毕业论文(设计)开题报告_毕业论文设计开题

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开题报告

17m3蒸汽储能器机械设计

学生：姜超，化学与环境工程学院（过程装备与控制工程）

指导教师：吴翰林，江汉大学课题的来源、目的、意义

众所周知，锅炉是广泛应用于化工、冶金、制糖及造纸等行业的特种热力设备，然而由于诸多原因，其在实际运行中的产汽量与生产所需的用气量往往不一致。这种高低峰用气负荷的周期性波动导致供气系统频繁出现蒸汽量时而供不应求，时而供大于求，严重地影响了生产的正常运行，同时还使锅炉因燃烧工况恶化而降低热效率。在有多个生产热用户的复杂蒸汽供热系统中，保证蒸汽流量和用汽参数成了一个关系到生产部门和供热行业的经济利益、服务质量和企业形象的重要问题。

蒸汽供热系统中，可采用以下办法来保证用户的用汽要求：．利用锅炉自身的储能量产生自蒸发蒸汽以适应高峰负荷；．适当调整锅炉燃烧控制装置，改变燃烧工况以适应高峰负荷；．加装蒸汽储能器。

应用实践证明：利用锅壳式锅炉水容量大的特点，借助其储能量以应付短时间高峰负荷和借助锅炉自控装置调整以应付较平缓的高峰负荷是可行的，但都要求运行操作人员具有较高水平的操作技能，并需要经常关注供汽情况以便及时处理可能出现的突发情况，综合比较，在锅炉供气系统中设置蒸汽储能器是最有效、合理的方法。蒸汽储能器是一种新型的节能设备，是按照 GB150-1998 《钢制压力容器》标准设计制造的储存式压力容器。它具有均衡蒸汽热负荷的作用，并能自动储存和释放热能，从而使锅炉在稳定的工况下运行，保证安全并节约能源。根据国内外有关资料报导，采用储能器后，可节能5～15 %。主要参考文献

[1] 程祖虞.蒸汽储能器的应用和设计.机械工业出版社, 1989.[2] 夏敏问.热能工程设计手册.化学工业出版社，1998

[3] 李少全，庞峰.蒸汽储能器原理及应用.煤气与热力，2003.8

[4] 何敏，徐洪江，赵建超.蒸汽储能器应用初探.应用能源技术，2000.2

[5] 贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.化学工业出版社，1989

[6] 姚玉英.化工原理（下册 修订版）.天津科学技术出版社，2006

[7] 郑津洋等.过程设备设计（第二版）.化学工业出版社，2005

[8] 赵惠清，蔡纪宁.化工制图（第二版）.化学工业出版社，2008

[9] 新编机械工程技术手册（第一版）.机械工业出版社，1994

[10] 刘鸿文.材料力学（第三版）.高等教育出版社，1991

[11] 孙鼎伦、陈全明.机械工程材料学.同济大学出版社，1992

[12] 机械工程手册（第二版）.机械工业出版社，1997国内外研究技术现状

3.1 蒸汽储能器简介

3.1.1 蒸汽储能器的分类以及在供汽系统中的安装位置

蒸汽储能器是蓄积蒸汽的压力容器，用于调节和平衡热源供汽与用户用汽之间的矛盾。蒸汽供热系统中，根据安装位置的不同，可将蒸汽储能器分为集中储能器和局部储能器。集中储能器安装在热源或热网干线上，用来稳定运行工况下锅筒的压力和供汽压力。对于用户负荷随时间波动较大的热网系统，用蒸汽储能器可调节供热系统负荷的波动。一方面，使锅炉始终在最佳工况条件下稳定运行，蒸汽出力和压力保持不变，使其热效率趋近热平衡试验效率；另一方面，相当于增加了热源的容量和提高了调节能力，当部分用户用汽量波动时，减小对其他用户的影响。从而获得节能、生产和环保等方面的综合经济效益。由于集中储能器可调节的用户的范围大，当用户负荷不稳定时，不能满足个别用户的用汽参数。局部储能器直接安装在支线上、一个或几个用户处。对某些

对供汽压力要求严格的用户，可采用这种储能器，该用户热负荷的波动依靠局部储能器的调节能力来补偿，不受其他用汽用户的干扰。局部储能器的调节范围较小，但对稳定一些重要用户或特殊用户的用汽要求有较好的效果。

3.1.2蒸汽储能器的工作原理

储能器的工作原理是利用水的储能功能，将热能以饱和水的形式储存起来。当用汽量小于产汽量时，将锅炉富裕的蒸汽送入储能器，利用储能器里的水与其进行混合式传热，吸收蒸汽潜热，将水加热并使蒸汽凝结成水，使储能器里水的焓值升高到与引入蒸汽压力相应的饱和水焓值。此时储能器中的水位也由于蒸汽的凝结而升高，这样就进行了所谓储能器的充热过程。当用汽量突然增加或产汽量减少，蒸汽量不足，用户继续用汽时，储能器中的压力就下降。储能器中水原有焓值比降压后相应的饱和水焓值大，因而部分水闪蒸转换为蒸汽以弥补用汽的不足，这时，储能器中水位开始降低并进行放热过程(向外供汽)。

3.1.3蒸汽储能器的主要结构

蒸汽储能器是一个卧式钢制压力容器。由储能器壳体，顶部集汽包、内部充热装置、固定支座和活动支座、水位计、压力表、安全阀、温度计等安全附件及外部保温层几部份组成。容器设有蒸汽进出口、进水、放水、排污、放气等接管。

3.1.4蒸汽储能器的适用范围

广泛应用于石油、化工原料、金属冶炼厂、橡胶轮胎厂、纺织印染厂、化纤厂、制浆造纸厂、制糖厂、卷烟厂、酿酒（如啤酒厂等）、制药厂、食品加工厂、饮料厂、发泡胶厂、农林加工、火力发电厂及供热、医院、宾馆和大楼等各行各业。

适用于下列四种情况：

(1)用于用汽负荷波动较大的供热系统，具有一定的周期性，其目的是稳定锅炉的供汽压力，提高供汽品质和锅炉热效率；

(2)用于汽源流量波动大或汽源间断性供汽，装设蒸汽储能器后可以实现连续稳定供汽；

(3)用于瞬时耗汽量大的供热系统，可采用小的锅炉配足够容量的储能器。目的是减少初期投资，保证供汽，提高锅炉热效率；

(4)储存蒸汽以备随时调用的场合，储能器可以随时把暂存用不完的蒸汽储存起来，也可以随时应对用户紧急用汽。

3.2 蒸汽储能器的发展和应用

蒸汽的储存和利用最早是德国的拉特教授提出的，到1873年美国的麦克马洪将 蒸汽以高温热水的形式来储存，为现代储能器奠定了基础。1916年，瑞典工程师鲁茨博士发明了著名的鲁茨储能器（蒸汽储能器），为储能器的广泛应用打开了局面。

蒸汽储能器能够有效地改善锅炉的运行状况 ,提高锅炉运行热效率和供汽品质，均衡用汽负荷，具有显著的经济效益和社会效益。蒸汽储能器作为一种重要的节能工具，理应受到进一步的推广和应用。蒸汽储能器是一种高效节能设备，设置后一般均可取得节能和提高产品产量或质量的综合经济效益,故其应用很广泛。欧美、日本、前苏联等均作为重要节能设备而受到重视和推广。尤其日本，在70年代石油危机后，各行各业应用蒸汽储能器节能是十分广泛和卓有成效的，堪称节能的重要设备之一。我国自60年代开始研究，但直到80年代才开始重视其技术开发和应用，1984年还从日本引进了全套先进的设计与制造技术。目前,北京、上海、哈尔滨、南京、福州等地均有设置蒸汽储能器的厂家。据调查，国内凡采用蒸汽储能器的用户，均取得了显著的经济效益。但这一先进节能设备在我国的推广应用尚非常有限，其原因主要是许多蒸汽供热单位对该枝术还不够了解。

锅炉供热系统中设置燕汽储能器后，锅的产汽量可不必随用汽负荷而频繁波动，而炉始终在最佳工况条件下稳定运行，消除了负荷波动对锅炉运行产生的各种不利影响，使热效率提高，蒸汽参数稳定，品质改善，从而获得节能、生产和环保等方面的综合经济效益：①一般可直接节约燃料5～15 %，我国设置单位一般均节约燃煤11%以上，锅炉热效率可提高至70%以上；②增大供汽能力，解决高峰用汽，减少锅炉台数，节省建设投资及相应的操作维护费用；③保证生产用汽参数稳定，为提高产品产量或质量提供可靠供汽条件；④由于锅炉以最佳工况稳定运行，可以减少故障，延长锅炉操作周期和寿命，并改善劳动条件有利于环保。

目前，能源危机几乎已成为世界各国所共同面临的重要问题，严重的危机向人类提出了严厉的警告。基于这样的能源形势，节能技术已经被提到了前所未有的高度。蒸汽储能器是实现锅炉和用汽系统平稳连接的桥梁，能够达到供需双方连续而稳定的供用汽平衡，从而使锅炉运行负荷均衡，提高锅炉燃烧效率，达到节约能源的目的。此外，蒸汽储能器设计理论简明、工艺流程简单、能够自动化运行、实用性强。

由此可以预见，随着我国能源政策的不断调整以及节能工作的不断深入，蒸汽储能器将越来越被人们所重视，并且将在工业企业中得到广泛的应用。课题任务分析及拟采用的技术方案

本课题是针对17m3蒸汽储能器进行机械设计。蒸汽储能器适用于下列四种情况： 应用于用汽负荷波动较大的供热系统；应用于瞬时耗汽量极大的供热系统；应用于汽源间断供汽的或流量波动的供热系统；应用于需要蓄存蒸汽供随时需要的场合。

蒸汽储能器的设计主要包括两方面的内容，即蒸汽储能器的容积计算和热力系统设计。首先需要收集蒸汽储能器的相关信息，了解其主要特点和详细的工艺流程；接着要选择蒸汽储能器的主要技术参数，根据相关数据进行：

⑴容积计算，包括：①需要蓄汽量的计算；②储能器工作压力的计算；③单位水容积储能量的计算④储能器的计算容积的计算；

㈡热力系统设计，包括：储能器的设置位置，配管系统，控制方法等。

然后进行详细强度计算及结构设计、平台结构设计；接下来绘制设备装配图、平台结构图，并完成设备的制造工艺流程卡和设备的运输安装方案的编制，最后整理完成设计进行答辩。课题进度计划及技术指标

第1周考察该设备相关企业使用情况调研；

第2—3周查阅文献，收集相关资料；开题报告、外文翻译；

第4周方案选择设计；

第5周进行总体结构设计；

第6—9周详细强度计算及结构设计、平台结构设计；

第10—11周设备装配图的绘制；平台结构图的绘制；

第12周设备的制造工艺流程卡编制；

第13周设备的运输安装方案的编制；

第14周修改设计并完成；毕业设计答辩。课题最终目标及完成的时间

本设计主要是研究17m3蒸汽储能器机械设计。同时编制该设备的制造工艺流程，设备检验、安装、使用、维护。设计结果以设计说明书、设备装配图、制造工艺说明的形式体现。

通过本设计应该得到符合要求机械结构尺寸，同时制定出该设备的制造工艺流程卡，并对该设备进行平台结构设计。现有的条件

学校图书馆已有部分资料，但学生缺乏对该设备感性认识，可以组织学生参观相关工厂。同时，有固定的设计教室、绘图图板、以方便教师指导，也方便学生交流设计心得、查阅相关资料。