燃煤锅炉房改造为燃气锅炉房的工程设计_配套专业

摘要

对燃气锅炉燃烧器的要求及既有燃煤供热锅炉房改造成燃气供热锅炉房的设计内容进行探讨，分析了燃气锅炉房供热的环境效益。

摘　要：对燃气锅炉燃烧器的要求及既有燃煤供热锅炉房改造成燃气供热锅炉房的设计内容进行探讨，分析了燃气锅炉房供热的环境效益。

关键词：燃煤锅炉房；天然气锅炉房；煤改气；环境效益

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

随着人民生活水平的不断提高，大气污染问题也越来越受到公众的关注。我国的相关机构及学者，对燃煤锅炉改烧燃气进行了广泛研究[1-4]。天津市建设交通委、市发改委、市环保局等部门联合起草出台了《关于严格控制燃煤供热锅炉房建设的意见》，自2012年3月1日起，天津市中心城区、滨海新区及环城四区建成区内不再新建、扩建燃煤供热锅炉房，原有燃煤供热锅炉房逐步由热电联供及天然气供热锅炉房取代。2012年度，天津市共有18座民用燃煤供热锅炉房改造成了天然气供热锅炉房，并于2012--2013年供暖期全部投入运行，供热面积达到610×104m2。根据国家天然气利用政策(由国家发展改革委和国家能源局颁布)，天然气的使用分为4类：优先类、允许类、限制类、禁止类。以天然气为燃料，对中心城区各类供热用户实施集中供热为优先类。

煤改气工程原有燃煤锅炉房的设施宜尽可能利用，以降低投资额并缩短工期。目前，煤改气工程一般拆除燃煤锅炉本体及其配套辅机(如原有的送引风机、上煤除渣设施、砖砌烟囱等)，保留锅炉间及辅助间等建筑物，保留水处理设施、变配电装置等，原有煤渣场可以作为燃气调压装置的建设场地。本文对燃气锅炉燃烧器的要求及煤改气工程的设计内容进行探讨，分析煤改气的环境效益。

2　对燃烧器的要求

应有高的燃烧效率。在额定燃气压力下应能通过额定燃气量并能充分燃烧，以满足锅炉产生额定热负荷。

合理地配风，保证燃气稳定完全燃烧。从火焰根部供给燃烧所必需的空气量，使其与燃气迅速均匀混合，保证燃烧完全，烟气中生成的有害物质(CO、NOx)少。使气流形成一个适当的回流区，进而使燃气与空气处于较高的温度场中，以保证着火迅速，燃烧稳定。

燃烧产生的火焰与炉膛结构形状相适应，火焰充满度好，火焰温度应符合锅炉的要求，不应使火焰冲刷炉墙、炉底以及延伸到对流受热面。

调节幅度大，能适应负荷变化的需要，即在最低负荷至最高负荷范围内，燃烧器均能稳定工作，不发生回火和脱火。

点火、着火、调节等操作方便，安全可靠和运行噪声小。结构简单、紧凑，便于调节和检修，易于实现燃烧过程的自动控制。

燃烧器应设有自动点火装置、熄火保护装置、火焰检测装置，以确保天然气在炉膛内的正常燃烧。当燃气压力低于设定下限或高于设定上限以及火焰异常、炉膛熄火等情况发生时，燃烧器停止工作，并自动关闭燃烧器燃气阀组的进气电磁阀，切断燃气供应。空气供应管道上的阀门继续打开，吹扫炉膛内残余烟气。待故障排除后，按复位按钮，人工解除故障锁定，才能再次点火。点火前应进行预吹扫，吹扫时间为1～2min。

燃烧器的风压除要考虑克服锅炉本体的阻力外，还应克服节能器(用于预热热网回水)、烟气系统的阻力。燃烧器的风压由送风机提供，小热功率燃烧器为一体式，即送风机与燃烧器为一体机；大热功率燃烧器为分体式，即送风机与燃烧器为分体安装。

3　改造与设计内容

3.1　改造内容

天津市某既有燃煤供热锅炉房原有3台燃煤热水锅炉及其相应辅助设施，规格分别为1×5.6MW、2×7.0MW，总热功率为19.6MW。燃煤锅炉为负压燃烧，天然气锅炉为正压燃烧，燃煤锅炉没有燃烧器。以往有将燃煤锅炉改造为燃气锅炉的案例，但使用效果并不理想。因此该项目将原有燃煤锅炉拆除，更换为燃气锅炉。将原有3台燃煤热水供热锅炉及配套辅机(包括水处理装置)全部拆除，保留锅炉间、辅助间等建筑，部分变配电装置保留。新建3台天然气热水供热锅炉以及相关辅机，规格分别为1×7.0MW、2×10.5MW，总热功率为28MW。

3.2　设计内容

①锅炉间及控制室

利用原有的燃煤锅炉间。锅炉间属于丁类生产厂房，锅炉间的外墙、楼地面或屋面，应有相应的防爆措施，并应有相当于锅炉间占地面积10％的泄压面积。泄压方向不得朝向人员密集的场所、房间和人行通道，泄压处不得与这些地方相邻。作为泄压设施的轻质屋面板、轻质墙体的单位面积质量不应超过60kg／m2。燃气锅炉房锅炉间与相邻辅助间的隔墙应为防火墙，隔墙上开设的门应为甲级防火门，该门向锅炉间内开启。

控制室宜靠近锅炉间设置，朝锅炉间操作面方向的隔墙上宜设一扇玻璃观察窗，便于操作人员随时观察锅炉的实际运行情况，观察窗应设计成具有抗爆能力的固定窗。

②燃气系统

除小型模块锅炉的用气压力为低压外，其余的燃气锅炉的用气压力均为中压B级。燃气锅炉耗气量较大，应从城市天然气中压B级以上管网接出专线，引至锅炉房的调压柜，经计量调压后送入每台锅炉燃烧器。调压柜尽量露天布置，四周布置防撞护栏。在引入锅炉房的室外燃气母管上，应安装电动防爆切断阀，失电时自动关闭，手动复位，并与安装于锅炉间的可燃气体浓度检测报警装置连锁。，锅炉间内每台燃气锅炉燃烧器的燃气进口管均安装手动球阀，在该球阀与燃烧器自带的燃气阀组之间设置一根放散管，放散管根部应安装手动球阀。多根放散管可汇合成一根总管引至室外，放散口应高出锅炉房屋脊2m以上，并使排出的气体不至于窜入邻近的建筑物和被通风装置吸入。锅炉间内的燃气管道宜架空敷设。

燃气的计量宜一炉一计量，这样可以比较直观地反映每台锅炉的燃烧状况和出力情况，计量应涵盖瞬时流量、累计流量。

③通风设计

燃气锅炉间需设独立的通风装置，正常换气次数不应小于6次/h，事故换气次数不应小于12次/h，通风机采用防爆轴流风机，吸风口的位置尽量靠近燃气易泄漏处，吸风口上缘至顶棚平面或屋顶的距离不小于0.4m。

④可燃气体检测与连锁

燃气锅炉间设防爆型可燃气体浓度检测报警装置，并分两层安装：一层的安装高度应高出释放源(通常为燃烧器自带的燃气阀组)0.5～2.0m，另一层安装于锅炉间的最高点屋顶处。每隔15m设一台可燃气体浓度检测报警装置，距其所覆盖范围内的任一释放源不宜大于7.5m。

可燃气体浓度检测报警装置与设于锅炉间外燃气母管上的电动防爆切断阀以及锅炉间内的防爆轴流风机连锁。分两级报警：一级报警为天然气的泄漏浓度达到爆炸下限的25％时，二级报警为天然气的泄漏浓度达到爆炸下限的50％时。二级报警时，连锁关闭燃气母管上的电动防爆切断阀，并开启防爆轴流风机进行事故通风。报警信号发送至现场报警器和控制室的可燃气体报警器，并进行声光报警。可燃气体浓度检测报警系统由不间断电源(UPS)供电。一级报警主要起警示作用，主要用于提醒操作人员排查事故，二级报警为强制措施，一般不允许有二级报警发生。

⑤电力系统

燃气锅炉房用电负荷为二级负荷，要求两路电源进线。燃煤锅炉房原有一路电源进线，经过少量改造即可给燃气锅炉房供电。另一路备用电源需向供电部门申请提供。锅炉间照明系统设计为防爆型。

⑥安全装置设计

在送风机、空气管道和燃气管道上设置静电接地装置，接地电阻不大于100W，管法兰间用6mm2软铜线跨接。

燃气锅炉本体设有防爆装置，炉膛压力超过设定值时自动开启，达到泄压目的。烟道上安装有防爆门，进一步消除超压和爆炸隐患。

⑦余热回收利用

燃气锅炉的初始排烟温度为170℃，焓值比较高，余热可以通过节能器进行回收。但换热后的烟气温度不能降到酸露点以下，以防止酸腐蚀。通常，排烟温度应高于烟气露点15℃以上。

⑧烟囱

烟囱宜采用不锈钢制作。一炉配一座烟囱比较好，烟囱顶部不加防雨帽。若烟囱附近没有高层建筑，烟囱高度一般取20m。当烟囱的位置邻近高层建筑时，烟囱高度应高出沿高层建筑物45°的阴影线。

⑨烟气凝结水的排放与控制

天然气的主要成分是甲烷，甲烷燃烧产生的水蒸气较多。因此，应考虑燃气锅炉房烟气凝结水的集中收集与排放，一般是在烟囱的最低点设置水封式凝结水排水装置。

4　煤改气工程的环境效益

①烟气量

燃气锅炉燃烧1m3天然气需要的理论窄气量为9.41m3，平均空气过剩系数取1.15，则燃气锅炉燃烧1m3天然气需要的实际空气量为10.82m3，产生的烟气量为11.96m3。热功率为0.7MW的燃气锅炉设计天然气耗量约78m3／h，由此产生的烟气量为932.88m3／h。而同规模的层燃燃煤锅炉产生的烟气量约2300m3／h，二者相差1367.12m3／h。由以上分析可知，相同规模的锅炉，燃煤锅炉产生的烟气量远高于燃气锅炉。