全自动燃气热水锅炉的设计.doc
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1、全自动燃气热水锅炉的设计 目录摘要- 1 -第1章 绪论- 2 -第2章 锅炉方案设计及结构简介- 3 -2.1 方案论证- 3 -2.2 设计锅炉结构及特性- 4 -2.2.1 锅炉各部分结构特点如下:- 4 -2.2.2 锅炉特性:- 5 -第3章 热力计算及烟风阻力计算- 7 -3.1 热力计算- 7 -3.1.1 锅炉规范- 7 -3.1.2 燃料特性- 7 -3.1.3 烟道中各处过量空气系数及各受热面漏风系数- 7 -3.1.4 理论空气量和烟气理论容积计算- 8 -3.1.5 各受热面烟道中烟气特性- 8 -3.1.6 烟气焓温表(标态下)- 8 -3.1.7 锅炉热平衡及燃料消
2、耗量计算- 9 -3.1.8 锅炉结构特性图- 10 -3.1.9 炉膛结构特性计算- 11 -3.1.10 炉膛热力计算- 15 -3.1.11 螺纹烟管结构特性计算- 16 -3.1.12 螺纹烟管热力计算- 17 -3.1.13 热力计算汇总表- 18 -3.2 烟风阻力计算- 19 -3.2.1 烟气侧阻力计算- 19 -3.2.2 鼓风机选择- 21 -第4章 强度计算- 22 -4.1主锅壳强度计算- 22 -4.2 手孔强度计算- 23 -4.3 燃烧器孔强度计算- 24 -4.4 炉胆强度计算- 25 -4.5 筒壳管板强度的设计- 25 -第5章 自动控制、水循环、供气系统-
3、 26 -5.1自动控制系统的功能及特点- 26 -5.2 水循环系统的功能及特点- 28 -5.3 燃气供应系统的功能及特点- 29 -第6章 仪器仪表的配置- 30 -6.1 压力表- 30 -6.1.1 普通压力表- 30 -6.1.2 电接点压力表- 31 -6.2 温度计- 31 -6.2.1 双金属温度计- 31 -6.2.2 电接点温度计- 31 -6.3 阀门- 31 -6.3.1 安全阀- 31 -6.3.2 截止阀- 31 -6.3.3 闸阀- 32 -6.3.4 止回阀- 32 -6.3.5 高温排污阀- 32 -总结- 32 -参考文献- 33 - 33 -论文题目LH
4、S0.53-1.0/60/45-Y(Q)全自动热水锅炉的设计摘要 锅炉是利用燃料燃烧释放的热能或利用其它释放的热节能将水变成蒸汽,或过热蒸汽,或将水加热到一定温度的热水,或将有机热载体加热到一定温度而输出的热能设备。作为一种能源装换设备,在工业生产中得到了广泛的应用。本次毕业设计的题目是LHS0.53-1.0/60/45-Y(Q)全自动燃气热水锅炉的设计,属于立式火管室燃型、强制通风锅炉。设计本着锅炉运行的安全性和可靠性为首要设计特性的准则。综合考虑燃烧,传热,烟气和空气,工质的动力特性以及磨损和腐蚀。在锅炉设计的过程中,主要考虑的因素是保证炉内着火,炉膛内有足够的辐射热量。燃气的充分燃烧程度
5、和烟气流速以及排烟温度。其中涉及到的燃气是天然气,气源为山西煤层气,均为站内自供。 整个设计过程中进行了锅炉的结构特性分析、热力计算、强度计算、烟风阻力计算等。系统性的将锅炉涉及的非本体机械部件进行选择分析,考虑到各个锅炉系统,包括燃气系统、自动控制系统、水循环系统。并利用CAD完成锅炉总图的绘制。第1章 绪论锅炉是利用燃料燃烧释放的热能或利用其它释放的热节能将水变成蒸汽,或过热蒸汽,或将水加热到一定温度的热水,或将有机热载体加热到一定温度而输出的热能设备。我国的锅炉中生活及生产用工业炉占有极大比例,主要以燃煤锅炉为主,而且用的大部分都是原煤,并且许多都没有加装除尘除硫装置,这些使用原煤燃烧的
6、燃煤锅炉在燃烧过程中会产生大量的烟尘废气。而且我国的燃煤锅炉的普遍热效率较低,在实际运行过程中也经常达不到设计的热效率。现在不少地区已经开始重视锅炉的环保问题,很多城市已经禁止了燃煤锅炉的新装。我们通常用锅炉热效率、成本及可靠性来反映锅炉的技术经济指标。热效率高、成本低、可靠性好是优质锅炉必须具备的条件。燃气锅炉不但使用效果好,而且彻底解决了燃煤锅炉的高污染问题,是燃煤锅炉的理想替代产品。燃油锅炉的热效率虽然也较高,但其排烟对大气的污染也远大于燃气锅炉,而且燃油锅炉同样存在着油料运输和储存的相关问题,使其失去了长远发展的优势。 综上所述,燃气锅炉必将以绝对优势替换现有的燃煤锅炉。但丛国内外燃气
7、锅炉的具体使用情况来看,还存在一定的问题,必须引起我们高度重视。其中最重要的就是燃气锅炉的防爆问题。燃气是一种易燃、易爆气体,它没有颜色,虽然部分气体有一定的气味,却难以凭嗅觉及时发现。如果燃气漏入停运的炉膛或空气中会引起爆炸。所以燃气管路必须严格捡漏,炉膛内要有必要的联锁保护控制系统,锅炉房要有燃气泄漏监测报警装置和通风设备,采用防爆电器。锅炉应有严格的启动顺序控制系统,燃气锅炉在点火之前必须仔细吹扫炉膛和烟道,排除炉内可能积存的可燃气体。锅炉燃烧器必须安装熄火安全保护装置,一但出现熄火现象,二次点火前也必须进行吹扫并按正常点火程序进行。另外,燃气采用管道输送,无备用燃料,一旦发生燃气管道破
8、裂等问题或燃气压力过低,便会造成停炉事故。随着燃气锅炉的广泛应用和技术设备的日益完善,事故隐患正在逐渐降低,各种安全保护手段已能保证燃气锅炉的运行非常可靠。从最近几年锅炉的发展趋势来看,燃气锅炉在我国迅猛发展,显示出极其广阔的发展前景,它将使我们的环境更优美、空气更新鲜、生活更美好,也将节省更多的能源,实现经济的可持续性发展。第2章 锅炉方案设计及结构简介2.1 方案论证从锅炉设计上来说,我们可以采用局部设计方案,也可以采用整体设计方案。但是,从本次设计的任务来讲,不适合采用局部的设计方法。整体设计是为了保证锅炉出力和参数的条件下,将锅炉设计需要考虑的问题全面的展现出来,并尽量的使用现有的设备
9、,对锅炉进行整体的较完整的设计。由于利用了一些原有的设备,整体设计可以节约一定的成本,而且能够满足锅炉的额定出力,满足锅炉的负荷要求。降低了设计上的工作强度,使之便捷有效。本次设计主要有以下几个方面: 1)设计了锅炉本体; 2)燃烧器的选择; 3)水循环系统的设置; 4)电气自动控制系统的装置; 5)相关辅助设备,包括仪器、仪表和阀门。本方案设计上的优点就是设计范围广,能全面反映设计要点,而且结构简单,工程的工期短,工作量少。有效满足小型工业热水锅炉的运行需要。本次设计的锅炉课题为LHS 0.53-1.0/60/45-Y(Q)型,该锅炉属于承压小型工业热水锅炉,全自动控制锅炉的燃烧过程。本实用
10、新型小型立式火管锅炉弃用横水管,减少堵管和爆管的现象,采用火管结构,使产品紧凑、炉水升温快、制造成本低、燃料适应性强、使用寿命长。该立式火管燃气热水锅炉采用镜面不锈钢外包,内藏隐蔽式控制电缆线布置,燃烧系统定置下喷,偏心布置的套管式炉膛与强化传热的螺纹烟管结构,减少管端应力,有效防止管板开裂,超厚螺纹烟管自动焊对接,氩弧焊打底T型焊接方式,精心选配一流附件,确保锅炉安全高效运行。配置进口品牌燃烧器,自动化程度高,按照控制器指令自动吹扫,电子自动点火,自动燃烧,风气自动比例调节,性能安全稳定,燃烧效果好。并有熄火保护装置,保证安全运行。电脑式热水锅炉控制器,所有的功能被神奇地存储在一张智能芯片上
11、,锅炉一键开机,全自动定时、定温运行,用户可以设定启、停炉时间,设置完成后,不需专人值守,省事、省力。烟室排出的烟气温度低,减少热损失,节省燃料。大字体显示水温,方便掌握锅炉及系统的运行状况。立式布置,减少锅炉的占地面积,天然气为燃料满足锅炉的环保及提高自动化控制能力。该系列燃气锅炉本体为顶喷式结构,燃烧室设立在锅炉直立的炉胆内,具有较大的燃烧空间和辐射受热面,烟管采用螺纹技术,以达到在结构紧凑的前提下,最大限度的强化传热,降低排烟温度,提高热效率。为满足汽水空间检修清理的需要,锅炉设有一定数量的手孔。它的控制系统主要有以下几个功能:1,根据温度传感器设定的温度范围,自动启、停锅炉;2、超温停
12、炉并报警的安全保护;3、超压停炉并报警的安全保护;4、安全水位报警并停炉;5、燃烧装置的风机、燃气调节阀、点火控制程序及熄火保护等完备的燃烧控制与保护。2.2 设计锅炉结构及特性锅炉本体大致可分为:外包、保温层、螺纹烟管、炉胆、底座等,其中炉胆和螺纹烟管都是受热面,烟气的热能通过这些受热面传递给介质。锅炉一侧排列着螺纹烟管,另一侧则是炉胆,处于相对空间半包围式结构。围绕在它们周围的锅炉腔内是水和空气,在工作时具有很高的压力,所以锅炉主体部件还要具有一定的承压能力,此外锅炉还需要良好的传热性能,达到锅炉的正常热效率运行。燃烧设备:进口燃烧器、风机、燃烧室等。在锅炉的发展过程中,燃料种类对炉膛和燃
13、烧设备有很大的影响。因此,不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点,而且还要提高燃烧效率以节约能源。此外,炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物(硫氧化物和氮氧化物) 。2.2.1 锅炉各部分结构特点如下:本锅炉是按燃烧天然气设计的,但也适用于其他城市燃气等气体燃料。锅炉构造仅考虑承受锅炉本体的载荷在六级地震情况下安全运行。因此当属于锅炉以外的烟、风、汽水管道要支撑在锅炉构架上时,必须按负荷的大小及负荷着力点的位置校核构架强度,必要时另行加固。设计后的锅炉为立式火管室燃强制循环的热水锅炉燃气从锅炉顶部经过滤器、调节装置、鼓风机、燃烧器进入锅炉燃烧室进行燃烧放热。燃烧产生的
14、烟气,通过强制通风,从燃烧室底部进入螺纹烟管内,最后进入烟囱,排向大气。水循环的路线:工作水通过循环泵将回水打入锅炉回水口,水从下锅筒进入锅炉腔体,沿着炉胆外壁,螺纹烟管向上冲刷。遇上上管板后汇入热水管出口,进入水浴汽化器,实现热传递。之后通过循环泵回到锅炉继续加热,完成锅炉本体的水循环。锅炉各部分特点如下: 1、炉胆及炉内设备:炉胆是隔离工作介质和燃烧室的容器,其内部为火焰燃烧区域,产生的热辐射通过炉胆传递到外侧的工作介质中,所以,炉胆的传热性和强度是很关键的。本次设计为内径500mm,壁厚10mm,炉胆高2170mm。炉胆采用波纹形,减少热膨胀应力,增加辐射受热面。采用偏心结构,偏心距16
15、0mm。采用螺纹烟管的结构,在偏心炉胆的另一侧均匀扇形分布41根直径为33mm,螺纹深度(e)2.5mm,螺距(s)14mm,经换热与流阻优化后,一根螺纹烟管的传热量相当于1.7-1.8根尺寸相同的普通烟管。这不仅使烟管数量明显减少,而且也可缩小锅壳的直径,因而,受压元件钢耗明显减少,节约了钢材,降低了成本。在换热设备上的应用,钢管或不锈钢管通过机床滚压一次成型,螺旋管表面结垢均呈螺旋状,设备运转行中温度的变化使管子发生膨胀和收缩,故能使垢层自行脱落;而光管垢层为圆柱体,无任何自脱力。现已被广泛应于电站凝汽器和锅炉辅机换热系统中,是替代光管和铜管的理想选择。2、锅炉本体a、锅炉体:采用承压钢板
16、,因其设计压力1.0Mpa,内部工作介质压力是相当高的,所以必须符合压力容器设计规范。钢板厚8mm,高度1980mm,边缘距上下管板均为8mm,内直径1000mm。b、进水口:锅炉体左侧距炉胆下管板208mm处设有进水管口,并在内部焊有一周挡水板,使高压进水不至于直接冲撞到炉胆上,减少了炉胆的局部冲击力。c、出水口:置于锅炉的顶部,垂直进水孔的25,工作介质经过最后一道烟管换热之后从上部进入管道。d、水位传感器孔:临近15方向设有水位传感器预留孔,法兰直径120mm。e、手孔装置:下部设有手孔/头孔三个,依次设在正面,侧面和北面。三个椭圆孔尺寸为88*102mm。f、排污管:背侧底部为排污管,
17、氩弧焊打底焊接装有PN1.6 DN32法兰的弯头管,长度分别为110mm、190mm。g、锅耳:顶部内锅体上有两个Q245R GB713锅耳,主要用于锅炉的吊装等悬挂部分。h、安全阀口:顶部安全阀留孔,直径35mm,用于安全阀法兰连接。i、烟囱:排污管正上方锅炉顶边,250mm烟囱结构,外部需符合保温隔热要求。j、保温层:锅炉为达到保温隔热效果,需在体表外包内填充岩棉,防火保温效果良好。保温空间70mm。k、外包:选用镜面不锈钢材料制成,美观易清洗,塑造立式锅炉的外观效果。l、底座:锅炉底座采用自支撑式,两条槽钢对称布置于锅炉底部,相聚600mm。2.2.2 锅炉特性:1.锅炉范围:见锅炉参数
18、表2-1表2-1 锅炉参数型号额定功率额定压力热水温度回水温度LHS 0.53-1.0/60/45-Y(Q)0.53MW1.0Mpa60452.燃料特性:见燃料成分表2-2表2-2 燃料成分甲烷乙烷丙烷丁烷其他氢气二氧化碳硫化氢氮气符号CH4C2H6C3H8C4H10CmHnH2CO2H2SN2数值97.420.940.160.030.060.080.520.030.763.主要经济技术指标:见主要经济技术指标见表2-3表2-3 主要经济技术指标锅炉效率(%)排烟温度py()燃料耗B(l/s)给水温度tgs()回水温度tgs()88.862100.5060454.锅炉基本尺寸:锅炉基本尺寸见表
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