基于燃煤鍋爐改用天然氣鍋爐供熱技術分析

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基于燃煤鍋爐改用天然氣鍋爐供熱技術分析

陳建芳

(西山煤電集團有限責任公司 機電處特種設備檢驗所，山西太原030053)

摘要燃煤鍋爐改用天然氣鍋爐供熱技術是新時期合理利用資源、保護環境的一種行之有效的策略。為了保證燃煤鍋爐改用天然氣鍋爐供熱技術的可行性和經濟性，對燃煤鍋爐和燃氣鍋爐進行了對比分析，針對燃煤鍋爐改用燃氣鍋爐的供熱技術提出兩種不同的方案。通過實例，證明燃煤鍋爐改用天然氣鍋爐在經濟合理的前提下，能夠有效達到節能降耗，保護環境的要求。

關鍵詞燃煤鍋爐；天然氣鍋爐；對比；供熱技術

收稿日期：2015-02-05

作者簡介：陳建芳(1974—)，女，山西洪洞人，2008年畢業于太原理工大學，工程師，主要從事企業特種設備管理、檢驗等工作

中圖分類號：[TD-9]

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)03-0051-03

AbstractCoal-fired boiler switches to natural gas boiler heating technique is a reasonable usage of resources in the new period and an effective strategy to protect the environment. In order to guarantee the feasibility and economy of coal-fired boiler switching to natural gas boiler heating technology, the comparison and analysis have been carried in this research between coal burning boiler and gas boiler, and in view of the coal-fired boiler switching to gas boiler heating technology, two different kinds of schemes were put forward. Finally on the premise of economic and reasonable condition, coal-fired boiler switching to natural gas boiler has been proved by an example that can effectively achieve requirements of saving energy, reduces consumption and environmental protection.

隨著社會的發展，城鎮化建設進程加快，城市大氣污染問題越來越嚴重，尤其是各種燃煤鍋爐對城市的污染更加嚴重。另外，原煤價格不斷上漲，燃煤鍋爐的熱效率隨著鍋爐使用年限的增加不斷降低。因此，為了從根本上解決供暖期嚴重的大氣污染問題以及提高鍋爐運行的經濟效益，降低生產成本，本研究提出了燃煤鍋爐改用天然氣鍋爐供熱技術。

1燃煤鍋爐與燃氣鍋爐對比分析

1.1燃燒方式比較

目前，燃煤鍋爐使用中最常用的燃燒方式為層燃，這種燃燒方式主要是指將燃料煤放置在一個較為寬大的支撐面完成燃燒。而燃氣鍋爐使用的燃燒方式主要為室燃，這種燃燒方式主要是指將燃氣放置在燃燒室內呈現火炬狀完成燃燒。燃煤鍋爐燃燒方式所得到的火床溫度分布圖見圖1，燃氣鍋爐燃燒方式所得到的爐膛內的溫度分布圖見圖2.

圖1　燃煤鍋爐火床溫度分布圖

圖2　燃氣鍋爐火床溫度分布圖

其中，層燃燃燒方式的優點主要是運行可靠穩定，經濟性較好；缺點為其對煤種的適應性比較差，同時層燃燃燒方式為“單面引火”以及“分段燃燒”，煤倉中很容易出現煤搭橋等現象。室燃燃燒方式的優點為高效、清潔環保、自動燃燒，同時此種燃燒方式占地少，不需要進行運輸燃燒，并且天然氣燃燒沒有雜質，其鍋爐壽命比較長，所以燃氣鍋爐可選用較高的爐膛熱負荷，從而縮小爐膛體積。因不存在受熱面污染、結渣、磨損等問題，可選用較高的煙速，減小對流受熱面的尺寸。另外，通過合理布置對流管束，使燃氣鍋爐較同容量燃煤鍋爐結構緊湊、尺寸小、重量輕，設備投資明顯減少。

1.2通風方式比較

燃煤鍋爐使用的通風方式主要是負壓通風。這種通風方式主要是由燃燒過程中的送風機和引風機實現的。燃煤鍋爐使用的煤為固體燃料，煤的顆粒度以及自身的燃燒特性導致燃煤鍋爐燃燒中將會有較大的空氣量，另外燃煤鍋爐實際運行中煙氣出口的過量空氣系數可以達到2.1~2.5.而燃氣鍋爐主要采用的通風方式為內燃結構微正壓通風，燃燒運行中的燃燒產物主要是由送風機排出。燃氣鍋爐燃燒的主要是天然氣，燃料與空氣能夠有機地預混，而此種通風方式在運行中煙氣出口的過量空氣系數在1.2~1.3，甚至可以降低到1.05. 另外，因為燃氣中的含硫量、含氮量以及灰分等含量相對比煤中的含量低，所以燃氣鍋爐產生的煙氣中粉塵量非常少，燃氣內雜質較少，同時排出的煙氣也較容易達到國家對燃燒設備的要求，燃氣鍋爐不需要進行配置除塵器、吹灰器以及燃料烘干機和除渣設備等。燃氣鍋爐不僅能夠減少對環境的污染，同時設備投資相對較少，鍋爐壽命相對較長。

1.3安全性比較

對于燃煤鍋爐而言，由于其采用的燃煤方式為層燃，所以，當燃煤鍋爐需要及時停爐時，即使停止輸送煤炭，燃煤鍋爐中依然存在有大量的沒有燃盡的燃料，這樣就會造成燃料繼續燃燒，造成鍋爐內的蒸汽壓力一直上升，危及鍋爐運行的安全性。而燃氣鍋爐主要是采用天然氣燃料，當鍋爐需要及時停止運行時，不僅能夠及時停止燃料輸送，同時鍋爐內也沒有剩余燃料，所以，相對比較安全。燃氣鍋爐無需燃料儲存，節省運輸費用、場地及勞動力，但是需要的注意的是天然氣具有易爆性，其易爆性與其自身的爆炸極限有較大的關系，燃氣使用過程中，在爆炸的極限內，如果遇到明火，將會發生爆炸的現象，而固體燃料則沒有此種性質。

通過上述對燃煤鍋爐和燃氣鍋爐的安全性進行對比分析得知，燃氣鍋爐的優點主要有附屬設備相對較少、鍋爐連續運行的周期長，使用壽命長；同時由于煙氣污染相對較小，對流管束不受腐蝕和結渣，傳熱效果好，所以，能夠有效降低供熱成本，達到節能環保的要求，提高了經濟效益和社會效益。

2燃煤鍋爐改用燃氣鍋爐的供熱技術分析

燃煤鍋爐改用燃氣鍋爐供熱技術方案主要有以下兩種：

1) 在原有的燃煤鍋爐上進行改造成為燃氣鍋爐。

2) 重新購置燃氣鍋爐。

2.1燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐方案

在燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐方案中，主要是運用現有的燃煤鍋爐進行改造。其中燃煤鍋爐主要是運用爐管以及每層之間的輻射進行傳熱，而燃氣鍋爐的傳熱過程是利用爐管和三原子氣體之間的輻射進行。針對上述傳熱方式，在燃煤鍋爐進行改造的過程中，首先需要對鍋爐本體進行改造，將傳統的進煤設備以及除塵、除渣和鍋爐燃燒等相關設備拆除掉。另外，由于燃燒器的布置和選型對燃氣鍋爐的安全性和經濟性有非常大的影響，所以在燃氣改造中，應對燃氣鍋爐的相關內容進行計算和校核，以保證燃燒器滿足相關要求。改造后的燃氣鍋爐在投入運行之前，首先應保證爐膛內火焰的充滿度，并且還應該避免火焰直接沖刷換熱面。

此種改造方式的特點主要有：1)能夠在原來燃煤鍋爐爐膛容積大的特點上稍微進行改造，能夠有效提高鍋爐的出力。2) 燃煤鍋爐中所有的爐膛以及水處理和部分土建設施等還可以繼續利用，不僅能夠有效減少投資，同時見效比較快。3) 此種改造方案的運行管理以及經濟性和安全性一般沒有新購置的設備好。但是在采用此方案進行鍋爐改造中，首先應保證原有的燃煤鍋爐的相關設備以及相關的受壓元件基本完好，還有繼續使用的價值，另外還應該保證鍋爐的給水系統以及引風、送風、排風系統的完整性。

2.2重新購置燃氣鍋爐改造方案

在燃煤鍋爐改造中，此種方案需要將原來的燃煤鍋爐中的設備全部拆除，換置成為新型的設備。在此種方案實施的過程中，還應該保證原來的燃煤鍋爐房的結構特性以及面積等都滿足燃氣鍋爐安裝的相關要求，另外還需要對原來鍋爐房進行整修。原來的鍋爐房中所用的循環系統、熱力系統以及水處理系統等相關設備不需要進行大的修整，但是需要保證這些設備均基本完好，具有使用的價值。此種改造方案實施的優點主要有：1) 比較簡單，容易實施，同時還能夠保證設備間的協調性，從而能夠有效發揮鍋爐的功能。2) 對原來的鍋爐房進行改造，能夠保證鍋爐房滿足整齊、明亮以及美觀等要求，同時將原有的土建設施拆除后，還能夠極大節省鍋爐使用的空間。但是需要注意的是，在燃氣鍋爐改造中應最大限度地保證燃氣鍋爐的自動控制程度以及安全性、便于安裝等問題。

3燃煤鍋爐和燃氣鍋爐相關費用對比分析

燃煤鍋爐和燃氣鍋爐相關費用對比見表1.

表1燃煤鍋爐和燃氣鍋爐相關費用對比表

注：表格數據均為查詢相關資料和計算得出。

4具體實例分析

某小區原來多處供熱，現欲拆舊擇址新建1座鍋爐房，安裝燃氣鍋爐、換熱器等設備。

從現有市政中壓管道至新建鍋爐房敷設天然氣中壓管道，新建調壓計量站，及3座熱力站。供熱區域含住宅樓(近幾年住宅面積增加)和普通辦公室，總面積預計165 879.8 m2，其中84 534.8 m2為地暖，其余為暖氣片采暖。通過分析得知，將原來傳統的燃煤鍋爐改用燃氣鍋爐，不僅能夠節省小區用地面積，同時燃氣鍋爐房布置靈活，產生噪音低。燃氣鍋爐相關輔助設備較少，需要的工作人員少,負擔工資及福利費用少。另外，燃氣鍋爐所使用的天然氣為清潔能源，對環境污染小。總之，雖然燃氣鍋爐使用費用相對比燃煤鍋爐要高一些，但是燃氣鍋爐因為功率小、能耗低，輔助設備少，維修費用少，工人勞動強度低以及能夠滿足環境保護政策等諸多優點使其成為鍋爐建設改造主要方法，所以該公司最終決定采用改燃煤鍋爐為燃氣鍋爐方案。

通過上述對燃煤鍋爐改用燃氣鍋爐相關方案分析得知，雖然燃氣鍋爐設備的費用相對比較高，但是燃氣鍋爐使用的總體經濟效益優于燃煤鍋爐，同時燃氣鍋爐對降低工人勞動強度、提高設備運行的可靠性、減少大氣污染、改善環境等也具有重要的作用。總之，燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐，不僅可行，而且經濟效益和社會效益顯著，是一種值得推廣使用的供暖方式。

參考文獻

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Analysis on Heating Technology Based on Coal-fired

Boiler Switching to Natural Gas Boiler

CHEN Jianfang

Key wordsCoal-fired boiler; Natural gas boiler; Contrast; The heating technology