摘　要：對燃氣鍋爐燃燒器的要求及既有燃煤供熱鍋爐房改造成燃氣供熱鍋爐房的設計內(nèi)容進行探討，分析了燃氣鍋爐房供熱的環(huán)境效益。

關鍵詞：燃煤鍋爐房；  天然氣鍋爐房；  煤改氣；  環(huán)境效益

Project Design for Conversion of Coal-fired Boiler Room into Gas-fired Boiler Room

Abstract：The requirements for gas-fired boiler burner and the design contents for conversion of coalfired boiler room into gas-fired boiler room are discussed．The heating environmental benefit of gas-fired boiler room is analyzed．

Keywords：coal-fired boiler room；natural gas-fired boiler room；conversion from coal to gas；environmental benefit

1　概述

隨著人民生活水平的不斷提高，大氣污染問題也越來越受到公眾的關注。我國的相關機構(gòu)及學者，對燃煤鍋爐改燒燃氣進行了廣泛研究^[1-4]。天津市建設交通委、市發(fā)改委、市環(huán)保局等部門聯(lián)合起草出臺了《關于嚴格控制燃煤供熱鍋爐房建設的意見》，自2012年3月1日起，天津市中心城區(qū)、濱海新區(qū)及環(huán)城四區(qū)建成區(qū)內(nèi)不再新建、擴建燃煤供熱鍋爐房，原有燃煤供熱鍋爐房逐步由熱電聯(lián)供及天然氣供熱鍋爐房取代。2012年度，天津市共有18座民用燃煤供熱鍋爐房改造成了天然氣供熱鍋爐房，并于2012--2013年供暖期全部投入運行，供熱面積達到610×10⁴m²。根據(jù)國家天然氣利用政策(由國家發(fā)展改革委和國家能源局頒布)，天然氣的使用分為4類：優(yōu)先類、允許類、限制類、禁止類。以天然氣為燃料，對中心城區(qū)各類供熱用戶實施集中供熱為優(yōu)先類。

煤改氣工程原有燃煤鍋爐房的設施宜盡可能利用，以降低投資額并縮短工期。目前，煤改氣工程一般拆除燃煤鍋爐本體及其配套輔機(如原有的送引風機、上煤除渣設施、磚砌煙囪等)，保留鍋爐間及輔助間等建筑物，保留水處理設施、變配電裝置等，原有煤渣場可以作為燃氣調(diào)壓裝置的建設場地。本文對燃氣鍋爐燃燒器的要求及煤改氣工程的設計內(nèi)容進行探討，分析煤改氣的環(huán)境效益。

2　對燃燒器的要求

應有高的燃燒效率。在額定燃氣壓力下應能通過額定燃氣量并能充分燃燒，以滿足鍋爐產(chǎn)生額定熱負荷。

合理地配風，保證燃氣穩(wěn)定完全燃燒。從火焰根部供給燃燒所必需的空氣量，使其與燃氣迅速均勻混合，保證燃燒完全，煙氣中生成的有害物質(zhì)(CO、NOx)少。使氣流形成一個適當?shù)幕亓鲄^(qū)，進而使燃氣與空氣處于較高的溫度場中，以保證著火迅速，燃燒穩(wěn)定。

燃燒產(chǎn)生的火焰與爐膛結(jié)構(gòu)形狀相適應，火焰充滿度好，火焰溫度應符合鍋爐的要求，不應使火焰沖刷爐墻、爐底以及延伸到對流受熱面。

調(diào)節(jié)幅度大，能適應負荷變化的需要，即在最低負荷至最高負荷范圍內(nèi)，燃燒器均能穩(wěn)定工作，不發(fā)生回火和脫火。

點火、著火、調(diào)節(jié)等操作方便，安全可靠和運行噪聲小。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，便于調(diào)節(jié)和檢修，易于實現(xiàn)燃燒過程的自動控制。

燃燒器應設有自動點火裝置、熄火保護裝置、火焰檢測裝置，以確保天然氣在爐膛內(nèi)的正常燃燒。當燃氣壓力低于設定下限或高于設定上限以及火焰異常、爐膛熄火等情況發(fā)生時，燃燒器停止工作，并自動關閉燃燒器燃氣閥組的進氣電磁閥，切斷燃氣供應。空氣供應管道上的閥門繼續(xù)打開，吹掃爐膛內(nèi)殘余煙氣。待故障排除后，按復位按鈕，人工解除故障鎖定，才能再次點火。點火前應進行預吹掃，吹掃時間為1～2min。

燃燒器的風壓除要考慮克服鍋爐本體的阻力外，還應克服節(jié)能器(用于預熱熱網(wǎng)回水)、煙氣系統(tǒng)的阻力。燃燒器的風壓由送風機提供，小熱功率燃燒器為一體式，即送風機與燃燒器為一體機；大熱功率燃燒器為分體式，即送風機與燃燒器為分體安裝。

3　改造與設計內(nèi)容

3.1　改造內(nèi)容

天津市某既有燃煤供熱鍋爐房原有3臺燃煤熱水鍋爐及其相應輔助設施，規(guī)格分別為1×5.6MW、2×7.0MW，總熱功率為19.6MW。燃煤鍋爐為負壓燃燒，天然氣鍋爐為正壓燃燒，燃煤鍋爐沒有燃燒器。以往有將燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐的案例，但使用效果并不理想。因此該項目將原有燃煤鍋爐拆除，更換為燃氣鍋爐。將原有3臺燃煤熱水供熱鍋爐及配套輔機(包括水處理裝置)全部拆除，保留鍋爐間、輔助間等建筑，部分變配電裝置保留。新建3臺天然氣熱水供熱鍋爐以及相關輔機，規(guī)格分別為1×7.0MW、2×10.5MW，總熱功率為28MW。

3.2　設計內(nèi)容

①鍋爐間及控制室

利用原有的燃煤鍋爐間。鍋爐間屬于丁類生產(chǎn)廠房，鍋爐間的外墻、樓地面或屋面，應有相應的防爆措施，并應有相當于鍋爐間占地面積10％的泄壓面積。泄壓方向不得朝向人員密集的場所、房間和人行通道，泄壓處不得與這些地方相鄰。作為泄壓設施的輕質(zhì)屋面板、輕質(zhì)墻體的單位面積質(zhì)量不應超過60kg／m²。燃氣鍋爐房鍋爐間與相鄰輔助間的隔墻應為防火墻，隔墻上開設的門應為甲級防火門，該門向鍋爐間內(nèi)開啟。

控制室宜靠近鍋爐間設置，朝鍋爐間操作面方向的隔墻上宜設一扇玻璃觀察窗，便于操作人員隨時觀察鍋爐的實際運行情況，觀察窗應設計成具有抗爆能力的固定窗。

②燃氣系統(tǒng)

除小型模塊鍋爐的用氣壓力為低壓外，其余的燃氣鍋爐的用氣壓力均為中壓B級。燃氣鍋爐耗氣量較大，應從城市天然氣中壓B級以上管網(wǎng)接出專線，引至鍋爐房的調(diào)壓柜，經(jīng)計量調(diào)壓后送入每臺鍋爐燃燒器。調(diào)壓柜盡量露天布置，四周布置防撞護欄。在引入鍋爐房的室外燃氣母管上，應安裝電動防爆切斷閥，失電時自動關閉，手動復位，并與安裝于鍋爐間的可燃氣體濃度檢測報警裝置連鎖。，鍋爐間內(nèi)每臺燃氣鍋爐燃燒器的燃氣進口管均安裝手動球閥，在該球閥與燃燒器自帶的燃氣閥組之間設置一根放散管，放散管根部應安裝手動球閥。多根放散管可匯合成一根總管引至室外，放散口應高出鍋爐房屋脊2m以上，并使排出的氣體不至于竄入鄰近的建筑物和被通風裝置吸入。鍋爐間內(nèi)的燃氣管道宜架空敷設。

燃氣的計量宜一爐一計量，這樣可以比較直觀地反映每臺鍋爐的燃燒狀況和出力情況，計量應涵蓋瞬時流量、累計流量。

③通風設計

燃氣鍋爐間需設獨立的通風裝置，正常換氣次數(shù)不應小于6次/h，事故換氣次數(shù)不應小于12次/h，通風機采用防爆軸流風機，吸風口的位置盡量靠近燃氣易泄漏處，吸風口上緣至頂棚平面或屋頂?shù)木嚯x不小于0.4m。

④可燃氣體檢測與連鎖

燃氣鍋爐間設防爆型可燃氣體濃度檢測報警裝置，并分兩層安裝：一層的安裝高度應高出釋放源(通常為燃燒器自帶的燃氣閥組)0.5～2.0m，另一層安裝于鍋爐間的最高點屋頂處。每隔15m設一臺可燃氣體濃度檢測報警裝置，距其所覆蓋范圍內(nèi)的任一釋放源不宜大于7.5m。

可燃氣體濃度檢測報警裝置與設于鍋爐間外燃氣母管上的電動防爆切斷閥以及鍋爐間內(nèi)的防爆軸流風機連鎖。分兩級報警：一級報警為天然氣的泄漏濃度達到爆炸下限的25％時，二級報警為天然氣的泄漏濃度達到爆炸下限的50％時。二級報警時，連鎖關閉燃氣母管上的電動防爆切斷閥，并開啟防爆軸流風機進行事故通風。報警信號發(fā)送至現(xiàn)場報警器和控制室的可燃氣體報警器，并進行聲光報警?？扇細怏w濃度檢測報警系統(tǒng)由不間斷電源(UPS)供電。一級報警主要起警示作用，主要用于提醒操作人員排查事故，二級報警為強制措施，一般不允許有二級報警發(fā)生。

⑤電力系統(tǒng)

燃氣鍋爐房用電負荷為二級負荷，要求兩路電源進線。燃煤鍋爐房原有一路電源進線，經(jīng)過少量改造即可給燃氣鍋爐房供電。另一路備用電源需向供電部門申請?zhí)峁?。鍋爐間照明系統(tǒng)設計為防爆型。

⑥安全裝置設計

在送風機、空氣管道和燃氣管道上設置靜電接地裝置，接地電阻不大于100W，管法蘭間用6mm²軟銅線跨接。

燃氣鍋爐本體設有防爆裝置，爐膛壓力超過設定值時自動開啟，達到泄壓目的。煙道上安裝有防爆門，進一步消除超壓和爆炸隱患。

⑦余熱回收利用

燃氣鍋爐的初始排煙溫度為170℃，焓值比較高，余熱可以通過節(jié)能器進行回收。但換熱后的煙氣溫度不能降到酸露點以下，以防止酸腐蝕。通常，排煙溫度應高于煙氣露點15℃以上。

⑧煙囪

煙囪宜采用不銹鋼制作。一爐配一座煙囪比較好，煙囪頂部不加防雨帽。若煙囪附近沒有高層建筑，煙囪高度一般取20m。當煙囪的位置鄰近高層建筑時，煙囪高度應高出沿高層建筑物45°的陰影線。

⑨煙氣凝結(jié)水的排放與控制

天然氣的主要成分是甲烷，甲烷燃燒產(chǎn)生的水蒸氣較多。因此，應考慮燃氣鍋爐房煙氣凝結(jié)水的集中收集與排放，一般是在煙囪的最低點設置水封式凝結(jié)水排水裝置。

4　煤改氣工程的環(huán)境效益

①煙氣量

燃氣鍋爐燃燒1m³天然氣需要的理論窄氣量為9.41m³，平均空氣過剩系數(shù)取1.15，則燃氣鍋爐燃燒1m³天然氣需要的實際空氣量為10.82m³，產(chǎn)生的煙氣量為11.96m³。熱功率為0.7MW的燃氣鍋爐設計天然氣耗量約78m³／h，由此產(chǎn)生的煙氣量為932.88m³／h。而同規(guī)模的層燃燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣量約2300m³／h，二者相差1367.12m³／h。由以上分析可知，相同規(guī)模的鍋爐，燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣量遠高于燃氣鍋爐。

②煙塵量

天然氣為清潔氣體能源，其燃燒后產(chǎn)生的煙氣主要成分為N2，其次為H2O、O2、CO2，基本沒有煙塵，在煙塵方面的排放特性遠優(yōu)于燃煤鍋爐房。

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本文作者：趙國強  彭文玲

作者單位：中國市政工程華北設計研究總院有限公司第四設計研究院