生物質(zhì)供熱鍋爐改造的初步設(shè)計

張子豐

摘 要：本文針對實現(xiàn)集中供熱比較困難偏遠小區(qū)，同時滿足現(xiàn)行環(huán)保排放要求的特殊環(huán)境條件下，進行生物質(zhì)鍋爐改造，在適用、經(jīng)濟的則下，使設(shè)計方案合理、技術(shù)先進，滿足供熱、節(jié)能、環(huán)保的要求。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；鍋爐；初步設(shè)計

1 項目概況

本文以比較偏遠的唐山市豐潤家屬區(qū)為例，該小區(qū)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(shè)置規(guī)模及鍋爐房設(shè)備容量應(yīng)根據(jù)區(qū)域耗熱量通過計算確定。豐潤家屬區(qū)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(yīng)根據(jù)面積熱指標(biāo)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(biāo)，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(biāo)見表1；根據(jù)住宅樓實際現(xiàn)狀，本設(shè)計按綜合建筑面積熱指標(biāo)取64 W/m2；因此建筑采暖耗熱量為0.32MW（見表1）。

本表數(shù)據(jù)包含5%管網(wǎng)熱損失。

鍋爐容量確定：

經(jīng)統(tǒng)計計算，建筑采暖熱負荷為0.32MW。因此，鍋爐房總熱負荷根據(jù)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(shù)，由于熱指標(biāo)中已包含，故本項取1.0；Q1：區(qū)域采暖總熱負荷，MW；k1：采暖熱負荷同時使用系數(shù)，取1.0；Q2：區(qū)域通風(fēng)總熱負荷，MW；K2：通風(fēng)熱負荷同時使用系數(shù)，取0.7～1.0；Q3：區(qū)域井口通風(fēng)保溫總熱負荷，MW；K3：井口通風(fēng)保溫?zé)嶝摵赏瑫r使用系數(shù)，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(shù)，取0.5～0.8，取0.65。Q5：生產(chǎn)工藝總熱負荷，MW；K5：生產(chǎn)工藝熱負荷同時使用系數(shù)，取0.7～0.9，取0.8。

因此，整個區(qū)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(shè)置一臺0.7MW低溫?zé)崴仩t。

3 燃料的選擇

（1）市政管網(wǎng)集中供熱、天然氣、地?zé)帷㈦姾痛蓟剂希贺S潤家屬區(qū)鍋爐房座落在豐潤區(qū)，小區(qū)及周邊目前沒有市政熱力管網(wǎng)和天燃氣，地?zé)岣脑旃こ梯^大，用電能供熱效率低，使用醇基燃料安全系數(shù)低，方案均不可取。

（2）生物質(zhì)：特點：可再生性、低污染性、廣泛分布性。生物質(zhì)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(yè)廢棄物；二是農(nóng)業(yè)廢棄物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工業(yè)有機廢棄物；六是動物糞便。

生物質(zhì)能的優(yōu)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(zhì)的熱效率僅為10%一30%。

目前可以采用如下方法利用生物質(zhì)能：①熱化學(xué)轉(zhuǎn)換法，獲得木炭、焦油和可燃氣體等品位高的能源產(chǎn)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(zhì)液化等方法；②生物化學(xué)轉(zhuǎn)換法，主要指生物質(zhì)在微生物的發(fā)酵作用下，生成沼氣、酒精等能源產(chǎn)品；③利用油料植物所產(chǎn)生的生物油；④把生物質(zhì)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(zhì)能是農(nóng)村的主要生活燃料，開發(fā)利用生物質(zhì)能對我國農(nóng)村更具特殊意義。目前經(jīng)過加工的生物質(zhì)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(zhì)。

4 鍋爐設(shè)備選擇

4.1 鍋爐設(shè)備的選擇

⑴鍋爐選型必須滿足供暖熱負荷及熱媒參數(shù)的要求。⑵鍋爐選型應(yīng)盡可能與當(dāng)?shù)亻L期供應(yīng)的燃料相匹配。⑶鍋爐應(yīng)有較高的熱效率。⑷同一鍋爐房內(nèi)應(yīng)盡量采用相同燃燒設(shè)備、相同容量鍋爐。應(yīng)盡量合理的擴大鍋爐房規(guī)模，采用大容量高溫?zé)崴仩t，提高鍋爐房機械化、自動化程度。⑸鍋爐房臺數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)熱負荷的調(diào)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(shù)不宜超過7臺。

4.2 鼓引風(fēng)系統(tǒng)

鍋爐設(shè)鼓風(fēng)機、引風(fēng)機，鼓風(fēng)為鍋爐本體內(nèi)置，引風(fēng)機滿足煙氣排放要求。

4.3 給料系統(tǒng)

爐前設(shè)斗式提升機，將料運至鍋爐進料倉。生物質(zhì)鍋爐儲料倉和爐膛采用防回火結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計防逆流裝置，只能生物質(zhì)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(jiān)測進料系統(tǒng)，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(nèi)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(tǒng)

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

5 循環(huán)水泵的選擇

5.1 循環(huán)水泵流量

G=（1.1-1.2）×3.6×Qn/[Cp（tg-th）]

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

5.2 循環(huán)水泵揚程

H=（1.1-1.2）（H1+H2+H3）

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

經(jīng)計算，管網(wǎng)循環(huán)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(yīng)滿足熱水系統(tǒng)的正常補水量外，尚應(yīng)滿足事故增加的補水量，一般為循環(huán)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(tǒng)的靜水壓值，系統(tǒng)最高點加2mH2O（mH2O）；Hq：高溫水的汽化壓力，mH2O；Hb：補水系統(tǒng)管路壓力損失，mH2O；h：補水箱與補水泵之間的高度差，mH2O。

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