燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐的技術(shù)探討

摘 要

摘要：介紹了燃煤鍋爐與燃氣鍋爐的差別，就如何確定燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐具有可行性進行了論述，闡述了改燃煤鍋爐為燃氣鍋爐的基本原則及改造的具體方法與措施。關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；燃
摘要：介紹了燃煤鍋爐與燃氣鍋爐的差別，就如何確定燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐具有可行性進行了論述，闡述了改燃煤鍋爐為燃氣鍋爐的基本原則及改造的具體方法與措施。
關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；燃氣鍋爐；改造
Discussion on Reconstruction Technologies of Converting Coal-fired Boiler to Gas-fired Boiler
ZHANG Xue-yan，WANG Ya-feng，LIU Jing-min
Abstract：The difference between coal-fired boiler and gas-fired boiler is introduced. The feasibility of converting coal-fired boiler to gas-fired boiler is discussed. The basic principles，concrete reconstruction methods and measures of conversion are expounded.
Key words：coal-fired boiler；gas-fired boiler；reconstruction
    我國現(xiàn)代化建設(shè)的全面發(fā)展和環(huán)保意識的日益提高，不少地方要求大量的燃煤工業(yè)鍋爐改造成為燃氣鍋爐。在未來20～30年內(nèi)，我國的天然氣儲量將會保持快速增長的勢頭，為改造燃煤鍋爐成為燃氣鍋爐提供了條件。因此，如何經(jīng)濟有效地將燃煤鍋爐改造成燃氣鍋爐就成了目前鍋爐制造廠家非常關(guān)心和亟待解決的課題。本文就燃煤鍋爐改造技術(shù)進行探討。
1 燃煤鍋爐與燃氣鍋爐的差別
   ① 燃燒方式
   燃燒方式取決于燃燒狀態(tài)，燃煤鍋爐采用層燃燃燒，而燃氣鍋爐采用室燃燃燒。層燃燃燒即燃料煤在一個寬大的支撐面上行進并完成燃燒，其火床溫度的分布見圖1。室燃燃燒是燃氣在燃燒室呈火炬狀行進并完成燃燒，火炬的直徑和長度表征其燃燒特性，其爐膛內(nèi)的溫度分布見圖2。

   ② 通風(fēng)方式
   燃煤鍋爐一般采用負壓通風(fēng)，其燃燒過程由送風(fēng)機和引風(fēng)機共同完成。由于煤屬于固體燃料，其燃燒特性及顆粒度的不均勻性決定了燃燒過程中需要較大的空氣量，再加之爐墻、煙道漏風(fēng)，燃煤鍋爐實際運行時煙氣出口的過量空氣系數(shù)可達2.1～2.5，甚至更高[1]。
    常見的燃氣鍋爐一般采用內(nèi)燃結(jié)構(gòu)微正壓通風(fēng)，其燃燒過程和燃燒產(chǎn)物的排出由送風(fēng)機完成。氣體燃料因其燃燒特性，使得空氣能較好地與燃料進行預(yù)混，微正壓燃燒沒有爐墻、煙道的漏風(fēng)因素，運行時煙氣出口的過量空氣系數(shù)為1.2～1.3，甚至最低可達1.05左右。
   ③ 燃料的易爆性
   氣體燃料的易爆性與其爆炸極限有關(guān)。在爆炸極限內(nèi)，遇到明火會發(fā)生著火爆炸，所以爆炸極限越寬，爆炸危險越大。固體燃料則無此性質(zhì)。
   ④ 鍋爐的熱慣性
   由于燃燒方式不同，對于燃煤蒸汽鍋爐，緊急停爐后，即使停止輸送燃料，爐膛內(nèi)仍有大量未燃盡的燃料繼續(xù)釋放熱量(即熱慣性)，使鍋爐的蒸汽壓力繼續(xù)升高，危及鍋爐的運行安全；而對燃氣鍋爐，一旦緊急停爐，不但完全停止了輸送燃料，而且爐內(nèi)無未燃盡的燃料存在，比較安全。
   ⑤ 鍋爐的自動化控制
   燃煤鍋爐，由于受熱慣性影響，負荷調(diào)節(jié)滯后，容量越大滯后性越強。對燃煤鍋爐進行自動控制很困難，對負荷變化頻繁和變化幅度大的工業(yè)鍋爐難度更高。而對于燃氣鍋爐，由于熱慣性的影響很小，比較容易實現(xiàn)自動化控制。
2 燃煤鍋爐改成燃氣鍋爐的可行性
    燃煤鍋爐的爐膛改燒燃氣是可行的。因為煤的燃燒為多相反應(yīng)，而燃氣燃燒為均相反應(yīng)，故相同發(fā)熱量的煤與燃氣的燃盡時間不同，煤的燃盡時間長，燃煤鍋爐的爐膛容積熱強度一般是燃氣鍋爐的1/3～1/4[2]，因而容量相同的燃煤和燃氣鍋爐的爐膛容積是前者大于后者?？梢娙济哄仩t改燒燃氣，其爐膛一般能滿足燃氣的正常燃燒。
    并不是所有的燃煤鍋爐都有改造價值，要通過經(jīng)濟分析決定。首先要對燃煤鍋爐的熱效率進行檢測，對剩余使用壽命進行評估，然后對鍋爐的改造費用和改造后鍋爐的熱效率及使用壽命進行分析評估，將其運行成本與新購燃氣鍋爐的運行成本作對比，判定燃煤鍋爐是否有改造價值。只有改燒燃氣后鍋爐的熱效率能夠達到國家規(guī)定的一般不低于82%的標準，且考慮貼現(xiàn)率及折舊后，投資小于新購的燃氣鍋爐才可能有改造價值。
3 改燃煤鍋爐為燃氣鍋爐的基本原則
    ① 原燃煤鍋爐受壓元件必須基本完好，有繼續(xù)安全使用的價值；給水系統(tǒng)和送引風(fēng)系統(tǒng)基本完好。
    ② 改造后的鍋爐應(yīng)達到原鍋爐的額定參數(shù)，如蒸汽溫度、壓力及給水溫度等，保持或提高原鍋爐的容量和熱效率(鍋爐的熱效率一般可提高5%～10%)[3]。
    ③ 通過改造達到消煙除塵，滿足環(huán)保的要求。
    ④ 改造方案簡單易行，造價少、工期短、見效快。
4 鍋爐改造的具體方法與措施
4.1 鍋爐本體
    ① 對鍋爐進行校核性熱力計算，對鍋爐的水循環(huán)和煙風(fēng)阻力進行校核，并采取必要的防腐措施。
    ② 清除鍋筒、聯(lián)箱及其他受熱面的水垢和灰渣層，有效地提高鍋爐的熱效率。在鍋爐受熱面煙氣側(cè)形成的灰渣、碳黑和受熱面水側(cè)的水垢對傳熱影響很大。水垢的熱導(dǎo)率約為碳黑的1/10、鋼板的1/40，因此不能忽視水垢對傳熱的影響，即使是一層很薄的水垢，也能導(dǎo)致受熱面壁溫的急劇上升，甚至引起局部或整根煙管爆管。
    ③ 燃煤鍋爐改燒燃氣后燃燒產(chǎn)生的煙氣沒有飛灰等固體輻射物，僅靠煙氣中的三原子氣體產(chǎn)生輻射，最大輻射系數(shù)只有0.4左右，如果不在爐膛內(nèi)設(shè)置有效的二次輻射裝置，則輻射換熱量比燃煤鍋爐小，故應(yīng)該改造鍋爐內(nèi)部，增加輻射換熱面。
    拆除上煤斗，將鏈條爐排抽出后，改造前拱及所在前墻以適于自動燃燒器的安裝；用保溫材料填充原燃煤鍋爐爐排風(fēng)室，表面覆蓋耐火材料，形成爐膛的爐底，改造成為二次輻射面；拆除后拱在爐膛的伸出部分，并在此位置設(shè)置擋火墻，改變?nèi)济哄仩t爐膛形式，以適于氣體燃料的燃燒，增強火焰對爐膛受熱面的輻射。
    ④ 加強爐墻、煙道特別是爐膛部位的爐墻，使加強后的爐墻具有一定的強度和密封性，以適合天然氣燃燒的要求。
    ⑤ 將省煤器打開，清理省煤器管，主要是將省煤器翅片側(cè)清理干凈，增強換熱效果。
    ⑥ 為保證鍋爐在各種負荷下運行，需進行風(fēng)量調(diào)節(jié)，可在煙道上設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)板，保證合理的配風(fēng)比例。燃氣易燃易爆，對于改造的燃氣鍋爐更應(yīng)處理好防爆問題，因此，可在鍋爐爐膛上部兩側(cè)、對流受熱面(鍋爐管束)兩側(cè)及尾部煙道的頂部等處分別設(shè)置防爆門，并確保防爆面積不小于相關(guān)規(guī)定。
4.2 燃燒系統(tǒng)
    燃燒系統(tǒng)包括燃氣供應(yīng)、空氣供應(yīng)、主燃燒器點火及鍋爐排煙系統(tǒng)。
    ① 拆除原燃煤鍋爐加煤系統(tǒng)、除塵器、除渣落灰裝置，保留原引風(fēng)機、鼓風(fēng)機，將省煤器后的排煙煙道直接與引風(fēng)機入口管連接，將原除塵器煙氣進出口的煙道隔斷并封焊。
    ② 原燃煤鍋爐一般采用負壓燃燒，而目前大部分燃氣鍋爐均采用正壓燃燒，正壓燃燒可提高鍋爐的熱效率，但對鍋爐爐體的密封性和保溫性要求較高。因此，在改造中最好采用微負壓燃燒(要求壓力為-8～30Pa[2])，這樣對鍋爐爐體不做大的改動，爐體密封和保溫要求比正壓燃燒低，可利用原有的送風(fēng)機和引風(fēng)機及送、引風(fēng)管道，確保高溫?zé)煔獠煌饴纸档碗姾?，?jié)省投資。
    ③ 燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐時，燃燒器的選擇是關(guān)鍵的技術(shù)問題。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的燃氣鍋爐大都使用進口燃燒器，進口燃燒器質(zhì)量較好，技術(shù)成熟，但是價格昂貴，是國產(chǎn)燃燒器的2～3倍，我們應(yīng)加大國產(chǎn)燃燒器的研發(fā)力度，占領(lǐng)廣闊的燃燒器市場。我公司在改造中采用的LN型大功率燃燒器就是我公司和歐洲及亞洲的主要工業(yè)燃燒器廠家合作研制的一種新型燃氣燃燒器。該燃燒器具有以下優(yōu)點：采用多嘴多噴孔的旋流混合燃燒方式，旋流、回流相結(jié)合，燃氣和空氣充分混合，燃燒徹底，火焰穩(wěn)定，不脫火；通過伺服電機調(diào)節(jié)燃氣供給量，燃燒平穩(wěn)，負荷平穩(wěn)變動；引風(fēng)機變頻控制，負荷匹配合理；采用多項安全監(jiān)控措施，確保設(shè)備無故障運行。
4.3 鍋爐房
    ① 改造鍋爐房達到燃氣鍋爐房的防火防爆等級要求。
    ② 根據(jù)供氣管網(wǎng)的情況決定是否設(shè)置燃氣儲存和調(diào)壓裝置。改善鍋爐房的通風(fēng)換氣條件。
4.4 燃氣鍋爐自控及檢測系統(tǒng)
    燃氣鍋爐自控系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表均應(yīng)選用防爆型，鍋爐房內(nèi)應(yīng)增設(shè)可燃氣體報警裝置。改造后的鍋爐檢測、報警、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)應(yīng)有足夠的靈敏度和快速反應(yīng)能力，以保證燃燒器從點火到正常燃燒這一熱功率急劇變化階段中，爐膛負壓能夠維持在一個合理的范圍內(nèi)。
    由于天然氣易燃易爆，在設(shè)計燃氣鍋爐自控系統(tǒng)時，一定要優(yōu)先考慮系統(tǒng)的可靠性，將保護系統(tǒng)與檢測控制系統(tǒng)分開設(shè)置。在選用微機控制系統(tǒng)時可設(shè)后備手動操作和重要參數(shù)雙重指示等措施來提高控制和保護系統(tǒng)的可靠性。
    在燃氣鍋爐上要裝設(shè)一些聯(lián)鎖裝置，以起到相應(yīng)的控制作用：①引風(fēng)機突然停止時，自動切斷送風(fēng)和燃氣供應(yīng)；②燃氣供應(yīng)壓力低于規(guī)定值時自動切斷燃氣供應(yīng)；③送風(fēng)機突然停止時，自動切斷燃氣供應(yīng)；④蒸汽鍋爐超壓、水位過高或過低時，自動切斷燃氣供應(yīng)；⑤對于熱水鍋爐，當壓力降到發(fā)生汽化，或水溫升高超過了規(guī)定值，或水泵突然停止時，自動切斷燃氣供應(yīng)；⑥須裝設(shè)可靠的點火程控裝置和熄火保護裝置。例如我們改造時，點火的程序控制由PC實現(xiàn)，火焰監(jiān)測采用紫外線光敏監(jiān)測器，采用聲光報警系統(tǒng)。
5 結(jié)語
    我公司目前已成功改造燃煤鍋爐20余臺，實踐證明將一些爐體狀態(tài)良好、運行熱效率較高的燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐在經(jīng)濟和技術(shù)上是切實可行的。改造過程中必須嚴格遵守國家有關(guān)規(guī)程、規(guī)范，確保改造后的燃氣鍋爐的安全可靠性。
參考文獻：
[1] 李桂香，陳明華.對燃煤鍋爐改燃氣燃油鍋爐的幾點看法[J].工業(yè)鍋爐，2001，(4)：33-35.
[2] 項君，隋孟玲.燃煤鍋爐改燒燃氣的探討[J].山東建筑工程學(xué)院學(xué)報，2000，(9)：96-98.
[3] 張晉，李曙彤，石飛.燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐的可行性分析[J].甘肅科技，2001，(1)：19-21.
 
(本文作者：張雪巖 王亞鋒 劉敬敏 中國石油冀東油田公司 河北唐海 063200)