吴 朵

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

近年来，由于空气质量不断恶化，雾霾天气出现频率越来越高，节能环保问题越来越受到重视，清洁能源需求也越来越强烈，尤其是锅炉房这种能源消耗大户，更需要重视节能环保。天然气是一种洁净环保的优质能源，推广使用天然气，可以有效降低污染排放，有助于治理阴霾天气，改善城市空气质量。天然气为燃气锅炉房、锅炉房煤改气工程提供了优质、廉价的气源[1]，因此，越来越多的地方使用燃气锅炉房。

燃气锅炉房是把锅炉及其辅助设备进行合理组织，使其能够有效生产的场所。设计中，除锅炉房位置、容量等因素需要满足规范外，其辅助系统设计也至关重要。燃气系统设计，包括锅炉房热负荷计算、燃气消耗量的计算、中压燃气调压站的工艺流程、燃气系统设计原理及安全。通风系统设计，包括通风设计的原则、通风量的计算方法及设备的选择。根据实际情况，设计中要考虑安全性、经济性，使燃气锅炉房达到环保要求的同时为企业实现更好的经济效益和社会效益。

1 燃气锅炉房的优点与安全

与相同容量的燃煤锅炉房相比，燃气锅炉房具有紧凑、小巧、质轻的特点。使用燃料不同，燃气锅炉无排渣出口及除渣设施，因此节约占地及占地费用。燃料系统如果使用管道输送无需储存设备，更不需要燃料加工设备，因此燃气锅炉房的系统简单，建设和配置比较经济。

天然气属于易燃易爆的危险气体，因此锅炉房燃气系统与通风系统的设计，对于锅炉房安全至关重要，不仅影响基建投资，还对能否按时完成建设投产和日后生产使用带来影响。所以，锅炉房燃气与通风系统的设计必须严格依据《锅炉房设计规范》《城镇燃气设计规范》和《建筑设计防火规范》进行。

2 燃气锅炉房的燃气系统

2.1 燃气的消耗量

用户使用的燃气锅炉，主要通过蒸汽或热水采暖、消毒、洗涤或在工艺上加热其它物质。一般情况下，设计时，通过工艺计算出明晰的热量需求。当缺少热负荷曲线或热平衡系统图时，可按下式算出锅炉房的最大计算热负荷。

Q=k0(k1Q1+k2Q2+k3Q3+k4Q4)(t/h或MW)

其中，Q为最大计算热负荷；

k0为管道热损失及锅炉房自用热系数；

k1、k2、k3、k4分别为采暖、通风、生产、生活热负荷同时使用系数；

Q1、Q2、Q3、Q4分别为采暖、通风、生产、生活最大热负荷。

计算热负荷作为选择锅炉的类型、数量、确定锅炉房间尺寸的依据。热能需求量确定之后，选用锅炉时，可按其标准蒸发量选取。

根据燃气锅炉的蒸发量或产热量，计算所需燃气消耗量，作为燃气系统的设计依据。同时，位于地下、半地下、地下室和半地下室的锅炉房，严禁选用相对密度大于等于0.75气体燃料。

2.2 锅炉燃气系统原理

天然气是甲烷与其它气体的混合气体，天然气管道通常采用直埋方式[2]敷设，中压输送至用户。中压燃气经过专用调压箱或调压站减压至锅炉所需压力，经过燃气表间后再进入锅炉燃烧器燃烧。

锅炉燃烧器所需燃气压力相对较高且小时，流量较大，压力不稳定会造成燃烧不稳定，甚至回火或者脱火，所以应设置专用调压站，以减少对其他用户的影响。设计时，中压燃气调压箱尽可能避开人员密集区，并靠近用户。中压燃气调压箱，应设计旁通管、安全水封。地上燃气中压调压箱与重要公共建筑、一类高层民用建筑物外墙面的水平净距大于等于8m，与一般建筑物外墙面的水平净距大于等于4m。实际设计中，为保证调压器压力稳定以及考虑一定的供应余量，调压器阀门不宜处于完全开启状态，调压器的流量应按计算流量的1.2倍确定。

锅炉前需要配管系统，更需要吹扫放散管道，这些设备组成了燃气系统。燃气系统中还装有过滤器、调节阀门、流量计及燃气压力计、温度检测设备等。燃气表间一般与锅炉间相邻设置，燃气表间设置过滤器、紧急切断阀、燃气流量计等。锅炉供气管道前需要进口装置、控制阀门组由燃烧器自带。炉前燃气系统设有稳压阀、放散阀和取样口，锅炉间应设置燃气泄露报警器。具体如图1～图2所示。

图1 中压调压站工艺流程设计图

图2 燃气锅炉房燃气系统原理图

2.3 燃气系统安全设计

燃气是具有一定毒性的易燃易爆气体，设计时应充分考虑燃气的安全使用。

根据《城镇燃气设计规范》的要求，用气房间设置的燃气浓度检测报警装置应由管理室集中监控。燃气控制系统一般位于消防控制中心，燃气泄露报警器的报警浓度应在被检测可燃气体爆炸下限的1/5处，泄露气体浓度达到爆炸下限1/2处时燃气管线上的紧急切断阀会被自动连锁切断，放散管线上的放散阀被同时打开，经屋顶放空管道内的燃气[2]。同时，自动开启事故风机，对锅炉间进行排气。事故通风的手动控制装置应在室内外便于操作的地点分别设置。供气系统中出现空气压力异常、炉膛不着火、风机障碍等情况时，可以发出某种声光信号，并马上断掉燃气[3]。

燃气管道首次点火未成功，或停运维护时，为保证以后点火及检修时的安全，管内燃气必须排净；长时间停用，再次启用时，为了安全必须先吹扫管道，排出里面的混合气体，因此在设计中，吹扫口、取样口和放散管必不可少。

设置放散口和吹扫口应以排净管内的燃气或空气为原则，根据锅炉房管道的布置灵活处理。放散口可以布置在燃气干管的末端、管道的最高点、两个切断阀之间的管段。吹扫点可位于锅炉房进气管总切断阀后和燃气管道系统以阀门隔开的管段上,具体位置则需要考虑合适的分段吹扫部位。多台燃气锅炉前的放散管还可汇合成一根总管引至室外，排出口最好高于屋脊2m以上[4]，使排气不窜入建筑物或者被通风装置吸收。

吹扫管容积和时间决定着放散管的管径，一般吹扫时间为15～30min，排气量是吹扫容积的10～20倍左右，设计时这是计算放散管管径的依据。

3 燃气锅炉房的通风系统

锅炉房的设计，除了确保锅炉及其燃气管线满足规范外，其通风设计也是燃气锅炉房设计的一个重要环节。燃气锅炉与燃煤锅炉不同，不需要设鼓风机和引风机。燃气锅炉房的通风，是锅炉房正常运行的关键条件之一，由于现有的规范和手册涉及燃气锅炉房通风的内容不多，也没有给出具体的计算方法，给设计带来一定的困难。下文就这方面的问题结合实际的工程，做一些分析、计算，提出笔者的观点。

例如：某位于地下一层靠外墙处的3×4t/h燃气蒸汽锅炉房，占地面积290m2，层高9.5m，其中锅炉间占地220m2，燃气消耗量975m3/h,天然气低位热值35MJ/m3。设计时，可以从以下四方面考虑计算通风量。

3.1 消除余热所需的最大通风量

虽然燃气锅炉房自动化程度较高，操作人员大多时间在设有空调的控制室内，但其它房间的温度也不宜太高，所以通风量的大小首先应从消除余热来考虑。锅炉间、水箱间和水泵间等房间均有大量余热，各房间的余热主要来自锅炉本体、汽水管道及烟道、水箱等散热损失。锅炉房余热可以按热量的1%计算。锅炉间、凝结水箱间、水泵间等房间的余热，宜采用有组织的自然通风排除。当自然通风受限不能满足要求时，应设置机械通风。锅炉房内各房间夏季温度的高低，决定了采用何种通风方式及排除余热通风量的大小。

由围护结构传递的热量经计算可知相对较小，可以忽略，锅炉房的余热主要通过排风带走。

锅炉房的余热：

Q余=余热散热率x燃气低位热值x燃气消耗量

Q余=1%×35×1000×975=341 250KJ/h=94 792W

排除余热的通风量：

L=Q余/0.337/(t×p-t×s)

式中：tp为室内排气温度，一般不超过40℃；ts为室外通风计算温度，福州地区夏季为33.1℃。

夏季排除余热所需通风量：

L=94792/0.337/(40-33.1)=40765m3/h

随着室外通风温度降低，排除余热所需的通风也随之降低。

3.2 燃气燃烧所需的通风量

燃气锅炉运行时，需要有充足的空气才能保证燃料的充分燃烧。而燃料成分不同所需的空气量是不同的，所以要通过计算确定燃烧所需的通风量。

燃气锅炉产生1t/h蒸汽或0.7MW热量，所需要的燃烧空气量为1000m3/h。

锅炉房燃烧所需空气量：1000×3×4=12 000m3/h。

3.3 规范规定换气次数所需的通风量

锅炉房的燃气是在压力下输送和使用的，由于管道及设备在施工方面存在问题和使用不当，容易造成漏气，引起爆炸、着火和人身中毒[5]，因此设计时必须足够重视。燃气锅炉间和调压间等有爆炸危险的房间，应设置事故通风装置，事故通风换气次数不少于 12 次/h。燃气锅炉房通风量同，还要满足《锅炉房设计规范》规定的正常换气次数。在首层、半地下或半地下室时，锅炉间正常换气次数每小时不应少于6次，在地下或地下室时锅炉间正常换气次数每小时不应少于12次。燃气调压间等[6]有爆炸危险的房间，应有每小时不小于3次的换气量。换气量中不包括锅炉燃烧所需的空气量。

正常通风量、事故通风量：

220×9.5×12=25 080m3/h。

3.4 通风系统风量选取

通过计算可以看出，燃气锅炉房的通风量要从多方面考虑，不能仅通过规定的换气次数估算，还要考虑排除余热及燃烧所需要的通风量。

锅炉房的排气量应取排除余热所需的通风量，并按规范规定的换气次数所需的通风量进行校核，以上锅炉间的排风量为12 540～40 765 m3/h。对应的室外通风温度为22～33.1℃。

送风量应为排风量与燃烧所需空气量之和。

12 540～40 765+12 000=24 540～52 765 m3/h

风机风量为计算风量的1.05～1.1倍。不同季节室外通风温度变化，排除余热所需的排风量也随之变化，可采用变频风机或双速风机，满足不同季节的风量需求。燃气锅炉房内可能存在可燃气体，送排风系统应与建筑物送排风系统分开独立设置，选用送排风设备，应防爆并安装导除静电的接地装置，且送风量应略大于排风量，使锅炉间维持微正压。机械送排风设备，必须与燃气泄漏报警器和紧急自动切断阀联锁。

燃气的密度较空气大，气体沉积在房间下部。燃气的密度较空气小，气体浮在房间上部。为了有利于泄漏气体的排除，根据燃气密度的大小考虑吸风口的设置位置。

4 结语

燃气锅炉工艺系统复杂，需要与其它专业相互配合，确保燃气锅炉房设计的成功。燃气锅炉房中燃气系统和通风系统的设计，必须严格按照规范的要求，并结合实际情况多方面考虑，满足安全性、经济性等要求，以确保锅炉房安全、可靠运行。