姚長利 華能扎賚諾爾煤業(yè)有限公司供暖公司

王友才 張衍國 李清海 清華大學熱科學與動力工程教育部重點實驗室

燃煤工業(yè)鍋爐房的合理設計既需要符合國家的能源環(huán)保政策，又要滿足安全需求，在滿足鍋爐使用要求和保證較高熱效率的前提下，應使結構便于減少鍋爐房面積和高度，降低維護結構的復雜性及鍋爐房建設費用。在我國北方地區(qū)，應實現(xiàn)縮短建設工期，達到當年建設當年使用。通過對鍋爐房的優(yōu)化設計，可實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標。在運行管理方面，要提高鍋爐運行的安全性。本文通過對臥式循環(huán)流化床鍋爐單層布置及已有的雙層鍋爐房布置的比較，分析了單層布置和雙層布置的優(yōu)劣，并給出了相應建議。

1 傳統(tǒng)鍋爐房布置方案

傳統(tǒng)燃煤工業(yè)鍋爐房均采用雙層布置，以解決大型鍋爐復雜工藝的要求（除渣、落灰、檢修等），鏈條爐主要是爐排落灰的清除，循環(huán)流化床鍋爐主要考慮爐渣和后部落灰的排除。鍋爐設在＋4.00m標高層，爐前設有煤倉，煤倉上部設有皮帶走廊，標高在＋10.00m以上，走廊鋪設水平分倉皮帶，皮帶上有犁式卸料器，負責往每個臺爐分煤。一層為±0.00m平面層，設有輔助設備，爐后設有除塵脫硫設備和引風機，水泵和水處理設備布置在鍋爐房端部，在爐下±0.00m平面層設有刮板除渣機，除渣機從端部出鍋爐房，沿除渣走廊至除渣機頭間，在機頭間下部設有渣倉，爐渣從渣倉下部倉口排出，由專用車輛運出。

鍋爐用煤從鍋爐房外受煤坑給煤，經(jīng)皮帶或斗式提升機提升至煤倉上部皮帶走廊鋪設的水平分倉皮帶，送至爐前煤倉。

傳統(tǒng)的爐前煤倉在上部設1個進煤口，進煤口設在運煤皮帶鍋爐側，由于進煤口少，設置不合理，造成死倉容多，煤倉上部平面尺寸大，而沒有有效倉容。為保證爐前煤倉能多儲一些燃煤，傳統(tǒng)做法是提高煤倉上部皮帶走廊標高，增加煤倉高度，這樣提高了鍋爐房整體高度，同時也提高了燃料的垂直提升高度，增加了電耗。

傳統(tǒng)的雙層布置鍋爐房設計，鍋爐房面積使用不合理，鍋爐房面積大，建造費用高，供暖、照明負荷大，人員巡檢路線長，經(jīng)濟性與使用性上存在很多問題，有待改進和優(yōu)化。為此在一新礦井設計中，對傳統(tǒng)鍋爐房設計進行了改進和優(yōu)化。

2 示范工程

2.1 示范工程簡介

為了解決鍋爐房雙層布置帶來的問題，在2010年某煤炭企業(yè)鍋爐房建設過程中，考慮采用單層布置方案，把該鍋爐房作為燃煤工業(yè)鍋爐單層布置示范工程。本工程位于北方高寒地區(qū)。

鍋爐選用臥式循環(huán)流化床鍋爐，系由清華大學、北京熱華能源科技有限公司、北京一亞高科能源科技有限公司、柳州鍋爐廠、北京鍋爐廠共同開發(fā)的一種高效、節(jié)能、環(huán)保、運行可靠的小型燃煤鍋爐。它采用臥式布置、多級循環(huán)的物料循環(huán)結構，改變了傳統(tǒng)循環(huán)流化床的立式、一級循環(huán)的結構，能夠有效減小鍋爐高度，降低了整個鍋爐房的造價，實現(xiàn)了循環(huán)流化床鍋爐的小型化。

2.2 示范鍋爐房工藝設計

為解決鍋爐排渣問題，示范工程選用多級循環(huán)流化床鍋爐，該爐只在主燃燒室下設排渣口，其它部位沒有排渣、排灰口。該爐鋼架結構，需要檢修操作的部位，都留有空間，為鍋爐房單層布置創(chuàng)造了條件。

由于鍋爐單層布置，使鍋爐房單層布置更為合理。所以該鍋爐房采用單層布置，即鍋爐設在±0.00m平面層，取消＋4.00m標高鍋爐設備層，相應不設鍋爐島獨立基礎。在燃燒室落渣管下部，±0.00m平面下設刮板除渣機，除渣機安裝在溝槽內，爐后為除塵器間，鍋爐鼓、引風機均安裝在除塵器間。爐前設控制室和運行人員休息室，爐前控制室和運行人員休息室上方為一平臺，安裝螺旋給煤機，給煤機上方為煤倉，煤倉上平臺安裝皮帶機。

為降低鍋爐房總高度，還要保證爐前煤倉有一定的倉容，在不增加煤倉高度的前提下，對煤倉進行了改進和優(yōu)化。圖1是示范鍋爐房前煤倉布置示意圖，主要優(yōu)化和改進措施為：在皮帶兩側均設有進煤口；進煤口為條形狀，長度同煤倉長度；犁式卸料器在一定范圍內移動。經(jīng)過改進和優(yōu)化最大限度地減少了死倉容積。

雙層布置鍋爐房，在鍋爐下面±0.00m平面以上設刮板除渣機，渣倉的灰渣經(jīng)溜槽至刮板除渣機，經(jīng)集中的刮板除渣機把渣排到鍋爐房渣倉。示范工程鍋爐房（單層布置鍋爐房）在鍋爐燃燒室底部±0.00m平面以下設刮板除渣機，循環(huán)流化床鍋爐布風板的灰渣經(jīng)排渣管排至刮板除渣機，經(jīng)集中的刮板除渣機把渣排到鍋爐房渣倉，在鍋爐以外部分，溝槽上設鐵篦子，既方便行走，又起到安全防護作用。兩種布置方式的刮板除渣機的布置比較見圖2。和雙層布置對比優(yōu)點是：不占用鍋爐間平面位置；方便行走和巡檢；不增加鍋爐高度和鍋爐房總高度。

單層布置與雙層布置主要特點是：

（1）單層布置有鍋爐適應性問題，有些爐型不適合單層布置，容量偏小的鍋爐適用于鍋爐房單層布置，雙層布置的鍋爐房適用于所有鍋爐。

（2）單層布置鍋爐房總體高度較低，比雙層布置低5m以上，配套用房也低。

（3）鍋爐基礎與鍋爐房±0.00m平面一致，鍋爐房整體抗震性優(yōu)越，鍋爐房建筑面積明顯減少。

3 兩種布置方式的詳細比較

3.1 布置面積

某礦鍋爐房（采用臥式循環(huán)床的示范工程）是單層布置示范鍋爐房，建于2010年，其余3座鍋爐房均是雙層布置，LD礦鍋爐房建于2007年，TB礦鍋爐房建于1990年，LT礦鍋爐房建于1981年，表1給出了這4個鍋爐房的詳細比較。

從表1可以看出： 采用臥式循環(huán)流化床鍋爐的某礦鍋爐房(示范鍋爐房) 每噸位建筑面積53.87m2，其它3座鍋爐房分別是84.18m2、93.15m2、85.44 m2，相差30多m2，以4臺容量10t鍋爐的鍋爐房為例，雙層布置建筑面積為3726m2，而采用單層布置建筑面積為2154.8m2，相差1571.2m2。采用單層布置可以大大減少鍋爐房建筑面積。

3.2 鍋爐房總高度

由于取消＋4.00m層平臺，鍋爐房總高度相應降低4m；采用改進和優(yōu)化爐前煤倉設計，在保證煤倉儲量不變的情況下，煤倉高度可以降低0.5m，刮板除渣機由安裝在±0.00m平面，改為安裝在±0.00m平面以下的溝槽內，可以降低鍋爐的高度0.7m，采用單層布置比雙層布置，鍋爐房總高度可降低5.2m。鍋爐房輔助用房室高，只滿足使用要求，而不是考慮和鍋爐基礎相互關系，輔助用房室高也可降低。

鍋爐房高度降低，可減少燃料垂直提升高度，以一個鍋爐房每天用煤50t計，垂直提升高度減少5.2m，可以減少上煤機每天做功2.5GJ（等效功率～30kW），節(jié)能效果顯著，減少上煤機的磨損，可提升上煤機的可靠程度。

圖1 示范鍋爐房爐前煤倉布置示意圖

圖2 刮板除渣機安裝比較

3.3 鍋爐基礎

雙層布置在＋4.00m層平面設有一個鍋爐基礎承臺，在＋4.00m層平面和±0.00m平面設有基礎柱，由于基礎承臺和基礎柱自重，相應增加±0.00m平面以下基礎面積。經(jīng)測算，以一臺容量10t鍋爐為例，雙層布置比單層布置鍋爐基礎造價增加12萬元。

單層布置由于只承擔鍋爐自重，爐體高度比雙層布置降低5m以上，鍋爐在鍋爐房室內中心部位，鍋爐基礎設計埋深可不考慮凍土深度的影響。

表1 鍋爐房主要參數(shù)對比

3.4 安裝工程量

單層布置由于鍋爐房面積的減少和鍋爐房總高度降低，工藝管道、風煙道、配電線路工程量明顯減少。

3.5 建設工期

我國北方高寒地區(qū)施工工期每年只有180天，如采用雙層布置，鍋爐房土建工程量增加，現(xiàn)澆混凝土量增加，主體結構施工難度增加，再加上鍋爐安裝有周期要求，烘爐、煮爐都要求有一定時間保證，鍋爐房當年施工當年交工很難做到，只能冬季施工，增加施工費用，而且也達不到建設工期的要求，影響供暖期的供暖。采用單層布置，即可當年施工當年交工使用，不發(fā)生冬季施工費用，減少工期本身也是最大的經(jīng)濟效益和社會效益。

3.6 運行管理

采用單層布置，使設備都在一個層面，方便巡檢和操作；由于減少了一個層面，配件和材料的運輸、搬運環(huán)節(jié)都減少，減少了工作量；簡化了事故處理程序。采用單層布置運行管理比雙層布置更方便。

3.7 供暖能耗、照明電耗

單層布置由于鍋爐房面積的減少和鍋爐房總高度降低，供暖能耗、照明電耗明顯減少，節(jié)能效果較好。

3.8 安全可靠度

單層布置便于巡檢、便于觀察儀表和發(fā)現(xiàn)異常，便于防火和人員疏散。由于鍋爐房總高度降低，上煤設備的可靠度增加。檢修和消缺過程中搬運和吊運作業(yè)明顯減少。單層布置建筑結構相對簡單，鍋爐房施工難度小，鍋爐房整體抗震性能好。

4 結論及建議

采用單層布置不影響鍋爐房的安全可靠和使用功能，工業(yè)鍋爐房單層布置優(yōu)于雙層布置，主要體現(xiàn)在，鍋爐房建筑面積大幅度減少；鍋爐房總高度可大幅度降低。間接收益是：鍋爐房建造費用、材料消耗、建筑能耗明顯降低；鍋爐房供暖能耗、照明電耗、通風能耗等明顯降低；運行工人操作環(huán)境明顯改善。在滿足鍋爐使用條件下，鍋爐房應盡量考慮單層布置的可能性。建議政府主管部門積極推進鍋爐結構優(yōu)化，引導鍋爐廠生產(chǎn)適合單層布置的工業(yè)鍋爐,擯棄傳統(tǒng)鍋爐節(jié)能就是提高熱效率的觀念，把鍋爐節(jié)能作為系統(tǒng)工程考慮，降低鍋爐房綜合能耗水平。