關(guān)于北方某動(dòng)物園清潔能源供熱改造替代方案

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

0 引 言

北方某動(dòng)物園區(qū)共建有18處動(dòng)物館舍群、5處動(dòng)物散放區(qū)、6處水域、1處游樂場和1處大型動(dòng)物表演館，總建筑面積3.7萬平方米。

園區(qū)現(xiàn)有分散小鍋爐房19座，鍋爐20臺(tái)，采用燃煤小鍋爐熱水供熱，未有蒸汽負(fù)荷。

由于環(huán)保要求，園區(qū)所在地生態(tài)環(huán)境局向園區(qū)下達(dá)了“關(guān)于建成區(qū)外燃煤鍋爐整治工作的通知”，要求取締動(dòng)物園內(nèi)的19臺(tái)小燃煤鍋爐房，將以清潔能源供熱取代原有燃煤鍋爐，計(jì)劃采用燃?xì)夤幔捎秒婂仩t作為重要熱負(fù)荷備用。

實(shí)際上在“實(shí)施清潔能源替代”中清潔能源供熱方面可開發(fā)和拓展的范圍空間也很大，主要對(duì)象為高速公路服務(wù)區(qū)、旅游景區(qū)、城鄉(xiāng)結(jié)合部較偏遠(yuǎn)的企事業(yè)單位、學(xué)校、大型商場等等，尤其是接不上集中供熱大網(wǎng)的取暖用戶。

由此可見，采用燃?xì)?、電蓄熱設(shè)備的清潔能源供熱模式，提高能效比，利用低谷電或棄風(fēng)電提高經(jīng)濟(jì)效益，在北方地區(qū)會(huì)有很大的發(fā)展空間，從華北地區(qū)一輪一輪的煤改電設(shè)備招標(biāo)就可見一斑。

因此，如何適應(yīng)“煤改電”的大趨勢(shì)，培植 “煤改電”設(shè)備產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)是政府面臨的主要課題，出臺(tái)相應(yīng)的配套政策也是當(dāng)務(wù)之急。

本項(xiàng)目的實(shí)施，利用改建的16臺(tái)燃?xì)忮仩t及7臺(tái)電鍋爐代替原有20臺(tái)0.5～1.5 MW燃煤熱水供熱，對(duì)保證動(dòng)物園冬季采暖安全性起到良好的作用。

1 鍋爐選型及改建方案

園區(qū)由于其熱負(fù)荷的特殊性，具有熱負(fù)荷分散、規(guī)模小、排放要求較高、供熱安全性要求高等特點(diǎn)。

燃煤鍋爐因?yàn)闊嶝?fù)荷難以集中，而分散的小鍋爐均為3t/h以下手燒爐，燃燒效率普遍較低，排放不達(dá)標(biāo)，因而本工程排除使用燃煤鍋爐方案。

就目前供熱市場類似工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程特點(diǎn)，本工程適合采用燃?xì)饣螂婂仩t供熱。

1.1 燃?xì)忮仩t

燃料采用犸割高能氣，犸割高能氣的主要成分和基礎(chǔ)氣源是甲烷，以LNG 形式低溫-162 ℃液態(tài)存儲(chǔ)，辛烷值A(chǔ)STM：130，無色、無味、無毒且無腐蝕性。體積是同質(zhì)量的天然氣1/625，質(zhì)量僅為同體積水的45%左右，其儲(chǔ)存效率為同體積CNG的2.5倍。便于運(yùn)輸、存儲(chǔ)和使用，是迄今為止世界上最高效、安全、節(jié)能、環(huán)保的新能源氣體。

本工程燃料供應(yīng)采用罐裝式LNG液化氣，儲(chǔ)存裝置可設(shè)置在室內(nèi)或室外。定期由車輛運(yùn)輸至鍋爐房，也可按照月或季度使用量集中預(yù)存放，防止冬季高速公路封閉造成氣源短缺。

燃?xì)忮仩t由于內(nèi)部水管路要求，必須要采用換熱系統(tǒng)，不能采用直供方式，一次側(cè)循環(huán)水需采用處理過的軟化水。一二次網(wǎng)換熱系統(tǒng)設(shè)備由燃?xì)鉅t、換熱器、軟水箱、全自動(dòng)軟化水處理器、膨脹水箱、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵組成。

一次網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度為80/60 ℃，壓力0.1～0.3 MPa，二次網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度為70/50 ℃，壓力為0.1～0.3 MPa。

氣化供氣站是指進(jìn)行卸氣、儲(chǔ)存、氣化、穩(wěn)壓、調(diào)壓、助劑添加等功能。氣化供氣主要作用是儲(chǔ)存、氣化LNG，包括低溫杜瓦瓶增壓系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)及調(diào)壓、計(jì)量和助劑添加系統(tǒng)，如圖1所示。

氣化裝置是LNG供氣系統(tǒng)向外界供氣的主要裝置，設(shè)計(jì)中通常采用空溫式氣化器，其氣化能力宜為用氣城鎮(zhèn)高峰小時(shí)計(jì)算流量的1.3～1.5倍，穩(wěn)壓工藝確保氣體平穩(wěn)輸出。

1.2 電鍋爐

電采暖爐運(yùn)行采用循環(huán)泵提供動(dòng)力，通過溫度、壓力及流量傳感器，構(gòu)成循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，按恒溫、節(jié)能的優(yōu)化運(yùn)行原則，隨著水溫的變化，控制系統(tǒng)不斷進(jìn)行溫度采集，邏輯運(yùn)算和數(shù)字芯片控制調(diào)節(jié)，從而達(dá)到系統(tǒng)自動(dòng)恒溫，實(shí)現(xiàn)采暖的目的，如圖2所示。

鍋爐操作系統(tǒng)為自動(dòng)控制，用戶可根據(jù)需要從常溫到95度任意調(diào)節(jié)，溫度設(shè)定好后即可進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，還可以按照實(shí)際需求設(shè)定四個(gè)時(shí)間段定時(shí)控制，整個(gè)鍋爐管理無需專人職守。

電加熱管采用厚壁316L不銹鋼管制作，采用優(yōu)質(zhì)高溫氧化鎂粉及封口材料，耐高溫可達(dá)900 ℃。

產(chǎn)品裝有放空口，防止鍋爐產(chǎn)生壓力而造成爆炸事故；同時(shí)具有低水位保護(hù)，在供水停止的情況下鍋爐將自動(dòng)停止工作，防止了鍋爐干燒導(dǎo)致電加熱元件損害甚至燒壞的現(xiàn)象。

本工程電鍋爐受接入線路限制，無法全部使用。燃?xì)忮仩t冬季存在氣源的不穩(wěn)定性，綜合以上因素，本工程確定熱源方案以燃?xì)忮仩t為主，電鍋爐作為備用的形式。即重要場館選用一臺(tái)燃?xì)忮仩t和一臺(tái)電鍋爐，兩臺(tái)互為備用。

2 改建方案

(1)全預(yù)混燃燒技術(shù)

可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w(空氣)在完全預(yù)混的狀態(tài)下，燃?xì)夥肿优c氧分子接觸表面積大，點(diǎn)火時(shí)，反應(yīng)有效碰撞次數(shù)多，加快反應(yīng)速度，反應(yīng)更完全，反應(yīng)放熱多。

(2)冷凝換熱技術(shù)

從液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水蒸氣是吸熱過程，反之是放熱過程。這一過程中轉(zhuǎn)換的熱量稱為“汽化潛熱”；冷凝式換熱器就是利用了煙氣中水蒸氣液化所釋放的汽化潛熱。在α=1.2～1.4的燃燒工況下，將煙氣溫度降低到55 ℃以下就會(huì)有冷凝水產(chǎn)生，就能利用汽化潛熱來加熱鍋爐水；因此，冷凝式燃?xì)鉄崴疇t的熱效率可大于100%，最高可達(dá)108%。

根據(jù)超低排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鍋爐煙塵排放濃度不超過10 mg/Nm3，SO2排放濃度不超過35 mg/Nm3，NOx排放濃度不超過50 mg/Nm3。

本工程燃?xì)鉅t使用低氮燃燒技術(shù)，NOx排放低于30 mg/Nm3，無煙塵和SO2排放，符合相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

熱力系統(tǒng)中鍋爐側(cè)包含燃?xì)忮仩t、電鍋爐、循環(huán)水泵、換熱器組成。本工程16個(gè)鍋爐房，其中有7個(gè)鍋爐房需要設(shè)置備用電鍋爐。循環(huán)水由水泵驅(qū)動(dòng)經(jīng)歷鍋爐加熱后進(jìn)入換熱器釋放熱量，再回鍋爐升溫完成熱力循環(huán)。

用戶側(cè)包含換熱器、循環(huán)泵、膨脹水箱、補(bǔ)水泵、全自動(dòng)軟化水設(shè)備組成。換熱器加熱循環(huán)水進(jìn)入用戶散熱，再由循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入換熱器加熱。

補(bǔ)水泵設(shè)置兩路，實(shí)現(xiàn)分別能夠給鍋爐側(cè)和用戶側(cè)補(bǔ)水的功能。

燃?xì)忮仩t排煙溫度為50 ℃，排放冷凝液呈弱酸性或中性，不需要再處理，可直接排放至室內(nèi)排水管道。

本項(xiàng)目原有19處鍋爐房鍋爐容量不同，鍋爐及附屬設(shè)備布置各異。通過現(xiàn)場調(diào)研，同時(shí)從設(shè)備廠家收集了各設(shè)備布置原則及外形尺寸，確定各鍋爐房現(xiàn)有空間能夠滿足本次改建要求，可以布置燃?xì)鉅t、電鍋爐、板式換熱器、全自動(dòng)軟水器、水箱等設(shè)備，循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵及供回水管道利用原有。在靠近燃?xì)鉅t布置的墻壁外側(cè)設(shè)置安全防護(hù)柵欄，用于存放燃?xì)夤蕖?/p>

各設(shè)備基礎(chǔ)部分利舊，部分新建，在外墻壁上開孔用于強(qiáng)制通風(fēng)及排煙。

本工程采用SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)方式，在辦公樓設(shè)置監(jiān)控室內(nèi)完成各鍋爐房燃?xì)鉅t正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)置和鍋爐事故狀態(tài)的有關(guān)操作，在就地人員的配合下能完成鍋爐的啟停操作。

在各鍋爐房設(shè)置可編程序控制器PLC，用于采集鍋爐、循環(huán)水、電氣數(shù)據(jù)，控制調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行，各現(xiàn)場控制系統(tǒng)與監(jiān)控室通信采用移動(dòng)通信公司的無線網(wǎng)絡(luò)方式。

3 結(jié)束語

經(jīng)研究分析后認(rèn)為，本項(xiàng)目方案從燃料供應(yīng)、水電供給、總平面布置、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等主要條件來看，都是合理的、可行的。

方案無論從環(huán)保效益和節(jié)能效果來看，由于使用了效率較高的燃?xì)鉅t及電鍋爐，對(duì)環(huán)境的污染減少到了最小的程度。

因此，從投資、布置、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保等方面綜合考慮，作為本項(xiàng)目的裝機(jī)方案是可行的。

本項(xiàng)目主要為動(dòng)物園區(qū)供熱，在技術(shù)原則上既注重了較高的實(shí)用效果，又注重了較高的經(jīng)濟(jì)性，因此，方案是安全的和經(jīng)濟(jì)的。