技术要点 | 燃煤锅炉改燃气锅炉注意事项

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燃煤锅炉改燃气锅炉注意事项

近些年由于政府环保要求的提高，燃煤锅炉因其热效率低、耗能大逐步被燃气锅炉取代。政府提出了改造燃煤锅炉的原则，本文分析燃煤锅炉改燃气锅炉应注意的要点，对炉膛内部结构、鼓风机、引风机、燃烧器的选型和布置等进行了改造研究，总结了改造过程中的安全与防爆问题。

引 言
锅炉按燃料划分有燃煤、燃油、燃气锅炉等类型。随着国家对环境污染的治理，天然气、煤气、液化石油气等清洁燃料在供热和采暖中广泛使用。“西气东输”“川气东送”等工程实施后，燃气来源有了稳定保障，为了改善大气环境质量，很多地区要求把燃煤锅炉改造成燃气锅炉。燃煤锅炉因其热效率低、耗能大、噪音大、煤灰粉尘污染严重等缺点在城市供暖方面正被燃气锅炉逐步取代。
1 改造原则
①保持或提高锅炉出力和效率，原额定参数(汽温、压力、给水温度等)不变。
②改炉时受压元件部分尽可能少动或不动，可采取只改炉膛和燃烧设备，拆除原煤炉附属设备，如煤斗、除尘器、脱硫装置等，并进行必要的热力、烟风阻力计算，合理利用原有送引风系统。
③根据炉膛结构选择合适的燃烧器形式及合理的布置位置，防止火焰直接冲刷炉膛水冷壁或影响换热造成炉膛出口烟气温度过高。
2 燃煤锅炉变燃气锅炉改造要点
2.1 锅炉本体
燃煤锅炉通常采用层燃，而燃气锅炉采用室燃，因燃烧方式不同，在炉膛的结构上有很大的差异。通常燃煤锅炉的炉膛容积比较大，所以炉膛尺寸不适合简单换装燃气燃烧器，需要精心布置。以燃煤DZL炉型为例：
①炉膛结构尺寸比较大，但因为有前后拱，限制了燃气火焰喷射长度的需要，为了减少改造工作量，改燃气可采用锅炉两侧墙或前墙布置燃烧器方式。
②如果炉拱上部空间较大，可采用锅炉两侧墙布置两台小型燃烧器的方式，这样就不用拆除炉排，只需在上面铺设2层耐火砖，然后用耐火水泥将砖缝压实，构成干炉底。如炉拱上部空间较小，就应将链条炉排、风室全部拆除，在底座和锅炉支架之间采用耐火保温材料构筑干炉底，在炉拱下部形成燃烧室。
③改造燃气之前应将所有锅炉受热面及对流烟管内的烟灰清理干净，同时将水侧的水垢进行清洗，以保证受热面良好的传热能力。由于燃气锅炉烟气体积远低于燃煤锅炉，各受热面中的烟气流速改造后会比较低，如锅炉结构允许，在不增大炉体结构尺寸前提下，可增加双面曝光的水冷壁、对流管、烟管扰流片等，提高换热受热面和换热系数，以提高锅炉的满负荷出力。这也是改造时增大锅炉出力优先选择的方案。
④如果锅炉的长度比火焰的长度长，可在炉膛内设置二次反射拱，提高辐强度，反射拱应上连锅筒，下连干炉底。
⑤拆除煤斗、除渣机、炉排减速机、两侧风室调风门等，保留1～2个检修门，将其他全部门孔用耐火砖砌筑，密封严实形成密闭炉膛空间，考虑炉膛燃气防爆要求，可利用原水封出渣口作为爆破口使用。
⑥炉墙、烟道应检修，保证严密，炉墙应用钢架予以顶推加固。炉膛和烟道内有死角时，容易造成通风吹扫不到，存留燃气会引起爆炸，对死角可采用砌筑封堵，烟道采用增加导流板等措施。
2.2 鼓风机和引风机
燃气锅炉过量空气系数控制在1.1～1.15。无论煤还是天然气，燃烧室所需的理论空气量和燃料发热值的比值都近似相等，即对应于1MJ低位发热量大约需要标准状态下0.27m3 的理论空气量，各类燃料燃烧每MJ的热量产生近似相等的烟气量，约0.30m3。燃煤锅炉由于漏风量大，过量空气系数与燃气锅炉相差很多，层燃炉炉膛出口过量空气系数在1.4～1.6，因而实际烟气量和空气量相差很多，一般燃煤比燃气时多15%～60% 。如果改燃气后出力不变，则烟气流速将明显降低，各受热面的利用率大幅降低，锅炉的鼓引风机也将有15%～60%的裕量，如果适当提高出力，鼓引风机能力应能满足。考虑降低改造费用，提高锅炉出力范围应控制在原有鼓、引风机最大出力之内。
燃煤锅炉一般采用负压燃烧，密封性差，而大部分燃气锅炉采用正压燃烧，因其漏风系数为0可以提高锅炉热效率。若对已有燃煤锅炉本体密封性能进行强制正压改造，就要大幅增加改造成本。因此，改造后应采用微负压燃烧方式，控制在负压20Pa，并减少炉膛漏风量，也可以得到非常好的燃气运行效果。
2.3 燃烧器的选用和布置
根据当地供应燃气的发热量和供气压力等资料、锅炉性能及炉膛的结构来选择燃烧器，燃烧器输出功率应与锅炉额定出力相匹配，选择好火焰的形状，如长度和直径，使之与炉膛结构相适应，并且要有能适应负荷变化的调节幅度。根据锅炉改造确定的额定出力和锅炉效率，计算出燃气消耗量，然后按所选燃烧器的功率确定燃烧器配置的数量。目前，国内生产的燃气锅炉大多采用进口燃烧器，质量好，技术成熟。一般都设置有：MM微比调和EGA烟检测，二者相互配合对风门进行比例调节，在燃烧过程中排出烟气的一些参数(如排烟温度、氧、二氧化碳、一氧化碳)由排烟测试仪连续测试后反馈给燃烧器中装设的微电脑，经微电脑分析计算驱动2台伺服电机自动调整风门及燃料阀，能准确输入和修正空气与燃气配合比，提高燃烧效率。
燃烧器的布置与炉膛形式关系密切，应以炉膛内火焰充满度好，火焰冲刷不到水冷壁为原则。单台燃烧器形式系统简单，运行管理方便，投资较低。2个燃烧器常采用炉膛两侧墙布置方式，燃烧器火焰斜向上对冲喷射，火焰在炉膛对称中心，可保证各炉膛受热面换热均匀。在负荷减小时，可停用1个燃烧器，调节负荷范围更宽，安装位置对操作和检查维修比较方便。
2.4 水蒸气汽化潜热的利用
燃气燃烧后烟气中水蒸气的含量比较多，燃煤烟气中水蒸气份额约为8% ，而燃气烟气中水蒸气份额近18% 。因此烟气中水蒸气汽化潜热份额非常大，约占燃气高热值的10% ，充分利用汽化潜热是提高燃气利用的有效措施。对于燃气锅炉可增设尾部烟气-水换热器，可使锅炉热效率提高到90%～96% 。当燃气中含硫较高时，应防止换热后烟气温度低于酸露点，以免形成硫酸溶液腐蚀受热面。
2.5 燃气锅炉炉膛出口温度选择
燃气锅炉炉膛出口不会受积灰和高温腐蚀等限制，一般允许选择在1200 ℃左右的较高范围，燃气锅炉对流受热面的烟速不会受飞灰磨损的限制，可采用较高烟气流速，提高炉内烟气流程，增大烟气扰动，充分利用原有燃煤锅炉对流受热面较多的特点，在不额外增加锅炉受热面的情况下，提高锅炉出力。
2.6 效率
一般层燃煤锅炉改为燃气锅炉后，由于受热面污染和积灰明显减轻，传热条件改善；排烟过程中过量空气系数和排烟温度都有所降低，不完全损失也可控制，所以锅炉效率能提高10%以上。燃气锅炉排烟温度决定了锅炉热效率，排烟温度越低锅炉效率越高。因此，改造燃煤锅炉一般需增加锅炉尾部低温换热器，利用较大受热面积的换热器，尽量低地降低排烟温度。改造后锅炉出力提高较多，还应注意如锅内汽水分离装置的能力、过热器温度变化、水循环阻力变化、水循环安全流速变化等，因此要更全面地考虑锅炉安全运行的各种因素。
3 安全与防爆
由于天然气易燃易爆，在设计燃气锅炉自动控制系统时，一定要优先考虑系统的可靠性，将连锁保护系统与检测控制系统分开设置。在选用微机系统时，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。改造后的燃气锅炉上要装设自动点火、熄火保护、燃气泄漏保护、燃烧自动调节等联锁保护措施。
3.1 自动点火
一般采用电火花自动点火方式，由点火变压器将低电压升为高电压，在点火器头部形成火花放电，靠电火花能量点燃天然气。点火控制程序由PLC实 现，程序是先启动引风机，再启动鼓风机，风机指示灯亮开始吹扫炉膛，3～5min后，允许点火指示灯亮，启动按钮，点火器头部放电。打开点火枪电磁阀门，点燃小火，确认小火建立后，大火电磁阀打开建立主火炬。鼓引风机同时加大，主燃气调节阀开大，点火枪关闭。锅炉正常燃烧并由熄火保护装置监测火焰。
3.2 熄火保护
火焰监测采用等离子、红外或紫外线光敏检测器监测及继电器控制，具有声光报警系统。监测器的主要部分由电源变压器、紫外光探头、继电器等组成，感光探头响应火焰信号变成电信号，放大器将输入信号放大，通过继电器控制电磁阀的开关。一旦锅炉熄火，则自动切断燃气电磁阀，切断燃气供应。
3.3 连锁保护
由于采用原有煤炉的平衡通风方式，在控制系统中一般鼓引风机采用变频控制方式，根据设定的炉膛负压力和锅炉负荷变化自动调节鼓引风机的变频量，保持稳定的炉膛负压。
相应连锁保护控制：鼓引风机突然停止时，自动切断送风机和燃气供应，燃气压力低于规定值时自动切断供应，蒸汽锅炉超压、锅炉水位过高或过低时切断燃气供应。
4 结 语

实践证明，通过对燃煤锅炉炉膛结构和当地燃气条件的综合考量，制定出合理的改造方案，掌控好燃烧器的选用和配置，能达到提高效率、节省运行费用、改善环境的效果。同时燃气锅炉的自动控制、连锁保护，安全保护措施远高于燃煤锅炉，操作安全稳定，较大程度地改善了工作环境，降低劳动强度，有助于提升企业形象。在政策的支持下，燃气价格适中，气源稳定，燃煤锅炉改燃气有广泛的应用市场，有利于实现经济效益和环保达标的双赢。

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