燃煤工業鍋爐房單層布置和雙層布置的比較

姚長利 華能扎賚諾爾煤業有限公司供暖公司

王友才 張衍國 李清海 清華大學熱科學與動力工程教育部重點實驗室

燃煤工業鍋爐房的合理設計既需要符合國家的能源環保政策，又要滿足安全需求，在滿足鍋爐使用要求和保證較高熱效率的前提下，應使結構便于減少鍋爐房面積和高度，降低維護結構的復雜性及鍋爐房建設費用。在我國北方地區，應實現縮短建設工期，達到當年建設當年使用。通過對鍋爐房的優化設計，可實現節能環保的目標。在運行管理方面，要提高鍋爐運行的安全性。本文通過對臥式循環流化床鍋爐單層布置及已有的雙層鍋爐房布置的比較，分析了單層布置和雙層布置的優劣，并給出了相應建議。

1 傳統鍋爐房布置方案

傳統燃煤工業鍋爐房均采用雙層布置，以解決大型鍋爐復雜工藝的要求（除渣、落灰、檢修等），鏈條爐主要是爐排落灰的清除，循環流化床鍋爐主要考慮爐渣和后部落灰的排除。鍋爐設在＋4.00m標高層，爐前設有煤倉，煤倉上部設有皮帶走廊，標高在＋10.00m以上，走廊鋪設水平分倉皮帶，皮帶上有犁式卸料器，負責往每個臺爐分煤。一層為±0.00m平面層，設有輔助設備，爐后設有除塵脫硫設備和引風機，水泵和水處理設備布置在鍋爐房端部，在爐下±0.00m平面層設有刮板除渣機，除渣機從端部出鍋爐房，沿除渣走廊至除渣機頭間，在機頭間下部設有渣倉，爐渣從渣倉下部倉口排出，由專用車輛運出。

鍋爐用煤從鍋爐房外受煤坑給煤，經皮帶或斗式提升機提升至煤倉上部皮帶走廊鋪設的水平分倉皮帶，送至爐前煤倉。

傳統的爐前煤倉在上部設1個進煤口，進煤口設在運煤皮帶鍋爐側，由于進煤口少，設置不合理，造成死倉容多，煤倉上部平面尺寸大，而沒有有效倉容。為保證爐前煤倉能多儲一些燃煤，傳統做法是提高煤倉上部皮帶走廊標高，增加煤倉高度，這樣提高了鍋爐房整體高度，同時也提高了燃料的垂直提升高度，增加了電耗。

傳統的雙層布置鍋爐房設計，鍋爐房面積使用不合理，鍋爐房面積大，建造費用高，供暖、照明負荷大，人員巡檢路線長，經濟性與使用性上存在很多問題，有待改進和優化。為此在一新礦井設計中，對傳統鍋爐房設計進行了改進和優化。

2 示范工程

2.1 示范工程簡介

為了解決鍋爐房雙層布置帶來的問題，在2010年某煤炭企業鍋爐房建設過程中，考慮采用單層布置方案，把該鍋爐房作為燃煤工業鍋爐單層布置示范工程。本工程位于北方高寒地區。

鍋爐選用臥式循環流化床鍋爐，系由清華大學、北京熱華能源科技有限公司、北京一亞高科能源科技有限公司、柳州鍋爐廠、北京鍋爐廠共同開發的一種高效、節能、環保、運行可靠的小型燃煤鍋爐。它采用臥式布置、多級循環的物料循環結構，改變了傳統循環流化床的立式、一級循環的結構，能夠有效減小鍋爐高度，降低了整個鍋爐房的造價，實現了循環流化床鍋爐的小型化。

2.2 示范鍋爐房工藝設計

為解決鍋爐排渣問題，示范工程選用多級循環流化床鍋爐，該爐只在主燃燒室下設排渣口，其它部位沒有排渣、排灰口。該爐鋼架結構，需要檢修操作的部位，都留有空間，為鍋爐房單層布置創造了條件。

由于鍋爐單層布置，使鍋爐房單層布置更為合理。所以該鍋爐房采用單層布置，即鍋爐設在±0.00m平面層，取消＋4.00m標高鍋爐設備層，相應不設鍋爐島獨立基礎。在燃燒室落渣管下部，±0.00m平面下設刮板除渣機，除渣機安裝在溝槽內，爐后為除塵器間，鍋爐鼓、引風機均安裝在除塵器間。爐前設控制室和運行人員休息室，爐前控制室和運行人員休息室上方為一平臺，安裝螺旋給煤機，給煤機上方為煤倉，煤倉上平臺安裝皮帶機。

為降低鍋爐房總高度，還要保證爐前煤倉有一定的倉容，在不增加煤倉高度的前提下，對煤倉進行了改進和優化。圖1是示范鍋爐房前煤倉布置示意圖，主要優化和改進措施為：在皮帶兩側均設有進煤口；進煤口為條形狀，長度同煤倉長度；犁式卸料器在一定范圍內移動。經過改進和優化最大限度地減少了死倉容積。

雙層布置鍋爐房，在鍋爐下面±0.00m平面以上設刮板除渣機，渣倉的灰渣經溜槽至刮板除渣機，經集中的刮板除渣機把渣排到鍋爐房渣倉。示范工程鍋爐房（單層布置鍋爐房）在鍋爐燃燒室底部±0.00m平面以下設刮板除渣機，循環流化床鍋爐布風板的灰渣經排渣管排至刮板除渣機，經集中的刮板除渣機把渣排到鍋爐房渣倉，在鍋爐以外部分，溝槽上設鐵篦子，既方便行走，又起到安全防護作用。兩種布置方式的刮板除渣機的布置比較見圖2。和雙層布置對比優點是：不占用鍋爐間平面位置；方便行走和巡檢；不增加鍋爐高度和鍋爐房總高度。

單層布置與雙層布置主要特點是：

（1）單層布置有鍋爐適應性問題，有些爐型不適合單層布置，容量偏小的鍋爐適用于鍋爐房單層布置，雙層布置的鍋爐房適用于所有鍋爐。

（2）單層布置鍋爐房總體高度較低，比雙層布置低5m以上，配套用房也低。

（3）鍋爐基礎與鍋爐房±0.00m平面一致，鍋爐房整體抗震性優越，鍋爐房建筑面積明顯減少。

3 兩種布置方式的詳細比較

3.1 布置面積

某礦鍋爐房（采用臥式循環床的示范工程）是單層布置示范鍋爐房，建于2010年，其余3座鍋爐房均是雙層布置，LD礦鍋爐房建于2007年，TB礦鍋爐房建于1990年，LT礦鍋爐房建于1981年，表1給出了這4個鍋爐房的詳細比較。

從表1可以看出： 采用臥式循環流化床鍋爐的某礦鍋爐房(示范鍋爐房) 每噸位建筑面積53.87m2，其它3座鍋爐房分別是84.18m2、93.15m2、85.44 m2，相差30多m2，以4臺容量10t鍋爐的鍋爐房為例，雙層布置建筑面積為3726m2，而采用單層布置建筑面積為2154.8m2，相差1571.2m2。采用單層布置可以大大減少鍋爐房建筑面積。

3.2 鍋爐房總高度

由于取消＋4.00m層平臺，鍋爐房總高度相應降低4m；采用改進和優化爐前煤倉設計，在保證煤倉儲量不變的情況下，煤倉高度可以降低0.5m，刮板除渣機由安裝在±0.00m平面，改為安裝在±0.00m平面以下的溝槽內，可以降低鍋爐的高度0.7m，采用單層布置比雙層布置，鍋爐房總高度可降低5.2m。鍋爐房輔助用房室高，只滿足使用要求，而不是考慮和鍋爐基礎相互關系，輔助用房室高也可降低。

鍋爐房高度降低，可減少燃料垂直提升高度，以一個鍋爐房每天用煤50t計，垂直提升高度減少5.2m，可以減少上煤機每天做功2.5GJ（等效功率～30kW），節能效果顯著，減少上煤機的磨損，可提升上煤機的可靠程度。

圖1 示范鍋爐房爐前煤倉布置示意圖

圖2 刮板除渣機安裝比較

3.3 鍋爐基礎

雙層布置在＋4.00m層平面設有一個鍋爐基礎承臺，在＋4.00m層平面和±0.00m平面設有基礎柱，由于基礎承臺和基礎柱自重，相應增加±0.00m平面以下基礎面積。經測算，以一臺容量10t鍋爐為例，雙層布置比單層布置鍋爐基礎造價增加12萬元。

單層布置由于只承擔鍋爐自重，爐體高度比雙層布置降低5m以上，鍋爐在鍋爐房室內中心部位，鍋爐基礎設計埋深可不考慮凍土深度的影響。

表1 鍋爐房主要參數對比

3.4 安裝工程量

單層布置由于鍋爐房面積的減少和鍋爐房總高度降低，工藝管道、風煙道、配電線路工程量明顯減少。

3.5 建設工期

我國北方高寒地區施工工期每年只有180天，如采用雙層布置，鍋爐房土建工程量增加，現澆混凝土量增加，主體結構施工難度增加，再加上鍋爐安裝有周期要求，烘爐、煮爐都要求有一定時間保證，鍋爐房當年施工當年交工很難做到，只能冬季施工，增加施工費用，而且也達不到建設工期的要求，影響供暖期的供暖。采用單層布置，即可當年施工當年交工使用，不發生冬季施工費用，減少工期本身也是最大的經濟效益和社會效益。

3.6 運行管理

采用單層布置，使設備都在一個層面，方便巡檢和操作；由于減少了一個層面，配件和材料的運輸、搬運環節都減少，減少了工作量；簡化了事故處理程序。采用單層布置運行管理比雙層布置更方便。

3.7 供暖能耗、照明電耗

單層布置由于鍋爐房面積的減少和鍋爐房總高度降低，供暖能耗、照明電耗明顯減少，節能效果較好。

3.8 安全可靠度

單層布置便于巡檢、便于觀察儀表和發現異常，便于防火和人員疏散。由于鍋爐房總高度降低，上煤設備的可靠度增加。檢修和消缺過程中搬運和吊運作業明顯減少。單層布置建筑結構相對簡單，鍋爐房施工難度小，鍋爐房整體抗震性能好。

4 結論及建議

采用單層布置不影響鍋爐房的安全可靠和使用功能，工業鍋爐房單層布置優于雙層布置，主要體現在，鍋爐房建筑面積大幅度減少；鍋爐房總高度可大幅度降低。間接收益是：鍋爐房建造費用、材料消耗、建筑能耗明顯降低；鍋爐房供暖能耗、照明電耗、通風能耗等明顯降低；運行工人操作環境明顯改善。在滿足鍋爐使用條件下，鍋爐房應盡量考慮單層布置的可能性。建議政府主管部門積極推進鍋爐結構優化，引導鍋爐廠生產適合單層布置的工業鍋爐,擯棄傳統鍋爐節能就是提高熱效率的觀念，把鍋爐節能作為系統工程考慮，降低鍋爐房綜合能耗水平。