10t蒸汽鍋爐煤改氣方案
摘要： 根據新的環保法，對產生大氣污染的設備要實行監管，嚴格限定污染物的排放量，實施“碧水藍天工程”，推薦使用清潔燃料或天然氣，各級政府會采取相應措施，推行燃煤全面及燃氣化改造。本文詳細介紹了煤鍋爐改為燃氣鍋爐應該注意的相關事項。
關鍵詞： 煤鍋爐 燃氣鍋爐 改造工程
燃煤鍋爐在實際使用運行中，熱效率低，能源浪費大，排塵濃度大，煤的含硫量高，對大氣污染嚴重。尤其是近年來，能源供需和環境污染的矛盾日益突出。而燃氣鍋爐的熱效率高，對大氣污染又低，有很好的環保性能。發達國家的燃氣鍋爐占有相當大的比重，俄羅斯占60%，美國占98%，日本占99%，發展燃氣鍋爐是大勢所趨。因此，我國越來越多的大中城市制定了相應的強制性法規，限制燃煤鍋爐的使用，例如北京、上海、西安等地不再批準建設新的燃煤鍋爐房，原有的鍋爐房一律改造為燃氣鍋爐。根據新的環保法，對產生大氣污染的設備要實行監管，嚴格限定污染物的排放量，實施“碧水藍天工程”，推薦使用清潔燃料或天然氣，各級政府會采取相應措施，推行燃煤全面及燃氣化改造。天然氣是目前世界上一種最清潔的燃料，它燃燒充分，產生的灰份、含硫量和含氮量比燃煤低的多。同時，氣體燃料通過管道輸送，可極大的減小勞動強度，改善勞動條件，降低運行成本。國家“西氣東輸”、“忠氣進漢”等工程的實施，使孝感市年底即可用上天然氣，為鍋爐的煤改氣提供了優質、充足、廉價的氣源。
一、 基本情況
青島啤酒應城分廠原有10t/h燃煤蒸汽鍋爐一臺，該鍋爐為上海四方鍋爐廠生產，型號SHL-1.25-AⅡ型，2000年生產，2003年投入使用。鍋爐爐體受壓元件基本完好，有繼續使用價值；鍋爐的給水系統和送、引風系統基本完好，非常適宜改造為燃氣鍋爐。
1、鍋爐參數
① 額定出力 10t/h
② 額定工作壓力 1.25Mpa
③ 給水溫度 105ОC
④ 設計效率 ≥90%
⑤ 使用燃料 燃煤
⑥ 燃料消耗量 5t標準煤/噸蒸汽
⑦ 燃燒方式 室燃
⑧ 電能消耗（風系統） 96.4Kw
2、改造要求
用戶要求將現有的一臺10t/h燃煤蒸汽鍋爐改造為天然氣鍋爐。并達到如下目標：
1）保持原鍋爐的額定參數（如汽溫、汽壓、給水溫度等不變）
2）保持或提高原鍋爐的出力和效率
3）通過改造達到消除煙塵，滿足環保要求
4） 改造方案簡單易行，投資少、見效快，工期短，因此改爐時涉及面越小越好。改造時不超出鍋爐本體基本結構之外。
二、改造技術方案
1、燃煤鍋爐改成燃氣鍋爐注意要點
1）燃燒器的選型和布置與爐膛型式關系密切，應使爐內火焰的充滿度好，不形成氣流死角；避免相臨燃燒器的火焰相互干擾；低負荷時保持火焰在爐膛中心位置，避免火焰中心偏離爐膛對稱中心；未燃盡的燃氣空氣混合物不應接觸受熱面，以免形成氣體不完全燃燒；高溫火焰要避免高速沖刷受熱面，以免受熱面強度過高使管壁過熱等。燃燒器的布置還要考慮燃氣管道和風道的布置合理，操作、檢修和維修方便。
2）燃氣鍋爐爐膛出口煙氣溫度不會受積灰和高溫腐蝕等限制，一般允許在1300℃左右的較高范圍。
3）一般燃煤鍋爐改造成燃氣鍋爐后，由于受熱面和積灰明顯減輕，傳熱條件改善，不完全熱損失也可控制得較小，所以鍋爐效率可提高約5%-10%。
2、技術方案總的構思
① 爐膛設計考慮天然氣燃燒的火焰直徑（φ1500mm）和火焰長度（4500mm），使爐膛空間與火焰的充滿度達到最佳。爐膛容積熱負荷設計為≤100×104cal/m3h
② 考慮到天然氣主要成份為CH4，其燃燒后產生的H2O，蒸汽份額較大，故其輻射能力較強，爐膛受熱可適當增加，以充分利用其輻射傳熱，提高熱效率，降低鋼材消耗，確保鍋爐出力，并可能提高鍋爐出力。
③ 鍋爐爐膛內采用微正壓燃燒。要求鍋爐的爐墻，密封性能要加強。
④ 由于燃氣鍋爐的空氣過剩系數較小，只有1.05~1.2之間，燃燒所需風量較少一些，加上拆除除塵器后，以及煙道系統煙塵較小，所以煙道阻力較小，引風機風量有較多的富余采用檔板風門調節，功率損耗較大，建議可考慮采用變頻調速方式對引風機進行調控。
⑤ 在爐膛和后煙室看火門處，增加一個至兩個防爆門，提高鍋爐的抗爆性能。
⑥ 新增加燃燒器控制系統與原有的鍋爐控制有機結合在一起，具有燃燒程控功能，能預吹掃自動點火，火焰檢測器自檢，負荷自動調節，火焰監測故障報警聯鎖停爐。燃氣閥阻檢漏，壓力高低報警，水位調節水位高低報警，極低水位停爐。蒸汽壓力超高爐膛溫度超高報警，引風機與燃燒機順控聯鎖功能。
3、技術方案簡要闡述
① 配置進口燃氣燃燒器：“芬蘭”“奧林”GP—700M，DN100一體化全自動燃燒器及包括，組合電磁閥調壓閥、過濾器、檢漏裝置，高壓氣壓開關，氣壓表及連桿等組成閥組一套，該機輸出功率2—8.4MW，火焰尺寸Φ1500X4800
② 拆除煤斗：在原鍋爐基礎平面±0.00處以上到鍋爐前爐墻面板以前煤斗部分前落灰斗，以及爐排的全軸部分。
③ 拆除爐排：拆除爐排的全爐爐排，以及前后軸和后部老鷹鐵。
④ 拆除爐排中間的風箱組成燃燒室空間：根據火焰的尺寸要求，將上下爐排中間的風箱部分拆除，形成一個圓弧形爐膛底部。
⑤ 密封爐排下面的落灰室以及管部的排渣斗，用爐渣將爐排底部的落灰室和后部的渣斗堵住并在爐渣上部放置保溫混凝土80mm厚，再在混凝土上放置兩層耐火磚（圓弧形放置），最后用耐火混凝土澆注抹面形成耐火保溫爐膛底。
⑥ 制作全爐墻及燃燒器的連接面板：用厚度為16mm的鋼板在爐座基礎平面處以上與鍋爐全爐墻平面處進行焊接固定（與鋼架相連焊接）根據燃燒頭的安裝固定尺寸要求，開孔并鉆四個固定螺栓孔（攻絲），用耐火磚在鋼板內側砌筑耐火前墻（在鋼板與耐火磚之間適當留50—80mm間隙用來填充保溫材料）和原有前爐墻，以及新做爐底相連，形成完全密封的新前爐墻。
⑦ 用原有左側和后部的看火門，改成兩個防爆門。
⑧ 拆除原有的鼓風機，除塵器，以及空氣預熱器，將原有的鼓風機及送風道全部拆除（預熱器可根據情況考慮），原除塵器被拆除后，鋼制煙道將原除塵器卷入口和出口之間空間進行連接。形成完整煙道。
⑨ 清除爐內水冷壁管對流管束等受熱面上的煙垢，同時將鍋爐內水側的水垢進行清洗，提高鍋爐受熱面的傳熱能力。
⑩ 對所有的爐墻及爐門進行密封：由于燃氣鍋爐在微正壓狀態運行，為了安全，需要對所有的爐墻及爐門進行密封。
⑾ 安裝燃燒機：先將燃燒頭拆下，裝在前爐墻上的燃燒器連接面板上，并用耐火材料將燃燒筒與爐墻處進行密封；然后按要求依次裝上燃氣閥組及附件，最后裝上燃燒機主體部分。
⑿ 根據燃燒機要求，結合原有的控制系統，設計制作新的控制系統，充分利用原有的系統保留部分的控制器件，新增加部分重新做一個控制柜，將新控制柜與原有控制內保留部分結合，形成新的完整控制系統，能達到如下功能：
a.水位自動調節，指示。
b. 水位高低報警，極低水位報警聯鎖停爐。
c.爐膛出口溫度超高報警，停爐。
d.蒸汽壓力超壓報警，停爐。
e.燃燒負荷自動調節，大、小火自動轉接。
f.根據壓力，工作性自動起停。
g.燃燒程控自動控制，自動實現預吹掃，高壓點火，火焰自檢，火焰監測，故障熄火報警停爐聯鎖。
h.燃氣高、低壓報警。
i.燃氣系統泄漏報警，停爐。
j.燃燒機停爐后吹掃。
k.引風機與燃燒機順控聯鎖，起動時引風機先開，燃燒器后開，停爐時燃燒器先停，引風機后停。
l.所需的電機控制回路，都有短路，缺相，過載等保護功能。
⒀ 調試時要對引風機的風量和壓頭進行調整：由于改造后引風機有較大富裕量，需要將引風門關小到一定程度，以減少風量和降低風壓。
⒁ 引風機改為變頻控制：由于引風機功率較大，且改燃氣后風量要求較燃煤時少，拆除除塵器和空預器的煙道阻力減小，引風機富裕量較大，采用加擋板調節時，電耗較大，改為變頻調節后，能耗會降到原能耗的1/2~1/3，因此節能效果明顯。
4、改造工程費用預算
|
序號 |
項目名稱 |
型號 |
數量 |
金額 |
備注 |
|
1 |
燃燒器 |
GP-700M DN100 |
1 |
18.90 |
|
|
2 |
燃氣閥組 |
DN100 |
1 |
6.5 |
|
|
3 |
電控柜 |
GKF-10-Q |
1 |
1.4 |
|
|
4 |
鍋爐拆除 |
|
1 |
1.6 |
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|
5 |
改造材料 |
|
|
8.3 |
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6 |
改造工費 |
|
|
2.6 |
|
|
7 |
檢驗費 |
|
|
1 |
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|
8 |
小計 |
|
|
40.30 |
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注:若引風改造為變頻控制，加爐膛負壓調節控制器,另增加費用3.4萬元整。
三、燃氣系統
1、天然氣的組份、熱性及物理特性
① 組份 （%）
CO:0.1 H2:0.2 CH4:95.5
CmHm:1.0 CO2:0.5 N2:2.7
② 熱值
8000kcal/Nm3
③ 物理特性
a.標態下密度 0.7435kg/Nm3
b.燃燒所需要的空氣量 9.64Nm3/ Nm3
c.燃燒產物的煙氣含塵量 10.648mg/ Nm3
d.最低著火溫度 400ОC
e.理論燃燒溫度 1700ОC
2、燃燒器對天然氣的參數要求：
① 天然氣供氣壓力（動壓） 1100mmH2O—1500mmH2O
② 熱值 ≥8000kcal/Nm3
③ 流量：80 Nm3/噸蒸汽.h
3、燃氣管道流程及設備：
本工程接自市政道路上天然氣管道為中壓A，為達到鍋爐燃燒器前的壓力要求，同時又可以防止燃氣壓力的上下波動，需要在廠區設置一臺落地式燃氣調壓計量柜，該調壓柜可完成過濾、調壓、穩壓、計量、安全切斷等功能。為保證向鍋爐24小時不間斷供氣，可采用2+1型式，及雙回路加旁通。
4、燃氣工程費用預算：
|
設備材料 |
規格 |
數量 |
造價 |
|
調壓計量柜 |
1000 Nm3/h |
1臺 |
10萬 |
|
PE管 |
DR160 |
100米 |
2萬 |
|
鋼管 |
D159X4.5 |
30 |
0.6萬 |
|
鋼管 |
D89X3.5 |
20 |
0.36萬 |
|
鋼管 |
D57X3.5 |
20 |
0.24萬 |
|
閥門（埋地） |
D150 |
1 |
0.4萬 |
|
閥門（室內） |
DN80 |
2 |
0.4萬 |
|
閥門（室內） |
DN50 |
2 |
0.16萬 |
|
燃氣報警系統 |
3路 |
|
0.60萬 |
|
工程安裝 |
|
|
2萬 |
|
總計 |
|
|
16.76萬 |
四、燃煤鍋爐、燃氣鍋爐使用成本比較
燃煤鍋爐如使用煤炭，煤炭的熱值為5500Kcal/Kg（按標準煤計算）左右，其市場價每噸460元（煤炭的價格有不斷上升趨勢，且購銷渠道不暢通，為控制目前的能源爛采和浪費嚴重的形勢下，煤炭的價格有繼續上升的勢頭）。10t蒸汽鍋爐每噸蒸汽耗煤為0.2噸，價格為92元。天然氣的熱值為8000kcal/ Nm3，每立方天然氣價格為2.0元，按天然氣消耗量每噸蒸汽耗氣80Nm3計算，價格為160元。以全年生產2000小時計算，兩者費用比較詳見下表（以1噸蒸汽比較）：
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燃煤鍋爐 |
燃氣鍋爐 |
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序號 |
產生費用項目 |
消耗量 |
單價(元) |
價格(元) |
消耗量 |
單價(元) |
價格(元) |
|
1 |
燃料耗費 |
0.2t |
460 |
92 |
80Nm3 |
2.0 |
160 |
|
2 |
電力耗費（風系統、煤系統、灰渣系統） |
9.6Kwh |
0.58 |
5.57 |
2.2Kwh |
0.58 |
1.28 |
|
3 |
灰渣清除(人力、運費) |
3萬元/年 |
|
1.5元 |
|
|
0元 |
|
4 |
環保費 |
10萬/年 |
|
5元 |
|
|
0元 |
|
5 |
人力成本 |
6人 |
2萬元/人.年 |
6元 |
1人 |
2萬元/人.年 |
1元 |
|
小計 |
|
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110.07 |
|
|
162.28 |
從以上比較可以看出，燃氣鍋爐房的運行費用稍高于燃煤鍋爐，但燃氣鍋爐可以大大改善工作環境，降低勞動強度，提高企業品位。且隨著國家環境保護政策、能源政策的發展趨勢，燃氣鍋爐的運行費用較燃煤鍋爐有非常大的下降空間，因此，該鍋爐非常適宜于改為燃氣鍋爐。
