近些年由于政府環(huán)保要求的提高，燃煤鍋爐因其熱效率低、耗能大逐步被燃氣鍋爐取代。政府提出了改造燃煤鍋爐的原則，本文分析燃煤鍋爐改燃氣鍋爐應(yīng)注意的要點，對爐膛內(nèi)部結(jié)構(gòu)、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機、燃燒器的選型和布置等進行了改造研究，總結(jié)了改造過程中的***與防爆問題。 

文 | 盧玉新

引 言

鍋爐按燃料劃分有燃煤、燃油、燃氣鍋爐等類型。隨著***對環(huán)境污染的治理，天然氣、煤氣、液化石油氣等清潔燃料在供熱和采暖中廣泛使用?！拔鳉鈻|輸”“川氣東送”等工程實施后，燃氣來源有了穩(wěn)定保障，為了改善大氣環(huán)境質(zhì)量，很多地區(qū)要求把燃煤鍋爐改造成燃氣鍋爐。燃煤鍋爐因其熱效率低、耗能大、噪音大、煤灰粉塵污染嚴重等缺點在城市供暖方面正被燃氣鍋爐逐步取代。

1 改造原則

①保持或提高鍋爐出力和效率，原額定參數(shù)(汽溫、壓力、給水溫度等)不變。

②改爐時受壓元件部分盡可能少動或不動，可采取只改爐膛和燃燒設(shè)備，拆除原煤爐附屬設(shè)備，如煤斗、除塵器、脫硫裝置等，并進行必要的熱力、煙風(fēng)阻力計算，合理利用原有送引風(fēng)系統(tǒng)。

③根據(jù)爐膛結(jié)構(gòu)選擇合適的燃燒器形式及合理的布置位置，防止火焰直接沖刷爐膛水冷壁或影響換熱造成爐膛出口煙氣溫度過高。

2 燃煤鍋爐變?nèi)細忮仩t改造要點

2.1 鍋爐本體

燃煤鍋爐通常采用層燃，而燃氣鍋爐采用室燃，因燃燒方式不同，在爐膛的結(jié)構(gòu)上有很大的差異。通常燃煤鍋爐的爐膛容積比較大，所以爐膛尺寸不適合簡單換裝燃氣燃燒器，需要精心布置。以燃煤DZL爐型為例：

①爐膛結(jié)構(gòu)尺寸比較大，但因為有前后拱，限制了燃氣火焰噴射長度的需要，為了減少改造工作量，改燃氣可采用鍋爐兩側(cè)墻或前墻布置燃燒器方式。

②如果爐拱上部空間較大，可采用鍋爐兩側(cè)墻布置兩臺小型燃燒器的方式，這樣就不用拆除爐排，只需在上面鋪設(shè)2層耐火磚，然后用耐火水泥將磚縫壓實，構(gòu)成干爐底。如爐拱上部空間較小，就應(yīng)將鏈條爐排、風(fēng)室全部拆除，在底座和鍋爐支架之間采用耐火保溫材料構(gòu)筑干爐底，在爐拱下部形成燃燒室。

③改造燃氣之前應(yīng)將所有鍋爐受熱面及對流煙管內(nèi)的煙灰清理干凈，同時將水側(cè)的水垢進行清洗，以保證受熱面良好的傳熱能力。由于燃氣鍋爐煙氣體積遠低于燃煤鍋爐，各受熱面中的煙氣流速改造后會比較低，如鍋爐結(jié)構(gòu)允許，在不增大爐體結(jié)構(gòu)尺寸前提下，可增加雙面曝光的水冷壁、對流管、煙管擾流片等，提高換熱受熱面和換熱系數(shù)，以提高鍋爐的滿負荷出力。這也是改造時增大鍋爐出力優(yōu)先選擇的方案。

④如果鍋爐的長度比火焰的長度長，可在爐膛內(nèi)設(shè)置二次反射拱，提高輻強度，反射拱應(yīng)上連鍋筒，下連干爐底。

⑤拆除煤斗、除渣機、爐排減速機、兩側(cè)風(fēng)室調(diào)風(fēng)門等，保留1～2個檢修門，將其他全部門孔用耐火磚砌筑，密封嚴實形成密閉爐膛空間，考慮爐膛燃氣防爆要求，可利用原水封出渣口作為爆破口使用。

⑥爐墻、煙道應(yīng)檢修，保證嚴密，爐墻應(yīng)用鋼架予以頂推加固。爐膛和煙道內(nèi)有死角時，容易造成通風(fēng)吹掃不到，存留燃氣會引起爆炸，對死角可采用砌筑封堵，煙道采用增加導(dǎo)流板等措施。

2.2 鼓風(fēng)機和引風(fēng)機

燃氣鍋爐過量空氣系數(shù)控制在1.1～1.15。無論煤還是天然氣，燃燒室所需的理論空氣量和燃料發(fā)熱值的比值都近似相等，即對應(yīng)于1MJ低位發(fā)熱量大約需要標準狀態(tài)下0.27m3 的理論空氣量，各類燃料燃燒每MJ的熱量產(chǎn)生近似相等的煙氣量，約0.30m3。燃煤鍋爐由于漏風(fēng)量大，過量空氣系數(shù)與燃氣鍋爐相差很多，層燃爐爐膛出口過量空氣系數(shù)在1.4～1.6，因而實際煙氣量和空氣量相差很多，一般燃煤比燃氣時多15%～60% 。如果改燃氣后出力不變，則煙氣流速將明顯降低，各受熱面的利用率大幅降低，鍋爐的鼓引風(fēng)機也將有15%～60%的裕量，如果適當提高出力，鼓引風(fēng)機能力應(yīng)能滿足?？紤]降低改造費用，提高鍋爐出力范圍應(yīng)控制在原有鼓、引風(fēng)機出力之內(nèi)。

燃煤鍋爐一般采用負壓燃燒，密封性差，而大部分燃氣鍋爐采用正壓燃燒，因其漏風(fēng)系數(shù)為0可以提高鍋爐熱效率。若對已有燃煤鍋爐本體密封性能進行強制正壓改造，就要大幅增加改造成本。因此，改造后應(yīng)采用微負壓燃燒方式，控制在負壓20Pa，并減少爐膛漏風(fēng)量，也可以非常好的燃氣運行效果。

2.3 燃燒器的選用和布置

根據(jù)當?shù)毓?yīng)燃氣的發(fā)熱量和供氣壓力等資料、鍋爐性能及爐膛的結(jié)構(gòu)來選擇燃燒器，燃燒器輸出功率應(yīng)與鍋爐額定出力相匹配，選擇好火焰的形狀，如長度和直徑，使之與爐膛結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，并且要有能適應(yīng)負荷變化的調(diào)節(jié)幅度。根據(jù)鍋爐改造確定的額定出力和鍋爐效率，計算出燃氣消耗量，然后按所選燃燒器的功率確定燃燒器配置的數(shù)量。目前，國內(nèi)的燃氣鍋爐大多采用進口燃燒器，質(zhì)量好，技術(shù)成熟。一般都設(shè)置有：MM微比調(diào)和EGA煙檢測，二者相互配合對風(fēng)門進行比例調(diào)節(jié)，在燃燒過程中排出煙氣的一些參數(shù)(如排煙溫度、氧、二氧化碳、一氧化碳)由排煙測試儀連續(xù)測試后反饋給燃燒器中裝設(shè)的微電腦，經(jīng)微電腦分析計算驅(qū)動2臺伺服電機自動調(diào)整風(fēng)門及燃料閥，能準確輸入和修正空氣與燃氣配合比，提高燃燒效率。

燃燒器的布置與爐膛形式關(guān)系密切，應(yīng)以爐膛內(nèi)火焰充滿度好，火焰沖刷不到水冷壁為原則。單臺燃燒器形式系統(tǒng)簡單，運行管理方便，投資較低。2個燃燒器常采用爐膛兩側(cè)墻布置方式，燃燒器火焰斜向上對沖噴射，火焰在爐膛對稱中心，可保證各爐膛受熱面換熱均勻。在負荷減小時，可停用1個燃燒器，調(diào)節(jié)負荷范圍更寬，安裝位置對操作和檢查維修比較方便。

2.4 水蒸氣汽化潛熱的利用

燃氣燃燒后煙氣中水蒸氣的含量比較多，燃煤煙氣中水蒸氣份額約為8% ，而燃氣煙氣中水蒸氣份額近18% 。因此煙氣中水蒸氣汽化潛熱份額非常大，約占燃氣高熱值的10% ，充分利用汽化潛熱是提高燃氣利用的有效措施。對于燃氣鍋爐可增設(shè)尾部煙氣-水換熱器，可使鍋爐熱效率提高到90%～96% 。當燃氣中含硫較高時，應(yīng)防止換熱后煙氣溫度低于酸露點，以免形成硫酸溶液腐蝕受熱面。

2.5 燃氣鍋爐爐膛出口溫度選擇

燃氣鍋爐爐膛出口不會受積灰和高溫腐蝕等限制，一般允許選擇在1200 ℃左右的較高范圍，燃氣鍋爐對流受熱面的煙速不會受飛灰磨損的限制，可采用較高煙氣流速，提高爐內(nèi)煙氣流程，增大煙氣擾動，充分利用原有燃煤鍋爐對流受熱面較多的特點，在不額外增加鍋爐受熱面的情況下，提高鍋爐出力。

2.6 效率

一般層燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐后，由于受熱面污染和積灰明顯減輕，傳熱條件改善；排煙過程中過量空氣系數(shù)和排煙溫度都有所降低，不完全損失也可控制，所以鍋爐效率能提高10%以上。燃氣鍋爐排煙溫度決定了鍋爐熱效率，排煙溫度越低鍋爐效率越高。因此，改造燃煤鍋爐一般需增加鍋爐尾部低溫換熱器，利用較大受熱面積的換熱器，盡量低地降低排煙溫度。改造后鍋爐出力提高較多，還應(yīng)注意如鍋內(nèi)汽水分離裝置的能力、過熱器溫度變化、水循環(huán)阻力變化、水循環(huán)***流速變化等，因此要更**地考慮鍋爐***運行的各種因素。

3 ***與防爆

由于天然氣易燃易爆，在設(shè)計燃氣鍋爐自動控制系統(tǒng)時，一定要優(yōu)先考慮系統(tǒng)的可靠性，將連鎖保護系統(tǒng)與檢測控制系統(tǒng)分開設(shè)置。在選用微機系統(tǒng)時，可設(shè)后備手動操作和重要參數(shù)雙重指示等措施來提高控制和保護系統(tǒng)的可靠性。改造后的燃氣鍋爐上要裝設(shè)自動點火、熄火保護、燃氣泄漏保護、燃燒自動調(diào)節(jié)等聯(lián)鎖保護措施。

3.1 自動點火

一般采用電火花自動點火方式，由點火變壓器將低電壓升為高電壓，在點火器頭部形成火花放電，靠電火花能量點燃天然氣。點火控制程序由PLC實 現(xiàn)，程序是先啟動引風(fēng)機，再啟動鼓風(fēng)機，風(fēng)機指示燈亮開始吹掃爐膛，3～5min后，允許點火指示燈亮，啟動按鈕，點火器頭部放電。打開點火槍電磁閥門，點燃小火，確認小火建立后，大火電磁閥打開建立主火炬。鼓引風(fēng)機同時加大，主燃氣調(diào)節(jié)閥開大，點火槍關(guān)閉。鍋爐正常燃燒并由熄火保護裝置監(jiān)測火焰。

3.2 熄火保護

火焰監(jiān)測采用等離子、紅外或紫外線光敏檢測器監(jiān)測及繼電器控制，具有聲光報警系統(tǒng)。監(jiān)測器的主要部分由電源變壓器、紫外光探頭、繼電器等組成，感光探頭響應(yīng)火焰信號變成電信號，放大器將輸入信號放大，通過繼電器控制電磁閥的開關(guān)。一旦鍋爐熄火，則自動切斷燃氣電磁閥，切斷燃氣供應(yīng)。

3.3 連鎖保護

由于采用原有煤爐的平衡通風(fēng)方式，在控制系統(tǒng)中一般鼓引風(fēng)機采用變頻控制方式，根據(jù)設(shè)定的爐膛負壓力和鍋爐負荷變化自動調(diào)節(jié)鼓引風(fēng)機的變頻量，保持穩(wěn)定的爐膛負壓。

相應(yīng)連鎖保護控制：鼓引風(fēng)機突然停止時，自動切斷送風(fēng)機和燃氣供應(yīng)，燃氣壓力低于規(guī)定值時自動切斷供應(yīng)，蒸汽鍋爐超壓、鍋爐水位過高或過低時切斷燃氣供應(yīng)。

4 結(jié) 語

實踐證明，通過對燃煤鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)和當?shù)厝細鈼l件的綜合考量，制定出合理的改造方案，掌控好燃燒器的選用和配置，能達到提率、節(jié)省運行費用、改善環(huán)境的效果。同時燃氣鍋爐的自動控制、連鎖保護，***保護措施遠高于燃煤鍋爐，操作***穩(wěn)定，較大程度地改善了工作環(huán)境，降低勞動強度，有助于提升企業(yè)形象。在政策的支持下，燃氣價格適中，氣源穩(wěn)定，燃煤鍋爐改燃氣有廣泛的應(yīng)用市場，有利于實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)保達標的雙贏。