浅谈燃气真空热水锅炉房的设计
0 引言
随着人民生活水平的不断提高, 人们对所处城市的空间环境与空气质量等问题越来越重视。燃煤锅炉房的烟气与废物排放是造成大气中悬浮物微粒、硫化物等有害物质升高的重要原因之一。因此，各地对燃煤锅炉房的限制愈来愈严格，所以燃气锅炉房的建设日益增多。
燃气真空热水锅炉投入工程实践之后，由于其性能可靠，结构简单且使用方便，故而其在燃气锅炉房中的应用比例越来越大，因此其设计也更加重要。
1 燃气真空热水锅炉的工作原理
1975年日本TAKUMA(田雄)生产出世界第一台真空热水锅炉，至今其历史已达30多年，田雄公司创始人田熊常吉也因此成为日本十大发明家之一。我国在20世纪80年代后期就有一些厂家开始研制燃气真空热水锅炉，现在国内厂家的技术已经十分成熟，产品非常先进。
燃气真空热水锅炉的结构见图1，
图1 燃气真空热水锅炉结构图
真空热水锅炉的结构，是由燃烧室、减压蒸汽室、热交换器及热媒水等组成的。机体内部通过真空抽气形成真空，与外部空气隔绝，成密闭状态。热媒水覆盖着受热面并密闭在机体内部，因减压蒸汽室内的压力保持在大气压之下，当密闭在内的热媒水被燃烧加热后，立即沸腾起来，产生与热媒水相同温度的蒸汽。机内产生的蒸汽在上升过程中，接触到配置于减压蒸汽室内的热交换器表面，由于热交换器内的水温低于蒸汽温度，蒸汽会在热交换器表面上冷凝并放出大量汽化热，加热热交换器中的水，冷凝水在重力作用下重又回到热媒水中。因此，热媒水在封闭的机体内周而复始地进行着“沸腾→蒸发→冷凝→热媒水”的循环。既毋须补充热媒水，又无空烧的危险。热交换器中的水被加热后输送给用户。
热媒水是经脱氧、除垢等特殊处理的高纯水，出厂前一次充注完成，使用时在机组内部封闭循环（汽化→凝结→汽化），无增减，在机组使用寿命内不必补充和更换，从而节省大量水资源。外部水源不进入炉体，间接传热，无污染，用水清洁卫生。真空热水锅炉炉体内部不结垢，无氧化腐蚀，锅炉本体寿命超过二十年，远远超出普通热水锅炉10年左右的使用寿命。
真空热水锅炉可根据不同的用途，在锅筒内安装1~3组高效热交换器，形成多回路，一炉多用，可同时用于采暖系统、空调系统和生活热水系统等。这样，系统设计上十分灵活，而不需要考虑更多的设备布置空间。
2 锅炉房的布置
锅炉房位置的选择十分重要，它将关系到初投资、系统设计、运行管理及安全防护等一系列问题。
燃气锅炉房的位置应根据燃气种类、锅炉容量、运行压力、供回水温度、系统形式及建筑类型等因素考虑，依照现行国家规范《锅炉房设计规范》(GB 50041-2008)、《城镇燃气设计规范》(GB 50028-2006)、《建筑设计防火规范》(GB50016-2006) 、《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045-95)(2005年版)、与《热水锅炉安全技术监察规程》(劳锅字[1997]7号)综合确定。若当地有地方标准时，则同时要考虑满足之。
锅炉房宜设置在地上独立的建筑物内，若受条件限制，需要与主体建筑相连或设置在主体建筑的地下室、半地下室、首层、顶层及中间楼层时，应经当地消防、安监和环保等部门批准。
锅炉房严禁直接设在聚集人多的房间（如公共浴室、教室、观众厅、商店、餐厅、候诊室等）或在其上面、下面、贴邻或主要疏散口的两旁[1]。
对于工业建筑，其锅炉房多可设置在独立的建筑物内。而对于公共建筑等民用建筑，其锅炉房往往设置在地下室、半地下室、首层、顶层及中间楼层，此时应注意如下之规定：
(1). 锅炉的额定出口热水温度低于或等于95℃[5]；
(2). 每台锅炉须有超温报警装置[5]；
(3). 燃气锅炉须装设可靠的点火程序控制和熄火保护装置[5]；
(4). 设在半地下室或首层的锅炉，其单台热功率不应大于7MW，设在地下室、楼层中或顶层的锅炉，其单台热功率不应大于2.8MW[5]；
(5). 每台锅炉应由连锁保护装置[5]；
(6). 锅炉间的建筑结构应有相应的抗爆措施[5]；
(7). 燃气锅炉房应设置在首层或地下一层靠外墙部位，但常(负)压燃气锅炉可设置在地下二层，当常(负压) 燃气锅炉距安全出口的距离大于6m时，可设置在屋顶上。采用相对密度(与空气密度比值)大于等于0.75的可燃气体为燃料的锅炉，不得设在地下或半地下建筑(室)内[3]。
笔者建议，当锅炉房设在主体建筑内时，应尽量布置在首层或地下一层，这样便于燃气的引入、防火及泄爆等一系列问题的解决。
3 燃气锅炉房的土建、电气、采暖通风和给水排水
3.1 土建
3.1.1 耐火等级
根据《锅炉房设计规范》(GB 50041-2008)，锅炉间属于丁类，蒸汽锅炉额定蒸发量大于4t/h、热水锅炉额定出力大于2.8MW时，锅炉间建筑不应低于二级耐火等级；蒸汽锅炉额定蒸发量小于或等于4t/h、热水锅炉额定出力小于或等于2.8MW时，锅炉间建筑不应低于三级耐火等级[1]。
又根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)，除锅炉的总蒸发量小于等于4t/h的燃煤锅炉房可采用三级耐火等级的建筑外，其他锅炉房均应采用一、二级耐火等级的建筑[3]。
笔者建议，设计时采用《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)中的规定，因其更为严格。
3.1.2 泄爆面积
《锅炉房设计规范》(GB 50041-2008)中指出，锅炉房应有相当于锅炉间占地面积10%的泄压面积[1]。
而根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)，A=10CV2/3
式中 A-泄压面积(m2)；
V-厂房的面积(m2)；
C-厂房容积为1000m3时的泄压比，当燃料为天然气与液化石油气时，C≥0.110；
笔者建议，设计中应进行权衡判断，当采用《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)中的规定时，其泄压面积往往很大，而采用《锅炉房设计规范》(GB 50041-2008)时，则其泄压面积适中，应综合考虑。
2.2 电气
锅炉间和燃气调压计量间等有爆炸和火灾危险场所的等级划分，必须符合《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB 50098-92)的规定
2.3 采暖通风
燃气锅炉间应有每小时不少于6次的换气量，当其设置在地下或地下室时，其应有每小时不少于12次的换气量，其中不包括锅炉燃烧通风量。另外，应设置每小时不少于12次的事故通风装置[1]。
燃气调压计量间等有爆炸危险的房间，应有每小时不少于3次的换气量，如自然通风不能满足，应设置机械通风装置，并应设置每小时不少于12次的事故通风装置[1]。
通风装置应防爆，并应与泄漏报警装置连锁。
2.4 给水排水
应满足《锅炉房设计规范》(GB 50041-2008)之规定。
4 燃气管道
燃气管道系统一般由燃气公司或其制定设计单位负责。设计人员一般设计此方面内容或只进行燃起管道规划。
应注意的是，燃气管道应作防静电接地，故应事先做好接地所需要的条件。
燃气管道上(如母管的末端) 应设放散管和吹扫口。放散管应引至室外，其排出口应高出锅炉房屋脊2米，故应考虑防雷措施。
5 燃气真空热水锅炉房的工艺流程
燃气真空热水锅炉房，其典型流程如图2：
图2 燃气真空热水锅炉房的工艺流程图
5.1 流程特点
5.1.1 安全性高
如本文前面所述，设于建筑物内的热水锅炉房其出水温度不能高于95℃[5]，由于燃气真空热水锅炉的出水温度不会超过100℃，因此很容易满足要求，适用于许多民用项目。
5.1.2 系统简单
燃气真空热水锅炉相当于一个具有内热源的换热器，由于其结构的特点，锅炉本身具有一定的容量，可不使用热水水箱。因此若采用该型锅炉，则大大减少了机房的占地面积，使系统变得简单，从而使运行操作更加简便。
5.2 注意事项
燃气真空热水锅炉内的热媒水，其处于负压状态下的最高温度不会超过93℃，锅炉的出水温度通常不会超过80℃。因此，若需要更高的出水温度，则应采用其他类型的锅炉。
燃气真空热水锅炉虽然热效率高，但是其热交换器的管径较小，一般在10mm左右。其管内虽不会结垢，但稍有不慎就很容易堵塞。为防止系统内的污物杂质堵塞热交换器，应在锅炉的进水管上设置过滤器。
通常工况下，热网的供回水温差要小于或等于锅炉的额定供回水温差，而热网和锅炉的热负荷是相等的，因此热网的循环水量一定要大于或等于锅炉额定循环水量。那么锅炉本体的实际循环水量会高于锅炉的额定水量，但是在热力系统的设计和实际运行中通常没有采取相应措施，所以经常无法保证供热参数，即人们经常感觉的 “不热”。解决这一问题的办法其实很简单，即在锅炉的供回水干管之间，设一个旁通管和调节阀。在供热系统运行时调节此阀门的开度，使锅炉按额定水量运行，而多余的水量由旁通管流过，此时再控制锅炉的燃烧强度即可同时保证热网的供水温度。
锅炉污染物的排放，应符合《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)和环评报告的要求，如果当地有更严格的地方标准，应执行之。烟囱应经过合理的计算，保证具有足够的抽力。烟囱上应设防爆膜或防爆门
控制值班室设置空调设施和相应的隔声措施，以改善操作环境。
6 结论
燃气真空热水锅炉本体结构紧凑，体积小，排烟温度低，运行效率高，安全可靠，自动化程度高，启动时间短，使用寿命长，操作维护简便，非常适用于低温热水供应系统。但是它无法提供90℃以上热水，并且其加热过程比传统锅炉稍慢。在设计中应综合考虑，合理选择，避免浪费。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准 锅炉房设计规范[S] GB 50041-2008 北京：中国计划出版社 2008
[2] 中华人民共和国国家标准 城镇燃气设计规范[S] GB 50028-2006 北京：中国计划出版社 2006
[3] 中华人民共和国国家标准 建筑设计防火规范[S] GB 50016-2006 北京：中国计划出版社 2006
[4] 中华人民共和国国家标准 高层民用建筑设计防火规范[S] GB 50045-95(2005版) 北京：中国计划出版社 2005
[5] 中华人民共和国国家标准 热水锅炉安全技术监察规程[S] 劳锅字[1997]74号 北京：劳动部 1997