燃煤锅炉改造为燃气锅炉的技术探讨

摘 要

摘要：介绍了燃煤锅炉与燃气锅炉的差别，就如何确定燃煤锅炉改为燃气锅炉具有可行性进行了论述，阐述了改燃煤锅炉为燃气锅炉的基本原则及改造的具体方法与措施。关键词：燃煤锅炉；燃
摘要：介绍了燃煤锅炉与燃气锅炉的差别，就如何确定燃煤锅炉改为燃气锅炉具有可行性进行了论述，阐述了改燃煤锅炉为燃气锅炉的基本原则及改造的具体方法与措施。
关键词：燃煤锅炉；燃气锅炉；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
    我国现代化建设的全面发展和环保意识的日益提高，不少地方要求大量的燃煤工业锅炉改造成为燃气锅炉。在未来20～30年内，我国的天然气储量将会保持快速增长的势头，为改造燃煤锅炉成为燃气锅炉提供了条件。因此，如何经济有效地将燃煤锅炉改造成燃气锅炉就成了目前锅炉制造厂家非常关心和亟待解决的课题。本文就燃煤锅炉改造技术进行探讨。
1 燃煤锅炉与燃气锅炉的差别
   ① 燃烧方式
   燃烧方式取决于燃烧状态，燃煤锅炉采用层燃燃烧，而燃气锅炉采用室燃燃烧。层燃燃烧即燃料煤在一个宽大的支撑面上行进并完成燃烧，其火床温度的分布见图1。室燃燃烧是燃气在燃烧室呈火炬状行进并完成燃烧，火炬的直径和长度表征其燃烧特性，其炉膛内的温度分布见图2。

   ② 通风方式
   燃煤锅炉一般采用负压通风，其燃烧过程由送风机和引风机共同完成。由于煤属于固体燃料，其燃烧特性及颗粒度的不均匀性决定了燃烧过程中需要较大的空气量，再加之炉墙、烟道漏风，燃煤锅炉实际运行时烟气出口的过量空气系数可达2.1～2.5，甚至更高[1]。
    常见的燃气锅炉一般采用内燃结构微正压通风，其燃烧过程和燃烧产物的排出由送风机完成。气体燃料因其燃烧特性，使得空气能较好地与燃料进行预混，微正压燃烧没有炉墙、烟道的漏风因素，运行时烟气出口的过量空气系数为1.2～1.3，甚至最低可达1.05左右。
   ③ 燃料的易爆性
   气体燃料的易爆性与其爆炸极限有关。在爆炸极限内，遇到明火会发生着火爆炸，所以爆炸极限越宽，爆炸危险越大。固体燃料则无此性质。
   ④ 锅炉的热惯性
   由于燃烧方式不同，对于燃煤蒸汽锅炉，紧急停炉后，即使停止输送燃料，炉膛内仍有大量未燃尽的燃料继续释放热量(即热惯性)，使锅炉的蒸汽压力继续升高，危及锅炉的运行安全；而对燃气锅炉，一旦紧急停炉，不但完全停止了输送燃料，而且炉内无未燃尽的燃料存在，比较安全。
   ⑤ 锅炉的自动化控制
   燃煤锅炉，由于受热惯性影响，负荷调节滞后，容量越大滞后性越强。对燃煤锅炉进行自动控制很困难，对负荷变化频繁和变化幅度大的工业锅炉难度更高。而对于燃气锅炉，由于热惯性的影响很小，比较容易实现自动化控制。
2 燃煤锅炉改成燃气锅炉的可行性
    燃煤锅炉的炉膛改烧燃气是可行的。因为煤的燃烧为多相反应，而燃气燃烧为均相反应，故相同发热量的煤与燃气的燃尽时间不同，煤的燃尽时间长，燃煤锅炉的炉膛容积热强度一般是燃气锅炉的1/3～1/4[2]，因而容量相同的燃煤和燃气锅炉的炉膛容积是前者大于后者。可见燃煤锅炉改烧燃气，其炉膛一般能满足燃气的正常燃烧。
    并不是所有的燃煤锅炉都有改造价值，要通过经济分析决定。首先要对燃煤锅炉的热效率进行检测，对剩余使用寿命进行评估，然后对锅炉的改造费用和改造后锅炉的热效率及使用寿命进行分析评估，将其运行成本与新购燃气锅炉的运行成本作对比，判定燃煤锅炉是否有改造价值。只有改烧燃气后锅炉的热效率能够达到国家规定的一般不低于82%的标准，且考虑贴现率及折旧后，投资小于新购的燃气锅炉才可能有改造价值。
3 改燃煤锅炉为燃气锅炉的基本原则
    ① 原燃煤锅炉受压元件必须基本完好，有继续安全使用的价值；给水系统和送引风系统基本完好。
    ② 改造后的锅炉应达到原锅炉的额定参数，如蒸汽温度、压力及给水温度等，保持或提高原锅炉的容量和热效率(锅炉的热效率一般可提高5%～10%)[3]。
    ③ 通过改造达到消烟除尘，满足环保的要求。
    ④ 改造方案简单易行，造价少、工期短、见效快。
4 锅炉改造的具体方法与措施
4.1 锅炉本体
    ① 对锅炉进行校核性热力计算，对锅炉的水循环和烟风阻力进行校核，并采取必要的防腐措施。
    ② 清除锅筒、联箱及其他受热面的水垢和灰渣层，有效地提高锅炉的热效率。在锅炉受热面烟气侧形成的灰渣、碳黑和受热面水侧的水垢对传热影响很大。水垢的热导率约为碳黑的1/10、钢板的1/40，因此不能忽视水垢对传热的影响，即使是一层很薄的水垢，也能导致受热面壁温的急剧上升，甚至引起局部或整根烟管爆管。
    ③ 燃煤锅炉改烧燃气后燃烧产生的烟气没有飞灰等固体辐射物，仅靠烟气中的三原子气体产生辐射，最大辐射系数只有0.4左右，如果不在炉膛内设置有效的二次辐射装置，则辐射换热量比燃煤锅炉小，故应该改造锅炉内部，增加辐射换热面。
    拆除上煤斗，将链条炉排抽出后，改造前拱及所在前墙以适于自动燃烧器的安装；用保温材料填充原燃煤锅炉炉排风室，表面覆盖耐火材料，形成炉膛的炉底，改造成为二次辐射面；拆除后拱在炉膛的伸出部分，并在此位置设置挡火墙，改变燃煤锅炉炉膛形式，以适于气体燃料的燃烧，增强火焰对炉膛受热面的辐射。
    ④ 加强炉墙、烟道特别是炉膛部位的炉墙，使加强后的炉墙具有一定的强度和密封性，以适合天然气燃烧的要求。
    ⑤ 将省煤器打开，清理省煤器管，主要是将省煤器翅片侧清理干净，增强换热效果。
    ⑥ 为保证锅炉在各种负荷下运行，需进行风量调节，可在烟道上设置调节风板，保证合理的配风比例。燃气易燃易爆，对于改造的燃气锅炉更应处理好防爆问题，因此，可在锅炉炉膛上部两侧、对流受热面(锅炉管束)两侧及尾部烟道的顶部等处分别设置防爆门，并确保防爆面积不小于相关规定。
4.2 燃烧系统
    燃烧系统包括燃气供应、空气供应、主燃烧器点火及锅炉排烟系统。
    ① 拆除原燃煤锅炉加煤系统、除尘器、除渣落灰装置，保留原引风机、鼓风机，将省煤器后的排烟烟道直接与引风机入口管连接，将原除尘器烟气进出口的烟道隔断并封焊。
    ② 原燃煤锅炉一般采用负压燃烧，而目前大部分燃气锅炉均采用正压燃烧，正压燃烧可提高锅炉的热效率，但对锅炉炉体的密封性和保温性要求较高。因此，在改造中最好采用微负压燃烧(要求压力为-8～30Pa[2])，这样对锅炉炉体不做大的改动，炉体密封和保温要求比正压燃烧低，可利用原有的送风机和引风机及送、引风管道，确保高温烟气不外漏，又降低电耗，节省投资。
    ③ 燃煤锅炉改为燃气锅炉时，燃烧器的选择是关键的技术问题。目前，国内生产的燃气锅炉大都使用进口燃烧器，进口燃烧器质量较好，技术成熟，但是价格昂贵，是国产燃烧器的2～3倍，我们应加大国产燃烧器的研发力度，占领广阔的燃烧器市场。我公司在改造中采用的LN型大功率燃烧器就是我公司和欧洲及亚洲的主要工业燃烧器厂家合作研制的一种新型燃气燃烧器。该燃烧器具有以下优点：采用多嘴多喷孔的旋流混合燃烧方式，旋流、回流相结合，燃气和空气充分混合，燃烧彻底，火焰稳定，不脱火；通过伺服电机调节燃气供给量，燃烧平稳，负荷平稳变动；引风机变频控制，负荷匹配合理；采用多项安全监控措施，确保设备无故障运行。
4.3 锅炉房
    ① 改造锅炉房达到燃气锅炉房的防火防爆等级要求。
    ② 根据供气管网的情况决定是否设置燃气储存和调压装置。改善锅炉房的通风换气条件。
4.4 燃气锅炉自控及检测系统
    燃气锅炉自控系统的现场仪表均应选用防爆型，锅炉房内应增设可燃气体报警装置。改造后的锅炉检测、报警、调节控制系统应有足够的灵敏度和快速反应能力，以保证燃烧器从点火到正常燃烧这一热功率急剧变化阶段中，炉膛负压能够维持在一个合理的范围内。
    由于天然气易燃易爆，在设计燃气锅炉自控系统时，一定要优先考虑系统的可靠性，将保护系统与检测控制系统分开设置。在选用微机控制系统时可设后备手动操作和重要参数双重指示等措施来提高控制和保护系统的可靠性。
    在燃气锅炉上要装设一些联锁装置，以起到相应的控制作用：①引风机突然停止时，自动切断送风和燃气供应；②燃气供应压力低于规定值时自动切断燃气供应；③送风机突然停止时，自动切断燃气供应；④蒸汽锅炉超压、水位过高或过低时，自动切断燃气供应；⑤对于热水锅炉，当压力降到发生汽化，或水温升高超过了规定值，或水泵突然停止时，自动切断燃气供应；⑥须装设可靠的点火程控装置和熄火保护装置。例如我们改造时，点火的程序控制由PC实现，火焰监测采用紫外线光敏监测器，采用声光报警系统。
5 结语
    我公司目前已成功改造燃煤锅炉20余台，实践证明将一些炉体状态良好、运行热效率较高的燃煤锅炉改造为燃气锅炉在经济和技术上是切实可行的。改造过程中必须严格遵守国家有关规程、规范，确保改造后的燃气锅炉的安全可靠性。
参考文献：
[1] 李桂香，陈明华.对燃煤锅炉改燃气燃油锅炉的几点看法[J].工业锅炉，2001，(4)：33-35.
[2] 项君，隋孟玲.燃煤锅炉改烧燃气的探讨[J].山东建筑工程学院学报，2000，(9)：96-98.
[3] 张晋，李曙彤，石飞.燃煤锅炉改造为燃气锅炉的可行性分析[J].甘肃科技，2001，(1)：19-21.
 
(本文作者：张雪岩 王亚锋 刘敬敏 中国石油冀东油田公司 河北唐海 063200)