常压热水锅炉房工艺分析及系统优化

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摘要：文章对常压热水锅炉供热系统进行了分析，对该系统的循环水泵扬程计算进行了优化：根据系统供热高度与下降管阻力的大小关系不同，分别推导出了循环水泵扬程的计算公式；对常压及承压供热系统进行了技术经济对比分析，并对小型供热系统是否选择常压锅炉进行了量化分析：当供热系统中楼房层数不超过3层时，宜选择常压热水锅炉房供热系统。

关键词：常压热水锅炉房；循环水泵扬程；供热系统；热力系统；燃烧系统

中图分类号：TS262 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）03-0026-03

根据《小型和常压热水锅炉安全监察规定》的定义，常压热水锅炉是指锅炉本体开孔或者用连通管与大气相通，在任何情况下，锅炉本体顶部表压为零的锅炉。因锅炉水体与大气相通，从根本上消除了锅炉爆炸的可能性，故常压锅炉具有制造、监察、检验要求低，造价低，安装地点受限小等突出的优点。近年，常压热水锅炉在油田范围内使用较多，主要用于加气母站、注水站、前线生活点等小型站场冬季采暖。本文主要是在总结常压热水锅炉房设计实践的基础上，澄清常压热水锅炉房的设计工艺及适用范围，明确循环水泵的选型计算方法。

1 工艺流程

常压热水锅炉房的工艺流程主要分为热力系统与燃烧系统。常压热水锅炉的燃烧系统与承压热水锅炉相同，其采用成熟、可靠的燃烧器、炉前燃气系统及控制系统，保证锅炉燃烧安全、稳定，本文中不再论述。常压热水锅炉房的典型热力系统图见图1。

常压热水锅炉房与承压热水锅炉房系统最显著的区别是：常压热水锅炉的循环水泵设置在锅炉的出水侧，而承压热水锅炉的循环水泵设置在锅炉的进水侧。常压热水锅炉房系统流程为：热水出水由循环水泵从锅炉抽出加压后，经供水管网送入暖气片，散热后的热水回水通过回水管网进入锅炉房，依次经过除污器、回水启闭阀及调节阀后，进入锅炉加热，完成一个循环。

除污器作用是过滤循环水中杂质，其选型与承压热水锅炉系统除污器相同。回水启闭阀、阻力调节阀则是常压热水锅炉系统特有的阀门。

回水启闭阀的作用是在循环水泵停止运行时，同时切断回水管路，防止系统中高处的热水通过重力回流至锅炉，进而造成热水从开式水箱中溢出。

阻力调节阀在供热高度较高时需设置，其作用是增大下降管的阻力，防止下降管路水流过快返回锅炉，造成系统高处管道倒空、热水从开式水箱中溢出。阻力调节阀在工况变化时也可起到调节作用。在工程设计中，也可通过缩小下降管段管径的方法来增大下降管的阻力，起到阻力调节阀所起的作用。

开式水箱可视为常压热水锅炉的组成部分，通过连通管与常压锅炉相连接，起到补水稳压（常压）的作用。

2 系统优化

2.1 循环水泵选型优化

在常压热水锅炉供热系统中，循环水泵的作用是将热水抽送到任意高度的热用户，并使热水克服系统阻力不断运行。循环水泵流量的计算方法与承压锅炉循环水泵一致，采用下式进行计算：

循环水泵扬程的计算方法与承压锅炉循环水泵扬程计算差别较大，需根据水力学基本原理进行推导计算。

如图2所示，系统供热高度为供热系统最高点高度与开式水箱液位的高度差H1。设A点至B点为管路上升段，该段管路阻力为H2；设B点至A点为管路下降段，该段管路阻力为H3。循环水泵扬程应根据H1与H3大小关系的不同，采用不同公式进行计算。

通过上述分析，本文对常压锅炉系统循环水泵扬程计算进行了推导计算，针对不同情况，给出了式（3）、式（4），在进行设计选型时能有效降低循环水泵扬程，从而减小水泵电机功率，节省运行费用，并且节省初期投资。

2.2 供热系统的合理选择

如何确定合理的供热系统类型（常压系统或承压系统），需要根据项目情况进行具体的分析对比，本文提供一个思路供参考。

首先，应根据供热区域的总平面及周围环境进行供热系统的选择。如锅炉房需要与餐厅、浴室等人员较为密集的房间合建或锅炉房紧邻人员密集场所时，出于安全性的考虑，宜选择常压热水锅炉系统。

如周围环境允许建设承压热水锅炉房，则应对两种供热系统的经济性进行分析对比，以确定供热形式。

下面对两种供热系统的经济性进行分析对比。

图3 承压热水锅炉房热力系统图

首先，从初期投资分析。如图3所示，承压系统较常压系统多出补给水泵，所以相应的在设备投资、房间占地、配电自控等方面均比常压系统高。但就整个供热系统来讲，该部分投资所占比例较小，可视为两系统初期投资基本相同。

其次，从运行成本分析。锅炉房运行成本主要由燃料费、电费、水费、人工费、维修费等组成。对同一个供热系统，常压系统与承压系统在燃料费、水费、人工费、维修费等方面均基本相同，运行成本差别主要体现在电费方面。细分电费构成，电费主要由鼓风机电耗、循环水泵电耗、补给水泵电耗（承压系统）构成。其中两系统鼓风机电耗相同，补给水泵因配电功率远小于循环水泵配电功率，为简化分析，忽略不计。则两系统的电费差别主要是由循环水泵耗电不同造成，下面将详细分析。

3 小型供热系统类型选择的量化分析

常压热水锅炉在油田范围内主要用于小型站场冬季采暖，下面对小型供热系统进行量化分析。

对小型供热系统来说，下降管路阻力H3是一个比较固定的值，可以进行大致计算。H3由采暖单体内阻力、外网阻力及锅炉房内部阻力相加构成。

根据类似工程经验，小型供热系统中，采暖单体内部阻力较小，一般约为1mH2O；小型系统供热半径多在200m左右，外网阻力一般约为2mH2O；锅炉房内部阻力一般约为4mH2O；则H3的值一般为7mH2O。根据前文所述，当H1≤7mH2O，采用常压热水供热系统更具经济性，反之，承压系统更经济。在实际工程中，开式水箱液位一般在3m左右，故当供热系统最高点相对于锅炉间地坪为10m（约3层楼）及以下时，常压热水供热系统是合理的选择。

4 结语

对常压热水锅炉房供热系统，应根据供热高度与下降管阻力的大小关系不同，由式（3）、式（4）确定循环水泵的扬程。应根据项目实际情况确定合理的供热系统类型（常压系统或承压系统）。对小型供热系统，当供热单体层数不超过3层时，宜选择常压热水锅炉房供热系统。

参考文献

[1] 小型和常压热水锅炉安全监察规定[S].国家质量技术监督局令（第11号）.

[2] 锅炉房实用设计手册编写组.锅炉房实用设计手册[M].北京：机械工业出版社，2001：341.

作者简介：田成（1981-），男，四川彭州人，中国石化胜利油田分公司胜利勘察设计研究院工程师，研究方向：热能动力工程设计、咨询。