撤并小鍋爐房改建為小型調(diào)峰熱源工程案例分析

王晶 呂冰 吉林省熱力工程設(shè)計研究有限責任公司

在城鎮(zhèn)化建設(shè)和取締燃煤小鍋爐的背景下，部分城市熱電廠和調(diào)峰鍋爐房供熱能力已經(jīng)不足，熱電廠一般距離市區(qū)較遠，由于管網(wǎng)主干線管徑及承壓能力等限制性因素，熱電廠的輸熱能力有限，不足的熱量主要依靠調(diào)峰熱源供給，但現(xiàn)有調(diào)峰鍋爐房多數(shù)不具備改擴建的條件，新建大的調(diào)峰供熱廠也不容易實現(xiàn)，本文提出了改建原獨立運行現(xiàn)已撤并的小鍋爐房為市政大網(wǎng)分布式調(diào)峰熱源的思路，通過對個別案例分析，從技術(shù)可行性和經(jīng)濟效益兩個方面論述得出該思路不僅能夠一定程度上解決市政大網(wǎng)供熱能力不足的問題。

1 概況

由于市政大網(wǎng)供熱能力不足，本項目利用撤并鍋爐房安裝1 臺燃氣熱水鍋爐，以較小的投資解決了若干小區(qū)的供暖難題。一是在原除塵間安裝1 臺14MW 燃氣熱水鍋爐及配套；二是新建消防系統(tǒng)，同時對原廠房部分墻體、屋面、門窗等進行消防安全改造。

2 熱負荷

調(diào)峰鍋爐房供熱區(qū)域供暖面積115萬m2，綜合熱指標取40W/m2，熱負荷為46MW。年總供熱量44 萬GJ。其中，電廠供熱量39萬GJ，鍋爐房供熱量5 萬GJ。尖峰期，電廠能夠提供的熱量為115.6GJ/h,當室外溫度在-9.3℃及以上時，由熱電廠基本熱源供熱，當室外溫度小于-9.3℃時，啟動調(diào)峰鍋爐房聯(lián)網(wǎng)運行，調(diào)峰鍋爐年運時間為77d。

3 工程方案

3.1 廠址現(xiàn)狀

本項目位于原撤并鍋爐房廠區(qū)，利用原鍋爐房改建。原鍋爐房為2012 年建設(shè)，規(guī)模為2 臺14MW 燃煤鍋爐，多年未曾使用，大多設(shè)備皆已拆除。

3.2 燃料

燃料采用天然氣，引自周邊道路中壓燃氣管線，天然氣低位熱值為8300kcal/m3，連網(wǎng)運行調(diào)峰供熱量為5 萬GJ，年耗燃氣量147.3萬m3。

3.3 鍋爐選型及平面布置

鍋爐房設(shè)計規(guī)模為1 臺14MW 燃氣熱水鍋爐，型號為SZS14-1.25/115/70-Q(Y)。燃氣鍋爐布置于原除塵間，爐前凈距為3.5m、鍋爐側(cè)面與墻凈距為3m，鍋爐后側(cè)通道凈距為2.8m。

3.4 工藝系統(tǒng)

3.4.1 水系統(tǒng)

熱力系統(tǒng)利用原有鍋爐供回水均為單母管制，外網(wǎng)回水經(jīng)除污器后由循環(huán)水泵送至鍋爐進行加熱升溫，然后供出。鍋爐供回水溫差45℃，循環(huán)水量268t/h，管徑為DN300，比摩阻36.2Pa/m。新增軟化水處理系統(tǒng)，處理能力為15m3/h，水質(zhì)滿足《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》要求。

3.4.2 燃燒系統(tǒng)

燃氣與空氣通過燃燒器充分混合燃燒，燃燒效率高。每臺鍋爐燃氣干管上應(yīng)配套性能可靠的燃氣閥組，閥組前燃氣供氣壓力和閥組規(guī)格應(yīng)滿足燃燒器最大負荷需要；閥組基本組成和順序應(yīng)為切斷閥、壓力表、過濾器、穩(wěn)壓閥、波紋接管、2 級或組合式檢漏電磁閥、閥前后壓力開關(guān)和流量調(diào)節(jié)蝶閥；點火用的燃氣管道宜從燃燒器前燃氣干管上的2 級或組合式簡檢漏電磁閥前引出，并應(yīng)在其上裝設(shè)切斷閥和2 級電磁閥。為確保運行安全，鍋爐采用先進的自動化燃燒系統(tǒng)，自動燃燒系統(tǒng)包括火焰檢測、點火程序控制、熄火保護等連鎖控制以及聲、光、電報警裝置等。當天燃氣充分燃燒時，基本不產(chǎn)生煙塵和SO2，只有少量的NOx 生成，鍋爐采用低氮燃燒方式，尾部煙氣NOx 初始排放濃度不大于30mg/m3。

3.4.3 煙風系統(tǒng)

拆除除塵間原有設(shè)備，用于布置鍋爐、鼓風機等主要設(shè)備。新建鋼煙囪，鍋爐煙氣出口至煙囪入口水平煙道布置時應(yīng)盡量縮短，以減少煙氣阻力損失，煙囪抽力滿足鍋爐微正壓燃燒要求。在煙氣容易集聚的地方裝設(shè)防爆門，防爆門的位置有利于泄壓，設(shè)在不危及人員安全及轉(zhuǎn)彎前的適當位置，當爆炸氣體可能危及操作人員的安全時，防爆裝置上裝設(shè)泄壓導向管。根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標準》，燃氣鍋爐煙囪高度不低于8m，新建鍋爐房的煙囪周圍半徑200m 距離內(nèi)有建筑物時，其煙囪高度應(yīng)高出最高建筑物3m，具體高度按環(huán)評批復文件確定。

3.5 通風防煙

鍋爐間設(shè)置獨立送排風系統(tǒng)，其通風裝置采用防爆型，燃氣鍋爐房位于首層，通風量滿足正常換氣次數(shù)不少于6 次/h，事故換氣次數(shù)不少于12 次/h。通風量同時考慮了鍋爐額定負荷運行時所需的空氣量。吸風口設(shè)置在鍋爐間上部區(qū)域，上邊緣至頂棚平面或屋頂?shù)木嚯x不大于0.1m。

3.6 消防

鍋爐房屬丁類生產(chǎn)廠房，耐火等級為Ⅱ級，根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，總消防水量為25L/s。火災(zāi)次數(shù)按1 起考慮，火災(zāi)延續(xù)時間為2h，一次滅火消防用水量為180m3，新建200m3的消防水池一座。廠區(qū)設(shè)置環(huán)狀消防供水管網(wǎng)，兩路供水與環(huán)狀管網(wǎng)相連，采用地下式消火栓，在適當位置設(shè)隔斷閥門。廠房高點氣體易于積聚處設(shè)置報警探測器,當燃氣管道泄露、可燃氣體泄露探頭檢測到泄露濃度超標時，首先啟動事故風機，同時緊急切斷電磁閥關(guān)閉供氣回路，可燃氣體泄露探頭的報警信號傳輸至報警器，通知附近值守的工作人員，以便于及時消除隱患。燃氣鍋爐房主要出入口和疏散樓梯口設(shè)置手動火警報警按鈕和手提式滅火器。

3.7 電氣

3.7.1 供配電

項目實施后用電設(shè)備減少，不需電增容。設(shè)備配電采用放射式，電纜敷設(shè)以電纜橋架為主，到設(shè)備附近后穿保護管引到設(shè)備上。照明配線以暗敷為主，消防配電為保證消防安全設(shè)有專門的供電回路。爆炸氣體環(huán)境內(nèi)的電纜采用穿鍍鋅鋼管埋地或沿墻敷設(shè)。照明燈具系統(tǒng)、開關(guān)和軸流風機選用防爆型。

3.7.2 防雷接地

鍋爐房按二類防雷建筑物設(shè)計。電氣設(shè)備金屬外殼、槽鋼底座、電纜保護管、建筑物金屬構(gòu)件等與原有接地系統(tǒng)可靠連接，控制系統(tǒng)設(shè)單獨接地，接地電阻皆不大于1Ω。

3.7.3 火災(zāi)報警及控制系統(tǒng)

火災(zāi)報警系統(tǒng)由火災(zāi)報警控制器、可燃氣體檢測報警控制器、現(xiàn)場控測器、手動報警按鈕、報警總線、消防聯(lián)動等設(shè)備組成。全廠火災(zāi)探測及報警系統(tǒng)設(shè)置一套總屏，布置在消防控制室。火災(zāi)探測及報警系統(tǒng)由集中報警控制器和測控器組成。不同的保護對象采用不同的報警探測器，火災(zāi)發(fā)生時探測器探測到火災(zāi)后由集中報警控制器發(fā)出聲光報警并記錄火災(zāi)時間，同時發(fā)信號啟動消防水泵。

3.8 自動控制

3.8.1 控制方案

鍋爐廠配套提供現(xiàn)場PLC 控制柜。控制室內(nèi)PLC 微機控制系統(tǒng)，結(jié)合MODBUS 總線技術(shù)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、變頻調(diào)速及PID技術(shù)，把整個設(shè)備組成了一個分布式的控制系統(tǒng)。控制室內(nèi)公共PLC 控制柜與現(xiàn)場兩臺PLC 控制柜協(xié)議通信。控制室內(nèi)設(shè)置一臺操作員站兼工程師站，將PLC 信號傳至鍋爐房控制系統(tǒng)操作員站中，在操作員站監(jiān)視其運行狀態(tài)。控制均采用手/自動控制兩種方式，設(shè)定由轉(zhuǎn)換開關(guān)完成。計算機采用雙機熱備，以提高系統(tǒng)可靠性。

3.8.2 控制設(shè)備

流量測量采用防爆型電磁流量計，壓力表、壓力變送器均選用防爆型，集中顯示的溫度表，根據(jù)介質(zhì)及操作條件不同分別選用防爆型熱電偶或防爆型熱電阻。就地顯示的溫度表，選用防爆型雙金屬溫度計。

3.9 土建

鍋爐房為多層工業(yè)廠房,火災(zāi)危險性類別為丁類。鍋爐房體量不大，劃分為一個防火分區(qū)，采用自然排煙。鍋爐房局部增設(shè)疏散樓梯，部分隔墻改建為防火墻，屋面和外墻局部改造，以滿足泄壓要求。設(shè)備采用鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)。消防泵房地上部分為砌體結(jié)構(gòu)，地下部分及消防水池為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。

4 環(huán)境效益分析

天燃氣屬于清潔燃料，基本不產(chǎn)生顆粒物和SO2。鍋爐采用低氮燃燒器，通過自控手段控制燃燒溫度和過量空氣系數(shù)，以減少NOX生成量，NOX初始排放濃度控制在30mg/m3以下，可實現(xiàn)超低排放，本項目對周圍大氣環(huán)境質(zhì)量影響較小。

5 單位供熱成本分析

5.1 建設(shè)進度及生產(chǎn)經(jīng)營年限

項目是基于供熱區(qū)域內(nèi)年總供熱量的綜合成本分析，計算期20a，建設(shè)期7 個月。

5.2 成本分析

5.2.1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

項目建設(shè)投資為1122.02 萬元，利用原有固定資產(chǎn)折舊724 萬元；電廠買熱39 萬GJ。調(diào)峰鍋爐房年耗燃氣量147.3 萬m3，年耗電量176.2×104kWh，年耗水量2.52 萬t。

5.2.2 總成本預測

原、輔助材料及燃料動力成本本工程所需原材料、燃料動力按建設(shè)單位提供價格，預測到生產(chǎn)期初進行定價，其中天然氣3.99元/m3（含稅價）；水6.64 元/t（不含稅價）；電0.75 元/kWh（不含稅價）；購熱42 元/GJ（含稅價）。固定生產(chǎn)定員15 人，人員工資按6 萬元/人·a 計取，福利費按工資總額的14%計取；工會經(jīng)費、職工教育經(jīng)費分別按工資總額的2%和1.5%計取。修理費按固定資產(chǎn)原值的2.4%計取。采用分類折舊法，本次改造內(nèi)容折舊年限分別為建筑工程30a，設(shè)備及安裝工程20a，利用原有固定資產(chǎn)按20a 折舊,殘值率均為5%。其他費用按5a 攤銷。其他制造費用占年折舊費的1.5%,其他營業(yè)費用占年營業(yè)收入的2%,其他管理費占年工資總額的2%。

5.2.3 營業(yè)收入預測

住宅熱費27 元/m2（含稅價）,公建熱費29 元/m2（含稅價）。

5.3 供熱成本

按照總成本構(gòu)成計算單位供熱成本，計算期折合每m2成本平均值（不含稅價）為22 元/m2。

6 結(jié)論

本案例利用原撤并閑置鍋爐房建設(shè)調(diào)峰熱源，以較小的投資（1122.02 萬元）解決了115 萬m2用戶供暖難題，同時釋放了電廠的部分供熱能力給其他用戶，提升了用戶整體滿意度和幸福感，具有良好的社會效益。而燃氣鍋爐采用低氮燃燒技術(shù)，大氣污染物可實現(xiàn)超低排放，具有較好的環(huán)境效益。因此，通過對本案例的分析可以看出，利用撤并小鍋爐房改建為小型調(diào)峰熱源是解決城市供熱能力不足的可行性方案。