燃气锅炉房的电气与控制

摘 要：本文主要讲述了燃气锅炉房的电气系统和控制系统；系统的介绍燃气锅炉房的配电、接地、照明、消防和控制系统的应用及相关问题。

关键词：燃气锅炉房；电气系统；控制系统；配电；接地；照明；消防

中图分类号： TK284 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-165-3

0 引言

锅炉房是指锅炉以及保证锅炉正常运行的辅助设备和设施的综合体。锅炉主要使用的燃料有煤炭、燃油和燃气这三种。燃气锅炉房的燃料主要是天然气，天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏会立即向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较高。

采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染；天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善大气质量。因此我国在不断推进燃煤锅炉房改为燃气锅炉房的煤改气工程。

燃气锅炉房的电气与控制系统包括配电系统、接地系统、照明系统、消防报警系统和控制系统。

1 燃气锅炉房的配电系统

燃气锅炉房的配电主要是0.4kV的低压配电，在规范中低压是指低于1kV的电压。锅炉房的负荷分级一般为二级或三级，区域锅炉房一般为二级负荷，民用锅炉房和独立锅炉房受供电条件限制一般是三级。二级负荷是指两回路供电，两回路一般来自一个变电所的两段不同母线，双电源是来自两个不同的变电所。双回路电源给锅炉房供电时可以有两套方案，方案一是用一台进线柜，进线柜内装一台双电源切换的转换开关，锅炉房的所有用电设备都从开关后的母线上取电。该方案优点是控制简单，电气设备少，投资小；缺点就是受转换开关额定电流的限制，用电设备的容量不能过大。方案二与变电所的双路进线一致，每一路电源配一个进线柜，形成两个0.4kV的低压母线，母线之间通过联络柜联接，每段母线给不同的锅炉设备供电。该方案优点是能够给大型的设备供电，而缺点就是控制复杂，电气设备较多，投资较大。这就需要设计人员根据锅炉房的规模，用电设备容量的大小及工程投资来确定具体采用哪种配电方案。三级负荷供电只有一路电源，但要注意从杆塔引入变压器的电缆长度应不小于15m。

锅炉房的负荷计算通常有两种计算方法：需要系数法和利用系数法。具体的计算方法见《工业与民用配电设计手册》第三版，但在计算时要特别注意设备功率和计算功率的区别，尤其是一些特殊的电气设备其铭牌上标注的功率不是该设备的设备功率，要通过换算才能等效为设备功率。

需要系数法的计算精度能够满足工程需要。计算时要注意同时系数的确定，系统总的需要系数是反算回去得到的而不是查表得出的。

锅炉房的总用电量计算要根据所在地区采暖时间及供暖的性质确定。一般情况下北京地区的采暖时间为122天，这是普通居民供暖的时间。医院、养老院、幼儿园、学校及一些特殊的生产企业供暖时间要比122天长。

2 燃气锅炉房的接地系统

燃气锅炉房的接地分为四种：系统接地（工作接地）、保护接地、雷电保护接地和防静电接地。

以上四种接地都在燃气锅炉房的接地系统中有所体现，因此要熟悉其定义并能在实际工作中区分这四种接地。接地系统不同其接地电阻也不同。

2.1 系统接地

系统接地：在电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地（如中性点直接接地或经其他装置接地等）。低压系统接地的型式可分为TN、TT和IT三种。

TN系统在电源处有一点直接接地，装置的外露可导电部分应经PE线接到接地点，按照PE线和N线是否单独设置分为TN-S系统、TN-C系统和TN-C-S系统三种。TT系统应只有一点直接接地，装置的外露可导电部分应接到在电气上独立于电源系统接地的接地极上。IT系统的所用带电部分应与地隔离，或某一点通过阻抗接地；IT系统的外露可导电部分，应被单独地或集中地接地。燃气锅炉房的接地一般采用TN-S系统。

2.2 保护接地

保护接地：电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地。

等电位联结是保护接地的具体表现。等电位联结的目的就是为了降低接触电压，使接触电压降低到限值以下，从而达到保护人和设备的安全。等电位联结共有三种：总等电位联结、局部等电位联结和辅助等电位联结。

燃气锅炉房中具有金属外壳的设备可分为两种：一种叫做外露可导电部分，另外一种叫做外界可导电部分。

外露可导电部分：设备上能触及到的可导电部分，它在正常情况下不带电，但在基本绝缘损坏时会带电。这里的“设备”指的是电气设备，如循环水泵、补水泵和给水泵等。

外界可导电部分：非电气装置的，且易于引入电位的可导电部分，该电位通常为局部电位。非电气装置指的是非电气设备且具有金属外壳的装置，如金属水箱、锅炉本体和烟气冷凝器等。

对于防触电等级为I类的电气设备，其金属外壳已通过PE线同进线电源配电柜处的PE母排相连，所以其金属外壳是不用再作等电位联结。

2.3 雷电保护接地

雷电保护接地：为雷电保护装置（接闪杆、接闪线和接闪带等）向大地泄放雷电流而设的接地。

正象其定义的一样，这种接地是为了防止雷电对建筑物和设备及人员的伤害。燃气锅炉房的防雷等级应划为第二类防雷建筑物，按照第二类防雷建筑物采取相应的防雷措施。燃气锅炉的烟囱一般为金属材料并高于锅炉房屋顶15m以上，因此需要设置接闪杆。锅炉房的屋顶为钢筋混凝土结构时需要设置接闪带，屋顶为金属结构时可利用其作接闪带。接闪杆、接闪带等接闪器要通过引下线与接地网可靠连接并做等电位联结。每根专设引下线的冲击接地电阻不大于10Ω。一般来说接地电阻越低，防雷得到的改善越多。但不能由于要达到某一很低的接地电阻而花费过大。考虑到已采取严格的各种金属物与防雷装置之间的连接和均压措施，故不必要求很低的接地电阻。

有爆炸危险的露天钢制封闭气罐，当其高度小于或等于60m、罐顶壁厚不小于4mm时，或当其高度大于60m、罐顶壁厚和侧壁厚均不小于4mm时，可不设接闪器，但应接地，且接地点不应少于2处，两接地点间距离不宜大于30m，每处接地点的冲击接地电阻不应大于30Ω。架空管道每隔20m～25m应接地1次，接地电阻不应超过30Ω。

接闪器主要是为了防止直击雷，却不能防止感应雷的危害。在锅炉房的电源配电柜中一般要安装电涌防护器（Surge Protective Device，简称SPD），SPD的主要作用是为了防止雷电感应电流对锅炉房内电气设备的破坏。SPD的电压保护水平（Voltage Protection Level，Up）值应小于或等于2.5kV，其含义就是将雷电冲击过电压降低到2.5kV以下；SPD的最大冲击电流Iimp应等于或大于12.5kA，对于一般的锅炉房Iimp选40kA。与SPD串接的保护电器应该选熔断器而不是断路器，熔断器的额定电流应由SPD的厂家提供。建筑物中的接地系统一般为TN-C-S系统，由于在配电柜中PE线和N线被就地短接，所以只需在相线和PE线间安装第一级3个SPD。

埋地的燃气管道从外部进入燃气锅炉房的计量间出地面后，应作防雷等电位连接，具体做法就是在燃气管入户后5m内的法兰盘连接处插入一个绝缘板使户内的燃气管与大地隔离。但雷电冲击电压可能击穿该处间隙而迸发电火花。因此须在法兰盘两侧跨接一放电间隙（SPD），使电火花在燃气管外发生以消除爆炸危险。

2.4 防静电接地

防静电接地：为防止静电对易燃油、天然气储罐和管道的危险作用而设的接地。

燃气锅炉房内净距小于100mm的平行或交叉管道，应每隔20m用金属跨接，不能保持良好电气接触的阀门、法兰、弯头等管道连接处，也应跨接。金属罐罐体钢板的接缝、罐顶与罐体之间，以及所有管、阀与罐体之间，应保证可靠的电气连接。

3 燃气锅炉房的照明系统

燃气锅炉房的照明系统与普通锅炉房的照明系统最大区别就是要在锅炉间和计量间设置防爆灯具，电气施工按照防爆要求进行施工。

照度计算采用平均照度进行计算，根据不同房间照度标准值计算出其光源和灯具个数，配电时要三相均匀配电，实现三相负荷的大致平衡。设计照度与照度标准值的偏差不应超过±10%；当房间或场所的室形指数等于或小于1时，其照明功率密度限值应增加，但增加不应超过限值的20%。

燃气锅炉房内严禁采用触电防护类别为0类的灯具，一般采用I类灯具。长期工作和停留的房间如控制室等其照明光源的显色指数（Ra）不应小于80，色温不宜高于4000K。锅炉间、辅机间和水泵间等高度超过5m的房间一般采用陶瓷金卤灯，控制室、配电室等高度不超过5m的房间一般采用三基色荧光灯。尽量选用光通量大的光源。

按照《锅炉房设计规范》GB50041-2008的要求在锅炉房的相应位置设置应急照明，包括疏散照明和安全照明。

应急照明包括疏散照明、安全照明和备用照明，在《建筑照明设计标准》GB50034-2013中只有以上照明的定义而没有事故照明的定义。但其它标准中有事故照明的称谓，但又没有相应的解释。所以笔者认为不应在照明设计中使用“事故照明”的称谓，而应使用应急照明（疏散照明、安全照明和备用照明）的称谓。

4 燃气锅炉房的消防报警系统

燃气锅炉房的锅炉间和计量间须设置燃气报警系统，燃气报警系统是消防报警系统中的组成部分，可独立设置。燃气报警探测器应选用气体浓度探测器。

非独立锅炉房和单台蒸汽锅炉额定蒸发量大于等于10t/h或总额定蒸发量大于等于40t/h及单台热水锅炉额定功率大于等于7MW或总额定热功率大于等于28MW的独立锅炉房，应设置火灾探测器和自动报警装置。

对于燃气锅炉房的火灾探测器应选择点型感烟探测器和点型感温探测器，间距按照《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013的相关规定设置。

5 燃气锅炉房的自动控制系统

自动控制系统在锅炉房的控制中主要包括锅炉本体的控制，锅炉辅助系统的控制两部分。

锅炉本体的控制一般是由锅炉厂家设计完成，其中还包括燃烧器的控制。

锅炉辅助系统的控制主要是给水泵、循环水泵及补水泵等的控制。水泵的控制要求主要是由热工专业提出，采用闭环控制还是开环控制，要由热工专业确定。这里的闭环控制指的是采用压力或温度传感器测量蒸汽或热水的压力和温度，转换为标准的0～10V或4～20mA直流信号输入相应的变频器中，由变频器控制水泵电机的运行，从而达到所需要的压力和温度。开环控制是指没有反馈信号的参与，由人设定变频器的频率为一固定值，变频器运行后一直在此频率下运行。

燃气锅炉房是否采用集中控制系统要参考《锅炉房设计规范》GB50041-2008第11.2.22条的规定“单台蒸汽锅炉额定蒸发量大于等于10t/h或单台热水锅炉额定热功率大于等于7MW的锅炉房，宜设集中控制系统。”集中控制系统指计算机控制系统，采用的计算机为工业控制计算机。利用组态软件将流程图显示在计算机屏幕上，锅炉及其辅助设备的运行情况一目了然。提高了燃气锅炉房的自动化水平和工作效率，这在中大型锅炉房中应用较为广泛而小型锅炉房一般不需要设置集中控制系统。

集中控制系统由上位机系统、控制系统、通讯系统和执行元件组成。上位机系统由工控机、打印机等组成。工控机在锅炉运行时的作用主要是便于运行人员监视，当发生报警时能够提示运行人员做相应的处理；控制系统主要由PLC（可编程序控制器）组成，PLC是整个集中控制系统的控制中心，它通过采集压力温度信号及执行元件的状态，从而得知设备的运行情况。同时PLC还可以采集其它物理信号，通过编程，实现对整个锅炉房的自动控制。通讯系统主要是指工控机、PLC及变频器通过相应的通讯协议互相连接，实现各系统之间数据的交流。执行元件主要由变频器、软启动器及接触器等组成。

6 结论

燃气锅炉房的电气及控制系统设计是锅炉房设计中不可或缺的组成部分，因此在设计过程中要根据具体情况进行设计，并在满足安全及功能的前提下降低施工成本。

参 考 文 献

[1] 任元会，卞铠生，姚家祎，等.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.

[2] 王厚余.建筑物电气装置600问[M].北京：中国电力出版社，2013.

[3] 何离庆，张寿明，朱文嘉.过程控制系统与装置[M].重庆：重庆大学出版社，2003.

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