陽煤集團三礦燃氣鍋爐房暖通設計

王 涌

(山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西 陽泉 045000)

陽煤集團三礦燃氣鍋爐房暖通設計

王 涌

(山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西 陽泉 045000)

根據燃氣鍋爐的特點，從鍋爐型號及臺數的確定、水處理設備的選擇及計算、給水設備的選擇及計算、鍋爐燃氣供應系統、鍋爐房工藝布置等方面論述了陽煤集團三礦燃氣鍋爐房暖通專業的設計內容，使其達到環保要求的同時為企業實現更好的社會效益。

燃氣鍋爐，礦井瓦斯氣，設計

陽煤集團三礦地區原有鍋爐為燃煤蒸汽鍋爐，主要擔負三礦地區井筒加溫、職工浴室和班中餐食堂供汽、工業廠房供暖等工作。燃煤鍋爐在使用中存在著以下問題：設備使用年限長，存在安全隱患；設備運行效率低，能量浪費大；排塵濃度高，煙氣含硫量高，對大氣污染比較嚴重，環保不達標。而燃氣鍋爐與燃煤鍋爐相比，由于使用的燃料不同，具有燃燒完全，效率高，噪聲低，煙塵排放符合環保要求等優點，同時陽煤集團礦井蘊含礦井瓦斯氣，礦井瓦斯氣的主要成分是甲烷，是一種溫室氣體,如果排入大氣會產生溫室效應,其溫室效應是二氧化碳的21倍，對環境污染極大。若加以利用可變害為寶,既可以減少一次性能源的消耗, 又減少了對大氣的污染，有效解決了鍋爐煙塵和二氧化硫排放超標的問題，在其達到環保要求的同時將為當地大氣環境質量的改善做出極大的貢獻，使企業實現更好的環境效益和社會效益，符合國家循環經濟發展和節能減排政策,因此可以利用礦井瓦斯氣作為燃氣鍋爐的燃料。為此陽煤集團三礦實施了燃煤鍋爐改燃氣鍋爐工程。本文主要介紹了陽煤集團三礦燃氣鍋爐房暖通設計的一些問題。

1 鍋爐型號及臺數的確定

1.1 熱負荷計算

根據現有生產、采暖、通風、生活的熱負荷，計算鍋爐房的最大計算熱負荷，作為選擇鍋爐類型、臺數、確定鍋爐房規模的依據。鍋爐房的最大計算熱負荷Q為：

Q=K0×(K1×Q生產+K2×Q采暖+K3×Q通風+K4×Q生活)。

其中，Q為最大計算熱負荷；Q生產為生產最大熱負荷，即井筒加溫熱負荷；Q采暖為采暖最大熱負荷；Q通風為通風最大熱負荷；Q生活為最大熱負荷，即澡堂食堂用汽熱負荷；K0為管道熱損失及鍋爐房自用熱系數，一般取1.1～1.2；K1為生產熱負荷同時使用系數，根據具體情況取0.7～0.9；K2為采暖熱負荷同時使用系數，一般取1.0；K3為通風熱負荷同時使用系數，根據具體情況取0.7～1.0；K4為生活熱負荷同時使用系數，根據具體情況取0.5～0.8；經計算鍋爐房的最大計算熱負荷Q=19.16 MW。

1.2 鍋爐型號及臺數選擇

根據鍋爐房熱負荷計算，選擇3臺10 t/h燃氣蒸汽鍋爐，型號為：WNS10-1.25-Q，運行方式為:冬季3臺鍋爐全部運行，夏季1臺鍋爐運行。WNS10-1.25-Q燃氣蒸汽鍋爐技術參數及性能要求如下：1)WNS10-1.25-Q型：額定蒸發量10 t/h，額定蒸汽壓力1.25 MPa，額定蒸汽溫度：194 ℃(飽和)，熱效率：92%。2)鍋爐為微正壓燃燒，以礦井瓦斯氣為燃料，礦井瓦斯氣發熱量為2 560 kcal/Nm3～4 000 kcal/Nm3，鍋爐單臺耗氣量約為2 000 m3/h。燃燒完全，噪聲低，煙塵、SO2及NOx排放符合我國城市環保要求及相關國家標準。3)鍋爐尾部設置溫度測試儀，隨時測定和顯示排煙溫度；鍋爐的燃氣進氣管上裝設甲烷濃度檢測儀，完成甲烷極限低濃度的顯示、報警和聯鎖。4)蒸汽鍋爐燃燒器采用鍋爐廠家選定的，由芬蘭奧林生產的GP-1000 ME型燃燒器(輸出功率10 000 kW)配帶寬調壓比穩壓閥，瓦斯氣入口壓力15 kPa～50 kPa范圍內，控制閥后壓力在13 kPa，燃燒器點火采用礦井瓦斯氣，采用電子比例調節，專用礦井瓦斯氣燃燒頭。5)鼓風機由燃氣蒸汽鍋爐燃燒器配帶，型號：GNB18，風量：12 500 Nm3/h，風壓：78 mbar，功率：37 kW。

2 水處理設備的選擇及計算

鍋爐房的用水大多來自市政供水，根據原水水質指標，不符合GB/T 1576—2008工業鍋爐水質的要求，需要進行水處理。鍋爐房的水處理的任務主要是軟化和除氧。水處理設備的容量D為：

D=K×(D1+D2+D3+D4+D5+D6)。

其中，K為富裕系數，一般取1.1～1.2；D1為蒸汽用戶凝結水損失量；D2為鍋爐房內部汽水損失量；D3為鍋爐排污損失量；D4為熱網漏損量；D5為水處理設備自耗軟化水量；D6為其他工藝裝置及用戶需要的軟化水量。經計算水處理設備的容量D=28 t/h。

2.1 軟化器的選擇

由于鍋爐房原水的硬度超過鍋爐給水水質標準，故需進行水質處理。水處理方式采用爐外化學水處理，逆流再生鈉離子軟化器進行軟化。全自動軟化器具有無人操作、工作可靠、結構緊湊、占地面積小、出水水質可靠的特點。操作人員無需開關任何閥門，僅需按確定時間向鹽液箱投入定量的再生用鹽即可。本設計選用DYS- 40型全自動軟水器一套。DYS- 40型全自動軟水器技術參數如下：額定產水量：40 t/h。出水水質：處理后水質總硬度不大于0.03 mmol/L，達到蒸汽鍋爐給水水質標準。進出口管徑：DN80。安裝尺寸:5 000×1 200×3 900。設備運行重量：5 500 kg。

2.2 除氧器的選擇

根據《工業鍋爐水質》水質標準規定：額定蒸發量不小于10 t/h的鍋爐，給水應除氧。除氧的方法有熱力除氧、真空除氧和化學除氧等。海綿鐵除氧由于具有可在常溫下除氧無需加熱；可隨時供水無需除氧水箱，無需準備時間；除氧效果穩定可靠，出水符合低壓鍋水質標準；安裝方便無需高位安裝等優點，被廣泛應用。本設計選用10 t/h海綿鐵常溫過濾除氧器三套。

海綿鐵常溫過濾除氧器技術參數如下：

額定產水量：10 t/h。

出水水質：處理后水質溶解氧不大于0.1 mg/L，達到蒸汽鍋爐給水水質標準。

進出口管徑：DN65。

安裝尺寸：φ900×2 800。

設備運行重量：6 000 kg。

3 給水設備的選擇及計算

給水設備是指鍋爐房給水系統中各種水泵和水箱，它與鍋爐安全運行有密切關系，給水系統的中斷可能引起重大鍋爐事故。給水設備應性能可靠，有效滿足鍋爐給水的需要。

3.1 鍋爐給水泵的選擇

3.1.1 鍋爐給水泵的流量和臺數

鍋爐給水泵臺數的選擇應能適應鍋爐房全年熱負荷變化的要求，并應設置備用：當流量最大的一臺給水泵停止運行時，其余給水泵的總流量應能滿足所有運行鍋爐在額定蒸發量時所需給水量的110%。為便于燃氣鍋爐自動控制，給水泵采用每爐單獨配置，由于燃氣鍋爐為3臺，設置4臺給水泵，運行方式為三用一備。

3.1.2 鍋爐給水泵的揚程

鍋爐給水泵的揚程H為：

H=K×(H1+H2+H3)。

其中，K為富裕系數，一般取1.1；H1為在設計使用條件下安全閥的開啟壓力；H2為給水系統的壓力損失；H3為給水系統的水位差。

經計算給水泵的揚程H=126 m。

通過以上的分析和計算，給水泵的選型為50DG50×3，流量12.5 m3/h，揚程為148 m，功率為15 kW，設4臺，運行方式為三用一備。

3.2 鍋爐給水箱的選擇

鍋爐給水箱的總有效容積一般為所有運行鍋爐在額定蒸發量時20 min～60 min所需的給水量，本設計給水箱的有效容積為30 m3。

4 燃氣供應系統

燃氣供應系統由供氣管道入口裝置、鍋爐房內配管系統和吹掃放散管道組成。

鍋爐采用礦井瓦斯氣來自瓦斯儲備站中壓瓦斯管道，礦井瓦斯氣組成成分為：甲烷40.78%(30%～50%)，氧氣11.94%，氮氣47.28%；熱值范圍：2 560 kcal/Nm3～4 000 kcal/Nm3，供氣壓力：15 kPa～45 kPa，鍋爐房燃氣管道入口處設計量間，設置兩套QWLJ- 400-Ⅱ-Ⅰ2-R-1.6氣體渦輪流量計，互為備用。流量計流量范圍：150 m3/h～7 500 m3/h，精度等級為1.0級，壓力損失不大于0.9 kPa，電氣部分為防爆型。

鍋爐房內燃氣管道為避免在室內或室內死角處積聚形成爆炸性氣體,有利于泄露燃氣的擴散,采用架空敷設。鍋爐房內燃氣管道采用單母管供氣，引入管與鍋爐間供氣母管連接時，為使各鍋爐供氣壓力均衡，采用在干管中間接入的方式。

吹掃點應設置在鍋爐房進氣管總切斷閥后(順氣流方向)或在燃氣管道上以閥門隔開的管段上。放散管應設于鍋爐房進氣管總切斷閥前(順氣流方向)、燃氣干管的末端、燃燒器前兩個切斷閥之間的管道上。為避免排出的氣體被吸入室內或通風裝置內，放散管出口一般應高出屋脊2.5 m以上。

5 鍋爐房工藝布置

鍋爐房一般由鍋爐間、輔助間(控制室、配電室、水處理間、檢修間)及生活間(值班室、更衣室、浴廁)等組成。鍋爐間采用單層布置，按照工藝流程布置鍋爐設備，使蒸汽、給水、燃氣、空氣和煙氣等介質的管道距離短、阻力小、附件少，便于操作和檢修；輔助間和生活間布置在鍋爐的固定端一側，地下1層，地上2層，共設3層，地下1層布置軟水器、水泵、除氧器、軟水箱等設備，地上1層為配電室，地上2層為更衣室和值班室。

6 結語

燃氣鍋爐由于設備的自動化程度高,工藝系統比較復雜，對鍋爐房的設計要求也較高，暖通專業作為燃氣鍋爐房設計的主設計專業，需要對建筑、結構、電氣和自控專業提出工藝要求，相互協調配合，才能使燃氣鍋爐房設計經濟合理，確保燃氣鍋爐安全、可靠運行。

[1] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1992.

[2] 《燃油燃氣鍋爐房設計手冊》編寫組.燃油燃氣鍋爐房設計手冊[M].第2版.北京：機械工業出版社，1991.

[3] GB 50041—2008，鍋爐房設計規范[S].

[4] GB/T 1576—2008，工業鍋爐水質[S].

HVAC design of mine No.3 gas boiler of Yang coal group

Wang Yong

(ShanxiGuochenConstructionEngineeringSurvey&DesignCo.,Ltd,Yangquan045000,China)

According to gas boiler features, the paper discusses HVAC design of mine No.3 gas boiler of Yang coal group from aspects of boiler types, boiler quantity determination, water processing equipment selection and computation, water-supply equipment selection and computation, boiler gas supply system and boiler house layout, so as to achieve environmental protection demand and realize better social benefits as well.

gas boiler, mine gas, design

2015-04-03

王 涌(1976- )，男，工程師

1009-6825(2015)17-0104-02

TU832

A