鍋爐及鍋爐房設(shè)備課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

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簡(jiǎn)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(shí)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(jì)算

一、設(shè)計(jì)題目：某游泳池油鍋爐房設(shè)計(jì)

二、設(shè)計(jì)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(jiàn)附圖，地面相對(duì)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(shí)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(shí)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(jì)算溫度-1℃冬季通風(fēng)室外計(jì)算溫度4℃冬季地面水計(jì)算溫度5℃主導(dǎo)風(fēng)向偏北風(fēng)

    3、用熱項(xiàng)目

空 調(diào)輔助用房空調(diào)（見(jiàn)附圖，使用地點(diǎn)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(jiàn)附圖，使用地點(diǎn)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(jì)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(jì)供回水溫度為50℃/40℃。淋 浴 熱 水 系 統(tǒng)淋浴室共設(shè)50個(gè)冷熱水混合淋浴器，使用地點(diǎn)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(shí)水溫保持在25℃以上；

四、熱負(fù)荷計(jì)算及鍋爐選型

    1、熱負(fù)荷計(jì)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(lái)概算：

    Q=A₀q

    Q——建筑物供暖設(shè)計(jì)耗熱量，W

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

    ① 游泳池大廳：

    q值查《供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jì)手冊(cè)》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(diǎn)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(shí)， 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(jì)手冊(cè)》P254 可得到如下計(jì)算公式：

    工業(yè)企業(yè)生活間、公共浴室等設(shè)計(jì)用水量計(jì)算：

    

    式中 Q_r——設(shè)計(jì)用水量，

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

    n₀——同類型衛(wèi)生器數(shù)，

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

    耗熱量計(jì)算公式：

    Q = Q_r c ( t_r - t_l )

    式中 Q——設(shè)計(jì)小時(shí)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(jì)用水量，

    本系統(tǒng)計(jì)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(jì)手冊(cè)》第二冊(cè) 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(jì)手冊(cè)》第4章中熱水循環(huán)管網(wǎng)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。

    為了簡(jiǎn)化計(jì)算可采用以下估算方法:

    W₁+ W₂+ W₃+ W₄=1.15 W₁

    ⑤補(bǔ)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(bǔ)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(jì)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(shí)=141.4×10⁴ kcal/h

    2、鍋爐型號(hào)及臺(tái)數(shù)選擇

    根據(jù)最大計(jì)算熱負(fù)荷141.4×10⁴ kcal/h，本設(shè)計(jì)選用2臺(tái)鍋爐，型號(hào)為CWNS 0.92/0.81-95/70 。

    該型號(hào)鍋爐基本參數(shù)如下表

鍋爐型號(hào)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(jī)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(jī)體重量 t2.6/2.4燃燒系統(tǒng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制燃燒系統(tǒng)壓力霧化、微正壓燃燒點(diǎn)火系統(tǒng)高壓點(diǎn)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(zhǎng)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(jì)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(jìn)行軟化處理。本設(shè)計(jì)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(jìn)行軟化。

    1、鍋爐給水量的計(jì)算及給水泵的選擇

    （1）給水量的計(jì)算

    查《鍋爐習(xí)題實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)》，計(jì)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(jì)根據(jù)水質(zhì)計(jì)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(tái)給水泵，其中一臺(tái)備用。采暖季三臺(tái)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(hào) DFW40-200/2/4

    流量 6.3 m³/h

    揚(yáng)程 50 m

    效率 33%

    電機(jī)功率 4 KW

    轉(zhuǎn)速 2900 r/min

    進(jìn)水管DN40，出水管DN40

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

    2、軟化水量的計(jì)算

    鍋爐房采暖季的最大給水量即為本鍋爐房所需補(bǔ)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(jì)算（下表）

序號(hào)名 稱符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù) 值1軟化水量G_rst/h先前計(jì)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(shí)際交換器截面積F㎡選用ø1000交換器2臺(tái)0.7855交換劑層高度hm交換器產(chǎn)品規(guī)格26運(yùn)行時(shí)實(shí)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(yùn)行延續(xù)工作時(shí)間Th31.911小反洗時(shí)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(shí)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(shí)間min60/F=60×3027/0.785×1.813923逆流沖洗時(shí)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(shí)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(shí)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(guò)程所需總時(shí)間min+++++=10+4+139+75+8+1024632再生需用自來(lái)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(jì)算

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

    4.75 m³

    2）、稀鹽液池體積計(jì)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(jì)算，稀鹽液池體積為4 m³。本設(shè)計(jì)擬用混凝土砌筑一個(gè)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(guò)量的部分稀鹽液流回稀鹽液池進(jìn)行擾動(dòng)，使之濃度均勻。

    鹽液泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(tái)：

    流量6t/h，揚(yáng)程196KPa；電動(dòng)功率1.7KW，轉(zhuǎn)速2900r/min，進(jìn)口管徑Dg40，出口管徑Dg40

    6、原水加壓泵的選擇

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

六、換熱設(shè)備計(jì)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(jì)算選型

    本系統(tǒng)選用特富容積式換熱器RV-03，設(shè)計(jì)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(shí)間，查自《建筑給水排水設(shè)計(jì)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(gè)單罐容積為Vi=5000（L）的罐，實(shí)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(jì)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(shí)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(gè) 單罐傳熱面積為16.4 m²

    2、板式換熱器計(jì)算選型

    板式換熱器利用清華3E暖通論壇的在線計(jì)算工具進(jìn)行計(jì)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(hào)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(jì)算傳熱系數(shù)(w／m2℃)：2926.3184實(shí)際傳熱面積(m2):0.3500換熱片總片數(shù)(片)：3實(shí)際換熱量(kw) ：0.0000一次水實(shí)際出口水溫:70二次水實(shí)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(hào)`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(jì)算傳熱系數(shù)(w／m2℃)：3307.0387實(shí)際傳熱面積(m2):2.5000換熱片總片數(shù)(片)：7實(shí)際換熱量(kw) ：0.0000一次水實(shí)際出口水溫:70二次水實(shí)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(hào)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(jì)算傳熱系數(shù)(w／m2℃)：3854.6688實(shí)際傳熱面積(m2):0.9540換熱片總片數(shù)(片)：5實(shí)際換熱量(kw) ：0.0000一次水實(shí)際出口水溫:70二次水實(shí)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(jì)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(zhǎng)：l = 200M

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

    泵型號(hào)：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(jí)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(zhǎng)：l=350M

    ∴泵的揚(yáng)程為：rl=73.1×350×1.2=30702 Pa=30.7m

    泵型號(hào)：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(jí)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(jì)算

    根據(jù)宗大鍋爐排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工中：鍋爐排氣量為每燃燒1萬(wàn)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(shí)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(jìn)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(guò)煙道向上伸出屋頂（相對(duì)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(jiàn)設(shè)計(jì)施工圖紙。

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

    本鍋爐房布置有兩臺(tái)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?jī)?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(jìn)行鍋爐房水系統(tǒng)布置時(shí)，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?jī)?nèi)的部分。具體詳見(jiàn)設(shè)計(jì)施工圖紙。