燃煤锅炉改造为燃气锅炉的可行性分析.pdf

技术创新 文章编号l 0 0 0 ．0 9 5 2 2 0 0 1 0 1 ．1 9 ．0 3 中图分类号T M 6 l 燃煤锅炉改造为燃气锅炉的可行性分析 兰州石油机械研究所张晋李曙彤石飞 从经济前景分析，天然气终将胜过石油，就象石油胜过 煤，煤胜过木材一样。作为一种重要的一次性能源，必将在 诸多领域里广泛应用。随着这一发展趋势，燃煤锅炉改为燃 气锅炉也是势在必行。 1 发展燃气锅炉的必要性 天然气是一种发热值很高且燃烧生成物对环境污 染极小的优质燃料，其发热值一般为3 5 0 0 0 ～ 4 0 0 0 0 K J ／N M 3 8 3 7 5 ～9 5 6 9 k c a l ／N M 3 。燃烧产生的 烟气主要成分为c 0 。和H 2 0 ，无灰尘。根据有关资料 介绍，其污染仅是燃煤的1 ／6 0 0 ，是所有燃料中对环 境污染最小的一种。因此，从獭度来讲。作为锅 炉的燃料，其优越性是其它任何燃料所无法比拟的。 环境问题是当前全人类最关注的问题之一，而 大气污染是环境污染中的一个极突出的问题，特别是 分布在城市各个角落的各种取暖锅炉、生活锅炉，其 烟尘捧放对大气的污染占有极大的比重。因此，要解 决大气污染问题，首先必须最大限度地减少锅炉的烟 尘捧放总量和烟气中的各种有害物质。 长期以来，受能源结构和经济发展水平的限制， 我国的采暖锅炉、生活锅炉一直是以原煤作为燃料。 由于原煤是固体燃料，二般不经过加工就直接使用， 其中含有大量灰分、硫等有害物质。这些有害物质燃 烧后随烟气一起捧向空中，造成对空气的污染。多年 来。我国对燃煤锅炉投入大量人力和物力进行烟尘治 理，但效果并不理想。虽然使用静电除尘装置，粉尘的排 放问题基本上得以解决。N 0 x 的问题也可在锅炉中改用“低N o x 燃烧器”的方法得以控制。但解决s O x 的排放问题，目前世 界上普遍的方法是采用尾气脱硫装置 F G D ，可这种装置的 投资费用很高，运行费用也很昂贵。随着城市的发展、人 口的增加，锅炉的总装机容量也在不断地增加，燃 煤锅炉对城市空气的污染，不但没有从根本上解决， 反而呈现出加剧的势态，各种对燃煤锅炉烟尘的治理 措施，只不过是“扬汤止沸”而已，无法从根本上解决 问题。 要从根本上解决锅炉烟尘对空气污染的问题，必 须从改变燃料的结构上入手，即用干净燃料代替传统 的原煤。天然气正是最理想的替代燃料。 2 国内外燃气锅炉的发展状况 纵观世界发达国家近5 0 年来的锅炉发展史，由 于劳动力价值的增值及环保要求的提高，各种取暖 锅炉、生活锅炉的发展几乎都是从燃煤锅炉走向燃 油、燃气锅炉。对于燃煤锅炉，则主要用于远离城市 的大型发电站和集中供热站。目前在西方国家，燃油、 燃气的取暖锅炉、生活锅炉已基本取代了燃煤锅炉， 而且其自动化程度很高，一般都是全自动控制。这样 既解决了城市的环境污染问题，也节省了大量的人 力。 改革开放以来，随着经济的发展，综合国力的 提高及国家和全社椰保问题的重视，对日益严重 的工业化污染的担忧，使燃油、燃气锅炉的发展成为 必然。特别是近年来新疆吐哈、长庆、青海等大的油 气田的开发及国家投资大力发展天然气长距离管道输 送 目前西安、北京、银川、乌鲁木齐、格尔木等城 市已通气 ，更为使用燃气锅炉创造了必要的条件。 因此，可以肯定地说，在今后几年内，燃气取暖锅炉 和生活锅炉将会得到长足的发展，并逐步取代燃煤锅 炉，而成为城市的主要取暖供热设备和生活设备。一 些城市的政府部门已经开始采取行政手段限制燃煤锅 炉的使用，而鼓励使用燃油、燃气锅炉，这一点更加 说明了燃油、燃气锅炉具有良好的发展前景。 2 0 0 1 ．1 ．甘肃科技．1 9 万方数据 技术创新 3国内目前燃气锅炉的技术状况 当前国内燃气锅炉的技术状况大致分为三种情 况 3 ．1 完全自主开发的燃气锅炉 其燃烧设备、锅 炉本体、控制系统均为国内厂家自行研制开发。这种 锅炉一般自动化程度较低，可靠性尚存在一些问题， 安全保护措施还不太适应燃气的需要。这类锅炉虽然 售价较低，但已难为用户所接受，市场占有率呈萎缩 状况，因此近几年发展较为缓慢。 3 ．2 引进国外技术资料，由国内厂家消化吸收 后进行生产这类产品的技术参数较为特殊，生产 的厂家极少，适应的范围也较窄，一般用于一些特殊 行业。 3 ．3 燃气设备采用进口燃烧器，锅炉本体及控 制系统由国内生产 进口燃烧器本身具有自动点 火、熄火保护、炉膛吹扫、燃气压力检测、气阀检漏 等功能和自动控制程序，其本身为一个独立的自动控 制体系，且具有很高的可靠性。锅炉本体的制造，我 国目前的水平和国外相比并无太大差距，完全可以满 足使用要求，且更适合我国国情。锅炉的控制系统采 用进口燃烧器后，主要是解决水温的测控、过压保护 及补水、循环泵的控制等问题，其功能变得较为简单。 这种方式是当前发展最快的一种方式，其生产 成本适中，自动化程度高，可靠性好，受到用户的欢 迎。因此，颇具市场潜力。 4锅炉燃煤改燃气的技术可行性 锅炉作为一种热能转换设备，一般都是由锅炉本 体和燃烧设备两大主要部分组成。燃烧设备的主要作 用是将燃料的化学能转化为热能，而锅炉本体的主要 作用是通过其中的媒质将热能吸收并输送出去。这两 大部分既相互独立，又相互关联。 绝大多数燃煤工业锅炉都采用层燃方式，即燃料 在炉膛内平铺在炉床上进行燃烧。而燃气锅炉为室燃 方式，即燃料在炉膛的整个空间内进行燃烧。 被改造的燃煤锅炉必须具备以下条件 1 原锅炉的受压元件必须基本完好，有继续使用价值； 2 原锅炉的给水系统和送、引风系统必须基本完好。 改造后的锅炉应达到如下目的 1 保持原锅炉的额定参数 如汽温、汽压、给水温度 等 不变； 2 可提高原锅炉的出力和效率。 3 通过改造达到消烟除尘，满足环保要求。 将燃煤锅炉改为燃气锅炉，需要解决以下几方面 的问题 4 ．1 锅炉本体 1 对锅炉进行较核性热力计算，对锅炉的水循环和烟 风阻力进行较核，并采取必要的防腐措施。 2 加强炉墙烟道，特别是炉膛部位。加强后的炉墙应 具有一定的强度和密封性，以适合子天然气燃烧的要求。 3 设置重力式防爆门，防爆的面积不得小于0 ．2 舻。 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 锅炉和排烟系统。 1 拆除其加煤系统和捧灰设施。 2 选择合适的燃烧器，改造炉膛安装燃烧器。 3 配置燃气和空气系统。 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 根据供气网情况，决定是否设置燃料气贮备和调压系 统。燃气管道进锅炉房前经调压站将管道内燃气压力降到 2 k g ／c Ⅲn 以下，然后，由调压器将燃烧器进气压力调到1 5 0 咖H 0 以下，改善前锅炉房的通风换气条件。 4 ．4 燃气锅炉自控及检测系统 不考虑天然气调压站参数的测量。保留原有锅炉的～部分 检测控制仪表及燃烧器配套检测控制系统，改造后的锅炉检 测、报警、调节控制系统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～热功率急剧 变化阶段当中炉膛负压能够维持在一个合理的范围之 内并具有如下功能 1 检测 略 2 调节控制 略 3 报警和保护 略 2 0 0 1 ．1 ．日肃斛技．2 0 万方数据 技术创新 对于燃气锅炉自控系统，现场仪表均选用防爆型。 4 ．5 锅炉其它要变动的部位 1 拆除除尘器并改造烟道； 2 引风机加装电动执行器。 3 锅炉水循环系统不做改动。 4 ．6 计算机控制系统及自控系统安全性 由于天然气易燃易爆的特性，在设计燃气锅炉自控系统 时，一定要优先考虑系统可靠性，采用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，可设后备手操和 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。 燃煤锅炉的改造除燃烧器及炉膛外，另一个较大的改动 是热工参数的检测与控制系统。随着工业计算机的迅速发展， 其性能／价格比的优势及直观的交互式运行方式使越来越广泛 的应用在锅炉运行系统中，尤其适于一个锅炉房内有两台或 多台锅炉。采用计算机控制系统后，除了可实现上述的检测、 调节控制、报警保护外，还有以下优点 1 经济燃烧控制 经济燃烧控制即采用氧量校正控制、自动选择最佳的风 气比或含氧量设定值。 2 打印及历史数据存贮 5 锅炉燃煤改燃气的经济可行性 经济可行性可由以下两方面进行分析 5 ．1 煤改气后提高了锅炉的出力及效率 1 燃煤锅炉一般炉膛容积比较大，改燃气后增大燃气 量，在燃烧上不会有困难。另外，燃气锅炉对流受热面的烟 速不会受飞灰磨损条件的限制，可适当提高烟气流速，使对 流受热面的传热系数增大。因此，可以利用原有燃煤锅炉较 大的炉膛，仔细清除水冷壁上原有的积灰，既不增大锅炉体 积，又可大大提高锅炉出力。经计算 对4 t ／h 锅炉可多产蒸气O ．4 t ／h ，增加1 0 9 6 对6 t ／h 锅炉可多产蒸气0 ．5 4 t ／h ，增加9 9 6 2 一般层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，排烟中过量空气系数和排烟温 度都有所降低，不完全燃烧损失也可控制的较小。另外，天 然气燃烧热值高，因此锅炉的效率一般可提高5 ％_ 1 0 9 6 。 5 ．2 费用比较 通过相同容量 4 t ／h ，6 t ／h 的锅炉燃煤改燃气和重新 购置、安装两种方式进行比较计算，改造费用只相当于更新 费用的5 4 ％／5 0 9 6 ，节约资金4 6 ％／5 0 ％左右，同容量出力可提高 1 0 ％／9 ％。另外，更新一台锅炉，安装时，须拆除锅炉房的一 部分墙壁。这样还需考虑土建费用。 在改造项目中，在决定是改造还是更新时，还要考虑锅 炉的使用寿命，成新度及维修保修费用将逐年递增等因素。 一般认为，使用年限在五年之内的燃煤锅炉，改造的价值较 大，超过五年的锅炉，应视具体情况决定是改造还是更新。 6运行费用的经济性分析 运行费用中开支最大的是燃料费用，其次是人工工资和 电费。燃煤锅炉的测试热效率一般在7 0 一8 0 ％之间，但实际运 行效率远低于测试热效率，一般在6 0 一7 0 9 6 之间，锅炉容量越 小，实际运行效率越低。燃气锅炉热效率较高，主要损失是 排烟热损失，其测试热效率一般可达到8 5 ％左右，且实际运行 时的热效率和测试热效率相差不多。对于4 t ／h 一6t ／h 蒸气锅 炉，如果燃煤锅炉使用发热值为5 5 0 0 K c a l ／k g 的原煤，锅炉 的热效率取6 5 ％，则每小时耗煤6 7 卜1 0 0 6 k g 。总的电机功率 消耗按3 0 一5 0 k w 不含循环泵、补水泵 计算，每小时电耗为 3 0 5 0 度。 燃气锅使用发热值为9 0 0 0 K c a l ／N m 3 的天然气，锅炉热效 率取8 5 ％，则每小时耗气2 9 6 4 4 4 ．4 h 时。电机功耗5 ．5 7 ．5 l W 不含循环泵、补水泵 ，每小时电耗5 ．5 7 ．5 度。 按当地天然气、原煤及电费的供应时价计算 产 煤地除外 ，燃气锅炉的运行费用稍低于燃煤锅炉。 这里没有考虑锅炉的维护保养、检修等一些难以预计 的费用。在这些方面，燃煤锅炉由于结构复杂、配套 辅机多，其支出肯定要高于燃气锅炉。另外，燃煤锅 炉还需要支付上煤及炉渣的清理运输费用。 综上所述，可以看出，适时的发展燃气锅炉，对于保护 人类生存环境，解决锅炉烟尘对大气污染具有决定性 作用。天然气作为锅炉燃料在输送、控制、使用等方 面是其它燃料所无法比拟的，其使用成本也是比较经 济的。所以，适时发展燃气锅炉是很有前景的。 2 0 们．1 ．甘肃科技．2 1 万方数据