摘　要：對(duì)燃?xì)忮仩t燃燒器的要求及既有燃煤供熱鍋爐房改造成燃?xì)夤徨仩t房的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行探討，分析了燃?xì)忮仩t房供熱的環(huán)境效益。

關(guān)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(guān)注。我國的相關(guān)機(jī)構(gòu)及學(xué)者，對(duì)燃煤鍋爐改燒燃?xì)膺M(jìn)行了廣泛研究[1-4]。天津市建設(shè)交通委、市發(fā)改委、市環(huán)保局等部門聯(lián)合起草出臺(tái)了《關(guān)于嚴(yán)格控制燃煤供熱鍋爐房建設(shè)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(kuò)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(yùn)行，供熱面積達(dá)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(duì)中心城區(qū)各類供熱用戶實(shí)施集中供熱為優(yōu)先類。

煤改氣工程原有燃煤鍋爐房的設(shè)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(jī)(如原有的送引風(fēng)機(jī)、上煤除渣設(shè)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(shè)施、變配電裝置等，原有煤渣場可以作為燃?xì)?a href=http://www.nbjinggang.com/e/tags/?tagname=%E8%B0%83%E5%8E%8B target=_blank class=infotextkey>調(diào)壓裝置的建設(shè)場地。本文對(duì)燃?xì)忮仩t燃燒器的要求及煤改氣工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行探討，分析煤改氣的環(huán)境效益。

2　對(duì)燃燒器的要求

應(yīng)有高的燃燒效率。在額定燃?xì)鈮毫ο聭?yīng)能通過額定燃?xì)饬坎⒛艹浞秩紵?，以滿足鍋爐產(chǎn)生額定熱負(fù)荷。

合理地配風(fēng)，保證燃?xì)夥€(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?xì)庋杆倬鶆蚧旌希ＷC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(gè)適當(dāng)?shù)幕亓鲄^(qū)，進(jìn)而使燃?xì)馀c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(yīng)，火焰充滿度好，火焰溫度應(yīng)符合鍋爐的要求，不應(yīng)使火焰沖刷爐墻、爐底以及延伸到對(duì)流受熱面。

調(diào)節(jié)幅度大，能適應(yīng)負(fù)荷變化的需要，即在最低負(fù)荷至最高負(fù)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(diǎn)火、著火、調(diào)節(jié)等操作方便，安全可靠和運(yùn)行噪聲小。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，便于調(diào)節(jié)和檢修，易于實(shí)現(xiàn)燃燒過程的自動(dòng)控制。

燃燒器應(yīng)設(shè)有自動(dòng)點(diǎn)火裝置、熄火保護(hù)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(dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀谠O(shè)定下限或高于設(shè)定上限以及火焰異常、爐膛熄火等情況發(fā)生時(shí)，燃燒器停止工作，并自動(dòng)關(guān)閉燃燒器燃?xì)忾y組的進(jìn)氣電磁閥，切斷燃?xì)夤?yīng)。空氣供應(yīng)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(fù)位按鈕，人工解除故障鎖定，才能再次點(diǎn)火。點(diǎn)火前應(yīng)進(jìn)行預(yù)吹掃，吹掃時(shí)間為1～2min。

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

3　改造與設(shè)計(jì)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(tái)燃煤熱水鍋爐及其相應(yīng)輔助設(shè)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(fù)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?xì)忮仩t的案例，但使用效果并不理想。因此該項(xiàng)目將原有燃煤鍋爐拆除，更換為燃?xì)忮仩t。將原有3臺(tái)燃煤熱水供熱鍋爐及配套輔機(jī)(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(tái)天然氣熱水供熱鍋爐以及相關(guān)輔機(jī)，規(guī)格分別為1×7.0MW、2×10.5MW，總熱功率為28MW。

3.2　設(shè)計(jì)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(yīng)有相應(yīng)的防爆措施，并應(yīng)有相當(dāng)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(shè)施的輕質(zhì)屋面板、輕質(zhì)墻體的單位面積質(zhì)量不應(yīng)超過60kg／m2。燃?xì)忮仩t房鍋爐間與相鄰輔助間的隔墻應(yīng)為防火墻，隔墻上開設(shè)的門應(yīng)為甲級(jí)防火門，該門向鍋爐間內(nèi)開啟。

控制室宜靠近鍋爐間設(shè)置，朝鍋爐間操作面方向的隔墻上宜設(shè)一扇玻璃觀察窗，便于操作人員隨時(shí)觀察鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況，觀察窗應(yīng)設(shè)計(jì)成具有抗爆能力的固定窗。

②燃?xì)庀到y(tǒng)

除小型模塊鍋爐的用氣壓力為低壓外，其余的燃?xì)忮仩t的用氣壓力均為中壓B級(jí)。燃?xì)忮仩t耗氣量較大，應(yīng)從城市天然氣中壓B級(jí)以上管網(wǎng)接出專線，引至鍋爐房的調(diào)壓柜，經(jīng)計(jì)量調(diào)壓后送入每臺(tái)鍋爐燃燒器。調(diào)壓柜盡量露天布置，四周布置防撞護(hù)欄。在引入鍋爐房的室外燃?xì)饽腹苌希瑧?yīng)安裝電動(dòng)防爆切斷閥，失電時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，手動(dòng)復(fù)位，并與安裝于鍋爐間的可燃?xì)怏w濃度檢測報(bào)警裝置連鎖。，鍋爐間內(nèi)每臺(tái)燃?xì)忮仩t燃燒器的燃?xì)膺M(jìn)口管均安裝手動(dòng)球閥，在該球閥與燃燒器自帶的燃?xì)忾y組之間設(shè)置一根放散管，放散管根部應(yīng)安裝手動(dòng)球閥。多根放散管可匯合成一根總管引至室外，放散口應(yīng)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(fēng)裝置吸入。鍋爐間內(nèi)的燃?xì)夤艿酪思芸辗笤O(shè)。

燃?xì)獾?a href=http://www.nbjinggang.com/e/tags/?tagname=%E8%AE%A1%E9%87%8F target=_blank class=infotextkey>計(jì)量宜一爐一計(jì)量，這樣可以比較直觀地反映每臺(tái)鍋爐的燃燒狀況和出力情況，計(jì)量應(yīng)涵蓋瞬時(shí)流量、累計(jì)流量。

③通風(fēng)設(shè)計(jì)

燃?xì)忮仩t間需設(shè)獨(dú)立的通風(fēng)裝置，正常換氣次數(shù)不應(yīng)小于6次/h，事故換氣次數(shù)不應(yīng)小于12次/h，通風(fēng)機(jī)采用防爆軸流風(fēng)機(jī)，吸風(fēng)口的位置盡量靠近燃?xì)庖仔孤┨帲L(fēng)口上緣至頂棚平面或屋頂?shù)木嚯x不小于0.4m。

④可燃?xì)怏w檢測與連鎖

燃?xì)忮仩t間設(shè)防爆型可燃?xì)怏w濃度檢測報(bào)警裝置，并分兩層安裝：一層的安裝高度應(yīng)高出釋放源(通常為燃燒器自帶的燃?xì)忾y組)0.5～2.0m，另一層安裝于鍋爐間的最高點(diǎn)屋頂處。每隔15m設(shè)一臺(tái)可燃?xì)怏w濃度檢測報(bào)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?xì)怏w濃度檢測報(bào)警裝置與設(shè)于鍋爐間外燃?xì)饽腹苌系碾妱?dòng)防爆切斷閥以及鍋爐間內(nèi)的防爆軸流風(fēng)機(jī)連鎖。分兩級(jí)報(bào)警：一級(jí)報(bào)警為天然氣的泄漏濃度達(dá)到爆炸下限的25％時(shí)，二級(jí)報(bào)警為天然氣的泄漏濃度達(dá)到爆炸下限的50％時(shí)。二級(jí)報(bào)警時(shí)，連鎖關(guān)閉燃?xì)饽腹苌系碾妱?dòng)防爆切斷閥，并開啟防爆軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行事故通風(fēng)。報(bào)警信號(hào)發(fā)送至現(xiàn)場報(bào)警器和控制室的可燃?xì)怏w報(bào)警器，并進(jìn)行聲光報(bào)警。可燃?xì)怏w濃度檢測報(bào)警系統(tǒng)由不間斷電源(UPS)供電。一級(jí)報(bào)警主要起警示作用，主要用于提醒操作人員排查事故，二級(jí)報(bào)警為強(qiáng)制措施，一般不允許有二級(jí)報(bào)警發(fā)生。

⑤電力系統(tǒng)

燃?xì)忮仩t房用電負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷，要求兩路電源進(jìn)線。燃煤鍋爐房原有一路電源進(jìn)線，經(jīng)過少量改造即可給燃?xì)忮仩t房供電。另一路備用電源需向供電部門申請(qǐng)?zhí)峁ｅ仩t間照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)為防爆型。

⑥安全裝置設(shè)計(jì)

在送風(fēng)機(jī)、空氣管道和燃?xì)夤艿郎显O(shè)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?xì)忮仩t本體設(shè)有防爆裝置，爐膛壓力超過設(shè)定值時(shí)自動(dòng)開啟，達(dá)到泄壓目的。煙道上安裝有防爆門，進(jìn)一步消除超壓和爆炸隱患。

⑦余熱回收利用

燃?xì)忮仩t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(jìn)行回收。但換熱后的煙氣溫度不能降到酸露點(diǎn)以下，以防止酸腐蝕。通常，排煙溫度應(yīng)高于煙氣露點(diǎn)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(dāng)煙囪的位置鄰近高層建筑時(shí)，煙囪高度應(yīng)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(yīng)考慮燃?xì)忮仩t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(diǎn)設(shè)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?xì)忮仩t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?xì)忮仩t燃燒1m3天然氣需要的實(shí)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?xì)忮仩t設(shè)計(jì)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(yuǎn)高于燃?xì)忮仩t。

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(yuǎn)優(yōu)于燃煤鍋爐房。

參考文獻(xiàn)：

[1]周偉國．關(guān)于燃煤鍋爐改為燃?xì)忮仩t的探討[J]．煤氣與熱力，2000，20(1)：44-46．

[2]杜欣平，陳琴，李維光，等．燃煤鍋爐改為燃?xì)忮仩t的技術(shù)措施[J]．煤氣與熱力，2002，22(2)：125-127．

[3]張雪巖，王亞鋒，劉敬敏．燃煤鍋爐改造為燃?xì)忮仩t的技術(shù)探討[J]．煤氣與熱力，2010，30(3)：A12-A14．

[4]吳文建，葛兵，董則欣．小型燃煤鍋爐改為燃?xì)忮仩t的探討[J]．煤氣與熱力，2013，33(9)：B16-B17．

本文作者：趙國強(qiáng)  彭文玲

作者單位：中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司第四設(shè)計(jì)研究院