鴻順園鍋爐房工藝設備選型計算

摘要：對民用鍋爐房工藝設備的選擇進行了詳細的計算，并選出符合計算要求的工藝設備。

關鍵詞：鍋爐房工藝設備計算選型

0.工程概況

本工程為北京市房山區鴻順園鍋爐房集中供熱工程，工程位于房山區攬秀南大街與高教園8號路交口處。根據可研鴻順園鍋爐房總供熱能力420 MW（6×70 MW），工程一期安裝5臺70 Mw熱水鍋爐，工程二期安裝1臺70 Mw熱水鍋爐。鍋爐房主廠房及附屬設備用房及一、二期公用設備一期工程全部完成。其工程二期在主廠房預留1臺70 Mw鍋爐位置及其配套輔機設備。

1.熱負荷及原始數據

1.1熱負荷

一期熱負荷F=587.6萬m2 Q=331.3 MW （可研提供）。

二期熱負荷預留1臺70 Mw鍋爐（可研提供）。

1.2煤質資料：

Car=65.45%Har=5.29%Sar=0.48% Oar=12.12%

Nar=1.16% Mar=8.1% Aar=7.4%Qent.ar=24.41MJ/kg。

1.3水質資料

懸浮物:580mg/L 總硬度:8.92mmol/L

總堿度:6.6mmol/LPH值:7.6

提供水源地為：房山區祁家坡水廠

2.工藝設備選型

2.1鍋爐選型

一期工程設計5臺70 Mw熱水鍋爐并預留1臺鍋爐空位，本工程完成后鴻順園鍋爐房總供熱能力420 MW（即6臺100t/h熱水鍋爐）。

100t/h燃煤熱水鍋爐目前在北京各郊區熱源廠采用的較多，供暖效果也不錯，爐型也較為成熟，生產廠家較多，選擇性較廣。

用于城市供熱鍋爐主要燃燒方式為層狀燃燒鏈條爐排。鏈條爐排具有運行穩定，操作簡單，鍋爐原始排塵濃度低等特點，隨著分層給煤裝置及大風倉小風室燃燒技術采用及城市燃料供應品質的提高（如發熱值提高、低灰、低硫煤），使鏈條爐排燃燒條件大為改善，為鍋爐良好燃燒創造了有利條件，使鍋爐排渣含碳量進一步降低，提高了鍋爐效率。

綜上所述，本設計確定燃燒設備為鏈條爐排，具體形式大風倉小風室橫梁式鏈條爐排。

鍋爐選用高溫水熱水鍋爐，鍋爐供回水溫度130/70℃。

2.2鼓、引風機及煙氣處理設備選擇

本鍋爐房設計鼓引風系統采用平衡通風，即單爐鼓引風機系統，此鼓引風系統可根據鍋爐燃燒工況調節鼓引風量，有效的控制燃料燃燒所的空氣量和排煙量，提高了鍋爐效率。

2.2.1鼓風機選型

1）理論空氣量

V■■=■(1.866■+0.7■+5.55■-0.7■

=■(1.866■+0.7■+5.55■-0.7■

=6.83?詄/kg

2）100t/h鍋爐燃料消耗量計算

B=■=■×3600=12438.1≈12.45kg/h

B■=B(1-■=12.45×(1-■)=11454kg/h

因為采用橫梁式爐排，爐排面比較平整，而且耐用。爐排片有一個長長的犟三，筐前虧護排片互相交疊，可以大大減少漏煤損失。根據q4的推薦值取8-12取8

3）100t/h鍋爐燃燒所需實際空氣量計算

V■=aV■■=1.6×6.83=10.928?詄/kg

V■=V■B■=10.928×11454=125169.3?詄/h≈125170?詄/h

?茁=1.1(鼓風機選型富裕系數）

C■■=1.073（冷空氣溫度為20℃，修正值為1）

C■=1.0（北京地區海拔為20-60m，大氣壓力修正很小，可以忽略不計）

V■■=1.1×125170×1.073×1.0=137738.1?詄/h≈138000?詄/h

4)鼓風系統阻力

鍋爐本體阻力：△H1= 2250 Pa（鍋爐廠提供具體數據）

鍋爐冷熱風道阻力：△H2=375.5 Pa （詳見煙風道計算書）

?茁=1.2（鼓風機選型富裕系數）

C■■=1.0（冷空氣溫度為20℃，修正值為1）

Cp=1.0(北京地區海拔為20-60m，大氣壓力修正很小，可以忽略不計）

△H=1.2×(2250+375.5)×1.0×1.0=3150.6Pa

5)鼓風選型參數

型號：G5-56-11 No16.5D

風量：142628m3/h風壓：3369Pa

電功率200kW V=10kv，內饋電機

2.2.2引風機選型

1）理論煙氣量

V■■=V■+V■■+V■■

=0.01866(C■+0.375S■)+(0.111H■+0.0124W■+0.016V■■)+(0.79V■■+0.008N■

=0.01866×(65.45+0.375×0.48)+(0.111×5.29+0.0124×8.1+0.0161×6.83)+(0.79×6.83+0.008×1.16)

=1.225+0.798+5.4

=7.423?詄/kg≈7.43?詄/kg

2）100t/h鍋爐燃燒實際煙氣量

V■=V■■+1.0161(a-1)V■■

=7.43+1.0161×(1.9-1)×6.83

=13.676?詄/kg≈13.68?詄/kg

說明：

鍋爐廠家提供一級對流管束出口過量空氣系數a■■=1.6

尾部受熱面漏風系數△a=0.05

脫硝漏風系數△a=0.1

除塵器漏風系數△a=0.1

鍋爐出口至引風機入口全部煙道漏風系數△a=0.05

Vly=BjVy=11454×13.68=156690.72m3/h≈157000m3/h

?茁=1.1(引風機選型富裕系數）

C■■=1.55(煙氣溫度為15℃，修正值為1.55）

Cp=1.0(北京地區海拔為20-60m，大氣壓力修正很小，可以忽略不計）

V■■=1.1×157000×1.55×1.0=267685m3/h≈h

3)引風機系統阻力

鍋爐本體煙氣阻力：△H1=1555 Pa（沈陽軍區鍋爐廠提供含降塵室）

脫硝塔煙氣阻力：△H2=900Pa（脫硝廠家提供）

除塵器煙氣阻力：△H3=1200 Pa（除塵器廠家提供）

脫硫塔煙氣阻力：△H4=1210 Pa（脫硫塔廠家提供）

煙道阻力： △H5=892.8 Pa（詳見煙風管道計算書）

?茁=1.2(.2(引風.裕系數）

C■■=0.895（.895為150℃，修正值為0.895）

Cp=1.0(.0(北京地區 為20-60m.Om，大氣壓很小，可以忽略不計以△H=1.2×(5757.8-Sy)×0.895×1.0=3150.6Pa

揚程儲備系數β=1.2

鍋爐煙氣總阻力：△H=6573Pa

4)引風選型參數

型號：Y5-56-12No23.5D

風量：267366 m3/h，揚程：6573 Pa

電功率:710kW V=10kv，內饋電機

3.煙囪直徑的計算

3.1煙囪出口直徑（上口內徑）按下式計算

d■=■

式中d1——煙囪出口內徑，米

Bj——每臺鍋爐計算燃料消耗量，Bj=68664 kg/h

n——利用同一煙囪的鍋爐臺數，n=6

Vy——煙囪出口計入漏風系數的煙氣量，Vy=12.98m3/kg

tc——煙囪出口處煙氣溫度，tc=55℃

wc——煙囪出口處煙氣流速，wc =18.7m/s

計算后得d1=4.5m

4.煙氣凈化設備

1)除塵器

根據北京市“鍋爐大氣污染物排放標準”、鍋爐在額定蒸發量下的出口煙塵濃度和除塵器相對負荷的適應性等因素，經技術經濟比較，采用高效、低阻、低鋼耗的布袋式除塵器。煙氣排放標準為塵≤10mg/m3

2)脫硝設備

采用SNCR/SCR混合法煙氣脫硝技術。它是把SNCR工藝的低費用特點同SCR工藝的高脫硝率進行有效結合的一種揚長避短的混合工藝。煙氣排放標準為Nox ≤150 mg/m3。

3)脫硫設備

采用石灰石-石膏法煙氣脫硫技術。

該技術以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔內對煙氣進行噴淋洗滌，使煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣，同時向吸收塔的漿液中鼓入空氣，強制使亞硫酸鈣轉化為硫酸鈣，脫硫劑的副產品為石膏。該系統工藝包括煙氣換熱系統、吸收塔脫硫系統、脫硫劑漿液制備系統、石膏脫水和廢水處理系統。該法脫硫效率高可達95%，工作可靠性高，但存在易結垢的缺點。石灰石-石膏法煙氣脫硫技術是目前應用最廣泛的一種脫硫技術。煙氣排放標準為SO2 ≤20mg/m3。

5.水系統設備選擇計算

5.1鍋爐房循環水泵選擇計算：

鍋爐房設計供/回水溫度為：130℃/70℃、溫差60℃

單爐（100t/h）循環水量：Gd=1000 t/h

鍋爐房總水流量：G=6000 t/h

循環水泵揚程確定：

鍋爐本體水阻力： △H1= 11.4 mH2O

鍋爐房水阻力： △H2= 8.0mH2O

熱力網（一次）水阻力：△H3= 51.06 mH2O

換熱站（一次）水阻力：△H4= 15.0 mH2O

鍋爐房水系統總阻力：△H=85.46 mH2O

本鍋爐房安裝6臺100t/h鍋爐，鍋爐房總循環流量6000t/h。考慮鍋爐運行臺數與水泵的關系，本循環水泵設計考慮3用一備，即2臺鍋爐對應1臺循環水泵，方便運行調節及節能運行。考慮水泵并聯運行水泵流量減少等因素，選泵時適量增大。

水循環系統參數：

流量：6000 t/h，揚程：85.46 mH2O

5.2鍋爐房供回水總管計算

鍋爐房最大循環水量為6000t/h，供回水總管Dn900，管道比摩阻R=72.5 Pa/m，管內流速w=2.86 m/s。

5.3系統定壓

根據熱水鍋爐監察規程，系統定壓點壓力為鍋爐供水溫度加20℃對應的飽和壓力，本設計定壓點為P=0.47 MPa，補水泵變頻定壓。考慮本鍋爐房水系統容量很大，鍋爐啟動升溫，系統膨脹升壓，本設計在鍋爐房循環水泵入口處總管上同時設2個超壓泄放安全閥，以解決鍋爐房水系統啟動升溫膨脹升壓問題。兩個安全閥起跳壓力分別為P=0.55 MPa， P=0.60 MPa。

系統補水量為系統循環流量的1％

Gb= 63t/h

事故補水量

Gsg=252t/h

考慮設3臺正常補水泵兩用一備，事故補水泵1臺。

5.4水處理設備選擇

本熱源廠一次管線較長，系統水容量非常大，當管網意外失水，難以保證系統補入軟化水的要求，本設計在計算水處理的基礎適當增加水處理量。

鍋爐房化學水處理設備的出力應能滿足用戶最大用量的要求，按下式計算：

D=K(D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7)

D——水處理設備出力，t/h

D1——鍋爐內部損失，t/h（取鍋爐蒸發量的5%）

D2——鍋爐房自用蒸汽凝結水損失，t/h

D3——鍋爐連續排污損失，t/h（取鍋爐蒸發量的5%）

D4——室外蒸汽管道和凝結水管道的漏損，t/h

D5——供暖熱水系統的補給水量，t/h（取循環水量的1%）

D6——水處理系統的化學自用水量，t/h

D7——其他用途的化學水消耗量，t/h

K——富裕系數，取K=1.1~1.2

經計算得近期D=82t/h.

選擇ZDH系列全自動軟水器100 t/h兩臺，一用一備。

軟化水箱的有效容積按1.5h正常補水量考慮。

V= 1.5 x 63 =94.5 m3

選用公稱容積90 m3水箱1個。

5.5除氧器選擇

除氧器2臺 50t/h事故補水時可不除氧。

選用真空、電化學、化學反應三位一體全自動除氧設備兩套（50t/h）。

6.結語

城市集中供熱工程，是節約能源、改善環境、減少污染的必要措施，是體現環境效益、節能效益、社會效益，造福人民的巨大工程。隨著集中供熱工程的實施，巨大的綜合社會效益將會慢慢顯現。正確的設計計算、選型對后繼的設計工作有著深遠的意義。

參考文獻：

鍋爐房設計規范（GB50041-2008）

鍋爐大氣污染物排放標準（DB11-2007）

《工業鍋爐房設計手冊》（第二版） 中國建筑工業出版社