生物质供热锅炉改造的初步设计

张子丰

摘 要：本文针对实现集中供热比较困难偏远小区，同时满足现行环保排放要求的特殊环境条件下，进行生物质锅炉改造，在适用、经济的则下，使设计方案合理、技术先进，满足供热、节能、环保的要求。

关键词：生物质；锅炉；初步设计

1 项目概况

本文以比较偏远的唐山市丰润家属区为例，该小区相对独立，周边可用供暖热源。本项目即安装1台供热锅炉一台，对3栋家属楼提供热源，以满足供热要求。

2 热负荷确定

项目设置规模及锅炉房设备容量应根据区域耗热量通过计算确定。丰润家属区耗热量仅包括3栋住宅楼建筑物采暖耗热量。建筑采暖耗热量应根据面积热指标进行计算。

Q=q×A

其中：Q：公共建筑采暖耗热量，W；q：公共建筑采暖耗热量指标，W/m2；A：公共建筑面积，m2；建筑面积约为0.5万平方米。

建筑物物采暖耗热量指标见表1；根据住宅楼实际现状，本设计按综合建筑面积热指标取64 W/m2；因此建筑采暖耗热量为0.32MW（见表1）。

本表数据包含5%管网热损失。

锅炉容量确定：

经统计计算，建筑采暖热负荷为0.32MW。因此，锅炉房总热负荷根据下列公式计算确定。

Q=K×（k1×Q1+k2×Q2+k3×Q3+ k4×Q4+ k5×Q5） MW

其中Q：锅炉房总热负荷，MW；K：管道热损失系数，由于热指标中已包含，故本项取1.0；Q1：区域采暖总热负荷，MW；k1：采暖热负荷同时使用系数，取1.0；Q2：区域通风总热负荷，MW；K2：通风热负荷同时使用系数，取0.7～1.0；Q3：区域井口通风保温总热负荷，MW；K3：井口通风保温热负荷同时使用系数，取1.0；Q4：生活热水总热负荷，MW；K4：生活热水热负荷同时使用系数，取0.5～0.8，取0.65。Q5：生产工艺总热负荷，MW；K5：生产工艺热负荷同时使用系数，取0.7～0.9，取0.8。

因此，整个区域集中锅炉房供热负荷为0.32MW，确定所需锅炉容量为0.7MW，新建锅炉房需设置一台0.7MW低温热水锅炉。

3 燃料的选择

（1）市政管网集中供热、天然气、地热、电和醇基燃料：丰润家属区锅炉房座落在丰润区，小区及周边目前没有市政热力管网和天燃气，地热改造工程较大，用电能供热效率低，使用醇基燃料安全系数低，方案均不可取。

（2）生物质：特点：可再生性、低污染性、广泛分布性。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。

生物质能的优点是：燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是：热值及热效率低，体积大而不易运输；直接燃烧生物质的热效率仅为10%一30%。

目前可以采用如下方法利用生物质能：①热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等方法；②生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品；③利用油料植物所产生的生物油；④把生物质压制成成型状燃料（如块型、棒型燃料），以便集中利用和提高热效率。秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料，开发利用生物质能对我国农村更具特殊意义。目前经过加工的生物质燃料低位热值可达到4300kcal/kg；是燃煤锅炉替代的清洁能源。

综上所述，本项目供热燃料选择清洁能源——生物质。

4 锅炉设备选择

4.1 锅炉设备的选择

⑴锅炉选型必须满足供暖热负荷及热媒参数的要求。⑵锅炉选型应尽可能与当地长期供应的燃料相匹配。⑶锅炉应有较高的热效率。⑷同一锅炉房内应尽量采用相同燃烧设备、相同容量锅炉。应尽量合理的扩大锅炉房规模，采用大容量高温热水锅炉，提高锅炉房机械化、自动化程度。⑸锅炉房台数的选择应根据热负荷的调度、锅炉检修和扩建等因素综合考虑，采用机械加煤的锅炉房锅炉总台数不宜超过7台。

4.2 鼓引风系统

锅炉设鼓风机、引风机，鼓风为锅炉本体内置，引风机满足烟气排放要求。

4.3 给料系统

炉前设斗式提升机，将料运至锅炉进料仓。生物质锅炉储料倉和炉膛采用防回火结构设计，设计防逆流装置，只能生物质燃料进入炉膛，炉膛高温气流无法进入料仓。还配置有安全防火装置，在防逆流装置失效下，自动监测进料系统，就会启动，将高温强制送入炉膛。锅炉停止工作后每次自动清理干净绞龙内的燃料后才停止工作，保证绞龙无燃料，这样就截断燃料沿着绞龙烧到料仓的问题。

4.4 除尘系统

设旋风除尘器，作为一级过滤，为了满足锅炉排放要求，设脉冲布袋除尘器一台，设空压机一台。空压机管路采用无缝钢管，焊接连接。

5 循环水泵的选择

5.1 循环水泵流量

G=（1.1-1.2）×3.6×Qn/[Cp（tg-th）]

式中 G：循环水泵流量，kg/h；Qn：设计热负荷，W；Tg：供水温度，℃；th：回水温度，℃；Cp：循环水的比热，一般取4.19KJ/kg.℃。

5.2 循环水泵扬程

H=（1.1-1.2）（H1+H2+H3）

式中H：循环水泵扬程，mH2O；H1：锅炉内部阻力损失，mH2O；H2：供、回水管阻力损失，mH2O；H3：最不利环路末端热交换器阻力损失，mH2O；

经计算，管网循环水泵选择KQL65/160-4/2，2台 ，Q=25m3/h，H=32 mH2O，N=4KWh，一用一备。

6 补水泵的选择

⑴补水泵的流量除应满足热水系统的正常补水量外，尚应满足事故增加的补水量，一般为循环水量的3%～5%。⑵补水泵扬程。

H=Hj+Hq+Hb-h

式中H：补水泵扬程，mH2O；Hj：系统的静水压值，系统最高点加2mH2O（mH2O）；Hq：高温水的汽化压力，mH2O；Hb：补水系统管路压力损失，mH2O；h：补水箱与补水泵之间的高度差，mH2O。

经计算，补水泵选择KQL20/110-0.37/2，2台，一用一备；

Q=2.5m3/h，H=15mH2O，N=0.37KWh。

7 软化水处理器选择

根据系统补水量，水处理间选择不锈钢全自动软水器设备一套，处理水量为1.5m3/h，双罐运行，交替再生，满足系统补水的需要；锅炉房设高架软化水箱一座，容积1.5m3。