有機(jī)熱載體鍋爐房的設(shè)計

徐 革

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

有機(jī)熱載體鍋爐房的設(shè)計

徐 革

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

對有機(jī)熱載體鍋爐房的設(shè)計進(jìn)行了探討，指出了設(shè)計中應(yīng)該遵循的規(guī)范及有機(jī)熱載體鍋爐設(shè)備、管道設(shè)計的要點(diǎn)，給出供熱系統(tǒng)工藝流程及流程參考圖，環(huán)境保護(hù)設(shè)計的措施。

規(guī)范；設(shè)備及管道的布置；流程圖；環(huán)保

有機(jī)熱載體鍋爐(簡稱導(dǎo)熱油爐)在我國糧油加工領(lǐng)域(特別是食用油脂的加工領(lǐng)域)的應(yīng)用范圍越來越廣，其和蒸汽鍋爐、熱水鍋爐一樣，同樣為糧油加工的重要熱力源。由于沒有有關(guān)的有機(jī)熱載體鍋爐房的設(shè)計規(guī)范及設(shè)計手冊，所以在建設(shè)有機(jī)熱載體鍋爐房時，通常由用戶委托生產(chǎn)廠家自行設(shè)計和安裝，往往留下了一些安全、消防上的隱患。作為從事了多年的導(dǎo)熱油爐鍋爐房設(shè)計的工程技術(shù)人員，來討論一下有關(guān)有機(jī)熱載體鍋爐房的設(shè)計要點(diǎn)。

1 有機(jī)熱載體爐房設(shè)計的規(guī)范

我國的《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》(GB 50041—2008)第1.0.3條及有關(guān)這條文的說明，明確了有機(jī)熱載體鍋爐房不適用于《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》(簡稱《規(guī)范》)，所以沒有專門的有機(jī)熱載體鍋爐房的設(shè)計規(guī)范，我認(rèn)為沒有專門的規(guī)范不等于可以無的放矢的設(shè)計導(dǎo)熱油鍋爐房，還是應(yīng)該按有關(guān)的規(guī)范設(shè)計。

根據(jù)有機(jī)熱載體爐的加熱運(yùn)轉(zhuǎn)原理和蒸汽、熱水鍋爐相近的特點(diǎn)，我認(rèn)為在設(shè)計布置有機(jī)熱載體爐設(shè)備時，有關(guān)鍋爐本體、鼓引風(fēng)機(jī)、上煤出渣設(shè)備等的布置可以按《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)要求。

和蒸汽、熱水鍋爐一樣，有機(jī)熱載體爐按燃燒的燃料種類可以分為燃煤爐、燃油爐及燃天然氣爐，煤場、渣場、燃油設(shè)備、燃天然氣設(shè)備的布置也按照《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》的要求。

有機(jī)熱載體鍋爐房設(shè)計時在消防上應(yīng)該遵守《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)的要求，按消防規(guī)范表3.1.1的要求，有機(jī)熱載體鍋爐房一般應(yīng)該屬于丁類火災(zāi)危險性廠房，但當(dāng)燃油爐及燃天然氣爐中的油箱油泵間、天然氣調(diào)壓間的面積大于導(dǎo)熱油爐房本層或本防火分區(qū)面積的5%時，則整個有機(jī)熱載體爐房應(yīng)該提高到和燃油、燃?xì)馍a(chǎn)車間同樣的火災(zāi)危險性等級，分別為丙類和甲類廠房。所以在規(guī)劃布置燃油、燃?xì)庥袡C(jī)熱載體爐房時，在滿足工藝設(shè)備布置的前提下，應(yīng)該盡可能的把油箱油泵間、天然氣調(diào)壓間的面積控制在小于5%的鍋爐房面積，使其還是屬于丁類火災(zāi)危險性廠房的范圍。因?yàn)樵谡麄€廠區(qū)的布置上，甲類或者丙類的車間和其它車間、倉庫、民用建筑的防火間距較丁類車間的防火間距要嚴(yán)格得多，如果防火間距較大，則有時候可能影響到整個廠區(qū)的總圖規(guī)劃布置、廠區(qū)節(jié)約用地等等問題。

在《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》中，對鍋爐房的消防及防爆要求有專門詳細(xì)的規(guī)定，包括土建、水、通風(fēng)的內(nèi)容，是對《建筑設(shè)計防火規(guī)范》在鍋爐房中的應(yīng)用細(xì)化?；谇笆龅睦碛?，在設(shè)計有機(jī)熱載體鍋爐房時，可以參照其要求執(zhí)行。

有機(jī)熱載體鍋爐在運(yùn)營中會產(chǎn)生噪音、廢水、廢氣等環(huán)境污染問題，設(shè)計時應(yīng)該和工藝設(shè)計同時進(jìn)行，有關(guān)的鍋爐房環(huán)保設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271—2014)；

(2)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)；

(3)《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB 12348—2008)。

2 工藝設(shè)備及管道的布置

2.1 有機(jī)熱載體鍋爐的工作原理

通過爐體內(nèi)燃料(煤、油、氣)的燃燒，間接加熱有機(jī)熱載體，使有機(jī)熱載體的溫度升高，一般供熱溫度可以達(dá)到300 ℃以上，同時其工作壓力在1.0 MPa以下。其基本原理和蒸汽鍋爐或熱水鍋爐相同，但相對于這兩種常規(guī)鍋爐，有機(jī)熱載體鍋爐可以實(shí)現(xiàn)較低壓力下的的高溫供熱，避免了蒸汽鍋爐為了達(dá)到高溫供熱必須高壓運(yùn)行的要求。因?yàn)橛袡C(jī)熱載體鍋爐的工作壓力較低，所以鍋爐系統(tǒng)上配置的閥門、儀表、輔機(jī)設(shè)備的壓力等級就低，可以降低設(shè)備的投資，同時也提高了鍋爐房運(yùn)營的安全性。有機(jī)熱載體鍋爐的工作流程見圖1。

圖1 有機(jī)熱載體鍋爐的工作流程

2.2 有機(jī)熱載體鍋爐的設(shè)備、管道設(shè)計

前面已述鍋爐、鼓引風(fēng)機(jī)、上煤出渣設(shè)備可以和蒸汽、熱水鍋爐相同的設(shè)備按《規(guī)范》布置，有機(jī)熱載體鍋爐配套設(shè)備中有自己特殊要求及用途的主要是導(dǎo)熱油循環(huán)泵、油氣分離器、導(dǎo)熱油膨脹槽(高位槽)、導(dǎo)熱油低位儲油槽、注油泵，這些設(shè)備及管道的布置有自己的要求，根據(jù)本人的工程設(shè)計實(shí)踐，提出設(shè)計布置這些設(shè)備及管道的要求如下：

2.2.1 導(dǎo)熱油循環(huán)泵

其作用是將有機(jī)熱載體加壓注入到加熱爐本體內(nèi)，經(jīng)過加熱升溫后輸送給熱用戶進(jìn)行熱交換，油泵的進(jìn)口接導(dǎo)熱油回油管吸入有機(jī)熱載體的回油，如此反復(fù)循環(huán)，從而達(dá)到加熱用熱體的目的。

有機(jī)熱載體爐供熱系統(tǒng)中的循環(huán)油泵一般由生產(chǎn)廠家在有機(jī)熱載體爐出廠前預(yù)先選定，設(shè)計師應(yīng)針對具體的工程校核其技術(shù)性能是否滿足系統(tǒng)的要求，主要應(yīng)該校核循環(huán)油泵最高工作溫度是否大于有機(jī)熱載體的最高工作溫度，流量、揚(yáng)程是不是滿足熱載體循環(huán)系統(tǒng)的要求，如果有不符合的，應(yīng)該和廠家技術(shù)人員一起配合重新選擇循環(huán)油泵。因?yàn)檠h(huán)油泵的工作溫度通常>300 ℃，注意到熱載體的高溫性和滲透性，從安全角度考慮，應(yīng)該單獨(dú)設(shè)置在獨(dú)立的油泵房內(nèi)。

在把有機(jī)熱載體鍋爐和蒸汽、熱水鍋爐布置在一起的工程中，考慮到循環(huán)油泵的特殊性，也應(yīng)盡可能把循環(huán)油泵布置在獨(dú)立的油泵房內(nèi)，如果鍋爐房面積較小不能做到，可以把循環(huán)油泵和鍋爐給水泵布置在一起，但是循環(huán)油泵應(yīng)該布置在相對獨(dú)立的區(qū)域。

循環(huán)油泵應(yīng)考慮備用泵，數(shù)量一般應(yīng)≥2臺。循環(huán)油泵的工作溫度通常較高，為了保證循環(huán)油泵的正常運(yùn)行，除了像一般的泵類在管路上配置過濾器、止回閥外，在主管路旁宜配置設(shè)計暖泵的管路，使處于停泵備用狀態(tài)的導(dǎo)熱油循環(huán)泵能保持較高的溫度，處于預(yù)熱狀態(tài)，這個是導(dǎo)熱油循環(huán)泵和一般水泵設(shè)計的不同之處，暖泵的管道管徑用DN20或者DN25就可以了。循環(huán)油泵的管道設(shè)計見圖2。

圖2 循環(huán)油泵的管道設(shè)計示意

2.2.2 注油泵

注油泵在系統(tǒng)中的主要作用：將外部輸送過來的有機(jī)熱載體輸入到低位儲油槽或者導(dǎo)熱油膨脹槽中；將有機(jī)熱載體從低位儲油槽輸送到導(dǎo)熱油膨脹槽(高位槽)中，及時補(bǔ)充整個有機(jī)熱載體循環(huán)系統(tǒng)的導(dǎo)熱油，防止發(fā)生缺油事故；其第3個作用在必要時還可以將有機(jī)熱載體排出系統(tǒng)外。

注油泵雖然小，作用很重要，一般采用齒輪油泵，其布置位置應(yīng)該盡可能地布置在離低位儲油槽近的地方，以減少注油泵的進(jìn)油管上的阻力，因其尺寸較小，可以將注油泵就近室外布置在低位儲油槽附近。注油泵應(yīng)設(shè)置備用泵，一般1用1備即可。

2.2.3 導(dǎo)熱油低位儲油槽

有機(jī)熱載體爐供熱系統(tǒng)中要設(shè)計低位儲油槽，其主要作用是：儲存供熱系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油；容納系統(tǒng)中熱膨脹溢出的導(dǎo)熱油；為供熱系統(tǒng)提供補(bǔ)充的導(dǎo)熱油。

根據(jù)低位儲油槽的作用，其容積應(yīng)該大于整個供熱系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油總?cè)莘e，考慮到熱膨脹量及安全裕量，容量取≥1.2倍系統(tǒng)導(dǎo)熱油總?cè)莘e。

低位儲油槽應(yīng)該設(shè)計在整個供熱系統(tǒng)的最低點(diǎn)，考慮到其內(nèi)部儲存的是丙類火災(zāi)危險性的液體(閃點(diǎn)溫度>60 ℃)，及運(yùn)輸操作的方便，宜將其設(shè)計在鍋爐房建筑的外部。低位儲油槽在鍋爐房建筑的外部時，應(yīng)該和鍋爐房之間設(shè)置防火間距，根據(jù)儲罐容量的大小，距離在12～25 m之間，詳見《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)表4.2.1中的要求。

2.2.4 導(dǎo)熱油膨脹槽

有機(jī)熱載體爐供熱系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油在運(yùn)營中由于溫度的變化，其體積會發(fā)生膨脹或收縮，所以要設(shè)置膨脹槽在導(dǎo)熱油膨脹時容納體積的膨脹量，在收縮時向系統(tǒng)補(bǔ)充導(dǎo)熱油，起到穩(wěn)定緩沖的作用，保證供熱系統(tǒng)的安全運(yùn)營。高溫的導(dǎo)熱油在接入循環(huán)油泵吸入口時，應(yīng)保證一定的壓力，這樣循環(huán)泵才能正常工作，所以膨脹槽又可以起到系統(tǒng)定壓的作用，它應(yīng)該設(shè)置在整個系統(tǒng)的最高點(diǎn)上≥1.5 m。為保證加熱循環(huán)系統(tǒng)的順利循環(huán)，系統(tǒng)中的空氣應(yīng)該排除，所以系統(tǒng)中的空氣經(jīng)過油氣分離器分離出來后通過膨脹槽排放，膨脹槽又起到排空氣的作用。膨脹槽內(nèi)的導(dǎo)熱油因?yàn)椴恢苯釉谙到y(tǒng)中加熱循環(huán)，所以溫度(一般<70 ℃)較循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)熱油低，其位于最高點(diǎn)，可以隔絕空氣和高溫的導(dǎo)熱油接觸，防止導(dǎo)熱油被氧化。導(dǎo)熱油膨脹槽還有一個作用就是當(dāng)有機(jī)熱載體鍋爐發(fā)生停電或其它事故緊急停爐時，膨脹槽內(nèi)的冷態(tài)導(dǎo)熱油可以用來置換鍋爐內(nèi)的熱態(tài)導(dǎo)熱油，防止停爐時爐內(nèi)導(dǎo)熱油過熱及由此而引起的更大事故的發(fā)生。

從上所述，導(dǎo)熱油膨脹槽在系統(tǒng)中作用是十分重要的，布置時首先要布置在系統(tǒng)的最高點(diǎn)1.5 m以上，其次布置時不能設(shè)置在有機(jī)熱載體爐的正上方，防止導(dǎo)熱油溢出引發(fā)事故。另外膨脹槽不應(yīng)該保溫，其應(yīng)該離開油氣分離器一定的距離，防止供熱循環(huán)系統(tǒng)中的熱量傳遞到槽內(nèi)，保持的距離應(yīng)>1 m。膨脹槽和油氣分離器連接的膨脹管也不應(yīng)該保溫，且應(yīng)該保證其一定的上升坡度以利用空氣的排放。

導(dǎo)熱油膨脹槽的大小應(yīng)該通過計算來確定，先查出導(dǎo)熱油在常態(tài)(20 ℃)時的密度ρ1，再查出導(dǎo)熱油在熱態(tài)(>300 ℃)時的密度ρ2，可以計算出導(dǎo)熱油的膨脹率為(ρ1-ρ2)/ρ2，按整個導(dǎo)熱油循環(huán)加熱系統(tǒng)內(nèi)(包括有機(jī)熱載體鍋爐內(nèi)的容量、鍋爐循環(huán)管道的容量、工作設(shè)備容量、膨脹槽最低液位時導(dǎo)熱油的容量)的導(dǎo)熱油常態(tài)體積V，計算出導(dǎo)熱油的熱膨脹體積Vδ=V×(ρ1-ρ2)/ρ2，考慮膨脹槽的安全余量，取槽內(nèi)裝滿率為2/3(0.67)左右，則可以計算出導(dǎo)熱油膨脹槽的體積為V1=Vδ/0.67。

在進(jìn)行初步方案設(shè)計時，導(dǎo)熱油膨脹槽的有效容積按大于整個供熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱油膨脹容積(約總?cè)莘e的0.3倍)的1. 3倍來初步估算。

2.2.5 油氣分離器

在循環(huán)運(yùn)行的導(dǎo)熱油供熱管道系統(tǒng)中，如果有空氣、蒸汽或其它的氣體，將使液相的導(dǎo)熱油不能穩(wěn)定的運(yùn)行，和熱水循環(huán)系統(tǒng)一樣，發(fā)生“氣堵”現(xiàn)象，所以我們設(shè)計時要通過油氣分離器將系統(tǒng)中的氣體分離出來，通過膨脹槽排放到系統(tǒng)外，保證循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行。在布置油氣分離器時，應(yīng)該布置在供熱循環(huán)管道最高點(diǎn)，但是其最高點(diǎn)應(yīng)該在導(dǎo)熱油膨脹槽的下方，使得氣體能夠排放到膨脹槽內(nèi)。同時應(yīng)該和膨脹槽保持>1 m的水平距離，防止供熱管道系統(tǒng)內(nèi)的熱量傳遞到膨脹槽內(nèi)。

2.2.6 導(dǎo)熱油管道的設(shè)計

導(dǎo)熱油管道內(nèi)的有機(jī)熱載體是丙類火災(zāi)危險性的可燃液體，屬于壓力管道，根據(jù)管道的工作壓力、溫度判別，屬于GC2級壓力管道，設(shè)計時應(yīng)按照GC2級壓力管道的有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。設(shè)計規(guī)范有《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》GB 50316—2000(2008年版)、《壓力管道規(guī)范-工業(yè)管道》GB/T 20801—2006。設(shè)計的管道應(yīng)采用《輸送流體用無縫鋼管》GB/T 8163—2008中20#(1.6MPa)鋼管，彎管、彎頭、三通、封頭和堵頭的材料與所連接的材料一致。法蘭組件的材料按HG-T 20592～20635—2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選用。墊片選用金屬纏繞墊片。管道除與閥門連接處采用法蘭連接外，均采用焊接連接。管道焊接按《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》GB 50236—2011執(zhí)行。根據(jù)《工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50184—2011，GC2級管道的焊縫應(yīng)進(jìn)行抽樣射線照相檢驗(yàn)，抽檢比例不得低于5%，其質(zhì)量不得低于IV級。

3 有機(jī)熱載體爐的加熱循環(huán)工藝流程圖

根據(jù)上述的設(shè)計有機(jī)熱載體爐的設(shè)計要點(diǎn)，給出12 MW導(dǎo)熱油爐工藝流程見圖3。

圖3 12 MW導(dǎo)熱油爐工藝流程

4 有機(jī)熱載體爐環(huán)境保護(hù)設(shè)計

4.1 有機(jī)熱載體爐的主要污染源

4.1.1 鍋爐廢氣

前面已述有機(jī)熱載體爐按燃燒的燃料種類可以分為燃煤爐、燃油爐及燃天然氣爐，3種鍋爐在運(yùn)行中燃料燃燒產(chǎn)生廢氣，廢氣中主要有煙塵顆粒物、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)等污染物，其中以燃煤爐產(chǎn)生的廢氣污染最為嚴(yán)重。

4.1.2 鍋爐生產(chǎn)過程中噪聲污染

鍋爐運(yùn)行中會產(chǎn)生設(shè)備的機(jī)械噪聲和通風(fēng)機(jī)的空氣動力噪聲，噪聲源約90 dB左右。

4.1.3 鍋爐運(yùn)行中的水污染

主要會產(chǎn)生高溫的鍋爐排污水、鍋爐煙氣處理中產(chǎn)生的廢水。

4.1.4 鍋爐灰渣

如果采用的是燃煤型有機(jī)熱載體爐，鍋爐燃煤在爐膛中燃燒后會產(chǎn)生灰渣，這個也是燃煤型有機(jī)熱載體爐特有的一個污染源。

4.2 有機(jī)熱載體爐污染的防治措施

4.2.1 有機(jī)熱載體爐廢氣的治理

燃油、燃?xì)庑陀袡C(jī)熱載體爐一般只有在不能充分燃燒的情況下才產(chǎn)生超出國家排放標(biāo)準(zhǔn)的廢氣污染物，所以它們的廢氣治理措施主要是鍋爐生產(chǎn)廠家要選用先進(jìn)的燃燒器，在運(yùn)行時要進(jìn)行合適的空氣量調(diào)節(jié)配比，選用低硫的天然氣和燃油，一般采取了這些措施后可以滿足《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271—2014)有關(guān)廢氣的排放要求。當(dāng)采取上述措施后還不能滿足排放要求時，則應(yīng)該再采取有效的煙氣脫硫、脫硝凈化處理措施。

燃煤型的有機(jī)熱載體爐生產(chǎn)時產(chǎn)生的廢氣污染物遠(yuǎn)較燃油、燃?xì)庑蜖t嚴(yán)重得多，其處理的過程也比燃油燃?xì)鉅t復(fù)雜得多，具體措施為：

(1)確保燃煤鍋爐燃用低硫煙煤，做好防止大氣污染的第一步。

(2)鍋爐煙氣一般采用“靜電除塵器(或布袋除塵)+脫硫+脫硝”，處理達(dá)標(biāo)后的煙氣經(jīng)煙囪高空排放。

靜電除塵器(或布袋除塵)及脫硫器、脫硝器尺寸都比較大，還要考慮煙道、煙囪的布置位置，所以在布置燃煤型的有機(jī)熱載體爐房時，一定要給環(huán)保設(shè)備、煙囪等留有足夠的面積。根據(jù)筆者設(shè)計的工程實(shí)例，一般環(huán)保設(shè)備及煙囪的占地寬度和鍋爐房的寬度一樣即可以，環(huán)保設(shè)備的占地長度和鍋爐房的長度之比要≥1.2，有的甚至達(dá)到了1.35以上。

除塵器、脫硫器、脫硝器等環(huán)保設(shè)備的選用應(yīng)和有機(jī)熱載體爐廠家密切配合，由鍋爐廠家提供初始的煙氣成分表，根據(jù)成分表選擇合適的環(huán)保除塵器。也可以由鍋爐廠家提供有關(guān)煙氣環(huán)保設(shè)備的配置方案，設(shè)計人員作校核審查有關(guān)設(shè)備的配置。

4.2.2 消聲減噪措施

(1)設(shè)備的選型盡可能選用噪聲低、震動小的設(shè)備，對強(qiáng)噪聲設(shè)備(如風(fēng)機(jī))，在設(shè)備支架下面安裝橡膠減震設(shè)施，風(fēng)機(jī)進(jìn)出口采用軟連接，以減少風(fēng)管振動，降低噪聲。

(2)鍋爐的鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處配置消聲器，降低其噪聲對環(huán)境的影響。

(3)嚴(yán)格控制夜間作業(yè)時段。

4.2.3 污水處理措施

高溫的鍋爐排污水先進(jìn)入排污降溫池處理后再排放至室外的污水管網(wǎng)。經(jīng)過排污降溫池后可以將溫度降低至≤40 ℃，同時可以沉淀水中的雜質(zhì)，滿足污水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

鍋爐煙氣處理中產(chǎn)生的廢水設(shè)沉淀池回收，底部的脫硫產(chǎn)物由排液泵抽出，送去脫水或作進(jìn)一步處理。

4.2.4 鍋爐灰渣處理

在鍋爐房周邊應(yīng)該設(shè)灰渣罐(場)，應(yīng)采取密閉或圍護(hù)措施，不能露天存放，使得有機(jī)熱載體鍋爐房塵土飛揚(yáng)，在最后的環(huán)節(jié)出環(huán)保問題?；以迲?yīng)考慮定期運(yùn)輸車運(yùn)至建筑材料廠用于新型建材的生產(chǎn)，達(dá)到廢物利用的目的，灰渣罐設(shè)計布置時應(yīng)考慮運(yùn)輸車的通道。

The design of TOH house

Xu Ge

Wuxi COFCO Engineering & Technology Co., Ltd.( Wuxi 214035)

The design of the TOH house was discussed. The specifications that should be followed in the design and the key points of pipeline design and TOH equipment were pointed out. The design should follow the process and process reference diagram of heating system, as well as the design of environmental protection measures.

specifications; equipment and piping layout; flow charts; environmental protection

2017-06-12

徐 革，男，1963年出生，高級工程師，從事暖通、熱力工程設(shè)計工作。

TS228

B

1672-5026(2017)04-065-05