵的容量和台数还应适应全年负荷变化的要求。
凝结水回收量11.742t/h,锅炉补水量2.24t/h,热水管网补水量0.4944t/h。
则可计算出给水泵总水流量Q=1.1×(11.742+2.24+0.4944)=15.92t/h。
4.2.2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下,锅炉仍能安全、可靠地供水。
为此,设计规范和监察规程都明确规定:
锅炉房应设置备用给水泵,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。
因此,任何一个锅炉房内给水泵至少设置两台;如果只有两台,则每台给水泵的流量必须满足前述1.1倍给水量的要求。
4.2.3给水泵扬程
对于压力较低的锅炉,给水泵的扬程也可近似计算:
H=1000P+(100~200)kPa(4-1)
P——锅炉工作压力,MPa;100~200为压头附加值
H=1000×1.25+(100~200)=1350~1450KPa=135~145m
根据给水泵的流量和扬程,选择两台IRG型热水循环泵,型号为:
80-350A,流量为35m³/h,扬程为142m,电压380V,转速为2900r/min,效率65%,电机功率为45kW,允许汽蚀余量为3m,其中一台备用。
另一台IRG型号为:
80-350B,流量为39m³/h,扬程为135m,电压380V,转速为2900r/min,效率63%,电机功率为37kW,允许汽蚀余量为3m。
4.3给水箱选型
4.3.1给水箱容积和个数
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,如锅炉房容量、负荷的均衡性、软化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,其要求与锅炉房容量有关。
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。
对于小容量的锅炉房,给水箱的有效容量可适当增大。
本锅炉房为常年不间断运行的锅炉房,给水箱设置2台,其中一台为备用水箱。
本设计中,给水箱的总有效容量选为运行锅炉在额定蒸发量时所需30min的给水量。
m³
因此其大小为7m³,选用两台德州腾嘉JT-4方形开式给水箱,理论容积4m³,实际充装容积为3.6m³。
4.3.2给水箱安装高度
给水泵输送温度较高的给水,要求给水箱有一定的安装高度,使给水泵有足够的灌注头,以免发生汽蚀和影响正常给水。
给水箱的安装高度(给水箱最低水位至给水泵轴线的标高差)应不小于下式计算的给水泵最小灌注高度:
m(4-2)
式中:
——使用温度下水的饱和压力,Pa。
——给水箱液面压力,Pa。
——吸水管道阻力,Pa。
——富裕量,可取3000~5000Pa。
——使用温度下水的密度,kg/m3。
——重力加速度,m/s2。
——泵的允许汽蚀余量,m。
由锅炉资料可知锅炉给水温度为60℃,可查的饱和压力Pbh=20kpa。
给水箱液面压力Pgs=99kpa,吸水管道阻力
=18kpa,使用温度下水的密度
=983.1kg/m³,泵的允许汽蚀余量Δhy=30kpa。
可得
m
由计算可知给水箱最低水位至给水泵轴线的标高差不得小于2.9米,保证泵处于自灌水条件下,以便于安全运行。
4.4凝结水箱和凝结水泵选型
4.4.1凝结水箱选型
常年供汽的锅炉房,凝结水箱一般采用两个。
水箱的总容量可为20~40min最大小时凝结水量。
水箱外形尺寸可按标准图选用。
凝结回水量为11.742t/h,水箱总容量按30min最大小时凝结水量得:
V=11.742×0.5=5.871m³
因此其大小为5.871m³,选用两台德州腾嘉JT-3方形开式给水箱,理论容积3m³,实际充装容积为2.6m³。
4.4.2凝结水泵选型
由于凝结水温度较高,为了保证凝结水泵的正常工作,减小凝结水箱和凝结水泵之间的安装高度差,可将部分或全部锅炉补给水通入凝结水箱,降低水温,也减少蒸发。
此时凝结水箱的总容积也应相应加大。
凝结水泵采用电动离心泵,一般为两台,其中一台备用。
凝结水泵的流量应不小于1.2倍最大小时凝结水回收量;当全部锅炉补给水进入凝结水箱时,凝结水泵流量应满足所有运行锅炉额定蒸发量时所需给水量的1.1倍。
凝结水泵流量Qnj=11.742×1.2=14.1t/h
凝结水泵的扬程Hn可按下式计算:
Hn=Pzy+H1+H2+H3kPa(4-3)
式中:
Pzy——除氧器要求的进水压力,kPa;
H1——管道阻力,kPa;
H2——凝结水箱最低水位与给水箱或除氧器入口处标高差相应压力,k
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