淺談燃?xì)庹婵諢崴仩t房的設(shè)計(jì)
0 引言
隨著人民生活水平的不斷提高, 人們對(duì)所處城市的空間環(huán)境與空氣質(zhì)量等問題越來越重視。燃煤鍋爐房的煙氣與廢物排放是造成大氣中懸浮物微粒、硫化物等有害物質(zhì)升高的重要原因之一。因此，各地對(duì)燃煤鍋爐房的限制愈來愈嚴(yán)格，所以燃?xì)忮仩t房的建設(shè)日益增多。
燃?xì)庹婵諢崴仩t投入工程實(shí)踐之后，由于其性能可靠，結(jié)構(gòu)簡單且使用方便，故而其在燃?xì)忮仩t房中的應(yīng)用比例越來越大，因此其設(shè)計(jì)也更加重要。
1 燃?xì)庹婵諢崴仩t的工作原理
1975年日本TAKUMA(田雄)生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真空熱水鍋爐，至今其歷史已達(dá)30多年，田雄公司創(chuàng)始人田熊常吉也因此成為日本十大發(fā)明家之一。我國在20世紀(jì)80年代后期就有一些廠家開始研制燃?xì)庹婵諢崴仩t，現(xiàn)在國內(nèi)廠家的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，產(chǎn)品非常先進(jìn)。
燃?xì)庹婵諢崴仩t的結(jié)構(gòu)見圖1，
圖1 燃?xì)庹婵諢崴仩t結(jié)構(gòu)圖
真空熱水鍋爐的結(jié)構(gòu)，是由燃燒室、減壓蒸汽室、熱交換器及熱媒水等組成的。機(jī)體內(nèi)部通過真空抽氣形成真空，與外部空氣隔絕，成密閉狀態(tài)。熱媒水覆蓋著受熱面并密閉在機(jī)體內(nèi)部，因減壓蒸汽室內(nèi)的壓力保持在大氣壓之下，當(dāng)密閉在內(nèi)的熱媒水被燃燒加熱后，立即沸騰起來，產(chǎn)生與熱媒水相同溫度的蒸汽。機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽在上升過程中，接觸到配置于減壓蒸汽室內(nèi)的熱交換器表面，由于熱交換器內(nèi)的水溫低于蒸汽溫度，蒸汽會(huì)在熱交換器表面上冷凝并放出大量汽化熱，加熱熱交換器中的水，冷凝水在重力作用下重又回到熱媒水中。因此，熱媒水在封閉的機(jī)體內(nèi)周而復(fù)始地進(jìn)行著“沸騰→蒸發(fā)→冷凝→熱媒水”的循環(huán)。既毋須補(bǔ)充熱媒水，又無空燒的危險(xiǎn)。熱交換器中的水被加熱后輸送給用戶。
熱媒水是經(jīng)脫氧、除垢等特殊處理的高純水，出廠前一次充注完成，使用時(shí)在機(jī)組內(nèi)部封閉循環(huán)（汽化→凝結(jié)→汽化），無增減，在機(jī)組使用壽命內(nèi)不必補(bǔ)充和更換，從而節(jié)省大量水資源。外部水源不進(jìn)入爐體，間接傳熱，無污染，用水清潔衛(wèi)生。真空熱水鍋爐爐體內(nèi)部不結(jié)垢，無氧化腐蝕，鍋爐本體壽命超過二十年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通熱水鍋爐10年左右的使用壽命。
真空熱水鍋爐可根據(jù)不同的用途，在鍋筒內(nèi)安裝1~3組高效熱交換器，形成多回路，一爐多用，可同時(shí)用于采暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)等。這樣，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上十分靈活，而不需要考慮更多的設(shè)備布置空間。
2 鍋爐房的布置
鍋爐房位置的選擇十分重要，它將關(guān)系到初投資、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理及安全防護(hù)等一系列問題。
燃?xì)忮仩t房的位置應(yīng)根據(jù)燃?xì)夥N類、鍋爐容量、運(yùn)行壓力、供回水溫度、系統(tǒng)形式及建筑類型等因素考慮，依照現(xiàn)行國家規(guī)范《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50041-2008)、《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028-2006)、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2006) 、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50045-95)(2005年版)、與《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(勞鍋?zhàn)諿1997]7號(hào))綜合確定。若當(dāng)?shù)赜械胤綐?biāo)準(zhǔn)時(shí)，則同時(shí)要考慮滿足之。
鍋爐房宜設(shè)置在地上獨(dú)立的建筑物內(nèi)，若受條件限制，需要與主體建筑相連或設(shè)置在主體建筑的地下室、半地下室、首層、頂層及中間樓層時(shí)，應(yīng)經(jīng)當(dāng)?shù)叵馈脖O(jiān)和環(huán)保等部門批準(zhǔn)。
鍋爐房嚴(yán)禁直接設(shè)在聚集人多的房間（如公共浴室、教室、觀眾廳、商店、餐廳、候診室等）或在其上面、下面、貼鄰或主要疏散口的兩旁[1]。
對(duì)于工業(yè)建筑，其鍋爐房多可設(shè)置在獨(dú)立的建筑物內(nèi)。而對(duì)于公共建筑等民用建筑，其鍋爐房往往設(shè)置在地下室、半地下室、首層、頂層及中間樓層，此時(shí)應(yīng)注意如下之規(guī)定：
(1). 鍋爐的額定出口熱水溫度低于或等于95℃[5]；
(2). 每臺(tái)鍋爐須有超溫報(bào)警裝置[5]；
(3). 燃?xì)忮仩t須裝設(shè)可靠的點(diǎn)火程序控制和熄火保護(hù)裝置[5]；
(4). 設(shè)在半地下室或首層的鍋爐，其單臺(tái)熱功率不應(yīng)大于7MW，設(shè)在地下室、樓層中或頂層的鍋爐，其單臺(tái)熱功率不應(yīng)大于2.8MW[5]；
(5). 每臺(tái)鍋爐應(yīng)由連鎖保護(hù)裝置[5]；
(6). 鍋爐間的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)有相應(yīng)的抗爆措施[5]；
(7). 燃?xì)忮仩t房應(yīng)設(shè)置在首層或地下一層靠外墻部位，但常(負(fù))壓燃?xì)忮仩t可設(shè)置在地下二層，當(dāng)常(負(fù)壓) 燃?xì)忮仩t距安全出口的距離大于6m時(shí)，可設(shè)置在屋頂上。采用相對(duì)密度(與空氣密度比值)大于等于0.75的可燃?xì)怏w為燃料的鍋爐，不得設(shè)在地下或半地下建筑(室)內(nèi)[3]。
筆者建議，當(dāng)鍋爐房設(shè)在主體建筑內(nèi)時(shí)，應(yīng)盡量布置在首層或地下一層，這樣便于燃?xì)獾囊搿⒎阑鸺靶贡纫幌盗袉栴}的解決。
3 燃?xì)忮仩t房的土建、電氣、采暖通風(fēng)和給水排水
3.1 土建
3.1.1 耐火等級(jí)
根據(jù)《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50041-2008)，鍋爐間屬于丁類，蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量大于4t/h、熱水鍋爐額定出力大于2.8MW時(shí)，鍋爐間建筑不應(yīng)低于二級(jí)耐火等級(jí)；蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量小于或等于4t/h、熱水鍋爐額定出力小于或等于2.8MW時(shí)，鍋爐間建筑不應(yīng)低于三級(jí)耐火等級(jí)[1]。
又根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2006)，除鍋爐的總蒸發(fā)量小于等于4t/h的燃煤鍋爐房可采用三級(jí)耐火等級(jí)的建筑外，其他鍋爐房均應(yīng)采用一、二級(jí)耐火等級(jí)的建筑[3]。
筆者建議，設(shè)計(jì)時(shí)采用《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2006)中的規(guī)定，因其更為嚴(yán)格。
3.1.2 泄爆面積
《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50041-2008)中指出，鍋爐房應(yīng)有相當(dāng)于鍋爐間占地面積10%的泄壓面積[1]。
而根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2006)，A=10CV2/3
式中 A-泄壓面積(m2)；
V-廠房的面積(m2)；
C-廠房容積為1000m3時(shí)的泄壓比，當(dāng)燃料為天然氣與液化石油氣時(shí)，C≥0.110；
筆者建議，設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行權(quán)衡判斷，當(dāng)采用《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2006)中的規(guī)定時(shí)，其泄壓面積往往很大，而采用《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50041-2008)時(shí)，則其泄壓面積適中，應(yīng)綜合考慮。
2.2 電氣
鍋爐間和燃?xì)庹{(diào)壓計(jì)量間等有爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場所的等級(jí)劃分，必須符合《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50098-92)的規(guī)定
2.3 采暖通風(fēng)
燃?xì)忮仩t間應(yīng)有每小時(shí)不少于6次的換氣量，當(dāng)其設(shè)置在地下或地下室時(shí)，其應(yīng)有每小時(shí)不少于12次的換氣量，其中不包括鍋爐燃燒通風(fēng)量。另外，應(yīng)設(shè)置每小時(shí)不少于12次的事故通風(fēng)裝置[1]。
燃?xì)庹{(diào)壓計(jì)量間等有爆炸危險(xiǎn)的房間，應(yīng)有每小時(shí)不少于3次的換氣量，如自然通風(fēng)不能滿足，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)裝置，并應(yīng)設(shè)置每小時(shí)不少于12次的事故通風(fēng)裝置[1]。
通風(fēng)裝置應(yīng)防爆，并應(yīng)與泄漏報(bào)警裝置連鎖。
2.4 給水排水
應(yīng)滿足《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50041-2008)之規(guī)定。
4 燃?xì)夤艿?/b>
燃?xì)夤艿老到y(tǒng)一般由燃?xì)夤净蚱渲贫ㄔO(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)人員一般設(shè)計(jì)此方面內(nèi)容或只進(jìn)行燃起管道規(guī)劃。
應(yīng)注意的是，燃?xì)夤艿缿?yīng)作防靜電接地，故應(yīng)事先做好接地所需要的條件。
燃?xì)夤艿郎?span>(如母管的末端) 應(yīng)設(shè)放散管和吹掃口。放散管應(yīng)引至室外，其排出口應(yīng)高出鍋爐房屋脊2米，故應(yīng)考慮防雷措施。
5 燃?xì)庹婵諢崴仩t房的工藝流程
燃?xì)庹婵諢崴仩t房，其典型流程如圖2：
圖2 燃?xì)庹婵諢崴仩t房的工藝流程圖
5.1 流程特點(diǎn)
5.1.1 安全性高
如本文前面所述，設(shè)于建筑物內(nèi)的熱水鍋爐房其出水溫度不能高于95℃[5]，由于燃?xì)庹婵諢崴仩t的出水溫度不會(huì)超過100℃，因此很容易滿足要求，適用于許多民用項(xiàng)目。
5.1.2 系統(tǒng)簡單
燃?xì)庹婵諢崴仩t相當(dāng)于一個(gè)具有內(nèi)熱源的換熱器，由于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，鍋爐本身具有一定的容量，可不使用熱水水箱。因此若采用該型鍋爐，則大大減少了機(jī)房的占地面積，使系統(tǒng)變得簡單，從而使運(yùn)行操作更加簡便。
5.2 注意事項(xiàng)
燃?xì)庹婵諢崴仩t內(nèi)的熱媒水，其處于負(fù)壓狀態(tài)下的最高溫度不會(huì)超過93℃，鍋爐的出水溫度通常不會(huì)超過80℃。因此，若需要更高的出水溫度，則應(yīng)采用其他類型的鍋爐。
燃?xì)庹婵諢崴仩t雖然熱效率高，但是其熱交換器的管徑較小，一般在10mm左右。其管內(nèi)雖不會(huì)結(jié)垢，但稍有不慎就很容易堵塞。為防止系統(tǒng)內(nèi)的污物雜質(zhì)堵塞熱交換器，應(yīng)在鍋爐的進(jìn)水管上設(shè)置過濾器。
通常工況下，熱網(wǎng)的供回水溫差要小于或等于鍋爐的額定供回水溫差，而熱網(wǎng)和鍋爐的熱負(fù)荷是相等的，因此熱網(wǎng)的循環(huán)水量一定要大于或等于鍋爐額定循環(huán)水量。那么鍋爐本體的實(shí)際循環(huán)水量會(huì)高于鍋爐的額定水量，但是在熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行中通常沒有采取相應(yīng)措施，所以經(jīng)常無法保證供熱參數(shù)，即人們經(jīng)常感覺的 “不熱”。解決這一問題的辦法其實(shí)很簡單，即在鍋爐的供回水干管之間，設(shè)一個(gè)旁通管和調(diào)節(jié)閥。在供熱系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)此閥門的開度，使鍋爐按額定水量運(yùn)行，而多余的水量由旁通管流過，此時(shí)再控制鍋爐的燃燒強(qiáng)度即可同時(shí)保證熱網(wǎng)的供水溫度。
鍋爐污染物的排放，應(yīng)符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297-1996)和環(huán)評(píng)報(bào)告的要求，如果當(dāng)?shù)赜懈鼑?yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)執(zhí)行之。煙囪應(yīng)經(jīng)過合理的計(jì)算，保證具有足夠的抽力。煙囪上應(yīng)設(shè)防爆膜或防爆門
控制值班室設(shè)置空調(diào)設(shè)施和相應(yīng)的隔聲措施，以改善操作環(huán)境。
6 結(jié)論
燃?xì)庹婵諢崴仩t本體結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，排煙溫度低，運(yùn)行效率高，安全可靠，自動(dòng)化程度高，啟動(dòng)時(shí)間短，使用壽命長，操作維護(hù)簡便，非常適用于低溫?zé)崴?yīng)系統(tǒng)。但是它無法提供90℃以上熱水，并且其加熱過程比傳統(tǒng)鍋爐稍慢。在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮，合理選擇，避免浪費(fèi)。
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