【正文】 福建福州市甲工程機械廠燃氣鍋爐房工藝設(shè)計計劃書 1 前言對于一個采暖系統(tǒng)來說，鍋爐是核心中的核心。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，鍋爐設(shè)備日益廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的各個領(lǐng)域，成為我國經(jīng)濟發(fā)展的重要熱工設(shè)備之一。天然氣與煤炭、石油并稱目前世界一次能源的三大支柱。天然氣的蘊藏量和開采量都很大，其基本成分是甲烷。它除了是廉價的化工原料外，主要作為燃料使用，它不僅作為居民的生活燃料，而且還被用作汽車、船舶、飛機等交通運輸工具的燃料。由于天然氣熱值高，燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染少，被認為是優(yōu)質(zhì)潔凈燃料?！　‰S著世界經(jīng)濟的發(fā)展，石油危機的沖擊和煤、石油所帶來的環(huán)境污染問題日益嚴重，使能源結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生變化，天然氣的消費量急劇增長。天然氣用于聯(lián)合發(fā)電、供冷和供熱、燃料電池等方面都具有十分誘人的前途，發(fā)達國家都在競相進行應(yīng)用開發(fā)。以天然氣為燃料的燃氣鍋爐房的廢物排放量大大低于燃煤與燃油鍋爐房，不積碳，不磨損。而且發(fā)燃燒熱效率效率高，建設(shè)成本低，建設(shè)速度快、占地少、人員少、環(huán)保性好、運營成本低；另外，燃氣鍋爐啟停速度快，調(diào)峰能力強，耗水量少。2 熱負荷的確定和鍋爐選型 設(shè)計的原始資料 熱負荷資料本設(shè)計為福建福州市甲機械廠燃氣鍋爐房設(shè)計，小區(qū)的最大熱負荷為12t/h。 天然氣的資料 天然氣的成分CH4＝98%； C3H8＝%；C3H6＝%；C4H10＝%； N2＝%；濕燃氣的含量＝179。 天然氣的高熱值、低熱值及密度混合氣體的熱值可以由單一氣體的熱值根據(jù)混合法則按下式計算：式中 Q——燃氣（混合氣體）的高熱值或低熱值，KJ/Nm179。； Qi——燃氣中各可燃成份的高熱值或低熱值，KJ/Nm179。； 216。i——燃氣中可燃成份的容積成分，%。查常用燃氣成分的性質(zhì)見下表有：表1 查常用燃氣熱值成分性質(zhì)表燃氣熱值CH4C3H8C3H6C4H10N2Qh3984210127093671133885——Ql359069324487667123649——將數(shù)值代入上式并計算:Qh ＝(3984298+101270+93671+133885)247。100＝Ql ＝(3590698+93244+87667+123649)247。100＝濕燃氣的低熱值按下式計算：所以該燃氣在標態(tài)下高位發(fā)熱量為： Qygw ＝ kJ/m3；該燃氣在標態(tài)下低位發(fā)熱量為： Qydw ＝ kJ/ m3。燃氣的干燃氣密度按下式計算：式中——燃氣中各組份的密度，kg/ Nm179。燃氣的濕燃氣的密度按下式計算：式中ρ——干燃氣密度，kg/ Nm179。；ρw——濕燃氣密度，kg/Nm179。；d——水蒸氣含量，kg/ Nm179。干燃氣； ——水蒸氣密度，kg/ Nm179。查常用燃氣密度成分的性質(zhì)見下表有：表2 查常用燃氣密度成分性質(zhì)表燃氣密度CH4C3H8C3H6C4H10N2代入式中并計算得：ρ＝ kg/ Nm179。；ρw＝ kg/ Nm179。； 氣象資料采暖室外計算溫度： 5℃；通風室外計算溫度：10℃；采暖期室外平均溫度：8℃；采暖期室外計算溫度：18℃；冬季主導(dǎo)風向：東南風；冬季大氣壓力：105 Pa最大凍土厚度：—— 水質(zhì)資料總硬度：；碳酸鹽硬度：；非碳酸鹽硬度：；總堿度：；溶解氧：；H值：；含鹽量：607mg/L。 鍋爐型號和臺數(shù)的選擇 鍋爐的最大熱負荷最大計算熱負荷是根據(jù)生產(chǎn)、生活、采暖、通風需要的熱負荷計算出鍋爐房最大熱負荷，以此作為確定鍋爐房最大熱負荷，以此作為確定鍋爐房規(guī)模、總裝機容量的依據(jù)。本設(shè)計的額定熱負荷已經(jīng)給定了，＝12t/h，即＝。本設(shè)計鍋爐熱負荷的使用情況如下表。表3 鍋爐熱負荷的使用情況表使用項目負荷占的比例（%）負荷使用（t/h）蒸氣壓力（MPa）回水率（%）采暖2750通風2350生產(chǎn)4550生活50生產(chǎn)平均熱負荷—————— 鍋爐的平均熱負荷： 式中：K0——蒸氣管網(wǎng)的熱損失及鍋爐房自用熱系數(shù)系數(shù)，；K1——供暖熱負荷同期使用系數(shù)，；K2——通風熱負荷同期使用系數(shù)，；K3——生產(chǎn)熱負荷同期使用系數(shù)，；K4——供暖熱負荷同期使用系數(shù)，；Q1——供暖最大熱負荷，t/h；Q2——通風最大熱負荷，t/h；Q3——生產(chǎn)最大熱負荷，t/h；Q4——生活最大熱負荷，t/h。冬季：。夏季：。2. 采暖平均熱負荷＝ t/h式中： —— 采暖平均熱負荷 ，t/h； ——采暖系數(shù)，按照下面的公式； ＝ () / ()則?。剑?88）/（185）＝；＝＝ ＝ t/h。通風平均熱負荷計算方法同上，＝（188）/（1810）＝。＝＝ ＝ t/h。根據(jù)熱負荷曲線熱用戶的實際情況5. 鍋爐房平均熱負荷 ＝K0（+++）t/h ＝(++)＝ t/h 鍋爐房的年熱負荷計算年熱負荷是計算全年燃料耗量的依據(jù)，也是技術(shù)經(jīng)濟比較的一個根據(jù)。采暖、通風、生產(chǎn)、生活全年熱負荷可分別用下面公式計算求得： ＝ 24；＝ 8S；＝8S；＝8S 。式中 ——分別為采暖、通風天數(shù)和全年工作天數(shù)；S——每晝夜工作班次。鍋爐房的工作班次取為3班工作制，則每晝夜工作班次S＝3，采暖天數(shù)＝90天，通風天數(shù)為90天，年工作天數(shù)為306天則：＝ 24＝2490＝ t/y；＝ 8S8903＝7452 t/y；＝8S＝83063＝ t/y；＝8S＝83063＝ t/y；＝ t/y。 鍋爐型號和臺數(shù)選擇根據(jù)鍋爐房的額定負荷為12t/h，燃料選用天然氣，選用鄭州鍋爐廠生產(chǎn)的WNS4－－Q型的鍋爐三臺。鍋爐參數(shù)如下：額定蒸發(fā)量：4 t/h；額定蒸氣壓力： Mpa；額定蒸氣溫度：194 ℃；給水溫度：105 ℃；設(shè)計效率：%；安裝外形尺寸：609133263551。3 鍋爐水處理設(shè)備的選擇 給水設(shè)備的選擇 鍋爐給水量的計算計算公式： 式中： ——給水管網(wǎng)漏損率，%； ——鍋爐房額定總蒸發(fā)量，t/h； Ppw——鍋爐的排污率，%，%（）； t/h 鍋爐排污量的計算鍋爐排污量通常通過排污率來計算。排污率的大小，可由堿度或含鹽量的平衡關(guān)系式求出，取其兩者的較大者。按給水的堿度計算排污率：%式中：——給水的堿度，； ——鍋水允許堿度，20 me/L； a ——凝結(jié)水回收率，本設(shè)計為50%；按堿度計算的鍋爐排污率為：＝＝%按給水的堿度計算排污率為：＝%式中：——給水的鹽度，由水質(zhì)資料知為607mg/L； ——鍋水允許鹽度，3500 mg/L； a ——凝結(jié)水回收率，本設(shè)計為80%；＝＝＝%故此，%。 給水泵的選擇計算1. 給水泵的容量和臺數(shù)；如果鍋爐房內(nèi)設(shè)有減溫減壓裝置，還應(yīng)計入其用水量。由于工業(yè)鍋爐房負荷一般不均衡，特別是有季節(jié)性負荷的鍋爐房負荷變化更大，因此給水泵的容量和臺數(shù)還應(yīng)該適應(yīng)全年負荷變化的要求。2. 備用給水泵設(shè)置備用給水泵是為了保證在停電、正常檢修和發(fā)生機械故障等情況時下，鍋爐仍能得到安全、可靠地供水。因此，設(shè)計規(guī)范明確規(guī)定：鍋爐房應(yīng)設(shè)置備用水泵，當任何一臺給水泵停止運行時。3. 給水泵的揚程給水泵的揚程可以按下式計算：H＝1000(P+ΔP)+H1+H2+H3+H4 kPa 式中： P——鍋爐的工作壓力，MPa；ΔP——安全閥較高始啟壓力的升高值，MPa；H1——省煤氣的阻力，kPa；H2——給水管道的阻力，kPa；H3——給水箱最低水位與鍋爐水位間液位壓差；H4——附加壓力，50～100 kPa；對于壓力較低的鍋爐，給水泵的揚程也可以用下面的近似公式計算：H＝1000P+100～200kPa；，H＝1250+150＝1400 kPa；選用三臺電動水泵，其中一臺備用。＝ t/h，現(xiàn)在選用唐山市水泵廠生產(chǎn)的DL1225立式多極離心泵三臺可以滿足使用要求。具體參如下：型號：DL1225；級數(shù)：7；流量：15 m3/h；揚程：161m；電機功率： kW；轉(zhuǎn)數(shù)：2950 r/min；安裝尺寸：1532170340；進出水管徑：DN50 ； 給水箱的選擇給水箱的作用有兩個：一是軟化水和凝結(jié)水與鍋爐給水流量之間的緩沖，二是給水的儲備。給水箱進水與出水之間的不平衡程度與多種因素有關(guān)，如鍋爐的容量，負荷的均衡性，軟化水和凝結(jié)水設(shè)備特點及其運行方式等。容量較大的鍋爐房，波動相對較小。給水儲備是保證鍋爐安全運行所必需的，其要求與鍋爐容量有關(guān)。所以，給水箱的容量主要根據(jù)鍋爐房的容量確定，一般給水箱的總有效容量為所有運行鍋爐在額定蒸發(fā)量時所需20～40min的給水量?？梢园创斯接嬎悖?G＝30/60＝ m179。選擇上海聯(lián)展金屬制品有限公司生產(chǎn)的STF—8的不銹鋼組合式水箱一個。其容積為8 m179。其尺寸為：200020002000。由于本設(shè)計采用熱力除氧（），給水箱中水溫較高，此時要求水箱最低液面必須高出水泵中心線一定的高度，避免消耗進口葉輪處的水有發(fā)生汽化的可能。本設(shè)計將水箱高于標高8m的除氧平臺上。 給水系統(tǒng)主要管徑確定根據(jù)給水量和規(guī)定的流速可確定給水管道的管徑，計算如下表：表4 給水管道流速推薦及選用直徑管子種類離心式水泵給水總管水泵吸水管進水管出水管水流速度(m/s)～～～～計算結(jié)果及選用直徑（按計算）管段名稱流量(t/h)流速(m/s)計算直徑(mm)選用直徑(mm)給水總管50D573吸水管81D894離心泵進水管50D573離心泵出水管50D573 鍋爐房凝結(jié)水總回收量的計算 鍋爐房凝結(jié)水總回收量鍋爐房凝結(jié)水總回收量，等于生產(chǎn)負荷、采暖、通風、生活回收量及除氧凝結(jié)水回收量之和。生產(chǎn)負荷凝結(jié)水回收量為：50%＝ t/h；采暖負荷凝結(jié)水回收量為：50%＝ t/h；通風負荷凝結(jié)水回收量為：50%＝ t/h； 。忽略除氧器頂部排氣損失，除氧器凝結(jié)水回收量即為除氧器耗量。，除氧器水溫＝105℃，除氧器熱效率為98%。根據(jù)除氧器進出口介質(zhì)量和熱平衡的關(guān)系：式中——軟水焓，在進口溫度＝13℃時，；——廠區(qū)用戶冀求水回水的焓，當給水溫度時，；——進入除氧器蒸氣的焓， KJ/Kg；——除氧器出口水的焓，440 KJ/Kg；——鍋爐軟化水量，t/h。所以，聯(lián)立二式解得： t/h。 凝結(jié)水泵的選擇本設(shè)計安裝二臺凝結(jié)水泵其中一臺備用，凝結(jié)水與軟化水混合輸送。凝結(jié)水量等于鍋爐軟化水量和凝結(jié)回水量之和，即：則凝結(jié)水泵的總流量凝結(jié)水泵的揚程由下式計算：式中——除氧器工作壓力， MPa；——管路系統(tǒng)總阻力，由于管路短、水溫低，取——凝結(jié)水箱與給水箱之差，??；——附加壓頭，?。?0 KPa。因此凝結(jié)水泵的揚程選擇山西天海泵業(yè)華東公司50DL（R）型多級離心泵2臺。流量Q： m179。；揚程H： mH2O；轉(zhuǎn)數(shù)r：1450 r/min；配電機功率：3KW。 凝結(jié)水水箱選擇（1）本設(shè)計設(shè)一個水箱，兩個水箱間有水聯(lián)通，以便切換使用，水箱容積確定，選一個8 m179。水箱，主要尺寸為200020002000。（2）本設(shè)計采用開式水箱，將凝結(jié)水中的二次蒸氣及竄入蒸氣直接排入大氣。（3），廠區(qū)凝結(jié)水直接流入水箱，不用額外加壓。（4）將凝結(jié)水泵放在地面上，而利用安全吸水器吸水。 凝結(jié)水系統(tǒng)主要管徑確定根據(jù)選定流速法確定凝結(jié)水管徑如下：表5 凝結(jié)水管道流速推薦及選用直徑管子種類凝結(jié)水泵吸水管凝結(jié)水泵吸水管自流凝結(jié)水管水流速度(m/s)～～＜計算結(jié)果及選用直徑（按計算）管段名稱流量(t/h)流速(m/s)計算直徑(mm)選用直徑(mm)凝結(jié)水泵吸水管81D894凝結(jié)水泵出水管50D573自流凝結(jié)水管81D894 給水處理系統(tǒng)的選擇本鍋爐原水的總硬度和含氧量均超過給水水質(zhì)要求，故需要進行軟化和除氧處理。采暖鍋爐水處理的主要任務(wù)：降低水中Ca2+、Mg2+的含量（即軟化），為防止鍋爐結(jié)垢；減少水中的溶解氣體（即除氧），防止鍋爐受熱面的腐蝕。對于大多數(shù)供熱鍋爐來說，補給水預(yù)先處理后再進入鍋爐，稱鍋外水處理。對于小容量的供熱鍋爐，處理在汽鍋內(nèi)部進行，則稱鍋內(nèi)水處理。本設(shè)計采用鍋外水處理。（1） 水處理原理由于熱水鍋爐不存在水的蒸發(fā)，水中鹽類濃度不會增加，堿度也不會變化，而且保持一定的堿度對金屬壁有一定的保護作用。據(jù)此，決定采用鈉離子交換軟化法，即原水通過Na+交換劑時，水中的Ca2+、Mg2+被交換劑中的Na+所替代，使易結(jié)垢的鈣鎂化合物變成不易結(jié)污垢的易溶性鈉鹽而使水軟化。交換劑轉(zhuǎn)變成Ca、Mg型后，可以用鈉鹽溶液還原再變成Na型交換劑而重新使用。（2） 水處理設(shè)備選擇及系統(tǒng)鈉離子交換設(shè)備種類很多，有固定床、流動床、浮動床和移動床等，其中后三者適用于原水水質(zhì)穩(wěn)定，軟化水壓力變化不大且不間斷運行。固定床鈉離子交換器則無上述要求，是工業(yè)鍋爐常用的水處理設(shè)備。固定床鈉離子交換方式可以分為順流再生和逆流再生兩種，相對于順流再生，逆流再生具有對原水硬度適應(yīng)廣泛、出水質(zhì)量好、再生鹽耗低（20%）、水耗低（30～40%）的優(yōu)點，所以廣泛采用。固定床逆流再生鈉離子交換器的再生液自下而上運動，再生置換時離子交換器不發(fā)生紊亂是保證逆流再生效果的關(guān)鍵。為此，應(yīng)控制再生液和置換水的流速、再生液的濃度及不同的頂壓方式。鈉