【關(guān)鍵詞】基本原則,內(nèi)容和方法,燃燒器選型,防爆
【摘要】作為消耗一次能源的工業(yè)鍋爐和生活鍋爐，因其在生產(chǎn)和生活中的大量使用，對環(huán)境的影響（煙塵和粉塵）是最普遍和最直接的，而使用高效、清潔的燃氣鍋爐可有效的解決這一問題。燃氣鍋爐自動化程度高、熱效率高，可以根據(jù)負荷的大小自動調(diào)整鍋爐的燃燒狀況，對我熱力廠冬季大負荷運行和夏季小負荷運行的自動調(diào)整效率較高。出于節(jié)約資金的考慮，將我部熱力廠原有三臺20T燃煤鍋爐改造為“燃氣”鍋爐，是一個不錯的技術(shù)改造方案。這三臺鍋爐均配有良好的水質(zhì)處理設(shè)備，在正常使用情況下，其工作壽命可達到20年以上，所以將鍋爐“煤改氣”是一項節(jié)省資金、工期短、見效快，切實可行的好辦法。
一、 鍋爐“煤改氣”的基本原則和要求
燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐從根本上改變了鍋爐的燃燒方式，同時對鍋爐運行工況、鍋爐房綜合管理都帶來巨大的變化。但特別需要注意的是燃料氣體“天然氣、煤制氣、焦爐氣等”都是易燃、易爆的有毒氣體，如果處理不當會發(fā)生爐膛爆炸，燃氣外溢甚至會引發(fā)火災(zāi)等。所以，對鍋爐“煤改氣”，以下幾個方面應(yīng)引起重視：
1、 鍋爐改造必須遵照《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及國家有關(guān)技術(shù)法規(guī)進行。鍋爐改造方案應(yīng)得到當?shù)劐仩t監(jiān)管部門的認可。
2、首先應(yīng)認真檢查鍋爐承壓受熱面是否存在嚴重腐蝕、結(jié)垢、過熱等情況，受壓元件必須保持基本完好。其次應(yīng)根據(jù)鍋爐工作年限確定其改造使用價值。（可委托當?shù)劐仚z部門）
3、應(yīng)認真檢查鍋爐爐墻、煙道系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)及鍋爐送風、引風系統(tǒng)。以上各系統(tǒng)應(yīng)保持基本完好。
4、鍋爐改造后應(yīng)保持鍋爐原技術(shù)參數(shù)不變“如工作壓力、溫度等”而且應(yīng)保持或提高原鍋爐的負荷及鍋爐效率。
5、鍋爐改造后應(yīng)符合國家環(huán)保各項技術(shù)指標的要求，徹底解決消煙除塵的問題。
6、鍋爐改造后應(yīng)做到簡單易行，安全可靠。力求花錢少見效快，充分體現(xiàn)“煤爐改氣爐”的優(yōu)越性。
二、鍋爐“煤改氣”內(nèi)容和方法
1、在燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐的工作中，要根據(jù)不同的爐型確定不同的改造方案。
2、燃煤鍋爐改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：
(1)拆除原燃煤鍋爐的出渣機、上煤斗、上煤機、鏈條爐排、變速箱等設(shè)備。
(2)通過對爐膛的傳熱計算,確定爐膛的幾何尺寸,爐膛火焰中心位置。重新澆注爐膛,爐膛澆注材料采用耐火混凝土,配比為:大骨料∶中骨料∶小骨料∶砂∶耐火水泥=4∶2∶1∶1∶2。為使鍋爐后拱管避開火焰中心位置,對原后拱管在原有坡度的基礎(chǔ)上抬高。
(3)裝設(shè)防爆門。
(4)對鍋爐本體進行1.5倍工作壓力的水壓試驗。
對于我熱力廠SHL型雙鍋筒橫置式鍋爐及其它各種水管、水火管鍋爐的改造方案，一般情況下應(yīng)盡量不變動鍋爐本體受壓元件部分，只對爐拱、爐墻作局部的改造即可。
在改造施工中不論哪一種爐型都應(yīng)注意以下問題：
（1）應(yīng)保障煙氣流動通暢，有良好的充滿度且應(yīng)避免出現(xiàn)死角和死區(qū)。
（2）燃燒器應(yīng)設(shè)置在爐膛中心高度位置，且有足夠的燃燒空間和長度?；鹧娌粦?yīng)沖刷到受熱面管壁上，以免造成氣體不完全燃燒和管壁局部過熱損壞。
（3）由于天然氣在爐膛中燃燒反應(yīng)強烈、熱強度高，對于裸露在爐膛內(nèi)的鍋筒底部應(yīng)進行絕熱處理，另外對于火管鍋爐的管板入口處煙溫應(yīng)控制在≤6000C，以防止發(fā)生管板裂紋。
（4）各種水管、水火管鍋爐的爐墻基本用耐火磚砌筑，外加保溫材料和護板。在“煤改氣”時應(yīng)注意爐墻的嚴密性，盡量減少原有的爐門、檢查門等，可用耐火材料砌堵，防止噴出火焰?zhèn)嘶蛳驙t內(nèi)漏入過多的冷空氣，影響鍋爐效率，對于必須保留的看火孔也應(yīng)采用封閉式看火孔，通過耐熱玻璃觀察爐火。
（5）燃煤鍋爐的爐膛和燃氣鍋爐比，一般都比較大，有足夠的燃燒空間，改造后可增加燃氣量，不影響燃燒工況。如果用戶要求明顯提高鍋爐出力，可以適當增加爐膛輻射受熱面，同時清除原受熱面內(nèi)外側(cè)的水垢和煙垢，這樣在不增大鍋爐體積的情況下提高鍋爐出力是不成問題的。但必須在做好鍋爐的熱力計算、煙風阻力計算的同時還要做好強度計算。
三、正確選擇匹配的燃燒器
目前可供使用的燃燒器的種類很多，沒有統(tǒng)一的規(guī)定，如按空氣供給形式可分為大氣式燃燒器和擴散式燃燒器，還可分為自然引風式和鼓風式；如按燃料混合情況可分為預混式（前混式）和外混式（后混式）；如按壓力情況分為低壓燃燒器（P＜5000Pa）和高壓燃燒器(5000 Pa≤p≤300000 Pa)。具體選擇時應(yīng)注意以下幾個方面：
1、燃燒機理大部分可燃氣體的組分是烴類和氫（及一氧化碳），燃燒過程基本是鏈式反應(yīng)，在正常情況下是連續(xù)不斷的枝化鏈式反應(yīng)。需要的條件：一是足夠的溫度（如氫氣著火溫度是630℃，甲烷的著火溫度是645℃）；二是充分的空氣混合；三是合適的燃燒空間。燃氣的這種連續(xù)鏈式反應(yīng)體現(xiàn)在火焰?zhèn)鞑サ乃俣壬?，而火焰的傳播速度要靠可燃氣體與空氣的混合物的流動速度來維持，二者應(yīng)當保持平衡（或維持在一定的范圍內(nèi)），這樣才能使火焰燃燒穩(wěn)定。燃燒器在工作時，混合氣體（可燃氣、空氣）向爐膛內(nèi)流動，而火焰向外傳播。如果混合速度氣流過大，著火區(qū)內(nèi)可燃氣體濃度下降，這樣會影響引燃效果，使得后繼氣體不能著火，因此會發(fā)生脫火現(xiàn)象；反之，混合氣體流速過小，傳播的火焰會進入燃燒器內(nèi)，又會發(fā)生回火現(xiàn)象。所以我們要結(jié)合燃氣壓力、鍋爐背壓阻力、送風壓力、管道阻力等各方面情況，綜合考慮選擇適用的燃燒器。
2、在選擇進口燃燒器時應(yīng)注意以下幾個方面：
（1）進口燃燒器對燃料的適應(yīng)性“如壓力波動范圍及負荷調(diào)節(jié)范圍”等要求比較嚴格，其主要由有整裝型和分體型，整裝型即在燃燒器體內(nèi)裝有鼓風機，實現(xiàn)一體化，燃燒器的功率一般在7000KW以下，而大于7000KW的燃燒器大多采用風機與燃燒器分離方式。對于整裝型燃燒器，國外一般是為WNS型“臥式內(nèi)燃”鍋爐設(shè)計的。當用于燃煤鍋爐改燃氣鍋爐時，由于爐型變化較大，爐體阻力差異亦很大，所以一定要注意煤爐本體及煙風道整體阻力與燃燒器匹配的問題，否則會影響燃燒器正常使用。
（2）不能簡單按照鍋爐容量“如X/噸蒸發(fā)量“選擇進口燃燒器。因為國外（如歐美、日本等國家）對鍋爐蒸發(fā)量的概念規(guī)定為“212°F華氏溫度的水蒸發(fā)為212°F的蒸汽量”。因為212°F就是攝氏100℃，所以上述蒸發(fā)量實際上就是大氣壓力下的蒸發(fā)量，所需要的熱量相當此時的汽化潛熱為2257KJ/KG。而我們國內(nèi)蒸發(fā)量的概念是給水從20℃，蒸發(fā)量為飽和溫度時的蒸汽量。以上述為例，同樣1t/h的鍋爐，國外鍋爐供熱量是我國鍋爐供熱量的83%左右。這樣可以看出僅按鍋爐容量選擇進口燃燒器，將會出現(xiàn)出力不足的問題。所以選擇進口燃燒器不僅要考慮燃燒器的每小時耗氣量，還要考慮燃燒器效率和鍋爐效率，留有一定的余度。
（3）關(guān)于國產(chǎn)燃燒器的選擇
國產(chǎn)燃燒器的燃燒機理與進口燃燒器基本相同，經(jīng)配用進口電磁閥組和自動檢測裝置后，其性能比進口燃燒器毫不遜色。從其負荷調(diào)節(jié)范圍大、對燃料適應(yīng)性廣等方面比較，更適合我們的國情。如：天津鍋爐廠熱能公司設(shè)計生產(chǎn)的RN9800系列燃燒器選用霍尼維爾HONEYWELL電磁閥組和自動測漏裝置，并在安全保護方面設(shè)置了以下連鎖控制：蒸汽鍋爐的低水位、超汽壓連鎖保護；熱水鍋爐低水壓、超水溫和突然停泵的連鎖保護；燃氣低氣壓和高氣壓連鎖保護；(送風)空氣壓力過低或空氣供應(yīng)中斷連鎖保護；風機故障連鎖保護；爐膛熄火連鎖保護及安全連鎖裝置電源中斷連鎖保護等。一旦發(fā)生上述不安全故障時；電控系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，并自動停爐，切斷燃料供應(yīng)。在燃燒控制方面，設(shè)置了自動點火程序和二級火力燃燒工況，實現(xiàn)全自動控制及有關(guān)運行參數(shù)的數(shù)顯監(jiān)控。
四、爆燃與防爆
燃煤鍋爐改燃氣鍋爐最危險的就是發(fā)生爐膛爆炸事故。爆炸的原因主要是由于爐膛或煙道內(nèi)存有一定量的可燃氣體與空氣混合后達到其爆炸極限范圍，被明火或鍋爐本身的高溫(受熱的爐墻內(nèi)壁發(fā)出的熱量)引燃而發(fā)生爆炸。
燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐后應(yīng)從以下幾個方面防止爐膛爆炸事故的發(fā)生：
（1）必須配有可靠的安全保護控制措施，如前介紹的各項聯(lián)鎖保護。
（2）對于水管鍋爐在爐膛出煙口位置(或正對爐膛中心位置.及煙道上設(shè)置防爆門。防爆門的作用是當爐膛或煙道內(nèi)的混合氣體發(fā)生爆燃時能自動打開，泄放一定的爐內(nèi)壓力，以保護爐墻不受嚴重破壞。防爆門有重力式和膜片式等。關(guān)于防爆門的開啟壓力和設(shè)置面積，目前沒有統(tǒng)一標準:,,一般按每立方米爐膛煙道的容積設(shè)置0.02m2來考慮防爆門面積。當采用重力式防爆門時，對正壓運行的鍋爐其開啟壓力可按計算出的爐膛壓力加1000pa(結(jié)果不小于2000Pa)設(shè)計門的重量。當鍋爐負壓運行時，可按爐壓為2000Pa計算。
當選用膜片式防爆門時，其材料可選0.2-0.3mm薄鋁片或經(jīng)劃十字刻痕的薄鍍鋅鐵板，其厚度為0.3-0.4mm，刻痕深度0.15-0.2mm，使用前應(yīng)按設(shè)計壓力做破裂試驗，以防盲目安裝后發(fā)生爐膛爆炸事故。膜片也可采用3-5mm厚的石板棉，但同樣需做破裂試驗。
（3）必須嚴格制定和執(zhí)行安全操作規(guī)程，特別是在每次點火啟動時，一定要做到徹底吹掃工作，掌握好吹掃時間。吹掃時間必須是根據(jù)通風機的流量，計算出通風量為三倍爐膛、煙道容積所需要的時間再延時30秒以上。也就是說，必須保證在風門打開后，吹掃的風量容積大于或等于三倍爐膛和煙道的容積量，所需的時間再延持30秒以上。在鍋爐運行中注意風—氣比例調(diào)節(jié)，防止出現(xiàn)脫火、回火現(xiàn)象，保證氣體完全燃燒。
（4）當幾臺鍋爐共用一個煙道時，每臺鍋爐都應(yīng)設(shè)有煙道門，而且每臺煙道門應(yīng)設(shè)置限位開關(guān)。必須保證在鍋爐啟動前打開煙道門后，鍋爐才能投入使用。防止因煙道門未打開，誤操作造成通風不暢發(fā)生事故。
同時，在燃氣鍋爐點火前,必須仔細吹掃爐膛和煙道,排除爐內(nèi)可能積存的可燃氣體。維持燃燒器前的燃氣壓力穩(wěn)定。燃燒系統(tǒng)必須具有自動點火和熄火保護的功能。鍋爐房內(nèi)的燃氣供應(yīng)系統(tǒng),及其相關(guān)的電氣設(shè)備,也要采取相應(yīng)的安全措施。比如,采用防爆電器,設(shè)置燃氣泄漏報警切斷裝置等。
結(jié)束語：
以上只是對燃煤鍋爐進行煤改氣可行性的一般分析和初步探討以及具體進行施工中的一些注意事項。無論從經(jīng)濟角度還是環(huán)保方向上來看，大力發(fā)展燃氣鍋爐是目前的發(fā)展趨勢，我科學城天然氣輸配量較為充足，完全可以滿足熱力廠煤改氣后對天然氣的需求而無須另外大投入建設(shè)天然氣輸配管網(wǎng)。熱力廠煤改氣后可以大大降低煙塵排放量，可以顯著改善科學城的空氣質(zhì)量、更好的保護環(huán)境。參考文獻：
1、鍋爐原理及計算 馮駿凱、沈幼庭主編 科學出版社1992
2、工業(yè)鍋爐安全技術(shù)基礎(chǔ) 上海市勞動局鍋爐安全監(jiān)察處編著
3、中小型燃氣鍋爐房 中國建筑工業(yè)出版社1988
