撤并小鍋爐房改建為小型調峰熱源工程案例分析

王晶 呂冰 吉林省熱力工程設計研究有限責任公司

在城鎮(zhèn)化建設和取締燃煤小鍋爐的背景下，部分城市熱電廠和調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，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峰熱源供給，但現(xiàn)有調峰鍋爐房多數(shù)不具備改擴建的條件，新建大的調峰供熱廠也不容易實現(xiàn)，本文提出了改建原獨立運行現(xiàn)已撤并的小鍋爐房為市政大網(wǎng)分布式調峰熱源的思路，通過對個別案例分析，從技術可行性和經(jīng)濟效益兩個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，本項目利用撤并鍋爐房安裝1 臺燃氣熱水鍋爐，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 燃氣熱水鍋爐及配套；二是新建消防系統(tǒng)，同時對原廠房部分墻體、屋面、門窗等進行消防安全改造。

2 熱負荷

調峰鍋爐房供熱區(qū)域供暖面積115萬m2，綜合熱指標取40W/m2，熱負荷為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,當室外溫度在-9.3℃及以上時，由熱電廠基本熱源供熱，當室外溫度小于-9.3℃時，啟動調峰鍋爐房聯(lián)網(wǎng)運行，調峰鍋爐年運時間為77d。

3 工程方案

3.1 廠址現(xiàn)狀

本項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，規(guī)模為2 臺14MW 燃煤鍋爐，多年未曾使用，大多設備皆已拆除。

3.2 燃料

燃料采用天然氣，引自周邊道路中壓燃氣管線，天然氣低位熱值為8300kcal/m3，連網(wǎng)運行調峰供熱量為5 萬GJ，年耗燃氣量147.3萬m3。

3.3 鍋爐選型及平面布置

鍋爐房設計規(guī)模為1 臺14MW 燃氣熱水鍋爐，型號為SZS14-1.25/115/70-Q(Y)。燃氣鍋爐布置于原除塵間，爐前凈距為3.5m、鍋爐側面與墻凈距為3m，鍋爐后側通道凈距為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，水質滿足《工業(yè)鍋爐水質》要求。

3.4.2 燃燒系統(tǒng)

燃氣與空氣通過燃燒器充分混合燃燒，燃燒效率高。每臺鍋爐燃氣干管上應配套性能可靠的燃氣閥組，閥組前燃氣供氣壓力和閥組規(guī)格應滿足燃燒器最大負荷需要；閥組基本組成和順序應為切斷閥、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、閥前后壓力開關和流量調節(jié)蝶閥；點火用的燃氣管道宜從燃燒器前燃氣干管上的2 級或組合式簡檢漏電磁閥前引出，并應在其上裝設切斷閥和2 級電磁閥。為確保運行安全，鍋爐采用先進的自動化燃燒系統(tǒng)，自動燃燒系統(tǒng)包括火焰檢測、點火程序控制、熄火保護等連鎖控制以及聲、光、電報警裝置等。當天燃氣充分燃燒時，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 煙風系統(tǒng)

拆除除塵間原有設備，用于布置鍋爐、鼓風機等主要設備。新建鋼煙囪，鍋爐煙氣出口至煙囪入口水平煙道布置時應盡量縮短，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防爆門，防爆門的位置有利于泄壓，設在不危及人員安全及轉彎前的適當位置，當爆炸氣體可能危及操作人員的安全時，防爆裝置上裝設泄壓導向管。根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標準》，燃氣鍋爐煙囪高度不低于8m，新建鍋爐房的煙囪周圍半徑200m 距離內(nèi)有建筑物時，其煙囪高度應高出最高建筑物3m，具體高度按環(huán)評批復文件確定。

3.5 通風防煙

鍋爐間設置獨立送排風系統(tǒng)，其通風裝置采用防爆型，燃氣鍋爐房位于首層，通風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。通風量同時考慮了鍋爐額定負荷運行時所需的空氣量。吸風口設置在鍋爐間上部區(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)技術規(guī)范》，總消防水量為25L/s。火災次數(shù)按1 起考慮，火災延續(xù)時間為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，在適當位置設隔斷閥門。廠房高點氣體易于積聚處設置報警探測器,當燃氣管道泄露、可燃氣體泄露探頭檢測到泄露濃度超標時，首先啟動事故風機，同時緊急切斷電磁閥關閉供氣回路，可燃氣體泄露探頭的報警信號傳輸至報警器，通知附近值守的工作人員，以便于及時消除隱患。燃氣鍋爐房主要出入口和疏散樓梯口設置手動火警報警按鈕和手提式滅火器。

3.7 電氣

3.7.1 供配電

項目實施后用電設備減少，不需電增容。設備配電采用放射式，電纜敷設以電纜橋架為主，到設備附近后穿保護管引到設備上。照明配線以暗敷為主，消防配電為保證消防安全設有專門的供電回路。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。照明燈具系統(tǒng)、開關和軸流風機選用防爆型。

3.7.2 防雷接地

鍋爐房按二類防雷建筑物設計。電氣設備金屬外殼、槽鋼底座、電纜保護管、建筑物金屬構件等與原有接地系統(tǒng)可靠連接，控制系統(tǒng)設單獨接地，接地電阻皆不大于1Ω。

3.7.3 火災報警及控制系統(tǒng)

火災報警系統(tǒng)由火災報警控制器、可燃氣體檢測報警控制器、現(xiàn)場控測器、手動報警按鈕、報警總線、消防聯(lián)動等設備組成。全廠火災探測及報警系統(tǒng)設置一套總屏，布置在消防控制室?；馂奶綔y及報警系統(tǒng)由集中報警控制器和測控器組成。不同的保護對象采用不同的報警探測器，火災發(fā)生時探測器探測到火災后由集中報警控制器發(fā)出聲光報警并記錄火災時間，同時發(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?？刂剖覂?nèi)PLC 微機控制系統(tǒng)，結合MODBUS 總線技術，工業(yè)以太網(wǎng)技術、變頻調速及PID技術，把整個設備組成了一個分布式的控制系統(tǒng)?？刂剖覂?nèi)公共PLC 控制柜與現(xiàn)場兩臺PLC 控制柜協(xié)議通信?？刂剖覂?nèi)設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)視其運行狀態(tài)。控制均采用手/自動控制兩種方式，設定由轉換開關完成。計算機采用雙機熱備，以提高系統(tǒng)可靠性。

3.8.2 控制設備

流量測量采用防爆型電磁流量計，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。

3.9 土建

鍋爐房為多層工業(yè)廠房,火災危險性類別為丁類。鍋爐房體量不大，劃分為一個防火分區(qū)，采用自然排煙。鍋爐房局部增設疏散樓梯，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。設備采用鋼筋混凝土獨立基礎。消防泵房地上部分為砌體結構，地下部分及消防水池為鋼筋混凝土筏板基礎。

4 環(huán)境效益分析

天燃氣屬于清潔燃料，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，可實現(xiàn)超低排放，本項目對周圍大氣環(huán)境質量影響較小。

5 單位供熱成本分析

5.1 建設進度及生產(chǎn)經(jīng)營年限

項目是基于供熱區(qū)域內(nèi)年總供熱量的綜合成本分析，計算期20a，建設期7 個月。

5.2 成本分析

5.2.1 主要技術經(jīng)濟指標

項目建設投資為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。調峰鍋爐房年耗燃氣量147.3 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、燃料動力按建設單位提供價格，預測到生產(chǎn)期初進行定價，其中天然氣3.99元/m3（含稅價）；水6.64 元/t（不含稅價）；電0.75 元/kWh（不含稅價）；購熱42 元/GJ（含稅價）。固定生產(chǎn)定員15 人，人員工資按6 萬元/人·a 計取，福利費按工資總額的14%計?。还?jīng)費、職工教育經(jīng)費分別按工資總額的2%和1.5%計取。修理費按固定資產(chǎn)原值的2.4%計取。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%。其他費用按5a 攤銷。其他制造費用占年折舊費的1.5%,其他營業(yè)費用占年營業(yè)收入的2%,其他管理費占年工資總額的2%。

5.2.3 營業(yè)收入預測

住宅熱費27 元/m2（含稅價）,公建熱費29 元/m2（含稅價）。

5.3 供熱成本

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

6 結論

本案例利用原撤并閑置鍋爐房建設調峰熱源，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。而燃氣鍋爐采用低氮燃燒技術，大氣污染物可實現(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峰熱源是解決城市供熱能力不足的可行性方案。