隨著供熱事業的蓬勃發展，供熱鍋爐房建設項目逐日增加，鍋爐和鍋爐房的容量也越來越大。傳統的供熱鍋爐房，一般是單臺容量等于和小于14MW的采用單層布置，等于和大于29MW的多為雙層布置。鍋爐房采用雙層布置，是由于大型鍋爐結構和功能的需要，采用雙層布置不僅增加了建設投資，而且建設工期也較單層布置要長，不易實現當年設計、當年建設、當年投入運行，即使不考慮投資，也很難達到用戶對建設工期的要求，較單層布置弊端多很多。
近幾年，曾做過一些單臺鍋爐功率大于14MW的供熱鍋爐房采用單層布置，但除渣和落細灰很難處理，存在除渣不便、清除爐排落灰需停爐以及諸多運行方面的問題。經過多年鍋爐房供熱運行實踐，我們還深深體會到運行安全的重要性。輔機容易發生故障，而傳統的鍋爐房設計，集中上煤一般是一條皮帶輸送機給多臺鍋爐輸煤的聯合裝置，集中除渣也是一臺除渣機給多臺鍋爐除渣，上煤系統和除渣系統是極易發生故障而又難于修理的關鍵設備，其中一個環節損壞就會造成全面停止運行，后果不堪設想，這是管理和運行人員擔憂的最大問題。如上問題，一直困擾著供熱運行人員，期待能得以解決。
2010年，香河縣在安平新建供熱鍋爐房，選定了總容量為4臺46MW、溫度參數為130℃/70℃的熱水鍋爐，確定當年建設兩臺，必須當年投入運行。可以看出，工期非常緊張，因此，我們在分析和策劃如何進行設計和建設時，把保證當年投入運行和降低建設投資作為基本指導思想，確定采用單層布置；同時改進傳統的上煤和除渣方式，采用雙路上煤，每臺鍋爐獨立除渣，以保證安全、可靠運行；水循環系統，采用當今先進的二級泵方式，以實現運行節能。為了實現上述要求，通過考察相近容量的鍋爐房，針對常規鍋爐房存在的問題，結合我們多年的鍋爐房設計和運行經驗，反復分析論證，確定落實上述要求，按著一種全新的理念對此鍋爐房進行設計和建設。
二、具有雙層布置功能的單層布置設計
1、大型鍋爐房采用雙層布置的原因
大型鏈條鍋爐房采用雙層布置，其主要原因是為了方便除渣和清除爐排夾雜的未燃盡煤粉和灰燼，由于大型鏈條鍋爐的爐排長而寬，落渣不好處理，爐排夾雜的細灰也不易像小型鏈條鍋爐那樣在爐排返回時刮至爐前細灰坑（清灰時需停爐）。大型鏈條鍋爐房采用雙層布置，鍋爐安裝在二樓，爐排夾雜的未燃盡煤粉和灰燼，通常是在爐排返回行程經過爐排底板上開的孔洞落入與孔洞相連的落灰管，而后導入除渣溝。由于聯合除渣機的運行軌道與爐排的運行方向相互垂直，且聯合除渣機的寬度較窄，爐排又很長，為使落灰通暢地導入除渣溝，落灰管道需傾斜一定角度進行布置，而傾角又必須大于落灰時的自鎖角，因而，由爐排底板至除渣機的上平面須有一定距離，根據鍋爐大小和結構不同，一般高度均大于6米，若將聯合除渣機布置在鍋爐房±0.000地平面上，這就需要將安裝鍋爐的基礎上平面從地平面抬高一定高度。為此，安裝鍋爐的基礎上平面要高于鍋爐房±0.000地平面至少兩層樓高，而且是整個安裝鍋爐的平面都要抬高，這就是大型鍋爐房需要雙層布置的原因。可以看出，同樣的鍋爐高度，雙層布置比單層布置的鍋爐房要高6米以上。
2、單層布置與雙層布置的建筑特點
單層布置常用于供熱量較小的鍋爐房，相對于雙層布置的鍋爐房，其建筑特點是鍋爐房主體房間高度較低，一般在10米左右，配套用房（水泵間、控制間等）也低；支撐鍋爐本體的鍋爐基礎與鍋爐房自然地平一致，鍋爐房整體抗震性優越，為典型的單質點抗震結構模型。
雙層布置的鍋爐房需要將鍋爐主體架高，以解決大型鍋爐的復雜工藝的要求（除渣、落灰、檢修等），其鍋爐主體房間要求的高度要高于單層布置的鍋爐房，為典型雙質點抗震結構模型，抗震性能明顯劣于單層布置鍋爐房。
3、大型鍋爐房改做單層布置的革新措施
為將大型鍋爐房雙層布置改成單層布置，根據大型鍋爐的結構特點和工藝要求，對安裝鍋爐的布置方式作如下改進設計：
（1）按單層布置方式將鍋爐安裝在鍋爐房室內地平±0.000上，為解決鍋爐除渣、落灰、檢修等問題，參照民用建筑地下室的設計原則，根據鍋爐基礎資料和承重要求，將鍋爐基礎的承重支柱改成承重板墻以建成地下室，也就是將部分地上建筑物建在地下。
（2）按防火規范要求，將各鍋爐基礎可使用的地下空間用通道連通，滿足雙出入的疏散要求，也便于操作和維修工作。
（3）按通風規范要求，在適當位置加開通風孔，通過空氣自由流通，使地下室自然通風。
如此布置，其功能與雙層布置完全相同，卻將鍋爐房結構降低了，鍋爐安裝在地面上，解決了傳統雙層布置模式的建筑結構復雜，抗震性能差等不足之處，同時也便于安裝施工和運行管理。綜上所述可以看出，此種模式的大型供熱鍋爐房的單層布置已不是傳統意義上的鍋爐房單層布置了，其本質上是利用混凝土地下室的自身優勢，將雙層布置的一層改在地下室建成局部雙層的新式單層布置，可稱做大型供熱鍋爐房的后單層布置。
三、上煤選用雙路大傾角輸送系統
一般供熱鍋爐房的上煤系統，無論選用平皮帶輸送還是選用大傾角擋邊皮帶輸送，多為單路輸送系統（個別大容量鍋爐房也有采用雙路的），為保證上煤可靠，此次設計確定選用雙路大傾角擋邊皮帶提升輸送裝置，一用一備，也可同時運行，分料間內的平皮帶，仍選用一條帶式輸送機。這樣處理是為解決大傾角皮帶損壞后不便修理和維修周期長的問題，而平皮帶不易損壞，即使局部損壞，也便于維修。這樣做，可在盡量減少投資的基礎上保證上煤系統安全可靠。
實踐表明，輸煤提升選用大傾角擋邊皮帶是安全可靠的，從占地面積和投資方面來看，具有明顯優勢，現在已逐步被業者認識和采用。
四、除渣采用每臺鍋爐獨立除渣系統
近些年，大型供熱鍋爐房的除渣系統，已很少采用馬丁除渣機和水力沖渣，大多是多臺鍋爐采用一條重型框鏈除渣機進行聯合除渣。這種做法，簡化了裝置，降低了投資，同時節約運行電耗，深受用戶青睞，但存在一個致命缺點，就是一旦除渣機一個鏈節損壞，將會導致所有鍋爐停爐，全面停運，造成嚴重的惡劣的社會影響。為解決這個問題，我們這次設計采用了一臺鍋爐獨立設一條除渣系統，除渣機設在地下室，使除渣機的運動方向與鍋爐爐排的運行方向一致。由于鍋爐爐排寬度較除渣機寬度寬很多，在落渣斗的設計上應做些工作；又由于除渣機的上平面低于鍋爐底面約6米，當除渣機將渣提升到室外，為方便落渣，落渣口又要高于室外±0.000一定高度；除渣機從地下升到地面，可能要與地上的風機、除塵器等設備在設計上產生矛盾，在布置上要做巧妙安排和細致處理。實踐表明，設計方案處理得當，運行是順暢可靠的。 從上述可看出，將一條聯合除渣機改成多條單臺除渣機，設計難度將增加，投資也會加大一些，然而，卻把困擾供熱安全運行的難題解決了，還是值得的。
五、循環水泵采用二級泵系統
供熱鍋爐房循環水泵傳統的做法是選擇幾臺泵并聯成一組泵，同時滿足鍋爐、熱網和熱用戶的流量、揚程要求，稱為單級泵系統。理論分析和實踐表明，這種做法無效能耗高，電耗浪費大；近幾年，一些專家教授發表了多篇論文，從理論上闡述了分布變頻泵的做法，并做了節能分析。分布變頻泵系統就是將鍋爐、熱網和熱用戶按需分別設置合適流量、揚程的循環泵，并采用水泵電機的變頻技術，配合先進的自控系統。這種做法，可比傳統的單級泵系統節能三分之二以上。據所知，一些供熱單位在新建和改造的供熱鍋爐房中，采用了不同方案的分布變頻泵技術，都收到了不同程度的節能效果。
2005年，筆者在做鍋爐房設計時，首次將傳統的水循環系統改成二級泵系統，二級泵系統是傳統的單級泵系統與最佳的分布變頻泵系統之間的過渡方案，它將傳統的單級泵分設成鍋爐泵和熱網泵（包括熱用戶）。2006年根據設計和運行情況，總結出《在供熱鍋爐房中二級循環泵的應用》文章，發表在《區域供熱》2007年第三期；而此后設計的幾座新鍋爐房和改造的多座既有鍋爐房，又先后將鍋爐泵和熱網泵的設置位置做了不同方案嘗試。2009年根據設計和運行的實際工況、調節的方便程度以及節能效果，總結出《供熱鍋爐房二級循環泵系統設計（改造）的有關問題》文章，發表在《區域供熱》2009年第五期；也曾設計和指導運行了三座采用分布式變頻泵方式的供熱鍋爐房，實際體驗了分布變頻泵設計和運行的特點。通過多年對水系統的改進、設計與運行實踐，對二級泵系統和分布式變頻泵系統各自的適用條件、設計特點、運行方式以及較傳統的單級泵系統的節能效果和優越性有了進一步理解。我們深深體會到：無論是二級泵系統還是分布變頻泵系統從理論上分析都能實現節能，分布變頻泵較二級泵節能效果好，但投資大，不易操作。在實際設計和設備選型過程中，若過于粗放，可能會事與愿違，效果不佳。
據所知，個別單位所做的分布變頻泵系統的運行情況和節能效果并不如人意，反而加大了投資。因此，在實施對水循環系統進行改造時應注意以下三點：一是究竟是采用二級泵系統還是采用分布變頻泵系統要根據系統的實際情況、投資和節能效果認真論證；二是必須對系統的實際工況進行分析計算，水泵的流量、揚程必須與系統的水力工況相匹配，更重要的是不能僅僅依靠采用變頻器變頻運行來彌補粗放選型帶來的不足；三是自動控制理念和功能要能夠根據氣溫變化和配合用戶的主動調節而自動調節運行。本工程接入的原系統的既有用戶已建有多座換熱站，為方便與其連接和運行調節，確定采用后置鍋爐泵的二級循環泵系統。采暖期實踐表明，運行靈活，節能效果顯著。
在供熱鍋爐房水循環系統的設計和改造工程中，二級泵系統和分布變頻泵系統究竟如何選用，要看具體情況。在節能方面，分布變頻泵系統優于二級泵系統；在工程實施、運行調節和設計的難易程度方面，二級泵系統更容易實施，便于操作，尤其是對既有鍋爐房進行改造；在投資方面，二級泵系統遠遠低于分布變頻泵系統。
六、大型鍋爐房單層布置革新設計的效果
1、降低投資。眾所周知，一個建筑工程，其每平米造價與建筑層高增大成正比，不同建筑僅僅是比率不同。大型鍋爐房雙層布置改為后單層布置，同型號的鍋爐，鍋爐房高度可降低6米以上，配套用房高度也隨之降低，高度降低，抗風力增強，提高了抗震穩定性，建筑物的鋼柱鋼梁（或混凝土柱梁）等構件斷面均隨之減小，便于施工，節省材料，降低了主體結構的土建投資。鍋爐房主體高度降低，使鍋爐房的上煤斜廊垂直高度降低，大傾角擋邊皮帶的長度也隨之減短、鍋爐房占地面積也相應減少，輔機和工藝管道都隨著垂直高度降低減少了用量。綜合如上多種因素，大大降低了建設費用。
2、縮短建設工期，實現了當年投入運行。本鍋爐房設計總容量為46MW×4，當年安裝兩臺，按如上革新理念將鍋爐基礎改成局部地下室，主體建筑按單層布置進行建設，破土時先將兼做地下室的鍋爐基礎建好后，可鍋爐安裝與鍋爐房建設可以同時進行。2010年5月下旬動工到10月底竣工，縮短了建設工期，滿足了11月上旬具備供暖條件的要求。
3、提高輸煤、除渣系統的安全系數。雙路上煤系統和每臺鍋爐獨立除渣系統的改進方案，雖然增加了設計難度，投資也有所提高，但消除了對易發生故障的關鍵設備的擔憂，即使發生故障，處理故障時也不會停止供熱，從保證安全運行角度看是值得的。
4、實現水循環系統節電運行。采用二級泵水循環系統，實現了鍋爐額定流量運行，消除了由于傳統的單級泵大流量流經鍋爐造成鍋爐的水阻力增加；根據供熱需求調節運行鍋爐臺數時，可配合起停鍋爐泵，降低鍋爐房的運行電耗。鍋爐額定流量下運行，在滿足供回水溫差的基礎上，會使鍋爐的供回水溫度按鍋爐參數運行，使鍋爐更好燒，提高鍋爐效率。這種運行方式，既能節電，又能節煤。
按此理念設計、建設的鍋爐房，通過一個采暖期運行，基本上達到了預想效果。由于經驗不足，又是首次實施，不當之處請同行們指正。--- 廊坊市開發區熱力中心 谷曉波； 廊坊市科華建筑勘察設計有限公司 黃建興； 廊坊市香河縣三強熱力公司 李金利； 廊坊市熱力總公司 谷守棣
參考文獻
［1］谷曉波等.在供熱鍋爐房中二級循環泵的應用《區域供熱》2007年第三期
［2］谷曉波等.供熱鍋爐房二級循環泵系統設計（改造）的有關問題《區域供熱》2009年第五期
