熱水鍋爐洗浴系統集中供熱水在企業職工浴池的應用

王俊鵬，李芳

（1.內蒙古科技大學，內蒙古包頭014010；2.中國北方稀土（集團）高科技股份有限公司，內蒙古包頭014010）

1 常壓燃氣熱水爐的選型

天然氣常壓熱水鍋爐現大致分為冷凝、非冷凝兩大類。其中冷凝熱水鍋爐根據其特殊的結構形式，大多選用鑄鋁、不銹鋼、硅鎂合金等耐腐蝕金屬，主要特點是節能、排放煙氣溫度低、氮氧化合物排放低。非冷凝熱水鍋爐材質主要分為鋼制、鑄鐵兩種，因為鑄鐵材質的鍋爐耐腐蝕性、熱傳導性都要優于鋼制，導致其壽命、熱效率要遠遠大于鋼制熱水鍋爐。

此次廠內浴池系統集中供熱水配套熱水鍋爐的選擇，在環保方面，非冷凝鍋爐氮氧化合物排放指標也能滿足國家、地區鍋爐排煙要求。經濟性方面，冷凝相較于非冷凝節能效果更好。冷凝鍋爐較非冷凝鑄鐵鍋爐使用壽命更短，設備投資更高。所以從環保性、經濟性綜合考量鑄鐵常壓鍋爐是最佳選擇。

2 企業浴池運行情況

分公司內部，擁有在職員工1400人，其中800人為長白班員工，集中在下午 16：00～17：00進行洗澡，其余 600人為倒班人員，分兩批次于晚上 20：00～20：30 和早上 8：00～8：30 進行洗澡，設計噴頭數量由峰值洗浴人數，按照標準人數與噴頭數量3：1的原則，浴池共計按照267個噴頭。洗浴期間，浴池供應恒溫40℃熱水，單個噴頭熱水用水參考最大定額6L/min。持續供應1個小時，設計熱水峰值時用水量為96m3，熱水水箱容積設計為120m3。采用熱水鍋爐機組與換熱器聯合使用的熱水系統。

2.1 常壓熱水鍋爐系統的設計

熱水鍋爐選型，參考峰值用水量進行計算，峰值用水量96m3，用水溫度40℃，給水溫度15℃。加熱所需熱量計算Q1：

Q1=cm△T=4.2×103J/(Kg·K)×96×103Kg×（[40+273）-（15+273）]K=1.008×1010J=1.008×107KJ

本系統采用熱水鍋爐熱水自循環系統，鍋爐產出熱水作為換熱器熱源進入換熱器，換熱深井水。換熱后返回鍋爐重新加熱。常規熱水鍋爐出水溫度95℃，換熱返回水溫75℃。一般0.7MW熱水鍋爐在返回75℃水的情況下，每小時可以產生20噸95℃熱水，0.7MW每小時可以產出的熱量Q2：

分公司計劃每天的鍋爐啟動時間為1.5h，所以通過Q1/Q2比對，分公司計劃采購一臺2.8MW常壓熱水鍋爐，產出熱水通過換熱的形式加熱淋浴水，鍋爐內部給水采取自循環模式，通過換熱器換熱后返回鍋爐，淋浴水水箱設置容積120m3，有效容積100m3。

2.2 淋浴水換熱系統的設計

熱負荷計算公式：

折合 2.41×106Kcal

板式換熱器面積計算公式A=Q/K·△tm

（一般水水換熱K取20002000Kcal/㎡·℃）

由于計算所需換熱面積過大，不利于換熱器的選型。同時，鍋爐水循環系統屬于自循環系統，熱量散失較低。故系統采用循環加熱模式，產出熱水與水箱冷淋浴水之間進行反復換熱，以淋浴水溫度控制換熱循環水泵。淋浴水加熱至設定溫度后，循環水泵停機。為了將換熱時間控制在1.5h左右，最終通過計算選取3臺M8H-MFDD-1.16型板式換熱器，有效換熱面積14.7m2。系統選擇兩用一備運行模式運行。

2.3 水循環系統設計

洗浴系統為了降低鍋爐軟化水費用投入，采用鍋爐水自循環模式，鍋爐產出熱水僅作為換熱器熱源用于換熱。換熱后，返回鍋爐，繼續進行加熱。如此反復進行循環。而淋浴系統采用單獨給水管路供給，直接注入鍋爐120m3水箱，再通過換熱循環水泵打至換熱器進行加熱。加熱后返回水箱。溫度達到預設溫度后，聯鎖鍋爐、換熱循環水泵停機。

2.4 淋浴水定溫供給系統設計

浴池鍋爐司爐人員在每日8：30將水箱補水電動調節閥打開，水箱設就地磁翻板液位計一臺，差壓液位計一臺。其中差壓液位計反饋液位4～20mA電流信號，控制電動調節閥關閉，當注入給水達到設定液位后，自動反饋關閉信號，關閉給水調節閥，停止補水。

水箱補水完成后，每日12：30開啟鍋爐，同時一并開啟淋浴系統換熱器循環水泵，進行水箱淋浴水加熱，加熱時間一般控制在1.5h左右，水箱同時設置溫度傳感器，當溫度達到預設40℃時，聯鎖關閉鍋爐與換熱器循環水泵,完成水箱加熱[1]。

廠內安排洗浴時間為16：00，可提前5min開啟淋浴水循環水泵，將淋浴水管路中低溫水循環至水箱，淋浴水循環管路設計為環狀模式供給，管路末端設置壓力傳感器，反饋信號給淋浴水循環水泵，用以調節淋浴水循環水泵頻率，以達到恒定供水壓力的作用。

3 系統經濟性分析

分公司所采用的淋浴水供給系統，在夏季環境溫度高時，產出恒溫淋浴水，在水箱中可以放置超過24h不需要重復加熱，但是由于高溫水易滋生細菌，所以不建議存放時間過長。在冬季時，則放置時間不建議超過12h，經過分公司長期使用經驗，12h水箱溫降一般在1～3℃，在洗浴人員數量較少時，可以根據需要，為水箱補水。以免造成過多的熱量散失。系統設備設施投入費用明細如下：

主體設備 天然氣鍋爐能源類型環保指數安全性燃料價格日均耗燃料年燃料費（萬元）一次性投入費用（萬元）設備維護費天然氣環保安全1.9元/N m 3 5 3 0 m 3 3 7 6 0較低

4 施工安裝設計要點

常壓燃氣熱水鍋爐由于體積小，鍋爐本體可在鍋爐公司進行組裝工作，整體運輸至現場后，再進行鍋爐爐皮及附屬設備設施的安裝工作，為了便于日后維護檢修工作，水泵一般選擇一用一備模式。為了保證淋浴水供給恒溫供給，水箱設置三組溫度傳感系統，安裝在水箱自下至上1m、1.5m以及2m高度，溫度反饋為三者平均值，以確保淋浴水溫度可靠性。

從實踐效果來看，與燃煤鍋爐、用電加熱方式相比較，燃氣鍋爐可以在有效控制污染物排放的同時，最大程度降低系統的運行費用投入，不僅能很快收回投資成本，從長遠角度看，也為企業帶來不小的經濟效益。