燃?xì)忮仩t房中燃?xì)夂屯L(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

吳 朵

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

近年來，由于空氣質(zhì)量不斷惡化，霧霾天氣出現(xiàn)頻率越來越高，節(jié)能環(huán)保問題越來越受到重視，清潔能源需求也越來越強(qiáng)烈，尤其是鍋爐房這種能源消耗大戶，更需要重視節(jié)能環(huán)保。天然氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，推廣使用天然氣，可以有效降低污染排放，有助于治理陰霾天氣，改善城市空氣質(zhì)量。天然氣為燃?xì)忮仩t房、鍋爐房煤改氣工程提供了優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)的氣源[1]，因此，越來越多的地方使用燃?xì)忮仩t房。

燃?xì)忮仩t房是把鍋爐及其輔助設(shè)備進(jìn)行合理組織，使其能夠有效生產(chǎn)的場所。設(shè)計(jì)中，除鍋爐房位置、容量等因素需要滿足規(guī)范外，其輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。燃?xì)庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)，包括鍋爐房熱負(fù)荷計(jì)算、燃?xì)庀牧康挠?jì)算、中壓燃?xì)庹{(diào)壓站的工藝流程、燃?xì)庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)原理及安全。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括通風(fēng)設(shè)計(jì)的原則、通風(fēng)量的計(jì)算方法及設(shè)備的選擇。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)中要考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性，使燃?xì)忮仩t房達(dá)到環(huán)保要求的同時(shí)為企業(yè)實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 燃?xì)忮仩t房的優(yōu)點(diǎn)與安全

與相同容量的燃煤鍋爐房相比，燃?xì)忮仩t房具有緊湊、小巧、質(zhì)輕的特點(diǎn)。使用燃料不同，燃?xì)忮仩t無排渣出口及除渣設(shè)施，因此節(jié)約占地及占地費(fèi)用。燃料系統(tǒng)如果使用管道輸送無需儲(chǔ)存設(shè)備，更不需要燃料加工設(shè)備，因此燃?xì)忮仩t房的系統(tǒng)簡單，建設(shè)和配置比較經(jīng)濟(jì)。

天然氣屬于易燃易爆的危險(xiǎn)氣體，因此鍋爐房燃?xì)庀到y(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于鍋爐房安全至關(guān)重要，不僅影響基建投資，還對能否按時(shí)完成建設(shè)投產(chǎn)和日后生產(chǎn)使用帶來影響。所以，鍋爐房燃?xì)馀c通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格依據(jù)《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》進(jìn)行。

2 燃?xì)忮仩t房的燃?xì)庀到y(tǒng)

2.1 燃?xì)獾南牧?/h3>

用戶使用的燃?xì)忮仩t，主要通過蒸汽或熱水采暖、消毒、洗滌或在工藝上加熱其它物質(zhì)。一般情況下，設(shè)計(jì)時(shí)，通過工藝計(jì)算出明晰的熱量需求。當(dāng)缺少熱負(fù)荷曲線或熱平衡系統(tǒng)圖時(shí)，可按下式算出鍋爐房的最大計(jì)算熱負(fù)荷。

Q=k0(k1Q1+k2Q2+k3Q3+k4Q4)(t/h或MW)

其中，Q為最大計(jì)算熱負(fù)荷；

k0為管道熱損失及鍋爐房自用熱系數(shù)；

k1、k2、k3、k4分別為采暖、通風(fēng)、生產(chǎn)、生活熱負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)；

Q1、Q2、Q3、Q4分別為采暖、通風(fēng)、生產(chǎn)、生活最大熱負(fù)荷。

計(jì)算熱負(fù)荷作為選擇鍋爐的類型、數(shù)量、確定鍋爐房間尺寸的依據(jù)。熱能需求量確定之后，選用鍋爐時(shí)，可按其標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)量選取。

根據(jù)燃?xì)忮仩t的蒸發(fā)量或產(chǎn)熱量，計(jì)算所需燃?xì)庀牧?，作為燃?xì)庀到y(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)。同時(shí)，位于地下、半地下、地下室和半地下室的鍋爐房，嚴(yán)禁選用相對密度大于等于0.75氣體燃料。

2.2 鍋爐燃?xì)庀到y(tǒng)原理

天然氣是甲烷與其它氣體的混合氣體，天然氣管道通常采用直埋方式[2]敷設(shè)，中壓輸送至用戶。中壓燃?xì)饨?jīng)過專用調(diào)壓箱或調(diào)壓站減壓至鍋爐所需壓力，經(jīng)過燃?xì)獗黹g后再進(jìn)入鍋爐燃燒器燃燒。

鍋爐燃燒器所需燃?xì)鈮毫ο鄬^高且小時(shí)，流量較大，壓力不穩(wěn)定會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定，甚至回火或者脫火，所以應(yīng)設(shè)置專用調(diào)壓站，以減少對其他用戶的影響。設(shè)計(jì)時(shí)，中壓燃?xì)庹{(diào)壓箱盡可能避開人員密集區(qū)，并靠近用戶。中壓燃?xì)庹{(diào)壓箱，應(yīng)設(shè)計(jì)旁通管、安全水封。地上燃?xì)庵袎赫{(diào)壓箱與重要公共建筑、一類高層民用建筑物外墻面的水平凈距大于等于8m，與一般建筑物外墻面的水平凈距大于等于4m。實(shí)際設(shè)計(jì)中，為保證調(diào)壓器壓力穩(wěn)定以及考慮一定的供應(yīng)余量，調(diào)壓器閥門不宜處于完全開啟狀態(tài)，調(diào)壓器的流量應(yīng)按計(jì)算流量的1.2倍確定。

鍋爐前需要配管系統(tǒng)，更需要吹掃放散管道，這些設(shè)備組成了燃?xì)庀到y(tǒng)。燃?xì)庀到y(tǒng)中還裝有過濾器、調(diào)節(jié)閥門、流量計(jì)及燃?xì)鈮毫τ?jì)、溫度檢測設(shè)備等。燃?xì)獗黹g一般與鍋爐間相鄰設(shè)置，燃?xì)獗黹g設(shè)置過濾器、緊急切斷閥、燃?xì)饬髁坑?jì)等。鍋爐供氣管道前需要進(jìn)口裝置、控制閥門組由燃燒器自帶。爐前燃?xì)庀到y(tǒng)設(shè)有穩(wěn)壓閥、放散閥和取樣口，鍋爐間應(yīng)設(shè)置燃?xì)庑孤秷?bào)警器。具體如圖1～圖2所示。

圖1 中壓調(diào)壓站工藝流程設(shè)計(jì)圖

圖2 燃?xì)忮仩t房燃?xì)庀到y(tǒng)原理圖

2.3 燃?xì)庀到y(tǒng)安全設(shè)計(jì)

燃?xì)馐蔷哂幸欢ǘ拘缘囊兹家妆瑲怏w，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮燃?xì)獾陌踩褂谩?/p>

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，用氣房間設(shè)置的燃?xì)鉂舛葯z測報(bào)警裝置應(yīng)由管理室集中監(jiān)控。燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)一般位于消防控制中心，燃?xì)庑孤秷?bào)警器的報(bào)警濃度應(yīng)在被檢測可燃?xì)怏w爆炸下限的1/5處，泄露氣體濃度達(dá)到爆炸下限1/2處時(shí)燃?xì)夤芫€上的緊急切斷閥會(huì)被自動(dòng)連鎖切斷，放散管線上的放散閥被同時(shí)打開，經(jīng)屋頂放空管道內(nèi)的燃?xì)鈁2]。同時(shí)，自動(dòng)開啟事故風(fēng)機(jī)，對鍋爐間進(jìn)行排氣。事故通風(fēng)的手動(dòng)控制裝置應(yīng)在室內(nèi)外便于操作的地點(diǎn)分別設(shè)置。供氣系統(tǒng)中出現(xiàn)空氣壓力異常、爐膛不著火、風(fēng)機(jī)障礙等情況時(shí)，可以發(fā)出某種聲光信號，并馬上斷掉燃?xì)鈁3]。

燃?xì)夤艿朗状吸c(diǎn)火未成功，或停運(yùn)維護(hù)時(shí)，為保證以后點(diǎn)火及檢修時(shí)的安全，管內(nèi)燃?xì)獗仨毰艃簦婚L時(shí)間停用，再次啟用時(shí)，為了安全必須先吹掃管道，排出里面的混合氣體，因此在設(shè)計(jì)中，吹掃口、取樣口和放散管必不可少。

設(shè)置放散口和吹掃口應(yīng)以排凈管內(nèi)的燃?xì)饣蚩諝鉃樵瓌t，根據(jù)鍋爐房管道的布置靈活處理。放散口可以布置在燃?xì)飧晒艿哪┒恕⒐艿赖淖罡唿c(diǎn)、兩個(gè)切斷閥之間的管段。吹掃點(diǎn)可位于鍋爐房進(jìn)氣管總切斷閥后和燃?xì)夤艿老到y(tǒng)以閥門隔開的管段上,具體位置則需要考慮合適的分段吹掃部位。多臺燃?xì)忮仩t前的放散管還可匯合成一根總管引至室外，排出口最好高于屋脊2m以上[4]，使排氣不竄入建筑物或者被通風(fēng)裝置吸收。

吹掃管容積和時(shí)間決定著放散管的管徑，一般吹掃時(shí)間為15～30min，排氣量是吹掃容積的10～20倍左右，設(shè)計(jì)時(shí)這是計(jì)算放散管管徑的依據(jù)。

3 燃?xì)忮仩t房的通風(fēng)系統(tǒng)

鍋爐房的設(shè)計(jì)，除了確保鍋爐及其燃?xì)夤芫€滿足規(guī)范外，其通風(fēng)設(shè)計(jì)也是燃?xì)忮仩t房設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。燃?xì)忮仩t與燃煤鍋爐不同，不需要設(shè)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。燃?xì)忮仩t房的通風(fēng)，是鍋爐房正常運(yùn)行的關(guān)鍵條件之一，由于現(xiàn)有的規(guī)范和手冊涉及燃?xì)忮仩t房通風(fēng)的內(nèi)容不多，也沒有給出具體的計(jì)算方法，給設(shè)計(jì)帶來一定的困難。下文就這方面的問題結(jié)合實(shí)際的工程，做一些分析、計(jì)算，提出筆者的觀點(diǎn)。

例如：某位于地下一層靠外墻處的3×4t/h燃?xì)庹羝仩t房，占地面積290m2，層高9.5m，其中鍋爐間占地220m2，燃?xì)庀牧?75m3/h,天然氣低位熱值35MJ/m3。設(shè)計(jì)時(shí)，可以從以下四方面考慮計(jì)算通風(fēng)量。

3.1 消除余熱所需的最大通風(fēng)量

雖然燃?xì)忮仩t房自動(dòng)化程度較高，操作人員大多時(shí)間在設(shè)有空調(diào)的控制室內(nèi)，但其它房間的溫度也不宜太高，所以通風(fēng)量的大小首先應(yīng)從消除余熱來考慮。鍋爐間、水箱間和水泵間等房間均有大量余熱，各房間的余熱主要來自鍋爐本體、汽水管道及煙道、水箱等散熱損失。鍋爐房余熱可以按熱量的1%計(jì)算。鍋爐間、凝結(jié)水箱間、水泵間等房間的余熱，宜采用有組織的自然通風(fēng)排除。當(dāng)自然通風(fēng)受限不能滿足要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。鍋爐房內(nèi)各房間夏季溫度的高低，決定了采用何種通風(fēng)方式及排除余熱通風(fēng)量的大小。

由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞的熱量經(jīng)計(jì)算可知相對較小，可以忽略，鍋爐房的余熱主要通過排風(fēng)帶走。

鍋爐房的余熱：

Q余=余熱散熱率x燃?xì)獾臀粺嶂祒燃?xì)庀牧?/p>

Q余=1%×35×1000×975=341 250KJ/h=94 792W

排除余熱的通風(fēng)量：

L=Q余/0.337/(t×p-t×s)

式中：tp為室內(nèi)排氣溫度，一般不超過40℃；ts為室外通風(fēng)計(jì)算溫度，福州地區(qū)夏季為33.1℃。

夏季排除余熱所需通風(fēng)量：

L=94792/0.337/(40-33.1)=40765m3/h

隨著室外通風(fēng)溫度降低，排除余熱所需的通風(fēng)也隨之降低。

3.2 燃?xì)馊紵璧耐L(fēng)量

燃?xì)忮仩t運(yùn)行時(shí)，需要有充足的空氣才能保證燃料的充分燃燒。而燃料成分不同所需的空氣量是不同的，所以要通過計(jì)算確定燃燒所需的通風(fēng)量。

燃?xì)忮仩t產(chǎn)生1t/h蒸汽或0.7MW熱量，所需要的燃燒空氣量為1000m3/h。

鍋爐房燃燒所需空氣量：1000×3×4=12 000m3/h。

3.3 規(guī)范規(guī)定換氣次數(shù)所需的通風(fēng)量

鍋爐房的燃?xì)馐窃趬毫ο螺斔秃褪褂玫?，由于管道及設(shè)備在施工方面存在問題和使用不當(dāng)，容易造成漏氣，引起爆炸、著火和人身中毒[5]，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須足夠重視。燃?xì)忮仩t間和調(diào)壓間等有爆炸危險(xiǎn)的房間，應(yīng)設(shè)置事故通風(fēng)裝置，事故通風(fēng)換氣次數(shù)不少于 12 次/h。燃?xì)忮仩t房通風(fēng)量同，還要滿足《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的正常換氣次數(shù)。在首層、半地下或半地下室時(shí)，鍋爐間正常換氣次數(shù)每小時(shí)不應(yīng)少于6次，在地下或地下室時(shí)鍋爐間正常換氣次數(shù)每小時(shí)不應(yīng)少于12次。燃?xì)庹{(diào)壓間等[6]有爆炸危險(xiǎn)的房間，應(yīng)有每小時(shí)不小于3次的換氣量。換氣量中不包括鍋爐燃燒所需的空氣量。

正常通風(fēng)量、事故通風(fēng)量：

220×9.5×12=25 080m3/h。

3.4 通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量選取

通過計(jì)算可以看出，燃?xì)忮仩t房的通風(fēng)量要從多方面考慮，不能僅通過規(guī)定的換氣次數(shù)估算，還要考慮排除余熱及燃燒所需要的通風(fēng)量。

鍋爐房的排氣量應(yīng)取排除余熱所需的通風(fēng)量，并按規(guī)范規(guī)定的換氣次數(shù)所需的通風(fēng)量進(jìn)行校核，以上鍋爐間的排風(fēng)量為12 540～40 765 m3/h。對應(yīng)的室外通風(fēng)溫度為22～33.1℃。

送風(fēng)量應(yīng)為排風(fēng)量與燃燒所需空氣量之和。

12 540～40 765+12 000=24 540～52 765 m3/h

風(fēng)機(jī)風(fēng)量為計(jì)算風(fēng)量的1.05～1.1倍。不同季節(jié)室外通風(fēng)溫度變化，排除余熱所需的排風(fēng)量也隨之變化，可采用變頻風(fēng)機(jī)或雙速風(fēng)機(jī)，滿足不同季節(jié)的風(fēng)量需求。燃?xì)忮仩t房內(nèi)可能存在可燃?xì)怏w，送排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)與建筑物送排風(fēng)系統(tǒng)分開獨(dú)立設(shè)置，選用送排風(fēng)設(shè)備，應(yīng)防爆并安裝導(dǎo)除靜電的接地裝置，且送風(fēng)量應(yīng)略大于排風(fēng)量，使鍋爐間維持微正壓。機(jī)械送排風(fēng)設(shè)備，必須與燃?xì)庑孤﹫?bào)警器和緊急自動(dòng)切斷閥聯(lián)鎖。

燃?xì)獾拿芏容^空氣大，氣體沉積在房間下部。燃?xì)獾拿芏容^空氣小，氣體浮在房間上部。為了有利于泄漏氣體的排除，根據(jù)燃?xì)饷芏鹊拇笮】紤]吸風(fēng)口的設(shè)置位置。

4 結(jié)語

燃?xì)忮仩t工藝系統(tǒng)復(fù)雜，需要與其它專業(yè)相互配合，確保燃?xì)忮仩t房設(shè)計(jì)的成功。燃?xì)忮仩t房中燃?xì)庀到y(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須嚴(yán)格按照規(guī)范的要求，并結(jié)合實(shí)際情況多方面考慮，滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性等要求，以確保鍋爐房安全、可靠運(yùn)行。