鍋爐及鍋爐房設(shè)備課程設(shè)計計算書

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簡介： 該鍋爐房位于杭州市下沙鎮(zhèn)高教大學(xué)園區(qū)某游泳池地下室，為新建鍋爐房，以滿足游泳池冬季空調(diào)、地板輻射采暖、平時游泳池循環(huán)水和淋浴熱水系統(tǒng)用熱。
關(guān)鍵字：鍋爐 鍋爐房 游泳池 熱負(fù)荷計算

一、設(shè)計題目：某游泳池油鍋爐房設(shè)計

二、設(shè)計概況：

    該鍋爐房位于杭州市下沙鎮(zhèn)高教大學(xué)園區(qū)某游泳池地下室（見附圖，地面相對標(biāo)高為-4.0m），為新建鍋爐房，以滿足游泳池冬季空調(diào)、地板輻射采暖、平時游泳池循環(huán)水和淋浴熱水系統(tǒng)用熱。

三、原始資料：

    1、水質(zhì)資料

總硬度H₀永久硬度H_FT暫時硬度H_T總堿度A₀溶解氧PH4.5me/L2.1 me/L2.4 me/L2.5 me/L5mg/L8.0

    2、氣象資料

冬季采暖室外計算溫度-1℃冬季通風(fēng)室外計算溫度4℃冬季地面水計算溫度5℃主導(dǎo)風(fēng)向偏北風(fēng)

    3、用熱項目

空 調(diào)輔助用房空調(diào)（見附圖，使用地點在E、L軸和1、2軸之間的一層部分，324 M²）和游泳池部分空調(diào)（見附圖，使用地點在A、L軸和2、8軸之間一層部分，即游泳池大廳，2160M²）?？照{(diào)熱水設(shè)計供水溫度為60℃/50℃。地 板 輻 射 采 暖沿游泳池周邊鋪設(shè)埋地采暖管（一層地面下10CM），采暖面積為650M²。設(shè)計供回水溫度為50℃/40℃。淋 浴 熱 水 系 統(tǒng)淋浴室共設(shè)50個冷熱水混合淋浴器，使用地點在一層的男女淋浴室（即1、2軸和F、K之間的一層部分）。要求熱水管出水溫度為60℃。游 泳 池 循 環(huán) 水 加 熱游泳池為比賽用池，體積為50×21×1.5M³，使用時水溫保持在25℃以上；

四、熱負(fù)荷計算及鍋爐選型

    1、熱負(fù)荷計算

    （1）空調(diào)用熱負(fù)荷

    民用及工業(yè)、企業(yè)輔助用建筑的房屋供暖耗熱可用建筑平面熱指標(biāo)q來概算：

    Q=A₀q

    Q——建筑物供暖設(shè)計耗熱量，W

    A₀——建筑面積，m² （出自《供暖通風(fēng)設(shè)計手冊》P260）

    ① 游泳池大廳：

    q值查《供暖通風(fēng)設(shè)計手冊》P261表6-29得q = 150W/ m²

     A₀=2160 m²

    ∴ Q = 2160×150 =324000 W = 278640 kcal/h

    ② 輔助用房：

    q值查《供暖通風(fēng)設(shè)計手冊》P261表6-29得q=80W/ m²

     A₀=324m²

    ∴ Q = 324×80 = 25920 W = 22291 kcal/h

    （2）地板輻射采暖

    屬于局部地點輻射，采暖面積為650 m² 。

    查《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)規(guī)范》P63表3.4.13 人體所需的輻射照度與周圍空氣溫度的關(guān)系表，當(dāng)周圍空氣溫度為16℃時， 所需的輻射照度為81W/m²

    ∴ 地板輻射采暖的熱負(fù)荷Q=650×81=52650W=45279 kcal/h

    （3）淋浴熱水系統(tǒng)

    查《現(xiàn)代建筑設(shè)備工程設(shè)計手冊》P254 可得到如下計算公式：

    工業(yè)企業(yè)生活間、公共浴室等設(shè)計用水量計算：

    

    式中 Q_r——設(shè)計用水量，

    q_h——衛(wèi)生器熱水小時用水定額（L/h）(查《現(xiàn)代建筑設(shè)備工程設(shè)計手冊》表6.2-2)

    n₀——同類型衛(wèi)生器數(shù)，

    b——衛(wèi)生器同時使用百分?jǐn)?shù)，公共浴室取100%

    耗熱量計算公式：

    Q = Q_r c ( t_r - t_l )

    式中 Q——設(shè)計小時耗熱量，W或kcal/h

    c——水的比熱容，

    t_r——熱水溫度，℃

    t_l——冷水溫度，℃

    Q_r——設(shè)計用水量，

    本系統(tǒng)計算中：q_h=300 L/h n₀=50 b=100% t_r=60℃ t_l=5℃

    ∴Q=（300×50×100%）×4.19×（60—5）/3600 =960×10³ W=826×10³ kcal/h

    （4）游泳池循環(huán)水加熱

    查《給排水設(shè)計手冊》第二冊 室內(nèi)給水排水P293

    ①水面蒸發(fā)熱損失：

    W₁= r（0.0178+0.0152V）（P_b-P_Z）F (kcal/h)

    式中 r=581.9 kcal／kg

    V=0.5m/s

    P_b =26.7mmHg

    P_Z =15.2mmH₂O

    F=50×21=1050m²

    ∴W₁=581.9×(0.0178+0.0152×0.5)(26.7-15.2) ×1050=178471.64 kcal/h

    1000w=860 kcal/h

    ②水面?zhèn)鲗?dǎo)熱損失:

    W₂=α F(t_s-t_q) kcal/h

    =8×50×21×(27-26)=8400 kcal/h

    ③池壁和池底傳導(dǎo)熱損失

    W₃= （kcal/h）

    =1.0×(21×1.5×2+50×1.5×2+50×21)(27-26)= 1263 kcal/h

    ④管道設(shè)備傳導(dǎo)熱損失

    管道和設(shè)備的傳導(dǎo)熱損失W₄可參照《現(xiàn)代建筑設(shè)備工程設(shè)計手冊》第4章中熱水循環(huán)管網(wǎng)計算方法進行計算。

    為了簡化計算可采用以下估算方法:

    W₁+ W₂+ W₃+ W₄=1.15 W₁

    ⑤補給水加熱耗熱量

    查《建筑給水排水工程》P209表12-5

    游泳池每天補充水量是池水容積的5%

    ∴ W₅=1000×50×21×1.5×0.05×（27-16）/24=36094 kcal/h

    ⑥設(shè)計耗熱量

    W= W₁+ W₂+ W₃+ W₄+ W₅

     = 1.15 W₁+ W₅

     =241336 kcal/h

    ∴ 總的熱負(fù)荷為：

    278640+22291+45279+826000+241336=1413546千卡/小時=141.4×10⁴ kcal/h

    2、鍋爐型號及臺數(shù)選擇

    根據(jù)最大計算熱負(fù)荷141.4×10⁴ kcal/h，本設(shè)計選用2臺鍋爐，型號為CWNS 0.92/0.81-95/70 。

    該型號鍋爐基本參數(shù)如下表

鍋爐型號CWNS 0.92/0.81-95/70爐體發(fā)熱量10kcal/h80/70供暖散熱片 ℃95/70風(fēng)機盤管 ℃65/50衛(wèi)生熱水 ℃65工作壓力MPa0傳熱面積 m²40/35水容量 L1500/1400機體重量 t2.6/2.4燃燒系統(tǒng)控制系統(tǒng)自動控制燃燒系統(tǒng)壓力霧化、微正壓燃燒點火系統(tǒng)高壓點火燃燒檢查系統(tǒng)感光電眼電功率 Kw1.4電源 V220/380燃料消耗重油 kg/h88.7/77.6柴油kg/h84.3/73.8天然氣Nm³/h100.6/88城市煤氣Nm³/h215/188.2輔助系統(tǒng)油管口徑 DN15冷熱水出入口徑 DN100煙氣出口 φ350排污口 DN80減壓水箱 mm
長x寬x高1000×720×850日用油箱 mmφ860×1200

    CWNS 0.92/0.81-95/70型鍋爐外形尺寸表(外型圖如下)

ABCDEHIJKMNOV2020126814355109504801807502001001701080600

五、水處理設(shè)備計算選型

    根據(jù)原水水質(zhì)指標(biāo)，其硬度不符合鍋爐給水要求，需進行軟化處理。本設(shè)計擬采用鈉離子交換軟化給水。采用低速逆流再生鈉離子交換器進行軟化。

    1、鍋爐給水量的計算及給水泵的選擇

    （1）給水量的計算

    查《鍋爐習(xí)題實驗及課程設(shè)計》，計算公式為G=KD^max（1+P_pw）t/h ；

    式中 K——給水管網(wǎng)漏損系數(shù)，取1.03；

    D^max ——鍋爐房蒸發(fā)量，t/h；

    P_pw——鍋爐排污率，本設(shè)計根據(jù)水質(zhì)計算，取10%。

    ∴給水量為G =1.03×11.67（1+0.10）= 13.22 t/h

    （2）給水泵的選擇

    本鍋爐房擬選用四臺給水泵，其中一臺備用。采暖季三臺啟用，其總流量應(yīng)大于1.1×13.22 t/h，現(xiàn)選用上海東方泵業(yè)制造有限公司的普通臥式離心泵，參數(shù)如下：

    型號 DFW40-200/2/4

    流量 6.3 m³/h

    揚程 50 m

    效率 33%

    電機功率 4 KW

    轉(zhuǎn)速 2900 r/min

    進水管DN40，出水管DN40

    (泵外型尺寸見：上海東方泵業(yè)制造有限公司出版的《清水單級離心泵系統(tǒng)》P55)

    2、軟化水量的計算

    鍋爐房采暖季的最大給水量即為本鍋爐房所需補充的軟化水量：

    G_rs==1.03×11.67（1+0.10）=13.22 t/h

    3、鈉離子交換器的選擇計算（下表）

序號名 稱符號單位計算公式或數(shù)據(jù)來源數(shù) 值1軟化水量G_rst/h先前計算13.222軟化速度m/h根據(jù)原水H₀=4.5me/L183所需交換器截面積F’㎡G_rs/=13.22/180.734實際交換器截面積F㎡選用ø1000交換器2臺0.7855交換劑層高度hm交換器產(chǎn)品規(guī)格26運行時實際軟化速度vm/hG_rs/F=13.22/0.78516.847交換劑體積Vm³hF=2×0.7851.578交換劑工作能力E₀ge/ m³732^#樹脂1100~150011009交換器工作容量EgeV E₀=1.57×1100172710運行延續(xù)工作時間Th31.911小反洗時間min取用1012小反洗水流速度m/h取用913小反洗耗水量V₁m³F=0.785×10×9/601.1814靜置時間min交換劑回落、壓脂平整，取用415再生劑純度%工業(yè)用鹽，取用9516再生劑單耗qg/ge逆流再生9017再生一次所需再生劑量KgEq/1000=1727×90/(1000×0.95)163.618再生液濃度%取用519再生一次稀鹽液體積m³/1000=163.6/(1000×0.05)3.2720再生一次耗水量m³近似等于3.2721再生速度m/h低速逆流再生，取用1.822再生時間min60/F=60×3027/0.785×1.813923逆流沖洗時間min低速將再生液全部頂出交換器7524逆流沖洗耗水量m³F/60=1.8×0.785×75/601.7725小正洗時間min取用826小正洗速度m/h取用827小正洗耗水量m³F/60=0.785×8×8/600.8428正洗時間min取用1029正洗速度m/h取用1030正洗耗水量m³F/60=0.785×10×10/601.331再生過程所需總時間min+++++=10+4+139+75+8+1024632再生需用自來水耗量m³++=1.18+0.84+1.33.3233再生需用軟水耗量+=3.27+1.775.0434再生一次總耗水量m³+=3.32+5.048.36

    4、再生液（鹽液）的配制和貯存設(shè)備

    1）、濃鹽液池體積計算

    本鍋爐房鈉離子交換器運行周期為29+246/60=33小時，每再生一次需耗鹽163.6KG，如按照儲存10天的食鹽用量計算，則濃鹽液（濃度26%）池體積為：

    4.75 m³

    2）、稀鹽液池體積計算

    再生一次所需的稀鹽液（濃度5%）的體積為3.27 m³，若按有效容積系數(shù)0.8計算，稀鹽液池體積為4 m³。本設(shè)計擬用混凝土砌筑一個尺寸為3000×2000×1500鹽池，濃、稀鹽池各為一半。

    5、鹽液泵的選擇

    鹽液泵的作用：其一是將濃鹽液提升至稀鹽液池；其二是輸送稀鹽液至離子交換器，過量的部分稀鹽液流回稀鹽液池進行擾動，使之濃度均勻。

    鹽液泵運轉(zhuǎn)時間短，不需設(shè)置備用泵。為防鹽液腐蝕，選用102型塑料離心泵一臺：

    流量6t/h，揚程196KPa；電動功率1.7KW，轉(zhuǎn)速2900r/min，進口管徑Dg40，出口管徑Dg40

    6、原水加壓泵的選擇

    有時自來水水壓偏低，為了確保再生時所需的反洗水壓和軟化過程所需克服交換器阻力的水壓，特設(shè)原水加壓泵1臺：型號IS65-40-250，流量12 m³/h，揚程196KPa，電機Y100L1-4，功率2.2KW，轉(zhuǎn)速1450r/min，進口管徑Dg40，出口管徑Dg40。

六、換熱設(shè)備計算選型

    本系統(tǒng)應(yīng)采用板式換熱器將鍋爐出水溫度交換到空調(diào)供暖、地板輻射采暖和游泳池循環(huán)水熱所要求的出水溫度；應(yīng)采用容積式換熱器將鍋爐出水溫度交換到淋浴熱水系統(tǒng)所要求出水溫度。

    1、淋浴熱水容積式換熱器計算選型

    本系統(tǒng)選用特富容積式換熱器RV-03，設(shè)計選型：

    Q_h=960KW t_c=5℃ t_r=60℃

    貯水容積Ve

    Ve=

    =0.5×960×1000/1.163（60-5）=7504(L)

    式中S=0.5h為貯熱時間，查自《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB15-88選取

    （2）總?cè)莘e

    V=1.15Ve

    =1.15×7504=8630 L

    （3）初選2個單罐容積為Vi=5000（L）的罐，實際貯水容積

    Ve’=4930×2=9860>V

    式中：4930為總?cè)莘eV=5000L罐的貯水容積

    （4）計算傳熱面積

    ① 總傳熱面積F

    

    =

    =32.5m²

     ② 單罐傳熱面積Fi

    Fi=F/2=32.5/2=16.2 m²

    ③ 查換熱器參數(shù)表，-5H中的傳熱面積B Fi’=16.4 m²

    ④ 實際總換熱面積F’為

    F’=2 Fi’=2*16.4=32.8 m²>32.5 m²

    （5）確定選型：RV-03-5H型罐2個 單罐傳熱面積為16.4 m²

    2、板式換熱器計算選型

    板式換熱器利用清華3E暖通論壇的在線計算工具進行計算：

    （1）地板輻射采暖用的換熱器為：

產(chǎn)品名稱板式換熱器 生產(chǎn)廠商北京市華都換熱設(shè)備廠產(chǎn)品型號BR0.35Ⅰ換熱器的一次水流量(t／h)：1.8094換熱器的二次水流量(t／h)：1.0052一次水流程數(shù)：1二次水流程數(shù)：1換熱器的一次水流速(m／s)：0.3866換熱器的二次水流速(m／s)：0.2148換熱器的計算傳熱系數(shù)(w／m2℃)：2926.3184實際傳熱面積(m2):0.3500換熱片總片數(shù)(片)：3實際換熱量(kw) ：0.0000一次水實際出口水溫:70二次水實際出口水溫：50一次水阻力損失(MPa)：0.0000二次水阻力損失(MPa)：0.0000傳熱系數(shù)迭代次數(shù)：2傳熱量迭代次數(shù)：0

    （2）空調(diào)供暖用的換熱器為：

產(chǎn)品名稱板式換熱器 生產(chǎn)廠商北京市華都換熱設(shè)備廠產(chǎn)品型號`BR0.5Ⅰ換熱器的一次水流量(t／h)：14.1012換熱器的二次水流量(t／h)：6.4097一次水流程數(shù)：1二次水流程數(shù)：1換熱器的一次水流速(m／s)：0.8704換熱器的二次水流速(m／s)：0.3957換熱器的計算傳熱系數(shù)(w／m2℃)：3307.0387實際傳熱面積(m2):2.5000換熱片總片數(shù)(片)：7實際換熱量(kw) ：0.0000一次水實際出口水溫:70二次水實際出口水溫：60一次水阻力損失(MPa)：0.0000二次水阻力損失(MPa)：0.0000傳熱系數(shù)迭代次數(shù)：2傳熱量迭代次數(shù)：0

    （4）游泳池循環(huán)水用熱的換熱器：

產(chǎn)品名稱板式換熱器 生產(chǎn)廠商北京市京海換熱設(shè)備廠產(chǎn)品型號FBR03換熱器的一次水流量(t／h)：9.6526換熱器的二次水流量(t／h)：10.9689一次水流程數(shù)：1二次水流程數(shù)：1換熱器的一次水流速(m／s)：0.8674換熱器的二次水流速(m／s)：0.4928換熱器的計算傳熱系數(shù)(w／m2℃)：3854.6688實際傳熱面積(m2):0.9540換熱片總片數(shù)(片)：5實際換熱量(kw) ：0.0000一次水實際出口水溫:70二次水實際出口水溫：27一次水阻力損失(MPa)：0.0000二次水阻力損失(MPa)：0.0000傳熱系數(shù)迭代次數(shù)：2傳熱量迭代次數(shù)：0

七、水系統(tǒng)計算

    1、空調(diào)熱水循環(huán)泵

    由上選的板式換熱器得流量G = 6.4097 t／h

    查《供熱工程》第三版P333附錄9-1得：

    管徑：DN70 流速：0.48m/s 比摩阻：r=54.6 Pa/m

    空調(diào)熱水循環(huán)的最不利環(huán)路長：l = 200M

    ∴泵的揚程為：H = rl = 54.6×200×1.2 = 13104 Pa =13.1 m

    泵型號：DFW50-100/2/1.1

    （其規(guī)格參數(shù)查：上海東方泵業(yè)制造有限公司出版的《清水單級離心泵系統(tǒng)》P56）

    其一次側(cè)流量G = 14.1012 t / h

    查《供熱工程》第三版P333附錄9-1得：

    管徑為DN80

    2、 暖熱水循環(huán)泵

    由上選的板式換熱器得流量G=1.0052 t／h

    查《供熱工程》第三版P333附錄9-1得：

    管徑：DN32 流速：0.34m/s 比摩阻：r=73.1 Pa/m

    空調(diào)熱水循環(huán)的最不利環(huán)路長：l=350M

    ∴泵的揚程為：rl=73.1×350×1.2=30702 Pa=30.7m

    泵型號：DFW40-160-2/2.2

    （其規(guī)格參數(shù)查：上海東方泵業(yè)制造有限公司出版的《清水單級離心泵系統(tǒng)》P55）

    其一次側(cè)流量G=1.8094 t / h

    查《供熱工程》第三版P333附錄9-1得：

    管徑為DN40

    3、 泳池?zé)崴h(huán)

    由上選的板式換熱器得流量G=10.9689 t／h

    查《供熱工程》第三版P333附錄9-1得：

    管徑：DN80 流速：0.6m/s 比摩阻：r=68.6 Pa/m

    其一次側(cè)流量G=9.6526 t / h

    查《供熱工程》第三版P333附錄9-1得：

    管徑為DN80

八、排煙系統(tǒng)計算

    根據(jù)宗大鍋爐排氣系統(tǒng)設(shè)計施工中：鍋爐排氣量為每燃燒1萬大卡的燃料，排出18Nm³氣體。

    本系統(tǒng)鍋爐使用燃料為：柴油 其燃值為：10200kcal/kg

    ∴每小時排出的氣體量為：

    V_yz=84.3kg/h×10200 kcal/kg=859860 kcal/h=859860×18/10000=1548 Nm³/h

    根據(jù)《鍋爐及鍋爐房設(shè)備》P212

    煙囪出口內(nèi)徑

     m

    w₂=10m/s

    ∴d₂=0.0188=0.234m

    煙囪底部（進口直徑）d₁為：

    d₁= d₂+2iH_yz

    =0.234+2×0.03×6.68=0.635 m

    鍋爐排風(fēng)管道的路線為：從鍋爐延伸到日用油箱間，經(jīng)過煙道向上伸出屋頂（相對標(biāo)高4.0M）排放。

九、鍋爐房布置

    本鍋爐房是位于一新建游泳池的地下室，朝南偏西，由鍋爐間和日用油箱間組成。詳見設(shè)計施工圖紙。

    鍋爐間東西向長9米，南北向長18.78米，日用油箱間在南側(cè)。

    本鍋爐房布置有兩臺CWNS 0.92/0.81-95/70燃油鍋爐，鍋爐、鍋爐熱水循環(huán)泵、鈉離子交換器、空調(diào)供暖板換、地暖板換、空調(diào)供暖循環(huán)泵、地暖板換循環(huán)泵等設(shè)備均布置在鍋爐房內(nèi)。淋浴熱水容積式換熱器和，游泳池循環(huán)水板式換熱器就近放在一層設(shè)備房，不在鍋爐房。

    進行鍋爐房水系統(tǒng)布置時，合理連接設(shè)備及相關(guān)附件；空調(diào)熱水循環(huán)系統(tǒng)、地暖熱水循環(huán)系統(tǒng)及鍋爐熱水循環(huán)系統(tǒng)只表示在鍋爐房內(nèi)的部分。具體詳見設(shè)計施工圖紙。