王晶 呂冰 吉林省熱力工程設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司

在城鎮(zhèn)化建設(shè)和取締燃煤小鍋爐的背景下，部分城市熱電廠和調(diào)峰鍋爐房供熱能力已經(jīng)不足，熱電廠一般距離市區(qū)較遠(yuǎn)，由于管網(wǎng)主干線管徑及承壓能力等限制性因素，熱電廠的輸熱能力有限，不足的熱量主要依靠調(diào)峰熱源供給，但現(xiàn)有調(diào)峰鍋爐房多數(shù)不具備改擴(kuò)建的條件，新建大的調(diào)峰供熱廠也不容易實(shí)現(xiàn)，本文提出了改建原獨(dú)立運(yùn)行現(xiàn)已撤并的小鍋爐房為市政大網(wǎng)分布式調(diào)峰熱源的思路，通過對個(gè)別案例分析，從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)方面論述得出該思路不僅能夠一定程度上解決市政大網(wǎng)供熱能力不足的問題。

1 概況

由于市政大網(wǎng)供熱能力不足，本項(xiàng)目利用撤并鍋爐房安裝1 臺燃?xì)鉄崴仩t，以較小的投資解決了若干小區(qū)的供暖難題。一是在原除塵間安裝1 臺14MW 燃?xì)鉄崴仩t及配套；二是新建消防系統(tǒng)，同時(shí)對原廠房部分墻體、屋面、門窗等進(jìn)行消防安全改造。

2 熱負(fù)荷

調(diào)峰鍋爐房供熱區(qū)域供暖面積115萬m2，綜合熱指標(biāo)取40W/m2，熱負(fù)荷為46MW。年總供熱量44 萬GJ。其中，電廠供熱量39萬GJ，鍋爐房供熱量5 萬GJ。尖峰期，電廠能夠提供的熱量為115.6GJ/h,當(dāng)室外溫度在-9.3℃及以上時(shí)，由熱電廠基本熱源供熱，當(dāng)室外溫度小于-9.3℃時(shí)，啟動調(diào)峰鍋爐房聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，調(diào)峰鍋爐年運(yùn)時(shí)間為77d。

3 工程方案

3.1 廠址現(xiàn)狀

本項(xiàng)目位于原撤并鍋爐房廠區(qū)，利用原鍋爐房改建。原鍋爐房為2012 年建設(shè)，規(guī)模為2 臺14MW 燃煤鍋爐，多年未曾使用，大多設(shè)備皆已拆除。

3.2 燃料

燃料采用天然氣，引自周邊道路中壓燃?xì)夤芫€，天然氣低位熱值為8300kcal/m3，連網(wǎng)運(yùn)行調(diào)峰供熱量為5 萬GJ，年耗燃?xì)饬?47.3萬m3。

3.3 鍋爐選型及平面布置

鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)模為1 臺14MW 燃?xì)鉄崴仩t，型號為SZS14-1.25/115/70-Q(Y)。燃?xì)忮仩t布置于原除塵間，爐前凈距為3.5m、鍋爐側(cè)面與墻凈距為3m，鍋爐后側(cè)通道凈距為2.8m。

3.4 工藝系統(tǒng)

3.4.1 水系統(tǒng)

熱力系統(tǒng)利用原有鍋爐供回水均為單母管制，外網(wǎng)回水經(jīng)除污器后由循環(huán)水泵送至鍋爐進(jìn)行加熱升溫，然后供出。鍋爐供回水溫差45℃，循環(huán)水量268t/h，管徑為DN300，比摩阻36.2Pa/m。新增軟化水處理系統(tǒng)，處理能力為15m3/h，水質(zhì)滿足《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》要求。

3.4.2 燃燒系統(tǒng)

燃?xì)馀c空氣通過燃燒器充分混合燃燒，燃燒效率高。每臺鍋爐燃?xì)飧晒苌蠎?yīng)配套性能可靠的燃?xì)忾y組，閥組前燃?xì)夤鈮毫烷y組規(guī)格應(yīng)滿足燃燒器最大負(fù)荷需要；閥組基本組成和順序應(yīng)為切斷閥、壓力表、過濾器、穩(wěn)壓閥、波紋接管、2 級或組合式檢漏電磁閥、閥前后壓力開關(guān)和流量調(diào)節(jié)蝶閥；點(diǎn)火用的燃?xì)夤艿酪藦娜紵髑叭細(xì)飧晒苌系? 級或組合式簡檢漏電磁閥前引出，并應(yīng)在其上裝設(shè)切斷閥和2 級電磁閥。為確保運(yùn)行安全，鍋爐采用先進(jìn)的自動化燃燒系統(tǒng)，自動燃燒系統(tǒng)包括火焰檢測、點(diǎn)火程序控制、熄火保護(hù)等連鎖控制以及聲、光、電報(bào)警裝置等。當(dāng)天燃?xì)獬浞秩紵龝r(shí)，基本不產(chǎn)生煙塵和SO2，只有少量的NOx 生成，鍋爐采用低氮燃燒方式，尾部煙氣NOx 初始排放濃度不大于30mg/m3。

3.4.3 煙風(fēng)系統(tǒng)

拆除除塵間原有設(shè)備，用于布置鍋爐、鼓風(fēng)機(jī)等主要設(shè)備。新建鋼煙囪，鍋爐煙氣出口至煙囪入口水平煙道布置時(shí)應(yīng)盡量縮短，以減少煙氣阻力損失，煙囪抽力滿足鍋爐微正壓燃燒要求。在煙氣容易集聚的地方裝設(shè)防爆門，防爆門的位置有利于泄壓，設(shè)在不危及人員安全及轉(zhuǎn)彎前的適當(dāng)位置，當(dāng)爆炸氣體可能危及操作人員的安全時(shí)，防爆裝置上裝設(shè)泄壓導(dǎo)向管。根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，燃?xì)忮仩t煙囪高度不低于8m，新建鍋爐房的煙囪周圍半徑200m 距離內(nèi)有建筑物時(shí)，其煙囪高度應(yīng)高出最高建筑物3m，具體高度按環(huán)評批復(fù)文件確定。

3.5 通風(fēng)防煙

鍋爐間設(shè)置獨(dú)立送排風(fēng)系統(tǒng)，其通風(fēng)裝置采用防爆型，燃?xì)忮仩t房位于首層，通風(fēng)量滿足正常換氣次數(shù)不少于6 次/h，事故換氣次數(shù)不少于12 次/h。通風(fēng)量同時(shí)考慮了鍋爐額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)所需的空氣量。吸風(fēng)口設(shè)置在鍋爐間上部區(qū)域，上邊緣至頂棚平面或屋頂?shù)木嚯x不大于0.1m。

3.6 消防

鍋爐房屬丁類生產(chǎn)廠房，耐火等級為Ⅱ級，根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，總消防水量為25L/s?；馂?zāi)次數(shù)按1 起考慮，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為2h，一次滅火消防用水量為180m3，新建200m3的消防水池一座。廠區(qū)設(shè)置環(huán)狀消防供水管網(wǎng)，兩路供水與環(huán)狀管網(wǎng)相連，采用地下式消火栓，在適當(dāng)位置設(shè)隔斷閥門。廠房高點(diǎn)氣體易于積聚處設(shè)置報(bào)警探測器,當(dāng)燃?xì)夤艿佬孤丁⒖扇細(xì)怏w泄露探頭檢測到泄露濃度超標(biāo)時(shí)，首先啟動事故風(fēng)機(jī)，同時(shí)緊急切斷電磁閥關(guān)閉供氣回路，可燃?xì)怏w泄露探頭的報(bào)警信號傳輸至報(bào)警器，通知附近值守的工作人員，以便于及時(shí)消除隱患。燃?xì)忮仩t房主要出入口和疏散樓梯口設(shè)置手動火警報(bào)警按鈕和手提式滅火器。

3.7 電氣

3.7.1 供配電

項(xiàng)目實(shí)施后用電設(shè)備減少，不需電增容。設(shè)備配電采用放射式，電纜敷設(shè)以電纜橋架為主，到設(shè)備附近后穿保護(hù)管引到設(shè)備上。照明配線以暗敷為主，消防配電為保證消防安全設(shè)有專門的供電回路。爆炸氣體環(huán)境內(nèi)的電纜采用穿鍍鋅鋼管埋地或沿墻敷設(shè)。照明燈具系統(tǒng)、開關(guān)和軸流風(fēng)機(jī)選用防爆型。

3.7.2 防雷接地

鍋爐房按二類防雷建筑物設(shè)計(jì)。電氣設(shè)備金屬外殼、槽鋼底座、電纜保護(hù)管、建筑物金屬構(gòu)件等與原有接地系統(tǒng)可靠連接，控制系統(tǒng)設(shè)單獨(dú)接地，接地電阻皆不大于1Ω。

3.7.3 火災(zāi)報(bào)警及控制系統(tǒng)

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)報(bào)警控制器、可燃?xì)怏w檢測報(bào)警控制器、現(xiàn)場控測器、手動報(bào)警按鈕、報(bào)警總線、消防聯(lián)動等設(shè)備組成。全廠火災(zāi)探測及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置一套總屏，布置在消防控制室?；馂?zāi)探測及報(bào)警系統(tǒng)由集中報(bào)警控制器和測控器組成。不同的保護(hù)對象采用不同的報(bào)警探測器，火災(zāi)發(fā)生時(shí)探測器探測到火災(zāi)后由集中報(bào)警控制器發(fā)出聲光報(bào)警并記錄火災(zāi)時(shí)間，同時(shí)發(fā)信號啟動消防水泵。

3.8 自動控制

3.8.1 控制方案

鍋爐廠配套提供現(xiàn)場PLC 控制柜。控制室內(nèi)PLC 微機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)合MODBUS 總線技術(shù)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、變頻調(diào)速及PID技術(shù)，把整個(gè)設(shè)備組成了一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)。控制室內(nèi)公共PLC 控制柜與現(xiàn)場兩臺PLC 控制柜協(xié)議通信。控制室內(nèi)設(shè)置一臺操作員站兼工程師站，將PLC 信號傳至鍋爐房控制系統(tǒng)操作員站中，在操作員站監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)?？刂凭捎檬?自動控制兩種方式，設(shè)定由轉(zhuǎn)換開關(guān)完成。計(jì)算機(jī)采用雙機(jī)熱備，以提高系統(tǒng)可靠性。

3.8.2 控制設(shè)備

流量測量采用防爆型電磁流量計(jì)，壓力表、壓力變送器均選用防爆型，集中顯示的溫度表，根據(jù)介質(zhì)及操作條件不同分別選用防爆型熱電偶或防爆型熱電阻。就地顯示的溫度表，選用防爆型雙金屬溫度計(jì)。

3.9 土建

鍋爐房為多層工業(yè)廠房,火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丁類。鍋爐房體量不大，劃分為一個(gè)防火分區(qū)，采用自然排煙。鍋爐房局部增設(shè)疏散樓梯，部分隔墻改建為防火墻，屋面和外墻局部改造，以滿足泄壓要求。設(shè)備采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。消防泵房地上部分為砌體結(jié)構(gòu)，地下部分及消防水池為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。

4 環(huán)境效益分析

天燃?xì)鈱儆谇鍧嵢剂?，基本不產(chǎn)生顆粒物和SO2。鍋爐采用低氮燃燒器，通過自控手段控制燃燒溫度和過量空氣系數(shù)，以減少NOX生成量，NOX初始排放濃度控制在30mg/m3以下，可實(shí)現(xiàn)超低排放，本項(xiàng)目對周圍大氣環(huán)境質(zhì)量影響較小。

5 單位供熱成本分析

5.1 建設(shè)進(jìn)度及生產(chǎn)經(jīng)營年限

項(xiàng)目是基于供熱區(qū)域內(nèi)年總供熱量的綜合成本分析，計(jì)算期20a，建設(shè)期7 個(gè)月。

5.2 成本分析

5.2.1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

項(xiàng)目建設(shè)投資為1122.02 萬元，利用原有固定資產(chǎn)折舊724 萬元；電廠買熱39 萬GJ。調(diào)峰鍋爐房年耗燃?xì)饬?47.3 萬m3，年耗電量176.2×104kWh，年耗水量2.52 萬t。

5.2.2 總成本預(yù)測

原、輔助材料及燃料動力成本本工程所需原材料、燃料動力按建設(shè)單位提供價(jià)格，預(yù)測到生產(chǎn)期初進(jìn)行定價(jià)，其中天然氣3.99元/m3（含稅價(jià)）；水6.64 元/t（不含稅價(jià)）；電0.75 元/kWh（不含稅價(jià)）；購熱42 元/GJ（含稅價(jià)）。固定生產(chǎn)定員15 人，人員工資按6 萬元/人·a 計(jì)取，福利費(fèi)按工資總額的14%計(jì)??；工會經(jīng)費(fèi)、職工教育經(jīng)費(fèi)分別按工資總額的2%和1.5%計(jì)取。修理費(fèi)按固定資產(chǎn)原值的2.4%計(jì)取。采用分類折舊法，本次改造內(nèi)容折舊年限分別為建筑工程30a，設(shè)備及安裝工程20a，利用原有固定資產(chǎn)按20a 折舊,殘值率均為5%。其他費(fèi)用按5a 攤銷。其他制造費(fèi)用占年折舊費(fèi)的1.5%,其他營業(yè)費(fèi)用占年?duì)I業(yè)收入的2%,其他管理費(fèi)占年工資總額的2%。

5.2.3 營業(yè)收入預(yù)測

住宅熱費(fèi)27 元/m2（含稅價(jià)）,公建熱費(fèi)29 元/m2（含稅價(jià)）。

5.3 供熱成本

按照總成本構(gòu)成計(jì)算單位供熱成本，計(jì)算期折合每m2成本平均值（不含稅價(jià)）為22 元/m2。

6 結(jié)論

本案例利用原撤并閑置鍋爐房建設(shè)調(diào)峰熱源，以較小的投資（1122.02 萬元）解決了115 萬m2用戶供暖難題，同時(shí)釋放了電廠的部分供熱能力給其他用戶，提升了用戶整體滿意度和幸福感，具有良好的社會效益。而燃?xì)忮仩t采用低氮燃燒技術(shù)，大氣污染物可實(shí)現(xiàn)超低排放，具有較好的環(huán)境效益。因此，通過對本案例的分析可以看出，利用撤并小鍋爐房改建為小型調(diào)峰熱源是解決城市供熱能力不足的可行性方案。