锅炉课设计算说明书

目录

一、工程概况及原始资料 (3)

1.1 工程名称 (3)

1.2 建筑概况 (3)

1.3 设计任务 (4)

1.4 设计依据 (4)

1.5 技术经济可行性分析 (4)

二、锅炉的型号及台数的确定 (5)

2.1 热负荷的计算 (5)

2.2 锅炉型号及台数的选择 (5)

三、燃料供应系统 (7)

3.1 燃气供应系统设计 (7)

3.1.1 供气系统方案确定 (7)

3.1.2 调压系统方案确定 (7)

3.1.3 供气管材的选用 (8)

3.2 燃气管道水力计算 (8)

3.2.1 燃气管道管径计算 (9)

3.2.2 燃气管道水力计算 (10)

3.3 燃气供气压力确定 (15)

3.4 燃气系统设备及附件 (17)

3.4.1 调压器选用 (17)

3.4.1.1 调压器选用原则 (17)

3.4.1.2 选型 (17)

3.4.2 放散管选用 (17)

3.4.3 阀门 (17)

四、锅炉给水系统 (17)

4.1 给水泵和主要管道的选择计算 (17)

4.2 其他水处理设备选择 (18)

4.2.1 软化水器的选择 (18)

4.2.2 除氧方法与除氧器选择 (21)

4.2.3 软化水箱的选择 (22)

五、锅炉侧循环水系统 (23)

5.1 系统流量计算 (23)

5.2 换热器的选型 (24)

5.2.1 板式换热器的优越性 (24)

5.2.2 选型 (24)

5.3 锅炉侧循环水系统水力计算 (25)

5.3.1 循环水系统管径确定 (25)

5.3.2 系统阻力计算 (26)

5.3.2.1 沿程阻力损失计算 (26)

5.3.2.2 局部压力损失 (28)

5.3.2.3 锅炉和板换内部压力损失 (30)

5.3.2.4 锅炉侧水循环系统总压力损失 (30)

5.4 锅炉侧循环水泵的选择 (30)

六、锅炉排烟系统 (31)

6.1 工程基本资料 (31)

6.2 排烟管径确定 (31)

七、设计小结 (33)

八、参考文献 (34)

一、工程概况及原始资料

1.1 工程名称

西安毛纺厂燃气锅炉房设计

1.2建筑概况

本工程位于西安，该锅炉房为工厂的员工宿舍和家庭宿舍的采暖和生活热水提供热源。本工程要求热源系统需供应热水，采用独立热源机房，平面图附后，主房层高5.2m。

1、热负荷：

表1 热负荷资料

本工程采用燃料为天然气。燃气取自于城市低压管道，燃气清洁，送入用户前已多次过滤，调压器前表压力10kPa。

2、燃料供应参数：

表2 燃气供应设计参数

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，选定3台型号为CWNS1.75-0.7/95卧式锅壳内燃式热水锅炉设备,不设备用锅炉,其额定热功率为1.4MW。

3、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/L 8

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

1.3 设计任务

(1)热源设备型号及台数选择；

(2)燃料供应系统；

(3) 水处理设备选择；

(4) 给水设备和主要管道的选择计算；

（5）制图：锅炉房燃气热力系统图、锅炉房设备平面布置图、施工说明。

1.4 设计依据

1．《建筑燃气设计手册》袁国汀主编

2．燃油燃气锅炉房设计手册燃油燃气锅炉房设计手册编写组编2013

3．《燃气输配》中国建筑工业出版社

1.5 技术经济可行性分析

随着我国改革开放的不断深化，全国各地经济建设的迅速的发展，城市高层民用建筑的快速崛起，国家对环保工作提出更高要求。中国是世界温室气体排放第二大国，调整能源结构，实现可持续发展，成为时代的必然要求。油气资源的大力开发，煤炭资源的相对缺少，尤其中小型锅炉房的设计必须满足环保的要求，这给燃油燃气锅炉的发展提供了前提条件，但燃油锅炉初投资大 ,且油价不断上涨 ,很多用户已感到使用燃油锅炉的代价实在昂贵。

天然气在锅炉炉膛内燃烧迅速、完全,热效率高。在当前市场上的各类锅炉中 ,烧天然气锅炉的热效率不容置疑地为最高 ,而燃烧越彻底 ,排放的有害物质也就越少。气燃烧后几乎不产生灰渣 ,二氧化硫、二氧化碳的排放量也极少 ,因此被称为清洁燃料或绿色燃料或环保燃料 ,燃气锅炉因此被称为环保型锅炉。综上所述，考虑经济、环保、地区的状况、国家的资源政策、资源的供给情况的基础上，本设计因而采取燃气锅炉进行设计。

二、锅炉的型号及台数的确定

2.1热负荷的计算

根据生产、采暖、通风、空调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。

最大计算热负荷的计算：

Q max＝K (K1Q1十K2Q2十K3Q3十K4Q4十K5Q5)

式中Q max——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1.1—1.2;

K1——生产热负荷同时使用系数，一般可取0.7—0.9；

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0.7—1.0，或分别计算；

K4——空调热负荷同时使用系数，一船取0.7—1.0；

K5——生活热负荷同时使用系数，可取0.5，如锅炉房仅为民用时，生活热负荷同时使用系数应取0.7～0.9。

由于本锅炉仅为民用（给毛纺厂员工宿舍提供热水、采暖），K5取0.8。因此设计中锅炉最大计算热负荷为冬季热负荷：Q max=1.1×(1×4000+0.8×898)=5190.24 KW。而夏季最大热负荷为Q‘max=1.2×0.8×856=821.76 KW

2.2锅炉型号及台数的选择

锅炉在额定热功率时，应满足锅炉房最大计算热负荷；首先应保证锅炉房在较高或较低热负荷运行工况下能安全运行，并使锅炉台数、容量和其他性能均能有效适应热负荷的变化，通过锅炉的组合及自身调节能力适应热负荷在不同季节的变化。

计算相应设备装机容量Q max / 3=5190.24 / 3 =1730.08 kW

综合各种因素，选择3台由广州迪森热能设备有限公司生产的型号为CWNS1.75卧式直接加热常压热水锅炉,不设备用锅炉。该型号锅炉采用大炉胆、大烟管、扰流子技术、智能控制技术、双组分保温涂料技术、立式机组封头形炉胆技术、圈挂扣式面板设计，采用进口水位控制器，水阻力小，燃气锅炉配置冷凝器，可节约燃料12%，

降低噪声20～30dB，是真正的环保产品。

其额定热功率1.75MW,额定出水压力0.7MPa,额定出水温度900C ,额定回水温度650C,设计热效率92%,水容积3.2m3，排烟量3650m3/h, 天然气消耗量192m3/h,锅炉自重4055kg。具体参数见表3。由于夏季热负荷小，只开一台锅炉既可满足需求。

表3CWNS系列卧式直接加热常压热水锅炉主要参数

表4CWNS系列卧式直接加热常压热水安装外形尺寸

三、燃料供应系统

3．1燃气供应系统设计

3.1.1供气系统方案确定

在燃气锅炉房供气系统中，从安全角度考虑宜采用中压、低压供气系统。本设计中燃气来自外网的低压天然气，供给压力10kPa。而锅炉所需燃烧压力为3000Pa，故需采用调压系统。

由于该燃气系统接城市低压管网，输送的燃气已经过多次除油、除水，因而不必再设油水分离器，只在调压器前设一个过滤器。

由于外管供气压力小于0.3MPa，所以引入管无需埋地，锅炉房内的燃气管道干管，采用单管架空敷设，假设架空高度为2.2m。燃气管道架空引入锅炉间，管道穿越墙壁时，应设置套管。

3.1.2调压系统方案确定

由于外网供给压力与所需燃烧压力相差不大，即调压器前的进气压力和其后的供气压力之差比较小，采用一级调压系统即可保证调压器工作的灵敏度和稳定性。此外，

该锅炉房常年运行（冬天供热水、采暖；夏天仅供热水），故应设置备用调压器，备用调压器和运行调压器并联安装，组成多路调压系统。所以本设计采用一级多路调压系统。

3.1.3供气管材的选用

燃气管道管材主要有钢管、铸铁管和PE管。

钢管承载应力大、可塑性好、便于焊接，与其他管材相比，壁厚较薄、节省金属用量，但耐腐蚀性较差，必须采取可靠的防腐措施；铸铁管抗腐蚀性能很强，但抗拉强度、抗弯曲、抗冲击能力和焊接性能均不如钢管好。PE管具有良好的柔韧性且具有良好的耐腐蚀性，弥补了钢管的最大缺点。除此之外，PE管具有良好的气密性，严密性优于钢管；管内壁平滑，提高介质流速，提高输气能力，较之相同的金属管能输送更多的燃气；成本低，材质轻且卫生无毒。但是由于PE管机械强度较低，若作明管容易受碰撞破损，导致漏气，同时受大气中紫外线与氧气的影响，会加速老化，气温的变化及油烟或其他化学剂的侵蚀对PE管道也不利。因此作为易燃易爆的燃气输送管道，不应使用PE管作室内地上管道。

对于不大于DN80的室内燃气管道应采用镀锌钢管；对于大于DN80的室内燃气管道宜采用无缝钢管，材质10号钢，连接形式采用焊接或法兰。

本系统由工程经验知锅炉房燃气管道的管径远大于DN80，故采用无缝钢管。

3.2燃气管道水力计算

燃气管道水力计算的任务是根据燃气流量和允许压力损失来确定管道直径；或在已知管径和压力损失的情况下，求管道的通过能力。

锅炉房引入管与锅炉间供气干管的连接采用端部连接法，其流程图如下（最不利管段已编号）：

图1 供气系统流程图

3.2.1 燃气管道管径计算

对于天然气管道，管内实际流速不应大于25m/s,当燃气管道允许流速选定后，确定管径：

w

Q 18.8

d s

= 式中，d ——管道内径mm

Q S ——燃气在设计状态下的流量，m 3/h w ——燃气允许流速，m/s

p

QT

2731Q s =

式中，T ——设计中所采用燃气热力学温度，K

p ——设计中所采用燃气绝对压力，MPa Q s ——燃气计算流量m 3/h

单台CWNS1.75型锅炉的天然气消耗量为：192 m 3/h 。选取天然气的流速为：W =10m /s ，锅炉燃烧器所需表压力3000Pa 。

支管的管径为()100.003

0.1013252731287

19218.8

d 1+??=错误！未找到引用源。=82.68 mm ，Q s =193.41m 3/h

选取支管管径D89×4.5，s m d Q s /68.108.188041.1938.18w 2

2

'=??

? ??=

??

? ??=

。

同理算得管段6-7管径为D114×7，流速为13.67m/s 。 管段5-6管径为D168×18，流速为11.77m/s 。

从而管段4-5也为D168×18（旁通管关闭），旁通管及管段1-2，3-4也为D168×18。

假设管段2-3的两支管流量相等，则可算得支管管径为D114×7。旁通管也为D114×7。

3.2.2 燃气管道水力计算

①判别流态并选用ΔP/L 的计算公式

用雷诺数来判别流态：

3Re 10d ν

υ

-=

?

式中：

R e —— 雷诺数；

υ—— 运动粘度(m 2/s )。

不同流态下单位管长的摩擦阻力ΔP/L 的计算公式如下： 层流状态(Re<2100)

100040

1.1310Q P T

l d T υρ?=?

临界状态(Re=2100~3500)

426

00055

00

11.87101.910(1)2310Q d Q P T l Q d d T υρυ-??=?+-

紊流状态(Re>3500)

260.250500

6.910(192.2)h Q P d T l d Q d T υρ??=?+ 式中：

ΔP —— 燃气管道摩擦阻力损失(Pa)； λ—— 燃气管道的摩阻系数； l —— 燃气管道的计算长度(m)；

ρ0—— 1kg/m 3；

Δ—— 管壁内表面的当量绝对粗糙度(mm)。 T —— 实际的燃气温度(K )；

T 0—— 273K 。

以管段8为例计算单位管长摩擦阻力。 对管段8，5696010

5.108.068.10wd e 5-=??==

v R 属于紊流状态，则 m Pa l p /956.1480

41.19341.193105.1802.1928017.0109.65

2

25

.05-6

=????

? ????+??=? 同理算得D114×7管雷诺数Re=45603属于紊流状态，ΔP/L= 4.25Pa/m 。

D168×18管雷诺数Re=34548属于紊流状态，ΔP/L= 1.28Pa/m 。

②当量长度计算

锅炉房内的燃气管道局部阻力应按实际情况进行计算。本设计采用当量长度法。当燃气管道供气压力大于锅炉房需用压力而局部阻力不需要特别计算时，可将产生局部阻力的各构件折合成相当长度直线管段，根据管道输送的燃气压力按相应管道阻力公式计算。燃气管道上各种构件的局部阻力当量长度见表5。

D89×4.5管上有1个直通截止阀，1个引出支管直通管，当量长度Ld=17.5+3.23=20.73m;

D114×7管有1个引出支管直通管，当量长度Ld=6.4m;

D168×18管上有4个直通截止阀，1个引出支管直通管，10个小于90°带有皱纹的弯头R=4d ，当量长度Ld=4×3.65+ 9.12+ 10×9.95 =123.22 m;

③最不利管段计算长度计算

管段的计算长度由两部分组成： d 1L L L += 式中，L1为管长，Ld 为当量长度。

所以D89×4.5计算管长6.67+ 20.73= 27.4 m;D114×7计算管长2.47+ 6.4= 8.87 m ；D168×18计算管长14.85+ 123.22= 138.07m 。

④管段沿程局部总阻力损失计算：

管段的总压力损失值即为管段的计算长度与经过密度修正的单位长度管道阻力损失之积，由于计算ΔP/L 使用的公式法，无需修正。所以管段8的压力损失值为：

Pa L L P

P 9.4094.2796.14=?=??=

?

同理算得D114×7管压力损失ΔP= 37.7Pa 。 D168×18管压力损失ΔP= 176.73 Pa 。

表5 燃气管道上各种构件的局部阻力当量长度

表5 燃气管道上各种构件的局部阻力当量长度（续表）

⑤附加压头：

由于燃气与空气的密度不同，当管段始末段存在标高差时，在燃气管道中将产生附加压头，在计算室内燃气管道时，必须将该值计入管道阻力损失之内。计算各管段的附加压头，公式为：

?H

-=?)293.1(0ρg P 附加 ΔH 为该管段终端及始端的标高差。可得该管段的附加压头值。计算时需注意其正负号。水平管没有标高差，则附加压头为0 Pa 。对管段8，

()Pa 29.21-4-)75

.0293.1(8.9=?-?=?附加P

即管径D89×4.5的管段产生附加压头-21.29Pa ，同理，管径D168×18的管段产生附加压头为().71Pa 1-17.32.1)75.0293.1(8.9=-?-?=?附加P ，管径D114×7的管段水平管没有标高差，附加压头为0 Pa 。

⑥总压力降计算：

该值即为本管段的阻力损失加上管段附加压头以及前面已经计算过的管段的阻力损失累计值。求出该燃气管道的计算总压降：

ΔP=109.9+37.7+176.73-21.29-11.71=291.33Pa 。 3.3 燃气供气压力确定

燃气锅炉房供气压力主要根据锅炉类型及其燃烧器对燃气压力的要求确定。当锅炉类型及燃烧器的形式已确定时，供气压力计算式：p p p r ?+=

式中，p----锅炉房燃气进口压力（Pa ）；

Pr----燃烧器前所需要的燃气压力（本设计为3000Pa ）； Δp ----管道阻力损失(Pa)。

由3.2水力计算及锅炉对燃气压力要求，可确定调压器后的供气压力为：3000+ 300=3300Pa 。

3.4 燃气系统设备及附件

3.4.1 调压器选用

3.4.1.1 调压器选用原则

（1）调压器的压力差：应根据调压器前燃气管道的最低压力与调压器后燃气管道需要的压力之差值确定。

（2）调压器的计算流量：应该按调压器所承担的管网小时最大输送量的1.2倍确定。

3.4.1.2 选型

（1）调压器进口压力：10kPa；出口压力：3.3kPa。

（2）调压器的计算流量：1.2×193.41×3=696.28m3/h。

选择美国胜赛斯（SENSUS）441-S系列调压器。它是大流量中低压自力式调压器，调节可靠、操作安全、反应快速。具体参数见表6。

表6441-S系列调压器技术参数

3.4.2 放散管选用

为确保管道检修或锅炉点火的安全应设置放散管。

放散管的安装位置,应根据锅炉房内燃气管道的布置情况决定,以能将管道内燃气或空气吹扫干净为原则。放散管应引至室外,其排出口应高出锅炉房屋脊2米以上。应使放出的气体不致窜入邻近的建筑物和被吸入通风装置内,并应有防止雨雪进入的措施。

燃气放散管的管顶或附近应设置避雷针,其针尖高出管顶不应小于3m,并使其保护范围高出管顶不应小于1m。防雷引下线应接地,接地电阻应小于10Ω。

本设计在总关闭阀后及燃烧器后分别设一放散管。由于两个燃气管道直径相同均为D168×18。由表7得选用放散管管径为50mm。

表7 锅炉房燃气系统放散管直径选用

燃气管道直径(mm)25～5065～80100125～150200～250300～350

放散管直径(mm)253240506580

3.4.3 阀门

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。

阀门的选用如下：

1.锅炉房燃气引入管应设手动快速切断阀,按燃气流动方向,切断阀前应安装放

散管。此阀门应装置在安全和便于操作的地方。

2.每台锅炉的燃气干管上应设置关闭阀和快速切断阀。每个燃烧器前的供气支管

上,应装置手动关闭阀,该阀后再串联装设一个电磁阀。

3.在通往每台锅炉的干管上安装快速切断阀是为了防止锅炉在运行中熄火,来不

及迅速切断气源而引起锅炉爆炸。

4.安装关闭阀是为了切断气源和调节流量。

四、锅炉给水系统

图2 锅炉给水系统图

4.1 给水泵和主要管道的选择计算

（1）锅炉上水要求

锅炉启动前的进水速度不宜过快，上水时间一般冬季不少于4h，其他季节2～3h，进水初期尤其应缓慢。冷态锅炉的进水温度一般不大于100℃，以使进入汽包的给水

温度与汽包壁温度的差值不大于40℃。未能完全冷却的锅炉，进水温度可比照汽包壁温度，一般差值应控制在40℃以内，否则应减缓进水速度。

本设计中上水时间取4h 。设2台给水泵，一用一备。 （2）给水泵流量计算

由表3锅炉的技术参数表得单台锅炉水容积为3.2m 3，又有上水时间4h ，可得给水管中流量Q=3.2×3 / 4=2.4m 3/h 。所以给水泵流量为1.2×2.4=2.88 m 3/h 。

（3）给水泵管径计算 1°水泵进水管：

假定给水的进口流速为0.7m/s

v 4L

10d 3π?

=

L=2.4÷3600=6.67×10-4m 3/s,

算得d=34.8 mm,取32 mm,则管段流速为v=0.83 m/s ； 2°水泵出水管：

假定给水的出口流速为0.4m/s

v 4L 10d 3π?

=

L=2.4÷3600=6.67×10-4m 3/s,

算得d=46.1 mm,取50 mm,则管段流速为v=0.34 m/s （4）给水泵扬程计算

按照正常设计，锅炉给水泵必须大于锅炉额定压力，给水泵出口总压力＝管道沿程阻力+局部阻力+设备阻力+水泵提升高差+锅炉工作压力。

本设计为常压锅炉，额定工作压力为0,即锅炉水位线处表压力为0。 可估算沿程和局部阻力为200Pa/m ，而管长18.29m ，从而得阻力为3658Pa ，水泵提升高差为3.5m 。取扬程1.2×4=4.8mH 2O 。

表8 给水泵技术参数

常压锅炉一般选用离心泵。根据水泵的流量和扬程，选择两台规格型号为20-110的离心式水泵，一用一备。该泵流量2.5m3/h,扬程15m，可以满足锅炉上水要求。

4.2 其他水处理设备选择

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。

本设计中在锅炉的给水系统中，在给水泵前设了一个软化水箱、一个除氧器和一个全自动软化水器。

4.2.1 软化水器的选择

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。

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。

表9ZR系列软水器性能规格表