生物質供熱鍋爐改造的初步設計

張子豐

摘 要：本文針對實現集中供熱比較困難偏遠小區，同時滿足現行環保排放要求的特殊環境條件下，進行生物質鍋爐改造，在適用、經濟的則下，使設計方案合理、技術先進，滿足供熱、節能、環保的要求。

關鍵詞：生物質；鍋爐；初步設計

1 項目概況

本文以比較偏遠的唐山市豐潤家屬區為例，該小區相對獨立，周邊可用供暖熱源。本項目即安裝1臺供熱鍋爐一臺，對3棟家屬樓提供熱源，以滿足供熱要求。

2 熱負荷確定

項目設置規模及鍋爐房設備容量應根據區域耗熱量通過計算確定。豐潤家屬區耗熱量僅包括3棟住宅樓建筑物采暖耗熱量。建筑采暖耗熱量應根據面積熱指標進行計算。

Q=q×A

其中：Q：公共建筑采暖耗熱量，W；q：公共建筑采暖耗熱量指標，W/m2；A：公共建筑面積，m2；建筑面積約為0.5萬平方米。

建筑物物采暖耗熱量指標見表1；根據住宅樓實際現狀，本設計按綜合建筑面積熱指標取64 W/m2；因此建筑采暖耗熱量為0.32MW（見表1）。

本表數據包含5%管網熱損失。

鍋爐容量確定：

經統計計算，建筑采暖熱負荷為0.32MW。因此，鍋爐房總熱負荷根據下列公式計算確定。

Q=K×（k1×Q1+k2×Q2+k3×Q3+ k4×Q4+ k5×Q5） MW

其中Q：鍋爐房總熱負荷，MW；K：管道熱損失系數，由于熱指標中已包含，故本項取1.0；Q1：區域采暖總熱負荷，MW；k1：采暖熱負荷同時使用系數，取1.0；Q2：區域通風總熱負荷，MW；K2：通風熱負荷同時使用系數，取0.7～1.0；Q3：區域井口通風保溫總熱負荷，MW；K3：井口通風保溫熱負荷同時使用系數，取1.0；Q4：生活熱水總熱負荷，MW；K4：生活熱水熱負荷同時使用系數，取0.5～0.8，取0.65。Q5：生產工藝總熱負荷，MW；K5：生產工藝熱負荷同時使用系數，取0.7～0.9，取0.8。

因此，整個區域集中鍋爐房供熱負荷為0.32MW，確定所需鍋爐容量為0.7MW，新建鍋爐房需設置一臺0.7MW低溫熱水鍋爐。

3 燃料的選擇

（1）市政管網集中供熱、天然氣、地熱、電和醇基燃料：豐潤家屬區鍋爐房座落在豐潤區，小區及周邊目前沒有市政熱力管網和天燃氣，地熱改造工程較大，用電能供熱效率低，使用醇基燃料安全系數低，方案均不可取。

（2）生物質：特點：可再生性、低污染性、廣泛分布性。生物質能是可再生能源，通常包括以下幾個方面：一是木材及森林工業廢棄物；二是農業廢棄物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工業有機廢棄物；六是動物糞便。

生物質能的優點是：燃燒容易，污染少，灰分較低；缺點是：熱值及熱效率低，體積大而不易運輸；直接燃燒生物質的熱效率僅為10%一30%。

目前可以采用如下方法利用生物質能：①熱化學轉換法，獲得木炭、焦油和可燃氣體等品位高的能源產品，該方法又按其熱加工的方法不同，分為高溫干餾、熱解、生物質液化等方法；②生物化學轉換法，主要指生物質在微生物的發酵作用下，生成沼氣、酒精等能源產品；③利用油料植物所產生的生物油；④把生物質壓制成成型狀燃料（如塊型、棒型燃料），以便集中利用和提高熱效率。秸稈和薪柴等生物質能是農村的主要生活燃料，開發利用生物質能對我國農村更具特殊意義。目前經過加工的生物質燃料低位熱值可達到4300kcal/kg；是燃煤鍋爐替代的清潔能源。

綜上所述，本項目供熱燃料選擇清潔能源——生物質。

4 鍋爐設備選擇

4.1 鍋爐設備的選擇

⑴鍋爐選型必須滿足供暖熱負荷及熱媒參數的要求。⑵鍋爐選型應盡可能與當地長期供應的燃料相匹配。⑶鍋爐應有較高的熱效率。⑷同一鍋爐房內應盡量采用相同燃燒設備、相同容量鍋爐。應盡量合理的擴大鍋爐房規模，采用大容量高溫熱水鍋爐，提高鍋爐房機械化、自動化程度。⑸鍋爐房臺數的選擇應根據熱負荷的調度、鍋爐檢修和擴建等因素綜合考慮，采用機械加煤的鍋爐房鍋爐總臺數不宜超過7臺。

4.2 鼓引風系統

鍋爐設鼓風機、引風機，鼓風為鍋爐本體內置，引風機滿足煙氣排放要求。

4.3 給料系統

爐前設斗式提升機，將料運至鍋爐進料倉。生物質鍋爐儲料倉和爐膛采用防回火結構設計，設計防逆流裝置，只能生物質燃料進入爐膛，爐膛高溫氣流無法進入料倉。還配置有安全防火裝置，在防逆流裝置失效下，自動監測進料系統，就會啟動，將高溫強制送入爐膛。鍋爐停止工作后每次自動清理干凈絞龍內的燃料后才停止工作，保證絞龍無燃料，這樣就截斷燃料沿著絞龍燒到料倉的問題。

4.4 除塵系統

設旋風除塵器，作為一級過濾，為了滿足鍋爐排放要求，設脈沖布袋除塵器一臺，設空壓機一臺。空壓機管路采用無縫鋼管，焊接連接。

5 循環水泵的選擇

5.1 循環水泵流量

G=（1.1-1.2）×3.6×Qn/[Cp（tg-th）]

式中 G：循環水泵流量，kg/h；Qn：設計熱負荷，W；Tg：供水溫度，℃；th：回水溫度，℃；Cp：循環水的比熱，一般取4.19KJ/kg.℃。

5.2 循環水泵揚程

H=（1.1-1.2）（H1+H2+H3）

式中H：循環水泵揚程，mH2O；H1：鍋爐內部阻力損失，mH2O；H2：供、回水管阻力損失，mH2O；H3：最不利環路末端熱交換器阻力損失，mH2O；

經計算，管網循環水泵選擇KQL65/160-4/2，2臺 ，Q=25m3/h，H=32 mH2O，N=4KWh，一用一備。

6 補水泵的選擇

⑴補水泵的流量除應滿足熱水系統的正常補水量外，尚應滿足事故增加的補水量，一般為循環水量的3%～5%。⑵補水泵揚程。

H=Hj+Hq+Hb-h

式中H：補水泵揚程，mH2O；Hj：系統的靜水壓值，系統最高點加2mH2O（mH2O）；Hq：高溫水的汽化壓力，mH2O；Hb：補水系統管路壓力損失，mH2O；h：補水箱與補水泵之間的高度差，mH2O。

經計算，補水泵選擇KQL20/110-0.37/2，2臺，一用一備；

Q=2.5m3/h，H=15mH2O，N=0.37KWh。

7 軟化水處理器選擇

根據系統補水量，水處理間選擇不銹鋼全自動軟水器設備一套，處理水量為1.5m3/h，雙罐運行，交替再生，滿足系統補水的需要；鍋爐房設高架軟化水箱一座，容積1.5m3。