锅炉房工艺与设备设计说明书
前言
本设计为哈尔滨某场锅炉设计。从锅炉房的设计原则出发，即遵守规范、安全可靠、经济合理、技术先进、保护环境。根据课本当中的理论知识和设计所给的原始资料与实际应用相结合，仔细的完成本次课程设计。
本次锅炉房设计，因用于工厂的生产、生活和采暖，故设计的锅炉形式为蒸汽锅炉，使用燃料为Ⅲ类无烟煤，选用3台SZL4-1.25-WⅢ型锅炉以满足设计计算出的全年热负荷31800.1t/年，该设计严格按照《锅炉房设计规范GB50041-2008》，本说明书系统地阐述了锅炉房设计的基本理论和计算过程，设有水处理系统，分别对给水进行除氧、软化等工序进行设计计算，在对排污率进行计算时，采用碱和盐两种方法计算，取其最大值10.6%，还设有汽水系统、引送风系统等，同时对所用燃料进行校核计算，根据该燃料的具体成分，设计相应的燃烧、排污、出渣设备。在设计计算之后的设备选择中，秉持经济节约的原则，在参考资料中也是选用的与计算匹配，与实际符合的设备，不留有一点浪费。
本设计说明书共分为六大章节，以图表结合的形式，使每一章的数据资料能系统、明了的展现给读者。
目录
一．锅炉型号和台数的选择 (3)
二．水处理设备的选择及计算 (6)
三．汽水系统的确定及其设备选择计算 (13)
四．送、引风系统的设计 (17)
五．运煤除灰方法的选择 (23)
六．锅炉房设备明细表 (26)
参考文献 (27)
小结 (28)
一．锅炉型号和台数的选择
1.热负荷计算
热负荷计算的目的是求出锅炉房的计算热负荷、平均热负荷和全年热负荷，作为锅炉设备选择的依据。 (1)计算热负荷 锅炉房最大计算热负荷Q max 是选择锅炉房的主要依据，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： Q max =K 0(K 1Q 1+K 2Q 2+K 3Q 3+K 4Q 4)+Q 5 t/h 式中
Q 1，Q 2，Q 3，Q 4——分别为采暖、通风、生产和生活最大热负荷，t/h ，由设计资料提供； Q 5——锅炉房除氧用热，t/h ；
K 1, K 2, K 3, K 4——分别为采暖、通风、生产和生活负荷同时使用系数； K 0——锅炉房自耗热量和管网热损失系数，取K 0为1.15。 其中
Q 1为3.52 t/h Q 2不考虑 Q 3为7.3 t/h Q 4为0.5 t/h K 1为1.0 K 3为0.8 K 4为0.5 代入计算
采暖季： ()05.115.05.03.78.052.3115.1max =?+?+?=Q t/h 非采暖季： 00.75.05.03.78.015.1max
=?+?=）（Q
t/h
(2)平均热负荷 采暖通风平均热负荷pj i Q 根据采暖期室外平均温度计算： i w
n pj n pj
i Q t t t t Q --=
t/h
式中
Q i ——采暖或通风最大热负荷，t/h ； t n ——采暖房间室内计算温度，℃；
t w ——采暖期采暖或通风室外计算温度，℃； t pj ——采暖期室外平均温度，℃。 其中
Q i 为3.52 t/h t n 为18℃ t w 为-24.1℃ t pj 为-9.9℃ 代入计算
2.3352.324.1189.9
18=?++=pj
i Q t/h
采暖季： 21.72.06.333.215.1=++=）（pj
i
Q t/h
非采暖季： 37.42.06.315
.1=+=）（pj
i Q t/h (3)全年热负荷 这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。全年热负荷D 0可根据
平均热负荷和全年使用小时数按下式计算：
）max
5
4321001)((Q Q D D D D K D +
+++= t/年 式中
D 1，D 2，D 3，D 4——分别为采暖、通风、生产和生活的全年热负荷，t/年； Q 5/Q max ——除氧用热系数。
其中 D 1，D 2，D 3，D 4分别可用以下公式计算求得：
[
]
f
pj Q S SQ n D 1111-38）（+
= t/年 pj
SQ n D 2228= t/年
pj
3338SQ n D = t/年
pj SQ n D 4348= t/年
式中
n 1，n 2，n 3——分别为采暖、通风天数和全年工作天数； S ——每昼夜工作班数；
pj pj pj pj Q Q Q Q 4321,,,——分别为采暖、通风、生产及生活的平均热负荷，t/h ； Q 1f ——非工作班时保温用热负荷，t/h ；取Q 1f =0t/h 算出
[]27.90478.12-333.22175821=?+
???=+）（D D t/年 6.176256.3230683=???=D t/年 2.9792.0230684=???=D t /年
11.3180012.9796.1762527.904715.10=?++?
=）（D t/年
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。
(1)设计方案
方案一：选用2台6t/h 的工业蒸汽锅炉
因为该厂全年工作306天，除去国家法定节假日，剩下的时间可用于锅炉的检修工作，故不需设置备用锅炉。
6t/h 的锅炉其额定蒸汽压力为1.0MPa ，额定蒸汽温度为饱和。
方案二：选用3台4t/h 的工业蒸汽锅炉
因为该厂全年工作306天，除去国家法定节假日，剩下的时间可用于锅炉的检修工作，故不需设置备用锅炉。
4t/h 的锅炉额定蒸汽压力为1.25MPa ，额定温度为饱和。
两种方案比较，因为该厂用汽参数最大为0.5MPa ，且在非采暖季时锅炉只需运行3台，比方案一仍需运行2台更加经济，故选择与其接近的方案二。
(2)燃料种类确定及校核
已知：V daf =7.85%＞6.5%，Q net,v,ar =24420KJ/kg ＞21MJ/kg ，所以该煤属于Ⅲ类无烟煤。 用门捷列夫公式计算Q net,v,ar 并校核：
ar ar ar ar ar ar v net M S O H C Q 25)(1091030339,,---+= 825-51.0-91.3109-2.64103065.65339???+?=）（ 4482.082= KJ/kg 校核
A d =19.02%/0.92=22.67%〈25%，ΔQ net,v,ar =24420-24482.08=-600KJ/kg ＜600KJ/kg 故煤质资料正确。 (3)锅炉型号及台数
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。
由设计热负荷及相关规范规定，选择使用3台额定蒸发量为4t/h 的工业蒸汽锅炉，其工作压力为1.25MPa ，额定蒸汽温度为饱和。选择锅炉本体形式为SZ 型
因为燃料使用的是Ⅲ类无烟煤，锅炉蒸发量为4t/h ，所以燃烧设备选择链条炉排。 故锅炉所选型号为SZL4-1.25-W Ⅲ型。
二．水处理设备的选择及计算
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.水质资料
硬度 L mmol G H z /5.301357.04.8514.851=?=?= 碱度 L mmol G A z /1.899357.05.325.32=?=?=
2.排污率及相对碱度的计算
由于锅炉水处理任务的确定（如补给水是否采取除碱措施）需根据锅炉排污率和炉水相对碱度的大小进行，因此在确定任务前应先算出次二量。
(1)锅炉排污率计算
a.按碱度：假设采暖季排污率P 1=5.6%，非采暖季排污率P 1’=7.5%。
锅炉房总给水量： ）（ls pw gs P P D G ++=1 t/h 式中
D ——锅炉房总额定蒸发量，D=12t/h ； P pw ——排污率，%；
P ls ——给水管路的漏损率，0.5%。
采暖季：
73.12%)5.0%6.51(12=++?=gs G t/h 非采暖季：
64.8%)5.0%5.71(8=++?=gs G t/h 凝结水总回收量：
3331211)(h h hs Q K Q Q K G αα++=
式中
αh1、αh3——分别为采暖和生产回水率， αh1=95%，αh3=40%。 采暖季：
68.54.03.78.095.052.30.1=??+??=hs G t/h
非采暖季：
34.24.03.78.0=??=hs G t/h 补给水量：
hs gs bs G G G -= t/h
采暖季：
05.768.573.12=-=bs G t/h 非采暖季：
3.63
4.264.8=-=bs G t/h 计算排污率： %100%100?-=
?-=
bs
b g bs
b gs
g gs A A A A A A P αα
式中
A gs ——给水碱度，A gs =αb A bs ，mmol/L ；
A g ——锅水允许碱度，6～26mmol/L ，取A g =20mmol/L ； A bs ——补给水碱度，A bs =2.50mmol/L ；
αb ——补给水率，%100?=gs
bs
b G G α。 采暖季：
%5.589.173
.1205.7-2089.173.1205
.7=??=
P 非采暖季：
%4.789.168
.83.6-2089.168.83
.6=??=
P 检验
采暖季：
3%%9.1%1005.55.6
-5.5%100-1＜=?=?P P P 非采暖季：
3%%9.1%1004
.75
.7-4.7%100-'1＜=?=?P P P 故上述计算有效。
b.按含盐量计算排污率
采暖季：假设排污率P 2=7.2%，则
92.12%)5.0%2.71(12=++?=gs G t/h
68.54.03.78.095.052.30.1=??+??=hs G t/h 24.768.5-92.12==bs G t/h
计算排污率：取含盐量标准值为3500mg/L
%4.743092
.1224
.7-350043092.1224
.7=??=
P 检验
%3%7.2%1004
.72
.74.7%100-2＜=?-=?P P P 非采暖季：假设排污率P 2’=9.6%，则
8.8%)5.0%6.91(8=++?=gs G t/h 34.24.03.78.0=??=hs G t/h 46.62.34-8.8==bs G t/h 计算排污率：
%8.94308
.846
.6-35004308.846
.6=??=
P 检验
%3%04.2%1008
.96
.9-8.9%100-'2＜=?=?P P P (2)相对碱度的计算
查阅《锅炉房使用设计手册》，其中α取值为0.25。
%20%53.8430
483
.04089.1%10040＜=??=?=
bs bs xd S A A α 将上述计算结果汇总于表2中。
3.水处理任务的确定
根据水质资料，锅炉补给水总硬度H z =14.85°=5.3mmol/L ，即使与凝结水混合后，其硬度也远大于蒸汽锅炉水质标准要求的0.03mmol/L ，因此补给水必须软化处理。
根据排污率最大值P =10.6%，本应经技术经济比较后，确定其是否要采取除碱措施。根据有关研究资料介绍，对于小容量锅炉房，排污率在10%左右，从经济角度考虑，一般不宜采取除碱措施，而且，相对碱度A xd =0.0538。因此，无论从经济角度或防止锅炉发生苛性脆化的角度，本设计不考虑补给水的除碱。
根据补给水温度为20℃，查得其含氧量9.09mg /L ，远大于水质标准要求的0.1mg /L ，因此为了防止水中溶解氧对锅炉的腐蚀，本设计确定采用补给水除氧。
4.软化系统的确定及设备选择计算
低流速逆流再生的钠离子交换系统具有出水水质好、再生耗液量低、效果好等优点，故本设计水处理软化系统选用“低流速逆流再生”钠离子交换系统。磺化煤交换剂交换容量小、化学稳定性差、机械强度差、
易碎，故选用0.01×7（732#）强酸型合成树脂作为交换剂，盐液为还原剂。
软化设备生产能力的确定：
)(2.1wy zy bs rs G G G G ++?= t/h
式中
G rs ——需要软化处理的水量，t/h ； G bs ——锅炉补给水量，G bs =7.24t/h ；
G wy ——外用软水量，本设计仅有采暖热网补水量为外用水量，热网补水量宜按事故补水量考虑，即取4～5倍的正常补水量，正常补水量宜为系统补水容量的1%，系统水容量取28t /MW ，则G wy =3.39t/h ；
G zy ——水处理设备自用软水量，t/h 。 ρωF G zy = 式中
ω——逆流冲选速度，无顶压低速逆洗，取ω=1.8m/h ；
F ——钠离子交换器截面积，m 2，预选ф1000的交换器，其F =0.785m 2； ρ——水的密度，常温下ρ=1t/m 3。 代入计算
413.11766.18.1=??=zy G t/h 45.14)39.3413.124.7(2.1=++?=rs G t/h
钠离子交换器的选择计算见表3。
一台，其型号为IS65-40-315，流量15m 3/h ，扬程317KPa ，电机功率4KW 。
5.再生系统的确定及设备选择计算
由于盐溶解器使盐溶液浓度不易控制均匀，且易被腐蚀，本设计确定采用盐液池再生系统，这种系统既解决了在同一标高处，浓盐液从浓盐液池向稀盐液池的转移流动问题，也解决了稀盐液浓度搅拌均匀的问题。
浓盐液池：考虑到储存一定量的干盐及清除淤泥操作时的方便，按n =6次再生用量设计，食盐纯度φ取95%，盐液浓度α为26%，密度ρ=1.201t/m 3，则浓盐池容积计算为：
26.3201
.126.0100095
.08.14862.110002.1=?????==
αρψnB V n m 3
设计尺寸：长×宽×高=2m×1.5m×1.5m 。
稀盐液池：考虑清出淤泥操作的方便，按n=3次再生用量设计，稀盐液浓度α采用8%时，密度ρ=1.07t/m 3，则稀盐液池容积：
95.507
.108.0100095
.08.14832.110002.1=?????==
αρψnB V x m 3
设计尺寸：长×宽×高=2m×2m×1.5m 。
盐液泵：盐液泵的流量为Q =1.2F ω，取ω=2m/h 。算出Q =1.2×0.785×2=1.884m 3/h ，盐液泵的扬程取经验值200Kpa 。根据流量和扬程，选型号为102-3型防腐塑料泵二台，其中一台备用，其流量为6m 3/h ，扬程为200Kpa 。
6.除氧方式的确定及设备选择计算
根据锅炉水质标准要求，对于单台容量＜6t/h 的锅炉，其给水是否要除氧，虽未做强制性规定，但若有局部氧腐蚀现象时应采取除氧措施，本设计中锅炉容量为4t/h ，冬季水温较低或夏季回水较少时，水中含氧
量较大，为避免可能发生氧腐蚀，确定采用水中加Na 2SO 3的加药化学除氧措施。
(1)混合水温的计算
软水与凝结水在混合水箱中混合，混合水温的高低，决定给水中溶解氧的多少，因此需计算混合水温t h ：
hs
rs hs
hs rs rs h G G t G t G t ++=
℃
式中
t rs 、t hs ——分别为软水温度和回水温度，已知t rs =20℃，t hs =95℃。
采暖季： 16.4168
.545.1495
68.52045.14=+?+?=
h t ℃
非采暖季： 14.3434
.225.995
34.22025.9=+?+?=h t ℃
水中溶解氧含量：在一个大气压下，39.74℃的水温时，水中溶解氧为6.4mg/L 。 药剂量的计算：
6-02102.38.15?+=）（PS O G G y kg/h
6
-31020074.02.38.68.151045.14???+???=）（ 62.1= kg/h (2)溶解箱有效容积V y 的计算
溶解箱的有效容积不宜小于一昼夜的药剂消耗量，则
y
y y C G V ρ100024=
m 3
式中
G y ——药剂消耗量，G y =1.62kg/h ；
ρ——药液密度，浓度为10%时，ρ=1.095t/m 3； C y ——药液浓度，一般为2%——10%。
35.01
.0095.1100062
.124=???=
y V m 3
设计尺寸：长×宽×高=1m×0.8m×0.5m 。
加药罐的有效容积一般不宜小于8h 的药剂消耗量，则 12.01
.0095.1100062
.18=???=
gy V m 3
设计尺寸：ф450×800mm 。
三．汽水系统的确定及其设备选择计算
1.给水系统的确定及设备选择计算
(1)系统的确定
本锅炉房规模不大，回水为自流方式，为确保给水泵的安全运行，为使锅炉各给水泵之间能相互切换使用，本锅炉房采用集中式二段单母管给水系统，如图1所示。
图1
凝水及软化水汇入凝结水箱然后由凝结水泵将水送至锅炉给水箱，给水泵将化学除氧后的水，经省煤器送入锅炉。
(2)设备的选择计算
给水泵：给水泵的流量和扬程应能满足锅炉房最大给水量和最高扬程的需要。 流量：
采暖季（运行3台） 21.1492.121.11.1=?==gs G Q t/h
非采暖季（运行2台）68.98.81.11.1=?==gs G Q t/h
扬程：
150********)200~100(=+=+=kpa p H KPa
给水泵的型号和台数应能满足锅炉房全年负荷变化的要求及备用的要求（本设计无备用设计）。本设计采用三台电动给水泵，其中一台为型号5-GC 2
11型，另二台为5-2GC 型（其中一台为检修备用泵），他们的流量分别为6m 3/h 和10m 3/h ，扬程均为1600KPa ，电动机功率分别为7KW 和11KW 。三台锅炉运行时，1台5-GC 2
11泵和1台2GC 泵联合运行，两台锅炉运行时，只运行1台2GC 泵，另一台2GC 泵为检修备用泵；另外再选一台蒸汽往复泵作为停电备用泵，其流量按20~40分钟给水量计算，取30分钟采暖季给水量时，其流量为1/2×12.92t/h=6.46t/h ，混合水温小于60℃，可选QB-4型蒸汽往复泵，其流量5~11.5m 3/h ，扬程1700KPa 。
给水箱：本锅炉房为常年不间断运行的锅炉房，给水箱设置1台。按30分钟给水量计算，单台给水箱的有效容积V=15.9m 3，V/2=7.95m 3，水箱长×宽×高=3.8m ×2.6m ×1.8m 。
2.凝结水系统的确定及设备选择计算 (1)系统的确定
本设计将凝结水箱和凝结水泵置于地下室以便自流回水。软水和凝水全部汇入凝水箱混合，以减少凝结回水的散热损失，并确保凝结水不发生汽蚀、混合后的水由凝结水泵送入给水箱。
为有利于散热、通风和采光，地下室采用全敞开结构，地下室地坪标高-3.5m ，地坪坡向集水坑，以便漏水的收集，并便于排水泵将其排出。
(2)设备选择计算 凝结水泵： 流量：
由于凝水泵要满足的扬程不高，使用单级泵在负荷变化时所需电功率变化不大，所以只按采暖季最大负荷时的锅炉补给水量及回水量计算，即
)1.1hs bs G G Q +?
=（ 21.1468.524.71.1=+?=）（ m 3/h
扬程：
321H H H P H cy +++= KPa
式中
P cy ——除氧器要求的进水压力，本设计中P cy =0； H 1——管道阻力，本设计估算为30KPa ；
H 2——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，取H 2=50KPa ； H 3——附加压力，取H 3=50KPa 。 则
1305050300=+++=H KPa
根据Q =14.21m 3/h ，H =130KPa ，选2台IS65-40-315型单级离心泵，其中1台备用。泵的流量15m 3/h ，扬程317KPa ，电机功率4KW 。
凝结水箱：按30分钟锅炉补给水量和凝结水回收量计，其有效容积与给水箱相同，因此亦选1台带隔板的R108（一）型开示方形水箱，总有效容积V =15.9m 3，V /2=7.95m 3,水箱尺寸为长×宽×高=3.8m ×2.6m ×1.8m 。
地下室排水泵：估选1台IS50-32-160型离心泵，其流量为 6.3m 3/h ，扬程为80KPa ，电机功率为0.55KW 。
地下集水坑：尺寸为长×宽×高=1.5m ×1.0m ×1.0m 。
3.蒸汽系统的确定及设备选择计算
(1)系统的确定
为使蒸汽管道便于运行管理，确定采取每台锅炉引出的支蒸汽管都汇入同一蒸汽母管，母管再接入分气缸，由分气缸接到用户的蒸汽系统。
(2)设备选择
分汽缸：查《工业锅炉房常用设备手册》，因在表4中算出最大管径为D N 150，故选择分汽缸缸体直径为D N 400，配用阀件公称压力为2.54MPa 。其长度按图2所示。
图2
4.排污系统的确定及设备选择计算
(1)系统的确定
为了充分利用排污水的热能，在连续排污系统中设置了连续排污扩容器，连续排污水经扩容器降压后产生的二次蒸汽可供食堂和浴室使用，扩容器排出的污水还可以进一步经设在混合水箱中的简易盘管与水箱中水换热，使其热能进一步利用。由盘管排出的排污水再进入排污冷却池被冷却，然后排入下水道。
定期排污时间短、排污水量较少，热利用经济意义不大，所以排污水直接排入冷却池，被冷却后再排入下水道。
为了锅炉的检修安全，每台锅炉的排污管均单独设置。另外，为了便于炉水的取样化验，系统中还设置了取样冷却器。
(2)设备的选择计算 连续排污扩容器：
连续排污扩容器的选择需求得二次蒸汽量，二次蒸汽量用下式计算
x
i i i i D D ps q )()(211--=
η kg/h
式中
D ps ——连续排污水量，kg/h ，非采暖季排污水量最大， D ps =8×9.6%=0.768t/h=768kg/h i ——锅炉饱和水焓，i =822.35KJ/kg ；
i 1、i 2——分别为扩容器工作压力（0.2MPa ）下饱和水和饱和蒸汽的焓，i 1=561.43KJ/kg ，i 2=2724.7KJ/kg ；
η——排污管热损失系数，取η=0.98； x ——二次蒸汽干度，一般取x =0.97。
53.8997
.0)43.5617.2724()
43.56198.035.822(768=?--??=
q D kg/h
扩容器的容积： v
q R v kD V =
m 3
式中
k ——容积裕量系数，一般取1.3~1.5，取k =1.5；
v ——二次蒸汽的比容，m 3/kg ，0.2MPa 压力时，v =0.6056m 3/kg ；
R v ——扩容器中单位容积的蒸汽分离强度，一般为400~1000m 3/(m 3·h)，取R v =500m 3/(m 3·h)。
16.0500
6056
.053.895.1=??=
V m 3
根据V =0.18m 3，选LP-0.5型ф562扩容器1台，其容积为0.5m 3，工作压力为0.2MPa 。 排污冷却池：
拟设置一个混凝土冷却池，水冷方式，其尺寸为2.5m×2m×1.5m 。 取样冷却器：
为了保证炉水取样化验的安全，设置3台ф254型取样冷却器，其承压能力2.5MPa ，介质最高允许温度
225℃。
简易盘管：
在不影响水箱有效容积使用的前提下，可根据水箱尺寸，现场制作。
5.汽水系统主要管道的计算
汽水系统中与设备直接连接的管段，其直径采用设备接管孔径，其他主要管径用下式计算
ω
Gv
D N 7
.594= mm
汽水系统主要管径的计算结果见表4。
四．送、引风系统的设计
1.系统的确定
确定采用分散式平衡通风系统，即每台锅炉都对应设置一套引、送风机、除尘器和烟、风道，烟气在总烟道中汇合经共用烟囱排出，空气则从消声器吸入后，经风道和鼓风机送入炉排，炉膛出口保持20~40Pa 的真空度，系统布置如图3所示。