《供热与锅炉综合课程设计》设计说明书

山东建筑大学《供热与锅炉综合课程设计》设计说明书⑤、与不采暖楼梯间相邻的隔墙：混合砂浆（20mm）+厚钢筋混凝土剪力墙（200mm）+胶粉聚苯颗粒保温砂浆（20mm），隔墙传热系数K=1.5W/m℃三、设计任务本设计为整栋建筑楼冬季热水供暖工程。设计主要内容为：（一）设计准备（收集和熟悉有关规范、标准并确定室内外设计参数）（二）采暖设计热负荷的计算（三）散热设备布置和选型计算（四）系统形式的选择与管道布置（五）系统水力计算（六）锅炉选型与工艺布置

第一章供暖系统的设计热负荷供暖热负荷是设计中最基本的数据。它直接影响供暖系统方案的选择、供暖管道管径和散热器等设备的确定、关系到供暖系统的使用和经济效果。1.1主要计算公式由于冬季室外温度的波动幅度远小于室内外的温差，因此在围护结构的基本耗热量计算中采用日平均温差的稳态计算法.供暖系统设计热负荷=++=+++1.围护结构的基本耗热量式中——围护结构的基本耗热量形成的热负荷（W）；——围护结构的温差修正系数；——围护结构面积（㎡）；——围护结构的传热系数[W/(㎡·℃)]；——冬季采暖室内计算温度（℃）；——冬季采暖室外计算温度（℃）。2.围护结构的附加耗热量1）朝向修正率东、西：-5%北：0南：-15%2）风力附加率本设计不必要考虑风力附加；3）围护结构的高度附加本设计中建筑层高为3m，因此在本设计中高度附加可以忽略，则=0。则通过围护结构的总耗热量=+=（1+）∑aKF((1++）3.冷风渗透耗热量采用缝隙法=0.278Vρw式中：——冷风渗透耗热量（W）；V——经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h；ρw——供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；——冷空气的定压比热，=1KJ/（kg·℃）。经门、窗隙入室内的总空气量按下式计算V=式中：L——每米每小时缝隙入室内的空气量，因为室外平均风速为3.4m/s,所以单层木窗L=3.5m，双层木窗L=2.52m；——门窗缝隙的计算长度，m；n——渗透空气量的朝向修正系数。4.冷风侵入耗热量对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘以相应的附加率：=N式中：——外门基本耗热量，W;N——考虑冷风侵入的外门附加率。本设计中只有首层有外门,取附加率65n%。1.2热负荷计算二层到五层层的热负荷相同，先计算一层热负荷，二楼到六楼计算方法同一楼，二三四五楼地面无热负荷，六楼屋面有热负荷,屋面：K=0.49W/m℃温差修正系数a=0.751.2.1一层热负荷计算计算房间一（书房）的热负荷1、围护结构耗热量：北外墙F=3.3*3-2.74=7.425a=1K=0.59W/(㎡·℃)=+=（1+）∑aKF((1++）=1×0.59×（20-（-6））×（1-0）=113.9w同理,西外墙=135.3w北外窗=180.18w西外窗=261.62w地面=201.84w则房间一=113.9+135.3+180.18+261.62+201.84=885.84w渗透空气量的朝向修正系数n:东：0西：-0.05南：-0.15北:02.冷风渗透耗热量：三扇两开木框窗北外窗：V==20m3/h=0.278Vρw=0.278×20×1.3×（20-（-6））=187.93w西外窗：=85.7w则房间一=187.93+85.7=273.63w3.冷风侵入耗热量：=0则=++=885.84+273.63=1159.46w同样方法可以得到建筑其余房间的热负荷，见附表。第二章散热器的布置和选型2.1散热器的选择选用铸铁散热器，它具有结构简单，防腐型号，使用寿命长一级热稳定性好的优点。散热器规格及传热系数型号散热器高度H散热器进出口中心距H1每片长度L散热面积水容量重量工作压力传热系数Kw/m·℃TZ2-5-5(M132型)584mm500mm80mm0.24m/片1.32L/片7kg/片0.5MpaK=2.426为散热器热水热媒进出口温度的平均值与室内空气温度的差值：=（95+70）/2-=62.5℃2.2散热器的布置1、为防止散热器冻裂，两道外门之间不准设置散热器。在楼梯间或其它有冻结危险的场所，其散热器应由单独的立、支供热，且不得装设调节阀；2、散热器一般明装或装在深度不超过130mm的墙槽内，布置简单，本设计采用明装；3、在垂直单管或双管热水供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同邻居串联连接；4、本设计走廊和浴厕均不设散热器，其热负荷算在相邻的厨房散热器上;5、铸铁散热器的组装片数，不宜超过下列数值：二柱（M132型）—20片；柱型（四柱）—25片；长翼型—7片。6、考虑到传热效果，本设计散热片安装形式为同侧的上进下出。本设计散热器布置见平面图。2.3散热器的安装 底部距地面不小于60mm，通常取150mm；顶部距窗台板不小于50mm；背部与墙面净距不小于25mm。2.4散热器的计算1、以房间一为例：热负荷Q=1159.46W，供水温度为tg=75℃，th=50℃，=20℃，=42.5℃则K=7.09w/m·℃修正系数：散热器组装片数修正系数，先假定=1.0；散热器连接形式修正系数，因为为同侧上进下出，则=1.0；散热器安装形式修正系数，为明装则=1.02；F′=Q/（K·Δt）=1.0×1.0×1.02×1159.46/（7.09*42.5）=3.92n′=F′/f=3.92/0.24=16.35当散热器片数为10～20片时，β1′=1.05。F=3.92×1.05=4.116n=F/f=4.116/0.24=17.17取整18组＜20则设一组散热器2、因为本设计走廊和浴厕均不设散热器，其热负荷算在相邻的厨房散热器上，则各房间的散热器计算结果列于表中，见附表。第三章热水供暖系统选择和管道布置热水采暖系统形式的选择，应根据建筑物的具体条件，考虑功能可靠、经济，便于管理、维修等因素，采用适当的采暖形式。根据设计资料中给出动力与能源资料为供热锅炉房提供热媒（热水参数tg=75℃，th=50℃）。故可确定本设计为机械循环系统。本工程为民用住宅建筑，需分户热计量，又总建筑为六层，所以本工程立管采用下供下回双管异程式，水平干管采用双管异程式热水供暖系统。第四章热水供暖系统水力计算4.1确定系统原理图根据以上分析，可画出系统原理图。并将个管段进行编号，注明各管段的热负荷和管长。4.2系统水力计算该小区两个单元对称分布，两边热负荷近似相等，系统也对称分布，可以只对一单元进行水力计算。设计供回水温度为75/50℃。对室内热水供暖系统管路，管壁的当量绝对粗糙度K值取0.2mm，当K＝0.2mm时，过渡区的临界速度为=0.023m/s，=1.066m/s。本设计热水供暖系统中，管段中的流速通常都在和之间。4.2.1确定立管和水平干管的管径（1）根据各管段的热负荷，求出各管段的流量G，计算公式如下：G=3600Q/4.187×103（tg＇－th＇）=0.86Q/（tg＇－th＇）kg/h(6.2)式中Q—管段的热负荷，W；tg＇—系统的设计供水温度，℃；th＇—系统的设计回水温度，℃。（2）平均比摩阻Rpj的确定分户计量采暖系统的户内水平管平均比摩阻Rpj的选取应尽可能大些，可取传统采暖形式平均比摩阻Rpj的上限100—120Pa/m,亦可通过增加阀门等局部阻力的方法来实现。单元立管的平均比摩阻Rpj的选取应小些，尽可能的抵消重力循环自然附加压力的影响。此处推荐40—60Pa/m。（3）根据G，Rpj,选择最接近Rpj的管径。将查出的d、R、和v值列入表中。见附表4.2.2确定沿程压力损失ΔPy沿程程压力损失：ΔPy=RL。4.2.3确定局部阻力损失ΔPj（1）各管段局部阻力系数ζ的确定局部阻力阻力系数局部阻力阻力系数闸阀1.0/个90°弯头1.5/个调节阀9.0/个分流三通1.5/个直流三通1.0/个合流三通3.0/个各管段的局部阻力系数结果见表（2）ΔPj=ΔPd*∑ζ，ΔPd可查表得到4.2.4求各管段的压力损失 当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其管道间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件时，由于流动方向或速度的改变，产生局部斡旋和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示：（6.3）式中：——计算管段的压力损失，Pa；L——管段长度，m。则可得到水力计算表，见附表4.2.5不平衡率的计算一层用户的阻力损失：ΔP1=5671.3Pa二层-五层用户的阻力损失：ΔP2=4133.96Pa六层用户的阻力损失：ΔP3=5193.47Pa重力循环自然附加压力ΔP2Ⅰ=2/3ρgΔh=2/3×（974.28-960.58）×9.8×1.5=134.26Pa资用压力为ΔPⅠ'=ΔP1-ΔP2Ⅰ=5671.3-134.26=5537.04PaΔP2Ⅱ=2/3×13.7×9.8×4.5=402.78Pa二层用户相对于一层增加的自然附加压力ΔP2Ⅰ、Ⅱ=402.78-134.26=268.52Pa资用压力ΔPⅡ'=ΔPⅠ'+ΔP2Ⅰ、Ⅱ=5537.04+268.52=5805.56PaX21=(5805.56-5537.04)/5805.56×100%=15.2%同理二、三、四层相对于一层用户的不平衡率如下表不平衡率均在15%左右，符合要求各层相对于一层用户并联节点增加的自然附加压力（Pa）与一层用户并联的各层用户的资用压力（Pa）与一层用户并联的各层用户的供回水立管的压力损失（Pa）与一层用户并联的各层用户的供回水立管及户内的总损失（Pa）各用户相对于一层用户的不平衡率Xi2层268.525805.56794.244928.215.20%3层537.046074.081410.945544.98.70%4层805.566342.61715.685849.647.80%5层1074.086611.122020.36154.266.90%6层1342.66879.642461.166595.124.10%右户同上计算列表如下各层相对于一层用户并联节点增加的自然附加压力（Pa）与一层用户并联的各层用户的资用压力（Pa）与一层用户并联的各层用户的供回水立管的压力损失（Pa）与一层用户并联的各层用户的供回水立管及户内的总损失（Pa）各用户相对于一层用户的不平衡率Xi2层268.524788.51311.584620.013.50%3层537.045057.03874.865183.29-2.50%4层805.565325.551234.445542.87-4.10%5层1074.085594.71609.125917.55-5.80%6层1342.65862.592017.466325.89-7.90%第五章锅炉选型与工艺布置5.1锅炉型号与台数选择5.1.1热负荷计算1.最大计算热负荷QmaxQmax=K（K1Q）Q1—采暖最大热负荷，MWK—管网热损失系数（一般常用1.12~1.18）此处取K=1.15K1—采暖同时使用系数，K1=1；Qmax=K（K1Q）=1.15×1×0.138927=0.16MW2.平均计算热负荷Q—采暖热负荷，t/htn—采暖室内计算温度，℃t—采暖期室外平均温度，℃tw—采暖期采暖室外计算温度，℃所以==0.12MW3.锅炉房年热负荷计算锅炉房三班制运行，采暖工作时间为108天，全年热负荷是计算全年燃料消耗量的重要依据D1=24××3600×MJ/年—采暖的全年热负荷，MJ/年—采暖天数则D1=24×108×3600×0.12=1119744MJ/年5.1.2锅炉型号和台数选择根据最大计算热负荷的大小和燃料种类，热媒参数等因素选择锅炉，本设计采用燃气热水锅炉，供回水温差25度，因为Qmax=0.16MW，则选用型号为CLHS0.17-95/70-Q的锅炉两台,一台备用锅炉，其主要参数见下表锅炉型号CLHS0.17-95/70-Q额定供热量/MW0.17额定压力/MPa1.0进出水温度/℃95/70锅炉设计使用燃料天然气锅炉效率%88排烟温度/℃260最大燃料消耗量19.9外形尺寸（长×宽×高）ϕ1152×2202最大耗电量KW1.75水泵入口口径mm25烟囱口径mm2005.2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，水质已经过一定的处理。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盐5.2.1确定水处理设备生产能力1、锅炉循环水量的计算t/hQ—锅炉额定热负荷，kWk—管网散热损失系数，取1.15c—管网热水的平均比热容，kJ/(kg℃)—热水供回水温差，℃==6.33t/h=6.33循环水泵的扬程的计算H=—换热器内部阻力—循环水供回水干管阻力—最不利用户内部阻力4—计算附加富裕量H=0.1（500+30.96*2）+4=60.192故根据以上计算选择型号为40AY402B的循环水泵两台，一用一备对应于两个锅炉设备。循环水泵的技术参数：型号：40AY402B流量：6.5扬程：62效率：28%配带电动机型号：YB132S1-2YB132S1电机功率：6KW进口口径：40mm出口口径：25mm5.2.2水的软化方法热水锅炉不考虑相对碱度，在热水锅炉的水处理方法中不考虑排污问题。在实际工作中，软水水质较好，所需软化水量不大时，一般可选用全自动组合式离子交换器，如选用全自动组合式离子交换器，选用一台连续出水的即可。原水水质资料：市政给水（自来水），供水压力0.3Mpa最高地下水位-6米根据自来水的水质资料选用LDZN-1微电脑自控钠离子交换器，其流量0.8-1.5m3/h，经软化后出水硬度＜0.03mmol/L，符合≤0.6mmol/L的水质要求。LDZN-40微电脑自控钠离子交换器其技术参数如下：型号出水量m3/h出水硬度mmol/L原水硬度mmol/L原水压力MpaLDZN-400.8-1.5＜0.03≤100.08—0.185.2.3.除氧设备和排污设备选择1、热水锅炉单台热功率≥7.0MW，补给水才要除氧，在7.0MW以下的可以不除氧，故不考虑除氧2、热水锅炉正常运行中一般不排污，只在热网的水质变得很脏时才排污，故本系统不排污。5.3给水设备和主要管道的选择与计算给水设备是指锅炉房给水系统中各种水泵和水箱，它与锅炉的安全运行有着密切的关系。5.3.1决定给水系统系统图见图纸5.3.2补给水泵的选择补给水泵的流量热水系统的补水量一般根据系统的正常补水和事故补水确定，并宜为正常补水装置的4-5倍。系统的小时泄漏量，宜为系统的总的水容量的1%系统水容量=1.2~1.9×建筑总面积＝1.7×21888=37209.6L。正常补水量37209.6×1%=372.1L,系统小时泄漏量即为补给水泵流量为0.3721×5=1.87补给水泵的扬程的计算H=11.53、确定给水泵型号流量Q扬程H/m转速n/(r/min)效率（%）汽蚀余量/mIH50-32J-2002.1121480352.0选用IS型单级单吸离心泵2台，一用一备，性能表如下：IS50-32J-200离心泵的外形尺寸表如下：泵型号外形尺寸/mm电动机LL1L2L3HH1B2B3型号功率/kwIH50-32J-20013001290225840280505540490YB90s-411设置备用给水泵是为了保证在停电，正常维修和发生机械故障等情况下，锅炉仍能安全、可靠地供水。为了保证能够给水泵安全、正常工作，所选择的给水泵还应适应最高给水温度的要求。5.3.3软化水箱的选择对热水供暖系统需采用软化水，可根据当地水源水质及补水量等选用软化水装置，具体可参考产品样本。目的：防止结垢，软化水装置的选择：软化水量按照系统补水量来选，系统补水量取系统水容量的2%（系统的小时泄漏量为系统水容量1%）软化水箱：储存补水泵0.5~1.0h的水量。软化水量=正常补水量37209.6×2%=744.2L=0.74软化水箱：7.5×0.75=5.6送引风系统设计在自然通风和机械通风时，烟囱的高度都应根据排出烟气中所含的有害物质—SO2、NO2、飞灰等的扩散条件来确定，使附近的环境处于允许的污染程度之下。因此，烟囱的高度的确定，应符合现行国家标准《工业“三废”排放试行标准》、《工业企业设计卫生标准》、《锅炉大气污染物排放标准》和《大气环境质量标准》等规定。机械通风式烟风道阻力由送引风机克服。因此，烟囱的作用主要不是迎来产生引力，而是将烟气排放到足够高的高空，使之符合环境保护的要求。每个新建锅炉钢只能设一个烟囱。燃煤、燃油（燃轻质柴油、煤油除外）锅炉房烟囱高度应根据锅炉房总容量确定。锅炉房烟囱最低允许高度锅炉房总容量t/h<11-22-44-1010-2020-40MW<0.70.7-1.41.4-2.82.8-77-1414-28烟囱最低允许高度m202530354045在本设计中锅炉的总容量为0.2t/h，且新建的锅炉烟囱周围半径200m距离内没有建筑物，所以选择烟囱的高度为20m。由于本设计中选择的锅炉是有规定烟囱的直径的，所以我们就按照其规定选择的烟囱的直径：其中LSS0.2-1.0-Q的直径是DN200所以我们的设计中选择直径为DN200的烟囱5.5锅炉房工艺布置锅炉房的工艺布置的内容包括各种工艺设备及管道、燃料储运和水、烟、灰渣排放设施的布置，锅炉房布置应该满足各种设备的工作安全可靠，运行管理和安装维修便利，同时还应节省用地用材，提高建设和运行经济性。（1）锅炉房的组成锅炉房包括设置锅炉的锅炉间，设置给水、水处理、送引风、运煤除灰等辅助设备的辅助间，以及休息室、值班室、浴室、厕所和更衣室。应根据锅炉的型式、容量和规模及工艺流程的需要布置。（2）锅炉房建筑安全要求锅炉属于有爆炸危险的承压设备，锅炉房的设计必须严格执行国家有关规定。（3）锅炉房建筑布置形式锅炉房设备选择室内布置，新建的锅炉房一般预留有扩建的可能性。5.5.1一般原则锅炉房内各种设备的布置应保证其工作安全可靠、运行管理和安装检修便利；设备的位置应符合工艺流程，以便于操作和缩短管线。此外，设备布置还应能合理利用建筑面积和空间，以减少土建投资和占地面积。5.5.2锅炉布置锅炉的布置方法和布置尺寸与锅炉容量、燃烧设备和受热面结构等因素有关。本设计中的锅炉房位于地下室，由锅炉间和辅助间两大部分组成。锅炉最高操作平台至屋架之间的净高不小于2m，并应满足起吊设备操作高度的要求。本设计中的锅炉房运转层标高±0.00，锅炉中心间距6m，炉前跨度4m，锅炉间跨度24m，锅炉间屋架下弦标高7m。5.5.2辅助设备的布置引风机的位置由除尘器和管道的连接要求来决定。风机间内应有通道，其宽度应满足安装和检修时风机部件搬运的要求。风机出口水平引出时，出口距墙或距总烟道的尺寸，应考虑风机、出口渐扩管和烟闸安装的要求。除尘器一般露天布置，小型锅炉的除尘器也可以布置在室内。干式排灰时，布置除尘器的区域要有运灰车通行的通道。水处理设备一般布置在辅助房间内，需要时也可单独布置在独立的建筑内。小型锅炉给水箱和给水泵应布置在司炉便于看管的地方。如果给水箱和给水泵没有布置在同一房间内，给水泵房间内应有指示给水箱水位的信号装置和控制进给水箱软水量的阀门。泵端靠墙布置时，泵端基础与墙之间的距离应考虑总吸水管、进水阀和连接短管安装的要求。泵基础之间的通道一般不小于700m，大型泵还应加大，以满足安装检修时搬运的需要，当场地不足时，也可把同型号的两台泵布置在同一基础上。5.5.4烟风管道和主要汽水管道的布置各种管道及其附件的布置都应使其工作安全可靠、操作和安装检修便利。布置时应注意以下各方面要求。（1）管道布置应符合流程，使管道具有最小长度。（2）分期建设或具有扩建可能的锅炉房，管道布置应适宜扩建要求，使扩建时管道改造工作量最小。（3）管道布置应便于装设支架，一般应沿墙柱敷设，但应不影响设备操作和通行，避免影响采光和门窗启闭。（4）管道离墙柱或地面的距离便于安装和检修。（5）管道应有一定坡度，以便于排气放水。（6）主要通道的地面上不应敷设管道，通道上方的管道最低表面距地不应小于2m。管道附件应根据其工作特点、操作要求和安装检修条件进行合理布置。管道上的阀门应设置在便于操作的部位，尽量利用地面和设备平台等便于接近的地方进行操作。否则大口径阀门应设置专用平台。分汽缸一般设置在锅炉间固定端。当接管较多且需要分别装设流量计时，也可设在专用房间内。分汽缸接管上的阀门应设置在便于操作的高度上；分汽缸离墙距离要便于阀门的安装和拆卸。各种流量计应根据所选形式，在其前后应接有为保证计量精度所需长度的直管管径。管材及阀门本设计中的热力管道均采用钢管。钢管的连接方式主要是焊接和法兰连接。对三通用焊接，各种铸造管件，如阀门和管子之间连接用法兰连接，对于弯头采用锻压弯头连接。设计中的阀门有闸阀和止回阀两种。闸阀用于热水管道上，止回阀主要用于泵的出口和锅炉房内，以防止介质倒流。二、补偿器（1）设置补偿器的意义供热管道随着热媒温度升高，会产生热伸长现象。如果该伸长得不到补偿，将使管道承受巨大的应力，甚至破坏管道。因此，必须在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小关闭的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。（2）补偿器种类1）自然补偿利用供热管道自身的弯曲管段（如L型或Z型等）来补偿管段的热伸长的补偿方式，应尽量利用管道的自然补偿。2）方形补偿器在管中间加以特制的弯曲管道，常用的是方形补偿器。这种补偿器结构简单，安装方便。本设计中采用的是方形补偿器与自然补偿结合的方式。3）固定支架固定支座所承受的推力由固定支架承担。固定支架由于承受较大的推力，所以必须有坚固的支撑和基础，因而它是供热管网中造价较大的构件，为了节约投资，应尽可能减少固定支架的使用，但其间距应满足下列条件：1.管段的热伸长量不得超过补偿器所允许的补偿量；2.管段因膨胀而产生的推力，不得超过固定支架所能承受的允许推力值；3.不应使管道产生纵向弯曲。三、保温措施为了减少热媒在输送过程中的热损失，节约燃料，保证操作人员安全，改造劳动条件，保证热媒的使用温度等，需要对供热管道及其附件采取保温措施。通常需要保温的管道一般为敷设在地下管沟、屋顶管沟，设备层内、闷顶及竖井内的采暖管道；设在室内的供回水干管、主立管及暗装的采暖支管；在容易被冻结的地方敷设的管道；通过的房间或地点需要采取保温措施时的采暖管道。四、燃气及天然气泄漏报警装置锅炉燃料采用天然气，有厂区内的天然气调压站引入，锅炉房入口压力位中压10kpa，在进气总管上安装有自动切断阀，设置在专门的天然气切断阀间内，自动切断阀采用自动关闭和现场人工开启型，切断信号来自于控制室内的泄漏报警装置，链接报警装置的探头安装在锅炉房内燃气易泄漏的地方，探头供选择4个，一旦燃气泄漏浓度达到爆炸下限的1/4时开始报警，一分钟内通过自动