锅炉及锅炉房设备课程设计计算书

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简介： 该锅炉房位于杭州市下沙镇高教大学园区某游泳池地下室，为新建锅炉房，以满足游泳池冬季空调、地板辐射采暖、平时游泳池循环水和淋浴热水系统用热。
关键字：锅炉 锅炉房 游泳池 热负荷计算

一、设计题目：某游泳池油锅炉房设计

二、设计概况：

    该锅炉房位于杭州市下沙镇高教大学园区某游泳池地下室（见附图，地面相对标高为-4.0m），为新建锅炉房，以满足游泳池冬季空调、地板辐射采暖、平时游泳池循环水和淋浴热水系统用热。

三、原始资料：

    1、水质资料

总硬度H₀永久硬度H_FT暂时硬度H_T总碱度A₀溶解氧PH4.5me/L2.1 me/L2.4 me/L2.5 me/L5mg/L8.0

    2、气象资料

冬季采暖室外计算温度-1℃冬季通风室外计算温度4℃冬季地面水计算温度5℃主导风向偏北风

    3、用热项目

空 调辅助用房空调（见附图，使用地点在E、L轴和1、2轴之间的一层部分，324 M²）和游泳池部分空调（见附图，使用地点在A、L轴和2、8轴之间一层部分，即游泳池大厅，2160M²）。空调热水设计供水温度为60℃/50℃。地 板 辐 射 采 暖沿游泳池周边铺设埋地采暖管（一层地面下10CM），采暖面积为650M²。设计供回水温度为50℃/40℃。淋 浴 热 水 系 统淋浴室共设50个冷热水混合淋浴器，使用地点在一层的男女淋浴室（即1、2轴和F、K之间的一层部分）。要求热水管出水温度为60℃。游 泳 池 循 环 水 加 热游泳池为比赛用池，体积为50×21×1.5M³，使用时水温保持在25℃以上；

四、热负荷计算及锅炉选型

    1、热负荷计算

    （1）空调用热负荷

    民用及工业、企业辅助用建筑的房屋供暖耗热可用建筑平面热指标q来概算：

    Q=A₀q

    Q——建筑物供暖设计耗热量，W

    A₀——建筑面积，m² （出自《供暖通风设计手册》P260）

    ① 游泳池大厅：

    q值查《供暖通风设计手册》P261表6-29得q = 150W/ m²

     A₀=2160 m²

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

    ② 辅助用房：

    q值查《供暖通风设计手册》P261表6-29得q=80W/ m²

     A₀=324m²

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

    （2）地板辐射采暖

    属于局部地点辐射，采暖面积为650 m² 。

    查《采暖通风与空气调节规范》P63表3.4.13 人体所需的辐射照度与周围空气温度的关系表，当周围空气温度为16℃时， 所需的辐射照度为81W/m²

    ∴ 地板辐射采暖的热负荷Q=650×81=52650W=45279 kcal/h

    （3）淋浴热水系统

    查《现代建筑设备工程设计手册》P254 可得到如下计算公式：

    工业企业生活间、公共浴室等设计用水量计算：

    

    式中 Q_r——设计用水量，

    q_h——卫生器热水小时用水定额（L/h）(查《现代建筑设备工程设计手册》表6.2-2)

    n₀——同类型卫生器数，

    b——卫生器同时使用百分数，公共浴室取100%

    耗热量计算公式：

    Q = Q_r c ( t_r - t_l )

    式中 Q——设计小时耗热量，W或kcal/h

    c——水的比热容，

    t_r——热水温度，℃

    t_l——冷水温度，℃

    Q_r——设计用水量，

    本系统计算中：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）游泳池循环水加热

    查《给排水设计手册》第二册 室内给水排水P293

    ①水面蒸发热损失：

    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水面传导热损失:

    W₂=α F(t_s-t_q) kcal/h

    =8×50×21×(27-26)=8400 kcal/h

    ③池壁和池底传导热损失

    W₃= （kcal/h）

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

    ④管道设备传导热损失

    管道和设备的传导热损失W₄可参照《现代建筑设备工程设计手册》第4章中热水循环管网计算方法进行计算。

    为了简化计算可采用以下估算方法:

    W₁+ W₂+ W₃+ W₄=1.15 W₁

    ⑤补给水加热耗热量

    查《建筑给水排水工程》P209表12-5

    游泳池每天补充水量是池水容积的5%

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

    ⑥设计耗热量

    W= W₁+ W₂+ W₃+ W₄+ W₅

     = 1.15 W₁+ W₅

     =241336 kcal/h

    ∴ 总的热负荷为：

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

    2、锅炉型号及台数选择

    根据最大计算热负荷141.4×10⁴ kcal/h，本设计选用2台锅炉，型号为CWNS 0.92/0.81-95/70 。

    该型号锅炉基本参数如下表

锅炉型号CWNS 0.92/0.81-95/70炉体发热量10kcal/h80/70供暖散热片 ℃95/70风机盘管 ℃65/50卫生热水 ℃65工作压力MPa0传热面积 m²40/35水容量 L1500/1400机体重量 t2.6/2.4燃烧系统控制系统自动控制燃烧系统压力雾化、微正压燃烧点火系统高压点火燃烧检查系统感光电眼电功率 Kw1.4电源 V220/380燃料消耗重油 kg/h88.7/77.6柴油kg/h84.3/73.8天然气Nm³/h100.6/88城市煤气Nm³/h215/188.2辅助系统油管口径 DN15冷热水出入口径 DN100烟气出口 φ350排污口 DN80减压水箱 mm
长x宽x高1000×720×850日用油箱 mmφ860×1200

    CWNS 0.92/0.81-95/70型锅炉外形尺寸表(外型图如下)

ABCDEHIJKMNOV2020126814355109504801807502001001701080600

五、水处理设备计算选型

    根据原水水质指标，其硬度不符合锅炉给水要求，需进行软化处理。本设计拟采用钠离子交换软化给水。采用低速逆流再生钠离子交换器进行软化。

    1、锅炉给水量的计算及给水泵的选择

    （1）给水量的计算

    查《锅炉习题实验及课程设计》，计算公式为G=KD^max（1+P_pw）t/h ；

    式中 K——给水管网漏损系数，取1.03；

    D^max ——锅炉房蒸发量，t/h；

    P_pw——锅炉排污率，本设计根据水质计算，取10%。

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

    （2）给水泵的选择

    本锅炉房拟选用四台给水泵，其中一台备用。采暖季三台启用，其总流量应大于1.1×13.22 t/h，现选用上海东方泵业制造有限公司的普通卧式离心泵，参数如下：

    型号 DFW40-200/2/4

    流量 6.3 m³/h

    扬程 50 m

    效率 33%

    电机功率 4 KW

    转速 2900 r/min

    进水管DN40，出水管DN40

    (泵外型尺寸见：上海东方泵业制造有限公司出版的《清水单级离心泵系统》P55)

    2、软化水量的计算

    锅炉房采暖季的最大给水量即为本锅炉房所需补充的软化水量：

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

    3、钠离子交换器的选择计算（下表）

序号名 称符号单位计算公式或数据来源数 值1软化水量G_rst/h先前计算13.222软化速度m/h根据原水H₀=4.5me/L183所需交换器截面积F’㎡G_rs/=13.22/180.734实际交换器截面积F㎡选用ø1000交换器2台0.7855交换剂层高度hm交换器产品规格26运行时实际软化速度vm/hG_rs/F=13.22/0.78516.847交换剂体积Vm³hF=2×0.7851.578交换剂工作能力E₀ge/ m³732^#树脂1100~150011009交换器工作容量EgeV E₀=1.57×1100172710运行延续工作时间Th31.911小反洗时间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静置时间min交换剂回落、压脂平整，取用415再生剂纯度%工业用盐，取用9516再生剂单耗qg/ge逆流再生9017再生一次所需再生剂量KgEq/1000=1727×90/(1000×0.95)163.618再生液浓度%取用519再生一次稀盐液体积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再生时间min60/F=60×3027/0.785×1.813923逆流冲洗时间min低速将再生液全部顶出交换器7524逆流冲洗耗水量m³F/60=1.8×0.785×75/601.7725小正洗时间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正洗时间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再生过程所需总时间min+++++=10+4+139+75+8+1024632再生需用自来水耗量m³++=1.18+0.84+1.33.3233再生需用软水耗量+=3.27+1.775.0434再生一次总耗水量m³+=3.32+5.048.36

    4、再生液（盐液）的配制和贮存设备

    1）、浓盐液池体积计算

    本锅炉房钠离子交换器运行周期为29+246/60=33小时，每再生一次需耗盐163.6KG，如按照储存10天的食盐用量计算，则浓盐液（浓度26%）池体积为：

    4.75 m³

    2）、稀盐液池体积计算

    再生一次所需的稀盐液（浓度5%）的体积为3.27 m³，若按有效容积系数0.8计算，稀盐液池体积为4 m³。本设计拟用混凝土砌筑一个尺寸为3000×2000×1500盐池，浓、稀盐池各为一半。

    5、盐液泵的选择

    盐液泵的作用：其一是将浓盐液提升至稀盐液池；其二是输送稀盐液至离子交换器，过量的部分稀盐液流回稀盐液池进行扰动，使之浓度均匀。

    盐液泵运转时间短，不需设置备用泵。为防盐液腐蚀，选用102型塑料离心泵一台：

    流量6t/h，扬程196KPa；电动功率1.7KW，转速2900r/min，进口管径Dg40，出口管径Dg40

    6、原水加压泵的选择

    有时自来水水压偏低，为了确保再生时所需的反洗水压和软化过程所需克服交换器阻力的水压，特设原水加压泵1台：型号IS65-40-250，流量12 m³/h，扬程196KPa，电机Y100L1-4，功率2.2KW，转速1450r/min，进口管径Dg40，出口管径Dg40。

六、换热设备计算选型

    本系统应采用板式换热器将锅炉出水温度交换到空调供暖、地板辐射采暖和游泳池循环水热所要求的出水温度；应采用容积式换热器将锅炉出水温度交换到淋浴热水系统所要求出水温度。

    1、淋浴热水容积式换热器计算选型

    本系统选用特富容积式换热器RV-03，设计选型：

    Q_h=960KW t_c=5℃ t_r=60℃

    贮水容积Ve

    Ve=

    =0.5×960×1000/1.163（60-5）=7504(L)

    式中S=0.5h为贮热时间，查自《建筑给水排水设计规范》GB15-88选取

    （2）总容积

    V=1.15Ve

    =1.15×7504=8630 L

    （3）初选2个单罐容积为Vi=5000（L）的罐，实际贮水容积

    Ve’=4930×2=9860>V

    式中：4930为总容积V=5000L罐的贮水容积

    （4）计算传热面积

    ① 总传热面积F

    

    =

    =32.5m²

     ② 单罐传热面积Fi

    Fi=F/2=32.5/2=16.2 m²

    ③ 查换热器参数表，-5H中的传热面积B Fi’=16.4 m²

    ④ 实际总换热面积F’为

    F’=2 Fi’=2*16.4=32.8 m²>32.5 m²

    （5）确定选型：RV-03-5H型罐2个 单罐传热面积为16.4 m²

    2、板式换热器计算选型

    板式换热器利用清华3E暖通论坛的在线计算工具进行计算：

    （1）地板辐射采暖用的换热器为：

产品名称板式换热器 生产厂商北京市华都换热设备厂产品型号BR0.35Ⅰ换热器的一次水流量(t／h)：1.8094换热器的二次水流量(t／h)：1.0052一次水流程数：1二次水流程数：1换热器的一次水流速(m／s)：0.3866换热器的二次水流速(m／s)：0.2148换热器的计算传热系数(w／m2℃)：2926.3184实际传热面积(m2):0.3500换热片总片数(片)：3实际换热量(kw) ：0.0000一次水实际出口水温:70二次水实际出口水温：50一次水阻力损失(MPa)：0.0000二次水阻力损失(MPa)：0.0000传热系数迭代次数：2传热量迭代次数：0

    （2）空调供暖用的换热器为：

产品名称板式换热器 生产厂商北京市华都换热设备厂产品型号`BR0.5Ⅰ换热器的一次水流量(t／h)：14.1012换热器的二次水流量(t／h)：6.4097一次水流程数：1二次水流程数：1换热器的一次水流速(m／s)：0.8704换热器的二次水流速(m／s)：0.3957换热器的计算传热系数(w／m2℃)：3307.0387实际传热面积(m2):2.5000换热片总片数(片)：7实际换热量(kw) ：0.0000一次水实际出口水温:70二次水实际出口水温：60一次水阻力损失(MPa)：0.0000二次水阻力损失(MPa)：0.0000传热系数迭代次数：2传热量迭代次数：0

    （4）游泳池循环水用热的换热器：

产品名称板式换热器 生产厂商北京市京海换热设备厂产品型号FBR03换热器的一次水流量(t／h)：9.6526换热器的二次水流量(t／h)：10.9689一次水流程数：1二次水流程数：1换热器的一次水流速(m／s)：0.8674换热器的二次水流速(m／s)：0.4928换热器的计算传热系数(w／m2℃)：3854.6688实际传热面积(m2):0.9540换热片总片数(片)：5实际换热量(kw) ：0.0000一次水实际出口水温:70二次水实际出口水温：27一次水阻力损失(MPa)：0.0000二次水阻力损失(MPa)：0.0000传热系数迭代次数：2传热量迭代次数：0

七、水系统计算

    1、空调热水循环泵

    由上选的板式换热器得流量G = 6.4097 t／h

    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：

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

    空调热水循环的最不利环路长：l = 200M

    ∴泵的扬程为：H = rl = 54.6×200×1.2 = 13104 Pa =13.1 m

    泵型号：DFW50-100/2/1.1

    （其规格参数查：上海东方泵业制造有限公司出版的《清水单级离心泵系统》P56）

    其一次侧流量G = 14.1012 t / h

    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：

    管径为DN80

    2、 暖热水循环泵

    由上选的板式换热器得流量G=1.0052 t／h

    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：

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

    空调热水循环的最不利环路长：l=350M

    ∴泵的扬程为：rl=73.1×350×1.2=30702 Pa=30.7m

    泵型号：DFW40-160-2/2.2

    （其规格参数查：上海东方泵业制造有限公司出版的《清水单级离心泵系统》P55）

    其一次侧流量G=1.8094 t / h

    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：

    管径为DN40

    3、 泳池热水循环

    由上选的板式换热器得流量G=10.9689 t／h

    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：

    管径：DN80 流速：0.6m/s 比摩阻：r=68.6 Pa/m

    其一次侧流量G=9.6526 t / h

    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：

    管径为DN80

八、排烟系统计算

    根据宗大锅炉排气系统设计施工中：锅炉排气量为每燃烧1万大卡的燃料，排出18Nm³气体。

    本系统锅炉使用燃料为：柴油 其燃值为：10200kcal/kg

    ∴每小时排出的气体量为：

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

    根据《锅炉及锅炉房设备》P212

    烟囱出口内径

     m

    w₂=10m/s

    ∴d₂=0.0188=0.234m

    烟囱底部（进口直径）d₁为：

    d₁= d₂+2iH_yz

    =0.234+2×0.03×6.68=0.635 m

    锅炉排风管道的路线为：从锅炉延伸到日用油箱间，经过烟道向上伸出屋顶（相对标高4.0M）排放。

九、锅炉房布置

    本锅炉房是位于一新建游泳池的地下室，朝南偏西，由锅炉间和日用油箱间组成。详见设计施工图纸。

    锅炉间东西向长9米，南北向长18.78米，日用油箱间在南侧。

    本锅炉房布置有两台CWNS 0.92/0.81-95/70燃油锅炉，锅炉、锅炉热水循环泵、钠离子交换器、空调供暖板换、地暖板换、空调供暖循环泵、地暖板换循环泵等设备均布置在锅炉房内。淋浴热水容积式换热器和，游泳池循环水板式换热器就近放在一层设备房，不在锅炉房。

    进行锅炉房水系统布置时，合理连接设备及相关附件；空调热水循环系统、地暖热水循环系统及锅炉热水循环系统只表示在锅炉房内的部分。具体详见设计施工图纸。