北京某燃气蒸汽锅炉房设计说明书

哈尔滨商业大学毕业设计（论文）

北京市花园小区15MW燃气蒸汽锅房

工艺设计

学 生 姓 名 侯文栋

指 导 教 师 王莹 陈志峰

专 业 建筑环境与设备工程

学 院 土木与制冷工程学院

2006年06月10日

Graduation Project (Thesis) Harbin University of Commerce

15MW Gas Steam Boiler Building

Technological Design of Garden Community

in Beijing City

Student Supervisor Specialty School

Hou Wendong Wang Ying Chen Zhifeng

Building Environment and Equipment Engineering School of Civil and Refrigerating Engineering

2006-06-10

毕业设计（论文）任务书

姓名：侯文栋 班级：建环02-2 毕业设计（论文）题目： 北京市花园小区15MW燃气蒸汽锅炉房工艺设计 学院：土木与制冷工程学院 专业：建筑环境与设备工程 立题目的和意义： 运用所学的专业基础知识和基本理论，结合工程实际，参考国家有关的规范、标准、工程设计图集及其它参考资料。独立完成所要求的设计任务，同时需求系统的掌握设计计算步骤、方针、培养学生分析和解决问题的能力为以后的工作奠定基础。根据目前我国燃料的使用程度，煤炭仍居首位，但燃油燃气锅炉发展迅速，基于我国锅炉房建设现状，选择燃气蒸汽锅炉房作设计题目，更接近以后的工作。 技术要求与工作计划： 1. 根据热负荷及燃气资料确定锅炉房总装机容量，单台锅炉容量和类型。 2. 选择锅炉配套辅机及锅炉房主要设备 （1） 按照单机配单炉、高效、低能耗、便于调节、工艺布置灵活的原则，确定辅助间、维修间、烟道的大小和位置。 （2） 根据锅炉房的装机容量和燃气总量选择燃气系统和调压器及其辅助设备。 （3） 依据《燃油燃气锅炉房设计手册》，根据锅炉房工艺要求确定锅炉房整体汽水系统方案。根据原始水资料和工艺要求确定水处理方案。 3. 图纸量8张1#图，除热力系统图和油路系统图一律按比例绘制，设备及附件注明标号，尺寸标注安全一律采用工程字。4张手绘，4张CAD出图。 4. 设计说明书：按设计程序编写，包括方案确定，经济分析。主要设备见图和设计简图等全部内容。 时间安排： 3月20日~ 3月25日 3月26日~ 4月01日 4月 2 日~ 4月08日 4月 9 日~ 5月12日 5月13日~ 6月11日 6月12日~ 6月18日 6月19日~ 6月24日 指导教师要求： 进行课题调研收集资料 进行计算及机器设备选择 进行方案选择、机房面积确定 进行机房与设备间的施工图设计 进行锅炉房施工图设计 整理图纸资料、装订上交，各老师传阅资料 答辩 1、遵守毕业设计纪律，保证毕业设计时间及工作量。 2、结合专业所学知识，收集相关设计资料，认真准备。 3、保证设计方案合理，设计计算准确，严格参照相关工程设计规范进行设计。 4、认真绘制施工图，布局合理，图面整洁，遵守国家制图标准。 5、设计说明书格式规范，内容完整，数据准确。 （签字） 年 月 日 教研室主任意见： （签字） 年 月 日 院长意见： （签字） 年 月 日

毕业设计（论文）审阅评语

一、指导教师评语： 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计（论文）审阅评语

二、评阅人评语： 评阅人签字： 年 月 日 毕业设计（论文）答辩评语及成绩

三、答辩委员会评语： 四、毕业设计（论文）成绩： 专业答辩组负责人签字： 年 月 日 五、答辩委员会主任单位： （签章） 答辩委员会主任职称： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 哈尔滨商业大学毕业设计（论文）

摘 要

本设计的题目是北京花园小区15MW燃气蒸汽锅炉房的设计，根据《燃油燃气锅炉房设计手册》，说明书主要阐明了燃气蒸汽锅炉房的设计方法设计原则以及详细的计算说明过程，说明书包括以下几个主要部分：绪论、热负荷的确定和锅炉选型、蒸汽锅炉房的水系统、蒸汽锅炉房的燃气调压系统、锅炉房布置原则及对其它专业的要求、锅炉房的自控及热工测量。绪论主要介绍了燃气锅炉房的发展前景，热负荷的确定及锅炉型号的选择及锅炉水系统。这一部分主要说明的是蒸汽锅炉选型的原则及选择计算和锅炉水系统中各辅助设备的选择计算及其供水系统水力计算。燃气调压系统主要阐述了燃气系统的选择及调压器的选择计算和燃气管路的水力计算。第七章说明了锅炉房的布置原则及对其它专业的要求。锅炉房的自控及热工测量主要是介绍了热工测试方法及自控的方法。最后简略叙述了锅炉的经济技术分析。

关键词：燃气锅炉；锅炉房；热负荷；水力计算

I

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Abstract

This work is the 15MW gas steam boiler building technological design of garden community in Beijing. According to “the manual design of fuel boiler building”, this paper mainly clarified the design method design principle and the detailed calculation process of the gas steam boiler building. This paper included several main parts as follows: the introduction, the definition of thermal load and the selection of boiler types, the water and steam system of the gas boiler, the gas pressure regulator system of the steam boiler building, the principle of boiler building layout and the requirement of other majors, the automatic control and the thermal characteristics measure of the boiler building. The introduction mainly describes the prospective of the gas boiler building, the settlement of thermal load and the choice of the boiler and water system of the boiler. This part mainly discusses the choice principle and calculation of gas boiler and the selection and calculation of the each standby equipment of boiler water system. The hydraulic calculation of water supply system is also considered. The gas pressure regulator system mainly introduces the selection of the gas-fired system and the selection of regulator calculation and the hydraulic calculation of the gas-fired pipeline. The seventh chapter mainly introduces the principle of boiler building layout and the requirement of other majors mainly introduces. The auto control and the thermal characteristics measure of the boiler building mainly introduce the thermal characteristics test method and auto control method. The last part shortly describes the economic technique analysis of the boiler.

Key Words： gas boiler；boiler building；thermal load；hydraulic calculation

II

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目 录

摘 要 .................................................................................................................................. I Abstract ................................................................................................................................. II 1 绪 论 ............................................................................................................................. 1

1.1 燃油燃气锅炉房发展概况 .................................................................................. 1

1.1.1 国外燃油燃气锅炉进入国内市场的情况 .............................................. 1 1.1.2 国内燃油燃气锅炉生产状况 .................................................................. 1 1.2 燃气资源开发和燃气锅炉的发展前景 .............................................................. 1

1.2.1 燃气资源开发 .......................................................................................... 1 1.2.2 燃气锅炉房设计前景 .............................................................................. 1

2 热负荷的确定和锅炉选型 ............................................................................................. 3

2.1 设计的原始资料 .................................................................................................. 3

2.1.1 热负荷资料 .............................................................................................. 3 2.1.2 天然气的资料 .......................................................................................... 3 2.1.3 气象资料 .................................................................................................. 3 2.1.4 水质资料 .................................................................................................. 3 2.2 锅炉型号和台数的选择 ...................................................................................... 3

2.2.1 锅炉的最大热负荷 .................................................................................. 3 2.2.2 锅炉的平均热负荷 .................................................................................. 4 2.2.3 锅炉房的年热负荷计算 .......................................................................... 4 2.2.4 锅炉型号和台数选择 .............................................................................. 5

3 锅炉水处理设备的选择 ................................................................................................. 6

3.1 给水设备的选择 .................................................................................................. 6

3.1.1 锅炉给水量的计算 .................................................................................. 6 3.1.2 锅炉排污量的计算 .................................................................................. 6 3.1.3 给水泵的选择计算 .................................................................................. 7 3.2 锅炉软化水设备的选择 ...................................................................................... 8

3.2.1 软水器的选择 .......................................................................................... 8 3.2.2 软水箱的选择 .......................................................................................... 8 3.3 锅炉除氧设备的选择 .......................................................................................... 9

3.3.1 除氧设备选择计算 .................................................................................. 9 3.3.2 除氧泵的选择 .......................................................................................... 9

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3.4 锅炉排污设备的选择计算 ................................................................................ 10

3.4.1 锅炉的排污系统 .................................................................................... 10 3.4.2 排污扩容器选择计算 ............................................................................ 10 3.4.3 降温池的选择 ........................................................................................ 11 3.5 汽水系统主要管道管径的确定 ........................................................................ 11 3.6 分气缸的选用 .................................................................................................... 12

3.6.1 分气缸的直径的确定 ............................................................................ 12 3.6.2 分气缸筒体结构尺寸的确定 ................................................................ 12 3.7 阀门的选择 ........................................................................................................ 13 4 锅炉房燃气系统 ........................................................................................................... 14

4.1 锅炉房燃气耗气量计算 .................................................................................... 14 4.2 燃气管道供气系统 ............................................................................................ 14

4.2.1 供气管道进口装置设计的基本要求 .................................................... 14 4.2.2 锅炉燃气系统供应系统 ........................................................................ 16 4.3 燃气管道供气压力确定 .................................................................................... 16

4.3.1 城市燃气管道压力分类 ........................................................................ 16 4.3.2 供气压力的确定 .................................................................................... 17 4.4 燃气管道敷设原则及连接方法 ........................................................................ 17

4.4.1 管道的敷设原则 .................................................................................... 17 4.4.2 管道的连接方法 .................................................................................... 21

5 燃气调压系统 ............................................................................................................... 22

5.1 概论 .................................................................................................................... 22 5.2 调压系统分类及选择 ........................................................................................ 22

5.2.1 几种调压系统 ........................................................................................ 22 5.2.2 调压系统方案确定原则 ........................................................................ 23 5.2.3 调压系统的选择 .................................................................................... 23 5.3 调压系统工艺流程和附件配置 ........................................................................ 23 5.4 调压系统设备、仪表和附件选择 .................................................................... 24

5.4.1 净化设备的配置 .................................................................................... 24 5.4.2 调压器的选择计算 ................................................................................ 24 5.4.3 安全阀的选择计算 ................................................................................ 26 5.5 调压系统旁通管道、吹扫管、放散管及压缩空气管道的设置 .................... 28

5.5.1 旁通管 .................................................................................................... 28

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5.5.2 吹扫管和放散管 .................................................................................... 28 5.5.3 压缩空气及其管道 ................................................................................ 28

6 燃气管道水力计算 ....................................................................................................... 30

6.1 燃气管道管径计算 ............................................................................................ 30

6.1.1 燃气管道的直径 .................................................................................... 30 6.2.2 天然气管道的水力计算校核 ................................................................ 31

7 锅炉房的布置 ............................................................................................................... 34

7.1 锅炉房布置的一般原则 .................................................................................... 34 7.2 锅炉房组成及工艺设备布置要求 .................................................................... 34 7.3 调压站的布置 .................................................................................................... 36 7.4 燃油燃气锅炉房工艺对其它专业设计要求 .................................................... 37

7.4.1 总图运输专业 ........................................................................................ 37 7.4.2 建筑专业 ................................................................................................ 38 7.4.3 结构专业 ................................................................................................ 39 7.4.4 电气专业 ................................................................................................ 39 7.4.5 热控专业 ................................................................................................ 40 7.4.6 给排水专业 ............................................................................................ 41 7.4.7 环保专业 ................................................................................................ 41

8 锅炉房的热工测试及自动控制 ................................................................................... 42

8.1 概述 .................................................................................................................... 42 8.2 热工测试与控制的基本要求 ............................................................................ 42

8.2.1 热工测试 ................................................................................................ 42 8.2.2 锅炉房的热工控制 ................................................................................ 42

9 锅炉人员的编制 ........................................................................................................... 44 10 技术经济分析 ............................................................................................................. 45

10.1 概述 .................................................................................................................. 45 10.2 锅炉主要设备价格表 ...................................................................................... 45 10.3 锅炉设备安装费用表 ...................................................................................... 46 10.4 锅炉设备安装费用表 ...................................................................................... 47 10.5 锅炉房的社会效益分析 .................................................................................. 47 结 论 ............................................................................................................................. 49 参考文献 ............................................................................................................................. 50 致 谢 ............................................................................................................................. 51

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附 录 ............................................................................................................................. 52

锅炉样本 ..................................................................................................................... 52 软化设备样本 ............................................................................................................. 52 除氧设备样本 ............................................................................................................. 52 除氧泵 ......................................................................................................................... 52 给水泵 ......................................................................................................................... 52 调压器 ......................................................................................................................... 52 扩容排污器 ................................................................................................................. 52

哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 1 绪 论

1.1 燃油燃气锅炉房发展概况

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，国家对环境保护工作提出更高要求，油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉应用逐年上升，燃油燃气锅炉房建设进入新的发展时期。

1.1.1 国外燃油燃气锅炉进入国内市场的情况

国外及港澳台企业纷纷来内地兴建合资、独资企业，推动我国经济的繁荣和发展。这些合资、独资企业锅炉房一般采用进口锅炉，由此国外燃油燃气锅炉大量进入国内市场。目前已有德国、美国、英国、日本、瑞士、意大利、韩国等七个国家20余个厂家的燃油燃气锅炉产品在国内使用。

1.1.2 国内燃油燃气锅炉生产状况

国内早期生产燃油燃气锅炉的厂家由上海锅炉厂、天津锅炉厂、广州锅炉厂、重庆锅炉厂、金牛股份有限公司、湖南湘潭锅炉厂等，目前已有50多家锅炉厂可以生产品种规格齐全的燃油燃气锅炉了。燃油燃气的关键部件是燃烧器，目前国内生产的燃油燃气锅炉所配用的燃烧器大多是进口的燃烧器。

1.2 燃气资源开发和燃气锅炉的发展前景

1.2.1 燃气资源开发

80年代以来天然气开发成为世界上产量增长最快的能源，我国开发和使用天然气已经成为能源使用决策部门的重要课题。

我国南海天然气资源非常丰富，已探明储量2×1011 m3；东海天然气资源丰富，正在开采的平湖气田储量为1010m3；陕甘宁长庆气田面积4200m3天然气储量达2.4×1011 m3；总之我国的天然气的总储量还是相当丰富的。

1.2.2 燃气锅炉房设计前景

工业和民用锅炉使用天然气，不仅能很好地解决锅炉排烟污染环境的问题，而且在经济上也是可行的。使用天然气比使用目前市场上的液化石油气和重油制气，成本

1

哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 要低。

“九五”计划期间，我国将在东南沿海建设液化天然气接收站，进口液化天然气，改变能源不足和环境污染的问题。

我国使用天然气的前景十分广阔。因此，锅炉制造厂可以设计高效、无污染、安全可靠的新型多品种燃气锅炉，以适应市场的需求。

国内一些大中城市，例如北京、上海、西安等，面临燃料供应改变，燃煤锅炉房需要改造。改造方案有锅炉更新和锅炉改造两种，需要设计单位和锅炉厂密切配合才能圆满的完成。因此，燃气锅炉房设计前景美好，任务繁重。

2

哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 2 热负荷的确定和锅炉选型

2.1 设计的原始资料

2.1.1 热负荷资料

本设计为北京市花园小区采暖供热锅炉房设计，小区的最大热负荷为15MW。

2.1.2 天然气的资料

CH4=98%；C3H6=0.4%；C3H8=0.3%；C4H10=0.3%；N2=1.0% 标态下低位发热量： Qydw =36533 kJ/m3

2.1.3 气象资料

海拔=31.2m

室外计算温度tw= -9℃ 采暖天数=149天 冬季主导风向：西北风 大气压力=1.02×105 Pa 最大冻土厚度=85cm

2.1.4 水质资料

总硬度H=2.9 me/L 总碱度A=1.9 me/L 非碳酸盐硬度 HF=1.0 me/L 含盐量S=300 mg/L PH值= 7.06

2.2 锅炉型号和台数的选择

2.2.1 锅炉的最大热负荷

最大计算热负荷是根据生产、生活、采暖、通风需要的热负荷计算出锅炉房最大热负荷，以此作为确定锅炉房最大热负荷，以此作为确定锅炉房规模、总装机容量的

3

哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 依据。本设计的最大热负荷已经给定了，Qmax=15MW，即Qmax=21.4t/h。 jj2.2.2 锅炉的平均热负荷

1. 采暖平均热负荷 Q1pj=?1Q1 t/h （2-1） 注：《见锅炉习题实验及课程设计》P154 式中： Q1pj—— 采暖平均热负荷 ，t/h； ?1——采暖系数，按照下面的公式

?= (tn-tpj) / (tn-tw) （2-2） 注：《见锅炉习题实验及课程设计》P154 则 ?1＝（18+5.6）/（18+9）=0.64

Q1pj=?1Q1= 0.64×15=9.6 MW

2. Q2pj, Q3pj, Q4pj的计算方法和Q1pj的计算方法一样，计算Q2pj= 0；

Q3pj= 0；Q4pj = 0。

3. 锅炉房平均热负荷

Qpj =（Q1pj+Q2pj+Q3pj+Q4pj） t/h （2-3） 注：《见锅炉习题实验及课程设计》P154

Qpj=K0Q1pj= 1.05×9.6=10.1MW

2.2.3 锅炉房的年热负荷计算

年热负荷是计算全年燃料耗量的依据，也是技术经济比较的一个根据。全年热负荷可根据平均热负荷和全年使用小时数按照下列公式计算：

D0 =K0（D1+D2+D3+D4）〔1+Q5/Qmax〕 （2-4） j注：《见锅炉习题实验及课程设计》P154

式中：D1、D2、D3、D4——分别为采暖、通风、生产、生活全年热负荷， t/h；

——自用热系数。 Q5/Qmaxj 采暖、通风、生产、生活全年热负荷可分别用下面公式计算求得：

D1= 8n1[SQ1pj+（3-S）Q1f] （2-5） D2= 8n2SQ2pj （2-6） D3=8n3SQ3pj （2-7） D4=8n4SQ4pj （2-8） 注：（2-5）至（2-8）《见锅炉习题实验及课程设计》P154 式中 n2n3n4——分别为采暖、通风天数和全年工作天数；

4

哈尔滨商业大学毕业设计（论文） S——每昼夜工作班次；

Q1f——非工作班时保温用热负荷 ，t/h；可按照室内温度 tn= 5℃带入公式（2-1）、（2-2）中求得：

?1f= (tn-tpj) / (tn-tw)=(5+5.6)/(5+9)=0.76

Q1f=?1fQ1=0.76×15=11.36MW

锅炉房的工作班次取为3班工作制，则每昼夜工作班次S=3，采暖天数n1=149天，则：

D1?8n1(SQ1pj?(3?S)Q1f)?8?149?11.36?3?3600?146?106MJ

Q2pj= 0；Q3pj= 0；Q4pj = 0；

D0?K0(D1?D2?D3?D4)(1?Q5/Qmax)?1.06?146?106?(1?0.16/15)j?156?10MJ6

2.2.4 锅炉型号和台数选择

根据锅炉房最大计算热负荷为21.4t/h，蒸汽压力不高于1.6MPa的饱和蒸汽，燃料选用天然气，考虑到备用率的问题，我们选用山东骏马石油设备制造有限公司生产的WNS10-1.6型的锅炉三台。可以满足备用率的要求，本设计的备用率为40%。最大负荷时三台锅炉同时运行，低负荷时可以两台同时运行或者一台运行。如此，锅炉房的最大容量为30t/h。

5

哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 3 锅炉水处理设备的选择

3.1 给水设备的选择

3.1.1 锅炉给水量的计算

计算公式：G=K（1+Ppw）t/h （3-1） 注：《见锅炉习题实验及课程设计》P139 式中： K——给水管网漏损系数，取1.03； Gmax——锅炉房蒸发量，t/h；

Ppw——锅炉的排污率，%，本设计取10%； G= K（1+Ppw）=1.03×21.4（1+0.1）=24.2 t/h

3.1.2 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，取其两者的较大者。

按给水的碱度计算排污率：

PA?(1?a)AgsAg?Ags% （3-2）

注：《见锅炉习题实验及课程设计》P140

式中：Ags——给水的碱度，由水质资料知为1.9me/L； Ag——锅水允许碱度，22 me/L； a ——凝结水回收率，本设计为0； 按碱度计算的锅炉排污率为：

PA?(1?a)AgsAg?AgsPs=

=

(1?0)?1.9=9.4%

22?1.9按给水的碱度计算排污率为：

(1??)SgsSg?Sgs%

式中：Sgs——给水的盐度，由水质资料知为300 mg/L； Sg——锅水允许盐度，3500 mg/L； a ——凝结水回收率，本设计为0；

6

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