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常压燃气热水锅炉工艺设计

本科生毕业论文

姓名：学号：

学院：

专业：热能与动力工程专业

论文题目： 80×104 kcal/h常压燃气热水锅炉工艺设计

指导教师：职称：

年月徐州

毕业论文任务书

学院专业年级学生姓名

任务下达日期：2011 年 3 月 1 日

毕业论文日期：2011 年 3 月1 日至2011 年 6 月20 日

毕业论文题目：80×104 kcal/h常压燃气热水锅炉工艺设计

毕业论文专题题目：

毕业论文主要内容和要求：根据要求设80×104 kcal/常压燃气热水锅炉一台。主要有一下几大步骤：

1 锅炉的选型

2 燃料及锅炉的热力计算

3 烟风阻力计算

4 焊接及制作工艺等说明

5 绘制相关图纸若干

6 外文文献及翻译

在满足出力要求的情况下力求设计的最优化。

院长签字：指导教师签字：

中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：

成绩：指导教师签字：

年月日

中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：

成绩：评阅教师签字：

年月日

中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书

成绩：评阅教师签字：

年月日

中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩答辩情况

提出问题

回答问题

正

确

基本

正确

有一

般性

错误

有原

则性

错误

没有

回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：

年月日学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：

年月日

摘要

本设计主要介绍了80×104kcal/h燃气常压热水锅炉的设计方法、内容、程序以及基本原则。其中主要设计内容有燃料燃烧计算、锅炉热力计算、烟风阻力计算、强度校核以及制造工艺的探讨及分析。

本次设计采用成熟的常压卧式内燃三回程湿背式结构，其型号为CWNS 0.93—95/70—QT。炉胆采用非对称是布置，烟管采用螺纹管，强化了烟气的换热，同时烟管采用同心圆排列于炉胆上方，增强换热效果。焊接部分详细介绍了锅炉制造中主要的焊接方法及技术要求。

再设计过程中，对于热水锅炉的结构特点以及工作特点进行了相对全面的分析，并对燃烧器做一定的介绍，同时对常压热水锅炉的现状以及发展做了客观的分析。

锅炉整体具有高效率、结构紧凑、体积小、重量轻、外形美观、污染小等特点。

关键字：燃气锅炉；热水锅炉；火管。

ABSTRACT

1 绪论 (1)

1.1工业锅炉 (1)

1.1.1工业锅炉设备概述 (3)

锅炉安全 (3)

1.2燃油燃气锅炉 (4)

1.2.1燃油燃气锅炉的特点 (4)

1.2.2燃油燃气锅炉的结构 (4)

1.3卧式燃油燃气锅炉的结构选型 (10)

1.4燃油燃气锅炉的发展现状 (10)

1.4.1燃油燃气锅炉发展的客观因素 (10)

1.4.2燃油燃气锅炉发展趋势 (10)

1.5热水锅炉设计原理 (11)

2 锅炉热力计算 (12)

2.1燃料燃烧计算 (12)

2.1.1锅炉参数 (12)

2.1.2燃料燃烧特性 (12)

2.1.3燃烧器资料 (12)

2.1.4理论空气量和理论烟气容积计算 (12)

2.1.5烟气特性 (13)

2.1.6烟气的比焓 (15)

2.2锅炉热平衡燃料消耗计算 (16)

2.3炉膛（胆）的传热过程和计算 (17)

2.4对流受热面的传热计算 (19)

2.4.1第一管束的传热计算 (20)

2.4.2第二管束的传热计算 (22)

2.5重要数据汇总及锅炉总热平衡校核 (24)

2.5.1炉胆，第一，第二管束外形尺寸 (25)

2.5.2炉胆管束温度汇总 (25)

2.5.3炉胆传热数据汇总 (25)

2.5.4锅炉总热平衡量校核 (25)

3 烟风阻力计算 (26)

3.1 烟风阻力各计算结构说明 (26)

3.1.1管束排列与布置 (26)

3.1.2烟箱的形状与尺寸 (26)

3.1.3烟囱形状与尺寸设计 (26)

3.2局部阻力计算 (26)

(27)

3.2.1炉胆出口到后烟箱局部阻力Δh

(28)

3.2.2后烟箱到第一管束进口局部阻力Δh

(29)

3.2.3第一管束进口到前烟箱局部阻力Δh

(29)

3.2.4前烟箱到第二管束进口局部阻力Δh

(30)

3.2.5第二管束出口到集烟室入口局部阻力Δh

(31)

3.2.6集烟室入口到出口的局部阻力Δh

(31)

3.2.7烟囱出口速度损失Δh

3.3沿程摩擦阻力计算 (32)

3.3.1第一管束沿程阻力计算 (32)

3.32第二管束沿程阻力据算 (32)

3.3.3阻力计算汇总表 (33)

4 锅炉结构 (33)

4.1炉胆 (35)

4.1.1炉膛容积 (35)

4.1.2炉胆尺寸的选择 (36)

4.2烟管 (36)

4.2.1管束型式 (36)

4.2.2烟气流速 (38)

4.2.3烟管布置 (38)

4.3封头 (39)

4.4吊耳 (39)

4.4.1吊耳结构型式 (39)

4.4.2吊耳校核 (40)

4.5其他 (41)

5锅炉附件及附属设备 (42)

5.1水位表 (42)

5.1.1水位表的作用和原理 (42)

5.1.2水位表安全技术要求 (43)

5.2排污装置 (43)

5.2.1排污的作用 (43)

5.2.2对排污装置的要求 (43)

5.3给水设备 (43)

5.3.1给水设备的作用 (43)

5.3.2给水设备的配置和使用要求 (44)

6 燃油燃气锅炉制造工艺 (44)

6.1锅炉制造中常用焊接方法 (45)

6.2焊接接头设计 (45)

6.2.1焊接结构设计的一般原则 (46)

6.2.2焊接接头型式及尺寸 (46)

6.2.3焊缝符号及标注方法 (50)

6.3锅炉组件焊接工艺 (50)

6.3.1锅筒的焊接工艺 (50)

1.锅筒筒节纵缝的装配与焊接 (50)

2.锅筒环缝的装配与焊接 (51)

6.3.2炉胆制造工艺 (51)

6.3.3烟管的焊接 (51)

6.3.4其他部位的焊接 (51)

7热水锅炉运行常见事故诊断与处理及噪声分析 (52)

7.1热水锅炉运行常见事故诊断与处理 (52)

7.1.1常见事故 (52)

7.1.2爆炸事故原因及预防 (53)

7.1.3管板裂纹事故原因 (54)

7.1.4管板裂纹事故原因及处理 (55)

7.2噪声分析 (55)

7.2.1燃烧噪声 (55)

7.2.2烟气噪声 (56)

7.2.3风机噪声 (56)

7.2.4泵的噪声 (57)

总结 (58)

制造工艺指导书 (60)

一、锅壳的制造工艺 (60)

二、炉胆的焊接制造工艺 (61)

三、烟管的焊接工艺 (61)

四、其他部位的焊接工艺 (61)

五、安装步骤与焊接工序 (61)

参考文献 (63)

英文原文 (64)

Modeling and optimization of efficiency and NOx (64)

emission at a coal一fired utility boiler (64)

Huan Zhao, Pei-bong Wang (64)

I. INTRODUCTION (64)

II. MODELINGFORNOX EMISSIONANDBOILER EFFICIENCY (65)

A. Experimental Data (65)

B. Support Vector Regression (66)

C. Hybrid Model for NOx Emission and Boiler Efficiency (66)

III. OPTIMIZATIONFORLOWNOX EMISSIONAND HIGHBOILEREFFICIENCY67

A. Modified (67)

B. Optimization Objective (67)

A. Prediction of NOx Emission and Boiler Efficiency (68)

B. conbustion Optimization based on Hybrid Model (68)

V. CONCLUSION (70)

REFERENCES (71)

电站锅炉热效率与NOx排放响应特性建模方法 (73)

0 引言 (73)

1电站锅炉热效率和NOx 排放的特性响应模型 (73)

1.1核主元分析 (73)

1.2 ε-支持向量回归机算法 (74)

1.3 电站锅炉热效率与NOx 排放的特性响应模型 (75)

2 实例分析 (75)

2.1 锅炉燃烧设备概况与特性试验样本的获取 (75)

2.2 锅炉排放特性模型的辅助变量选取 (76)

2.3 锅炉排放特性模型的参数选取与核主元分析 (76)

2.4 锅炉热效率与NO 排放的特性响应模型的建x立与误差分析 (77)

3结论 (79)

致谢 (81)

1 绪论

随着全球环保意识的提高，能源和环境目前已成为世界关注的焦点，我国能源的消费结构远远跟不上国民经济的发展和人民生活水平的提高。而能源的消费结构将从根本上影响我们所处的环境，，能源的浪费和环境污染问题相当严重。虽然到目前为止，对容量稍大的燃煤工业锅炉进行了大规模地改造，但其改造的范围是很窄的，大多数的生活锅炉并没有得到根本的改进，致使我们国家环境污染问题日趋严峻，很多城市和地区变成了酸雨区。因此，现在已经到了从根本上改变我们国家能源消费结构的时候了。虽然我们国家以煤为主要能源的情况在未来多年内不会改变，但我们可以通过渐进的方式逐步改变，首先大型煤机组的发展和改造应和先进发达国家的水平保持一致，提高效率和运行水平，降低SOx，Nox和CO2的排放量。在本世纪初，这一进程将大大加快。

目前我们国家所面临的最大难题是改造现有的工业和生活锅炉，为此我们应该大力开发节能产品和节能技术，以改造耗能和环境污染大户——工业锅炉。适当进口石油，放宽城市小型工业锅炉和生活锅燃用油品的限制，并开发燃用油、天然气和城市煤气的燃油和燃气锅炉，以取代那些耗能高、分布广、污染严重的生活锅炉和部分工业锅炉。由于以前的能源的消费结构使得我们在燃煤技术的研究上下了较大功夫，而忽略了对燃用油、天然气和城市煤气的燃油和燃气锅炉的研究和开发，使得我们在燃油和燃气锅沪的研究和设计制造方面存在很多盲目性。本次设计论文根据近几年对燃油和燃气锅炉基础理论方面的研究以及和多家锅炉制造厂合作设计的实践讨论燃油和燃气锅炉结构和设计。

1.1工业锅炉

工业锅护的参数系列(参见GBI 921一1988，GB3166一1988)

锅炉参数指锅炉容量、工作压力、工作温度。

工业蒸气锅炉的容量用额定蒸发量(D)表示。额定蒸发量(D)表明锅炉在额定蒸气压力、蒸气温度、规定的锅炉效率和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量，单位为t/h。工业热水锅沪以额定供热量(Q)表示，其单位为为MV。

蒸气锅炉额定工作压力和温度是指末级过热器出口集箱主熬气阀出口处的过热蒸气

压力和蒸气温度，对于无过热器的锅炉，可用主蒸气阀出口处的蒸气压力和温度来表示;

热水锅炉额定工作压力和温度是指额定热水出水阀口处的热水压力和温度。压力的单位用MPa，温度的单位为℃。

蒸气锅炉给水温度是指进省煤器的水温度，对无省煤器的锅炉是指进人锅沪锅简的水温度;热水锅护一般称为额定进口水温度。

热水锅炉的参数系列如表1－1：

热水锅炉的规格系列1－1

额定热功率MW

额定出口/进口水温温度℃

95/70 115/70 130/70 150/90

180/1

允许工作压力MPa（表压）

0.4 0.7 1.0 0.7 1.0 1.0 1.25 1.25 1.6 2.5

0.1 Δ

0.2 Δ

0.35 ΔΔ

0.7 ΔΔΔ

1.4 ΔΔΔ

2.8 ΔΔΔΔΔΔΔΔ

4.2 ΔΔΔΔΔΔΔ

7.0 ΔΔΔΔΔΔΔ

10.5 ΔΔΔ

14.0 ΔΔΔΔ

29.0 ΔΔΔΔ

46.0 ΔΔ

58.0 ΔΔ

116.0 ΔΔ

常压热水锅护的参数系列(参见JB/T 7985--1995)

常压热水锅炉是以水为介质，表压力为零的固定式锅炉。这种锅炉本体开孔与大气相通，在任何工况下锅炉水位线处表压力为零。常压热水锅炉的系列参数应符合下表1－2的规定。

常压热水锅炉的参教1－2

额定热功率MW 0.05,0.07,0.1,0.2,0.35,0.5,0.6,0.7,1.05,1.4,2.1，2.8，

（3.5）（4.2）

允许工作压力侧MPa(表

压)

领定出口水温度℃95

级定进口水沮度℃70

锅壳锅炉总体型式代号1－3

锅壳锅炉总体型式代号

立式水管LS(立水)

立式火管LH(立火)

卧式外燃MW(卧外)

卧式内燃WN(卧内)

工业锅炉如为气水(热水、开水)两用或三用锅炉，以锅炉的主要功能来编制产品型号。

常压热水锅护产品型号的编制方法今见《JB/T 7985一1995)

常压热水锅沪的产品型号也由三部分组成，和工业锅炉产品型号的编制方法基本相同，所不同的是型号的第一部分由常压锅炉的代号(c）,锅炉总体型式和燃烧设备组成。

例如:CWNS 1.4-95/70-YZ表示常压锅壳式、卧式、内燃、室燃，……锅壳式(火管式)燃油燃气锅炉

锅壳式徽油燃气锅炉是环保型锅炉的主要形式，锅壳式可分为立式和卧式两种类型。其中立式锅炉容量较小，卧式锅炉一般具有较大的容量。

1.1.1工业锅炉设备概述

锅炉是由“锅”和“炉”以及保证她们正常安全运行的所必须的附件、仪表以及附属设备等三大部分组成。

锅是指锅炉中存放锅水和蒸汽的密封受压部分，是锅炉的吸热部分。主要包括：汽包、对流管、水冷壁、联箱、过热器和省煤器等。

“炉”是指锅炉中使用燃料燃烧产生高温的部分，是锅炉的吸热部分。主要包括：燃烧设备、炉墙、炉拱和钢架等。燃烧在“炉”内通过燃烧所产生的灼热烟气，通过炉膛和各段烟管向锅炉受热面放热，最后从锅炉的尾部排出。

锅炉上装置的仪表和附件很多，通常包括：安全阀、压力表、水位表和高低水位报警器、排污装置、锅炉和汽水管道、通用阀门和有关仪表。

此外，近几年由于对锅炉的机械化和自动化要求不断提高，工业锅炉上配置机械操作和自动控制的附件和仪表很普遍，如给水自动调节装置、燃烧自动调节装置，自动点火、熄火保护一级鼓引风机连锁装置。

锅炉的附件设备一般包括：燃料的供给与制备系统，通风系统，给水系统及除渣销灰除尘装置等。

锅炉安全

锅炉安全经济运行是保障国家财产及人民安全，促进国民经济发展，合理使用和节约能源的重要保证。锅炉是受火焰加热且具有爆炸危险的特殊工业设备和压力容器，器安全性尤为重要。如果处理不善往往会引起事故，轻则停炉影响生产，重则发生爆炸，造成人生上伤亡，损坏厂房，设备，后果十分严重，必须引起高度警惕，应该特别注意。只有在充分保证工业锅炉安全运行的基础上，才能保证工业锅炉的经济运行。因此，工业锅炉的经济运行实在满足安全生产、保护环境和运行可靠的前提下,通过科学管理、技术改造、提高操作及运行水平，使工业锅炉实现热效率高的状态。

因此我国在锅炉和压力容器的安全工作领域制定了相关法律和安全工作条例规程等。今年劳动部门和中央各有关部门先后也颁布了一系列的规程、规范和校准等。主要有：《蒸汽锅炉安全监察规程》

《事关锅炉受压元件受压迁都计算》

《锅壳式锅炉受压强度计算标准》

《工业锅炉产品技术条件》

《锅炉压力容器焊工考试规则》等

尽管如此，锅炉事故仍然频繁发生。因此，我们要对工作条件和生产规程了然于心，更应该加强管理和防范措施，以减少和杜绝事故发生。

在我国一次能源的消费结构中，化石燃料占95%以上。锅炉是我国将一次能源转化成二次能源的主要装置，通过锅炉转化的一次能源占总能源消费的很大成分，因此工业锅炉排放的烟尘则是我国大气污染的主要来源。因此，对于工业锅炉设计者设计的工业锅炉应该满足以下基本要求：

（1）保产保暖按质（压力、温度、净度）按量（蒸发量、过热量）提供蒸汽和热水，满足生产和采暖要求。

（2）安全耐用正确选用钢材，保证材质合格；正确进行受压元件的强度计算，保证足够的壁厚；正确设计结构和选择制造工艺，保证制造、安装和施工质量；正确进行热工、