燃油蒸汽锅炉房课程设计说明书

东华大学
燃油蒸汽锅炉房课程设计说明书
——上海某造纸厂锅炉及锅炉房设计
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2012年6月24日
目录
1、 设计概况…………………………………………………………2
2、
设计原始资料............................................................2 2.1蒸汽负荷及参数.....................................................2 2.2 燃料资料..............................................................2 2.3水质资料..............................................................2 2.4气象资料..............................................................2 3、 热负荷计算及锅炉选择 (2)
3.1最大热负荷...........................................................2 3.2锅炉型号与台数的确定............................................2 4、 给水及水处理设备的选择 (3)
4.1给水设备的选择.....................................................3 4.2水处理系统设计及设备选择.......................................4 5、 热力除氧器选型.........................................................7 6、 汽水系统主要管道管径的确定.......................................8 6.1锅炉房最大的用水量及自来水总管管径的计算.. (8)
6.2与离子交换器相接的各管管径的确定..........................8 6.3给水管管径的确定..................................................9 6.4蒸汽母管管径........................................................9 7、 燃油系统以及送、引风系统的设备选择计算.....................9 7.1计算燃油消耗量，确定燃油系统 (9)
7.2计算理论空气量0V k 和烟气量0
V y (10)
7.3送风机的选择计算..................................................11 7.4引风机的选择计算..................................................11 7.5风、烟管道断面尺寸设计计算...................................12 7.6热回收方案确定.....................................................13 7.7烟囱设计计算........................................................13 8、 锅炉房布置................................................................15 9、 锅炉房人员的编制.......................................................15 10、 锅炉房主要设备表......................................................15 11、 参考文献 (16)
一、 设计概况
本设计为一燃油蒸汽锅炉房，为造纸厂生产过程提供饱和蒸汽。

生产用气设备要求提供的蒸汽压力最高为0.4MP ，用气量为20t/h;假设造纸厂凝结水回收利用率为20%。

二、 设计原始资料
1、蒸汽负荷及参数：
生产用汽 D=20t/h, P=0.4MPa, 设凝结水回收率=20% 2、燃料资料：
选择200号重油作为锅炉燃料
元素分析成分：
ar 83.976%,12.23%,1%,0.568%0.2%,2%,0.026%
ar ar ar ar ar ar C H S O N W A =======
重油收到基低位发热量：,=41868kj/kg net ar Q 密度：3=0.92~1.01/g cm ρ 3、水质资料
总硬度： H=3me/L
永久硬度：FT H =1.0me/L 总碱度：T H =2me/L
PH 值： PH=7.5 溶解氧： 6~9mg/L 悬浮物： 0
溶解固形物：400me/L
注：未查到相关资料，采用假设值。

4、气象资料：
大气压强：101520Pa 海拔高度: 4.5 m
土壤冻结深度: 无土壤冻结情况 冬季采暖室外计算温度：-2℃ 冬季通风室外计算温度：3℃
三、 热负荷计算及锅炉选择 1、最大热负荷：
生产过程所需最大热负荷：00=K =22/D D t h
0K ——考虑蒸汽损失及锅炉房汽泵、吹灰、自用蒸汽等因素的系数取1.1。

2、 锅炉型号与台数的确定
根据用于生产的最大蒸汽负荷22t/h 以及蒸汽压力0.4Mpa ，且采用重油作为燃料，本设计选用WNS8-1.25-Y(Q)型锅炉3台。

工作过程中3台锅炉基本上
接近满负荷运行；负荷率约在92%左右，锅炉的维修保养可按周期进行，且多台锅炉当其中一台出现故障时还有另外两台工作不会造成立即停机，故本锅炉房不设置备用锅炉。

WNS8-1.25-Y(Q)型锅炉参数： 蒸发量：8t/h 工作压力：1.25MP 给水温度：105℃
蒸汽出口温度：194℃ 排烟温度：240℃ 锅炉效率：87%
外形尺寸（长×宽×高）/m ：6.7×3.5×3.3
四、 给水及水处理设备的选择 1、给水设备的选择
（1） 锅炉房给水量的计算
G=K 0D （l+P pw ） t/h
式中：
K ——给水管网漏损系数，取1.02； 0D ——锅炉房蒸发量，t/h ；
P pw ——锅炉排污率，%，本计算根据水质计算，取10%。

计算给水量为
G=K 0D （l+P pw ）= 1.02 22×(1+0.1) =24.68t/h
（2） 给水泵的选择
给水泵台数的选择，应能适应锅炉房全年负荷变化的要求。

本锅炉房拟选用4台电动给水泵，其中1台备用。

采暖季3台启用，其流量应大于1.1x24.68 = 27.15 t/h 。

且由规知给水泵的扬程不应小于下列各项的代数和：
①锅炉锅筒在设计的使用压力下安全阀的开启压力，由题目设H1=125m; ②省煤器和给水系统的压力损失,假设为H2=20m; ③给水系统的水位差,假设为H3=10m; ④适当的富裕量,H4=5m 。

则给水泵总压头1234=H +H +H +H =125+20+10+5=160g H m 现给水泵选用：
型号 40DG1-40 级数 4
流量 10 3/m h 扬程 160 m
电机功率 15 KW 功率 9.48 KW 转数 2950 r/min 效率 46%
汽蚀余量 3.3 m
（3） 给水箱体积的确定
本锅炉房容量虽小，按“低压锅炉水质标准”规定给水应经除养处理。

考虑到作为课程设计，为简化系统，本锅炉房按不设给水除养装置布置，将凝结水箱和软水水箱合一，作为锅炉的给水箱。

为保证锅炉的安全可靠和检修条件，给水箱设中间隔板，以便水箱检修时相互切换使用。

给水箱体积，由规知给水箱的总有效容量宜为所有运行锅炉在额定蒸发量时所需20～60min 的给水量，取60min 流量即合计D=24m
3
，外行尺寸
3000⨯2000⨯4000mm 。

2、水处理系统设计及设备选择 根据原水水质指标，本设计拟采用钠离子交换法软化给水。

由于原水总硬度为 3l me /，属中硬度水，所以决定选用逆流再生钠离子交换器两台，以732#树脂为交换剂。

为提高软化效果和降低盐耗，两台交换器串联使用：当第一台交换器的软化水出现硬度时，随即把第二台串入使用；直至第一台交换器出水硬度达1—1.5l me /时，停运第一台，准备再生，由第二台单独运行软化，如此循环使用。

（1） 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，取两者的最大值。

按给水的碱度计算排污率：
(1)100%gs a g gs
A P A A α-=
-
式中：
gs A ——给水的碱度，由水质资料可知为2me/L;
g A ——锅水允许碱度，根据水质标准，取锅水允许碱度为：22 me/L;
α——凝结水回收率，取α=50%
(10.2)2100%=8%222
a P -⨯=-
按给水中含盐量（溶解固形物）计算排污率： %)1(gs
g gs s S S S P --=
α
其中：给水含盐量gs S ，已知 400me/L ，锅炉允许含盐量，g S 为4000me/L ，
所以：(10.2)400
=8.9%4000400
s P -⨯=
-
故此，锅炉排污率取 10%。

（2） 软化水量的计算
锅炉房采暖季的最大给水量与凝结水回收量之差，即为本锅炉房所需补充的软化水水量： （3） 00(1)=1.0222(1+0.1)-0.222=20.3rs pw G KD P D α=+-⨯⨯⨯ t/h （4） 钠离子交换器的选择计算
逆流再生离子交换器逆流再生离子交换器在连续运行8—10周期后，一般宜进行一次大反洗，以除去交换剂层中的污物和破碎的交换剂颗粒。

大反洗流速取
10h
m/，时间约15~20min。

大反洗后的第一次再生，其再生剂耗量比正常运行时约增大一倍。

大反洗前，应先进行小反洗，以保护中间排管装置。

根据计算结果，选择LNN-1500/30无顶压固定床逆流再生离子交换器，其规格如下：
工作压力：≤0.6MP
工作温度：5~60℃
再生耗盐量：350kg 工作树脂层高：2000mm
（5） 再生液（盐液）的配置和储存设备
为减轻搬运食盐等的劳动强度，本设计采用浓盐液池保存食盐的方法，即将运来食盐直接倒入浓盐液池。

再生时，把浓盐液提升到稀盐液池，用软水稀释至要求的程度，再由盐液泵输送至离子交换器再生。

1）浓盐液池体积的计算
本锅炉房钠离子交换器运行周期为45.13+3.23=48.36h ，每再生一次需耗盐256.93kg ，如按储存10天的食盐用量计算，则浓溶液（浓度26%）池的体积为
31024256.93 4.948.360.261000
m ⨯⨯=⨯⨯
2）稀盐液池体积的计算
再生一次需稀盐液（浓度5%）的体积为3.313m ，若按有效容积系数0.8计算，稀盐液池体积为4m 3。

本设计拟用混凝土砌筑一个尺寸为3000⨯2000⨯1500盐池。

浓，稀盐池各一半。

3）盐液泵的选择 盐液泵的作用：其一是把浓盐液提升到稀盐液池；其二是输送稀盐液至离子交换器，过量的部分稀盐液池进行扰动，使之浓度均匀。

盐液泵运行时间短，不需设制备用泵。

为防盐液腐蚀，选用102型塑料泵一台：流量6t/h ，扬程196Pa ，电极功率1.7KW ，转速2900r/min 。

该泵进口管径Dg40，Dg40。

4）原水加压泵的选择 有时自来水水压偏低，为了确保再生时所需的反洗水压和软化过程所需克
服交换器阻力的水压，特设置原水加压泵1台：型号521
1-GC ，流量63m /h,
扬程1128Pa ，电机21322-s Y ,功率7.5KW ，转速2950r/min 。

该泵进口管径D g 40，出口管径D g 40。

五、热力除氧器选型 水质标准规定，额定蒸发量大于2t/h 的蒸汽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。

该过程选择除氧方法为热力除氧。

热力除氧是使用最为广泛的一种除氧方法，其工作可靠、效果稳定，出水含氧量≤0.05mg/L 。

热力除氧热力除氧器有制造厂成套供应当前产品出力有6，10,20,40,70t/h 等多种，配套水箱约为半小时除氧量。

因此本设计选用QR-3型号除氧器，容量40t/h ，配套水箱有效容量为20 3m 。

大气式热力除氧器工作压力0.02MP ，工作温度104~105℃，进气压力0.1~0.3MP ，进水压力0.15~0.2MP 进水温度对于喷雾式除氧器不低于40℃。

热力除氧器耗汽量按下式计算：
212(=
+D ()/)q y q i G D g i i i k h η--=24000(440+48(2168)
440)0.9798
6--=2908/kg h
其中， G ——除氧水量，kg/h 取为进水量D=24000；
1i ——进除氧器水焓，kj/kg 取t=40℃，P=0.2MP 计算为168； 2i ——出除氧器水焓，kj/kg 取t=105℃，P=0.2MP 计算为440； q i ——进除氧器蒸汽焓，kj/kg 取t=150℃，P=0.2MP 计算为2769；
η——除氧器效率，一般取为0.96~0.98；
D y ——余汽量，kj/kg ，可按每吨除氧水1~3kg 计算。

除氧水泵选择，由除氧水量D=24000/kg h 。

除氧水泵扬程确定H=管道阻力损失H1+除氧器与软化水箱高度差H2，假设
管道阻力损失H1=10m ，除氧器与软化水箱高度差H2=15m 。

则除氧水泵扬程H=H1+H2=25m 。

选择两台IS65-50-160单级单吸离心式水泵，其中一台备用，参数如下：
流量Q=253m /h
扬程H=32m
电机功率P=5.5KW 转速n=2900r/min
六 、汽水系统主要管道管径的确定
1、锅炉房最大的用水量及自来水总管管径的计算
锅炉常用介质推荐的允许流速：
饱和蒸汽：D g <100(15--30)，D g =100--200(25--35)，D g >200(30--60) 则离心式泵进水管：（1.0-2.0）m/s 出水管：（2.0-2.5）m/s 给水母管：（1.5-3.0）m/s
自来水总管的流量，即为锅炉最大用水量，包括以下几项：
（1） 运行交换器的软水流量G rs ，计20.3t/h ；
（2） 备用交换器再生过程中的最大瞬量流量，以正洗流量计，
Fv 6=1.13⨯15=16.95t/h
（3） 引风机及给水泵的冷却水流量，按风机轴承箱进水管径D g 15，水速2m/s 计算，冷却水流量约1.3t/h ； （4） 如此锅炉房最大小时用水量大约为38.55t 。

若取管水速为1.5m/s ，
则自来水总管管径可由下式计算：
d 0=2
πω3600G 0=0.095m = 本设计选用自来水总管管径0d =89⨯4mm
2、与离子交换器相接的各管管径的确定
交换器上个连接管管径与其本体的对应管径一致，即除进盐液管管径为DN50，小反洗水进口DN80外，其他各管管径（自来水进口、大反洗水进口、软化水进口）均为DN100。

3、给水管管径的确定
（1） 给水箱出水总管管径 出水总管的流量，按计算给水量G （24.68t/h ）考虑，若取管水速为2m/s ，则所需总管径为66mm 。

本设计适当留有余量，选用管径φ76⨯4mm
（2） 给水母管管径的确定
本设计采用单母管给水系统。

给水母管管径确定与给水箱出水总管相同，即φ76⨯4mm 。

进入锅炉的给水支管与锅炉本体的给水管管径相同，直径为φ48⨯4mm ，且在每一支管上装设调节阀。

4、蒸汽母管管径
（1）蒸汽母管管径
为了便于操作以及确保检修时的安全，且本设计蒸汽仅用于生产，不需要分汽缸，只需要一个母管将各锅炉蒸汽会和即可，设计总蒸汽母管直径，其直径为
φ324⨯4mm ；每台锅炉的出口和分汽缸入口分别装有闸阀和截止阀。

产用蒸汽管管径
生产用汽管的蒸汽流量
Gs=K 0Ds=1.05⨯20=21t/h
生产用汽压力为0.4MPa ，''z v =0.4627m 3/Kg ，蒸汽流速取40m/s ，则
选取生产用汽管管径为φ324⨯4mm 。

同时可计算三个分管的直径Df=169mm ，可选取φ219⨯4mm 。

七、燃油系统以及送、引风系统的设备选择计算
为了避免互相干扰，锅炉的通风除尘系统按单台机组独立设置。

以下均按单台锅炉的额定负荷为基础进行计算。

1、计算燃油消耗量，确定燃油系统。

根据生产用汽参数，本锅炉房降压到0.5Mpa 运行。

在此工作压力下，查得
b t =151.8C 0，''i =2749kj/kg ，r=2108kj/kg 。

假设锅炉效率η
gl
=87%以及蒸汽湿
度w =2%，给水温度105C 0，如此，燃料消耗量。

锅炉每小时燃料消耗量：gl
ar v net gl Q Q B η,,=
kg/h
式中： .net ar Q —— 燃料低位发热量；
ηgl —— 锅炉运行效率；
gl Q —— 锅炉的有效发热量；
gl Q =3310)(10)(⨯-+⨯-gs ps ps gs q i i D i i D 式中：D ——锅炉蒸发量，D=8t/h ；
q i ——蒸汽的焓，q i =100''ω
r i -=27490.022108=2707/kj kg -⨯；
gs i ——给水的焓，gs i =440.5 kJ/kg ； ps i ——排污水焓，ps i =640.3 kJ/kg ； ps D ——锅炉排污水量，=810%=0.8/ps D t h ⨯； Q
gl
=3310)(10)(⨯-+⨯-gs ps ps gs q i i D i i D
=33(2707440.5)100.18(640.3440.58)10⨯-⨯+⨯⨯-⨯=1.83⨯107h
kJ
锅炉小时耗油量gl ar v net gl
Q Q B η,,==
7
1.8310=50
2.4/4186887%
kg h ⨯⨯ 已知燃油类燃料损失4=0%q ，则计算燃料消耗量为:Bj=4(1)B q -=502.4kg/h 。

燃油雾化所需水蒸汽量2==502.40.5=251.2/H O j wh Q B G kg h ⨯ 其中，wh G 是单位重油气化所需蒸汽量，一般取0.3~0.6kg/kg ，本计算取wh G =0.5kg/kg 。

则有3台8t/h 的锅炉，按照每天工作12个小时，一周工作7天计算，锅炉每周的重油消耗量为：30.53127=126m ⨯⨯⨯（其中每小时耗油量估算为0.393m /h ）。

油库中重油储罐的数量不应少于两个，以便于一个储油罐使用，另一个储油罐进行沉降脱水、计量、加热、清理等工作，在条件允许情况下，油罐数量最好取三个以上，因此取四个卧式储油罐设计计算。

储油罐参数：公称容积0V =323m ，计算容积j V =33.13m ，筒体直径D=2400mm ，筒体长度L=7036mm ，总长度Lz=7650mm 。

设置一个23m 日用油箱，1个23m 事故油箱和两台齿轮油泵（其中一台备用）
2、计算理论空气量0V k 和烟气量0
V y
0100101V 1.8660.75010010.550.710.710.210
ar ar ar k ar C S H O =
++-=（）Kg m N
/3
0002
22N O H RO y V V V V ++= 000.01866(+0.375)0.790.0080.1110.01240.0161+1.24ar ar k ar ar ar k wh
C S V N H W V G ++=+++ =11.59+0.62=12.21Kg m N
/3
wh G 是单位重油气化所需蒸汽量，一般取0.3~0.6kg/kg ，本计算取
wh G =0.5kg/kg 。

3、送风机的选择计算
在计算及修正裕度后，每台送风机的风量为：
'011273101325
273lk sf j k t V B V b
βα+=⨯
=8136.13m /h 其中，1β——送风机流量⨯储备系数，取1β=1.05
‘1α——炉膛入口的空气过量系数，取‘
1α=1.3
lk t ——冷空气温度，取lk t =30℃
b ——当地大气压，b=101520Pa
因缺空气阻力计算资料，如按燃油室燃炉流动阻力取为500Pa 、风道阻力为100Pa 估算，则送风机所需风压为
2
273101325
273lk
yf
sf h b
t H
t β
+=∆⨯
+∑ 30273101325
1.1(500+100)681.220273101520
Pa +=⨯⨯
⨯=+
其中，β2
——送风机压头储备系数，取β2
=1.1；
t
sf
——送风机设计条件下的空气温度，有风机样本查值为t sf =200C 。

所以，选用T4-72-12型No6A 送风机，规格：风量8942 3m /h ，风压为1227Pa ；电机型号Y112M-4B35，功率4Kw ，转速1450r/min 。

4、引风机的选择计算
计入除尘器的漏风系数05.0=∆a 后，引风机入口处的过量空气系数αpy =1.6和排烟系数ϑpy =240C 0，取流量储备系数βl
=1.1，则引风机所需流量为
0312********
[ 1.0161(1)]=19946.8 1.0342=20629.3m /273
py O
yf j y py k
V B V V h b
ϑβα+=+-⨯⨯
⨯
需由引风机克服的阻力，包括：
① 锅炉本体的阻力
按锅炉制造厂提供资料，取≈∆h 1600Pa
② 空气预热器的阻力 估计取100Pa
③烟囱抽力的烟道阻力
由于本系统为机械通风，烟囱的抽力和阻力均忽略不计；烟道阻力约计为150Pa 。

燃油锅炉系统假设不设置烟气除尘器，没有除尘器的阻力损失。

因此，锅炉引风系统的总阻力为：
h ∆∑=1h ∆+2h ∆+3h ∆=850Pa 引风机所需压力
yf H =2βh
∆∑b
t yf py 101325
273
273⨯
++ϑ=240273101325
1.28501030.5233.8273101520
+⨯⨯
⨯=+Pa
其中，风压储备系数2β取1.2 引风机处烟气温度yf t 的计算： 1.652400.0530
==233.81.650.05
py py lk yf py t t αϑααα+∆⨯+⨯=
+∆+℃
式中：α∆——省煤器出口至引风机间烟道中的漏风系数,α∆=0.05
考虑到引风量计算值偏大，所以，本设计选用Y5-47-12型No7C 引风机，其流量195563m /h ，风压2206 Pa ，电机型号Y180M-2，功率22kw ，转速2320 r/min 。

5、风、烟管道断面尺寸设计计算
风烟管道应力求平直通畅、附件少、气密性好、阻力小；冷风道的钢板厚度
一般采取2~3mm ，热风道的钢板厚度一般采取3~4mm ，燃油燃气锅炉金属排烟管钢板厚度一般采取4~6mm 。

几台锅炉共用一个烟道时，应使每台锅炉的抽风力均衡。

则计算断面面积
=3600V
F w
其中，F ——风烟道截面积（2m ）
V ——理论空气量或理论烟气量（3/m h ）
w ——选用流速（/m s ），风烟道中风、烟流速对于金属制
管道可选取10~15m/s ，本设计选w =12m/s 。

则进风道截面积： 28136.1
=
==0.1883600360012
sf
sf V F m w ⨯
选取圆形管道，则其直径。

则排烟道截面积：220629.3
=
=
=0.47753600360012
yf
py V F m w ⨯
选取圆形管道，则其直径0.78py d m ≈ 6、热回收方案确定
考虑到该锅炉系统烟气温度y ϑ=240C 0，考虑到排烟相对较低，故不设省煤器，仅采用空气预热器的方式回收烟气余热。

下面考虑空气预热器的选型，由流量确定SN290型号的空气预热器，参数如下：
换热面积：2902m 烟气流量：275003/m h 烟气出口温度：150C 0
阻力：100Pa
尺寸：2.3 1.8 2.8⨯⨯
7、烟囱设计计算
本锅炉房三台锅炉用一个烟囱，燃油锅炉克采用钢筋混凝土制烟囱，不宜采用砖制烟囱，根据锅炉房容量，由下表规则选用烟囱高度为45m 。

烟囱设计主要是确定其上、下口直径。

摘自《锅炉房设计手册》
烟囱上、下口直径的计算 ①出口处的烟气温度：
烟气高度为45m ，则烟囱的温降为
ϑ∆=
D
AH yz
=7.35C 0 其中：
D ——在最大负荷下，由一个烟囱负担的个锅炉蒸发量之和(t/h)。

A ——修正系数，可据有衬铁烟囱，由下表查得为0.8。

如此，烟囱出口出的烟温
'
'yz
ϑ=y ϑ-ϑ∆=150-7.35=142.65C 0 ②烟囱出口直径
烟囱出口径2d 式中：j B ——每台锅炉的计算燃料消耗量，j B =502.4kg/h 。

n ——利用同一烟囱的锅炉台数，n=3。

y V ——烟囱出口记入漏风系数的烟气量
且 1.0161(1)o o y y py k V V V α=+-312.21 1.0161(1.651)10.71=19.28/m h =+-⨯ c t ——烟囱出口处烟气温度℃，c t =142.65C 0。

0w ——烟囱出口处流速（m/s ），查表取10m/s 。

则烟囱出口直径
2d 本锅炉房烟囱的出口直径为1.25m 。

③烟囱底部直径
若取烟囱锥度i=0.02，则烟囱底部直径为 l d =2d +2yz iH =1.25+2⨯0.02⨯45=3.05 m
八、锅炉房布置
本锅炉房是一独立的单层建筑，有锅炉房和辅助间及值班室三大部分组成。

本锅炉房布置有三台WNS8-1.25-Y(Q)燃油型锅炉，炉前至少留有4m 距离，是锅炉房运行的主要操作区，锅炉侧面和后面的通道净距至少取 1.5m 。

给水处理设备、给水箱和水泵布置在辅助间，辅助间的前侧分别设有化验室和男女生活室。

为减少土建投资，降低锅炉房的噪声以及改善卫生条件，本设计将送风机和引风机布置于后端室外，并采取了妥善的保温和防雨措施。

十一、参考文献
1、锅炉房实用设计手册（第二版）
2、GB_50041锅炉房设计规
3、锅炉及锅炉房设备（第四版），吴味隆，中国建筑工业。