煤改气工程的可行性分析及节能技术研究

摘要：锅炉按燃料划分有燃煤、燃油、燃气锅炉等类型。目前，燃煤锅炉以其占地面积大，煤灰粉尘、噪音、污水严重等缺点，在一些城市正逐步被燃气锅炉所取代。对燃煤锅炉改造为燃气锅炉的必要性进行了阐述，重点分析了项目的可行性和节能效果。

关键词：煤改气；燃气改造；可行性；节能技术

Abstract: according to fuel division of coal-fired boiler, fuel, gas-fired boiler type, etc. At present, the coal-fired boiler with its covers an area of big, coal dust, noise, sewage serious shortcomings, such as, in some cities are gradually replaced by the gas boiler. Transformation of coal-fired boiler for gas boiler in this paper, the necessity of the analysis is mainly focused on the energy saving effect and the feasibility of the project.

Key words: coal to gas; Gas transformation; The feasibility; Energy saving technology

中图分类号：S210.4文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

引言

我国能源供应以煤炭为主，燃煤锅炉占锅炉总数的83%，其中燃煤工业锅炉更是我国主要的动力设备。近年来，人们意识到以煤为主的能源消费格局是造成大气污染加剧、空气质量下降的主要原因。然而燃煤工业锅炉作为我国能源大户，能源浪费相当严重，同时燃煤工业锅炉还排放大量的烟尘、SO2和NOx等污染物，也是我国大气主要污染源之一。因此，在国家倡导节能减排的政策下，许多地方政府要求企业将原有燃煤锅炉更换为燃气锅炉，而此时企业出于经济考虑，“煤改气”成为企业节省资金、工期短、见效快、切实可行首要选择。

1．燃气改造技术分析

在燃煤锅炉改造为燃气锅炉的工作中，应以不变动锅炉本体受压元件部分，减少对原有锅炉改动为原则。改造过程应着重从燃气燃烧器的选择、燃烧器数量的确定、燃烧器布置、炉膛布置的匹配性设计、选择防爆措施等方面考虑，循序渐进，既要考虑经济效益，又要从实用性出发。

1.1 燃气燃烧器的选择

在燃煤锅炉改造过程中，首先要选择或设计合适的燃气燃烧器。常见的燃气燃烧器按照空气供给方式可以分为引射式燃烧器、鼓风式燃烧器和自燃引风式燃烧器三类。引射式燃烧所需的空气由燃气射流吸入，鼓风式燃烧器需鼓风设备将空气送入燃烧系统，自然引风式燃烧器则依靠炉膛中的负压将燃烧所需的空气吸入燃烧系统。对于燃烧器的选择应对比三种燃烧器的特性结合锅炉原有炉膛的特点进行考虑。

1.2燃气燃烧器的安全程度，也就是要求降低气体不完全燃烧热损坏。燃烧的完全度主要与燃气和空气混合均匀程及空气是否充足有关。一般在空气量充足、混合良好的情况下，使气体不完全燃烧损失为零并不困难。当燃用高热值燃气时，气体不完全燃烧损坏不应超过0.5%；燃用低热值气体时，气体不完全燃烧损坏不应超过1.5%。在采用预混燃烧器时，容易使不完全燃烧损坏控制得比扩散燃烧时低一些。

1.3降低烟气中的过剩空气系数是降低排烟损坏有效措施。排烟中的过剩空气量与烟气通道漏入的空气量之和。对微正压运行的锅炉，烟气通道漏入的空气为零，此时主要过剩空气量取决于燃烧时的过剩空气量取决于燃烧时的过剩空气量，实际上在任何情况下，降低燃烧时的过剩空气量，对提高锅炉的热效率是有好处的。燃烧器能否保证在尽量低的过剩空气系数下运行，是燃烧器燃烧性能的重要指标之一。

1.4燃烧器的火焰特性与炉内换热和锅炉的其他特性密切相关。比如，扩散燃烧时，其半发光火焰比无焰燃烧时的火焰辐射能力强，对炉内传播有利。燃烧器喷口的气流应有较高的速度和较大射程，以使炉内火焰充满度较好。在利用耐火材料加强炉内传热时，需要与辐射面相适应的火焰形状和火焰速度。

1.5充分考虑燃烧速度。实际生产中，由于中小型锅炉常在负荷多变的情况下使用，因此，要求燃烧器有很宽的负荷调节范围。改造后的燃气锅炉在运行时，应使炉膛火焰充满度比较好，不形成气流死角，避免相邻燃烧器的火焰相互干扰，同时未燃尽的燃气、空气混合物不应接触换热面，以免形成气体不完全燃烧。但高温火焰要避免高速冲刷换热面，以免换热面热强度过高使管壁过热。因此，在选择燃烧器时，还要根据不同的燃气和负荷，近似估算燃烧火焰的长度。

2、燃煤锅炉与燃气锅炉不同之处

2.1燃烧方式

循环流化床燃煤锅炉是将煤通过破碎设备，经皮带进煤仓，通过给煤机利用播煤风，撒入炉膛；通过循环灰加热，流态化燃烧过程。而煤改气后将焦炉煤气和驰放气混合合由四个燃烧器喷入直接燃烧。

2.2 燃烧产物

煤主要是由C、H、O、N、S等元素和灰分及水分组成，煤燃烧放出热量后，生成SO2、SO3、NOx灰分和水分，而SO2、SO3、NOx由烟气排入大气，污染环境，对人类造成危害。

而焦炉气和驰放气的主要成分是CO和H2，经过燃烧后，主要生成CO2和H2O，相对燃煤锅炉燃气锅炉的排放SO2、SO3、NOx要少得多。

2.3 通风方式

燃煤锅炉一般采用负压燃烧，基燃烧过程是由鼓风机和引风机的配合配合的配合来共同完成，煤在燃烧过程中，需要大量的空气，而由于炉墙烟道的漏风，过量空气系数可达2.1-2.5之间。

燃气锅炉采用微正压或微负压燃烧，需要的风量小，在燃烧器内空气能较好的与天然气预混。微正压燃烧没有炉墙和烟道的漏风因素，运行中烟道出口空气系数可为1.05-1.2。

2.4 燃料易爆性

燃煤锅炉燃烧安全，炉膛不易发生爆炸危险。而燃气锅炉在爆炸浓度界限内，遇到明火就会发生爆炸。危险性较大。

2.5 锅炉自动控制

燃煤锅炉由于受到煤种、料层厚度、鼓风量、引风量、风煤配比等原因，要做到根据负荷来自动调节锅炉运行参数的难度大。

而燃气锅炉所受影响因素较少，可根据负荷调节燃烧器阀门大小，容易实现自动控制。

3.燃煤锅炉改燃气锅炉技术上的可行性

燃煤锅炉变燃气锅炉有两种更换方式：第一种方式是把原燃煤锅炉通过技术改造变成燃气锅炉，第二种方式则根据原燃煤锅炉出力等技术参数彻底淘汰燃煤锅炉，买一台同样效果的燃气锅炉，但这两种方式都要对原有厂房，水泵房、防爆措施等技术改造。

3.1燃煤锅炉通过技术改造转变成燃气锅炉

3.1.1根据用户使用燃料的类别不同，如油、人工煤气、天然气应对不同的燃料应用必要的分析资料：煤油、柴油应有发热量和密度，燃气应有发热量、供气压力和密度。

3.1.2根据锅炉性能及炉膛结构来选择燃油燃烧器中喷咀雾化方式或燃气燃烧器的类型。

3.1.3燃烧器输出功率应与锅炉额定出力相匹配，选择好火焰的形状，如长度和直径，使之与炉膛结构相适应，从火炬根部供给燃料所需要的空气，使油雾或燃气与空气迅速均匀混合，保证燃烧完全。

3.1.4燃气锅炉的燃烧器可以根据不同燃料的热值、热负荷、压力和燃烧势而更新设计，满足了燃烧器稳定燃烧的需要。

3.1.5燃煤锅炉的煤斗位置可放置燃气燃烧器，炉膛的炉篦及活动链条去掉后改成燃气双回程加热装置。

3.1.6炉膛设置二次辐射面并设置烟道调节风板和防爆门。

3.1.7公共软水部分均可与燃气锅炉通用。

3.2改造中应注意的问题

3.2.1消防安全方面：燃气锅炉房属于甲类厂房以及耐火等级不低于二级，消防安全方面远远高于燃煤锅炉厂房，因此把燃煤锅炉改造成燃气锅炉时，锅炉厂房应重新按规范进行改造，注意防爆抗耐火级的选择。

3.2.2自动控制方面：应特别注意锅炉水位自动联锁保护，以及燃气锅炉熄火自动保护，蒸汽压力、燃气压力、风压低等自动联锁保护，在自动控制程度方面燃气锅炉要远远高于燃煤锅炉。

3.2.3锅炉房与调压室设置两路可燃气体报警装置，报警系统应与紧急切断阀和强制排风设施联锁。

4.燃气供热节能技术研究

4.1气候补偿系统

建筑物的耗热量因受室外气温、太阳辐射、空气湿度、风向和风速等因素的影响时刻都在变化。要保证在上述因素变化的条件下，维持室内温度恒定（18℃±2℃）或满足用户要求，供热系统的供回水温度就应在整个供暖期间根据室外气象条件的变化进行调节，以使锅炉供热量、散热设备的放热量和建筑物的需热量相一致，防止用户室内发生室温过低或过高的现象。通过及时而有效的运行调节可以做到在保证供暖质量的前提下，达到最大限度的节能。室外温度的变化决定了建筑物需热量的大小也就决定了能耗的高低，运行参数必须随室外温度的变化每时每刻进行调整，始终保证锅炉房的供热量与建筑物的需热量相一致，只有这样才能实现最大限度的节能。

4.2烟气冷凝热能回收系统

中小型燃气（油）蒸汽锅炉（包括进口锅炉）大部分都不带省煤器和空气预热器，因而造成锅炉排烟温度偏高，一般在160℃以上，有的甚至达到200℃，锅炉的排烟损失较大。由于燃气锅炉没有机械未完全燃烧损失和灰渣的物理热损失，所以燃气锅炉排烟热损失占锅炉总热损失80%以上，合理控制排烟温度对提高锅炉热效率，节约能源将起很重要作用。

4.3供暖系统水力平衡

供热系统能耗的高低，不仅取决于热源，而且与整个管网系统有关。在供暖系统中，普遍存在着水力失调的问题，水力失调造成系统冷热不均，距离热源较近的用户，室内温度较高，距离远的用户室内温度偏低。为保证远端用户室内温度，不得不提高管网供水温度和加大循环水量，不但很难保证供暖质量，而且造成巨大浪费。

4.4燃气锅炉房供热集中控制系统

燃油（气）锅炉的热效率比燃煤锅炉要高得多，一般可达到92%以上（大气式燃烧的模块锅炉除外），但锅炉厂家所提供的锅炉热效率是在额定负荷下的热效率，当锅炉运行工况偏离设计点时，锅炉的热效率是变化的。目前，进口锅炉一般可以提供出锅炉热效率随负荷变化曲线或数据，但国产锅炉很难提供出锅炉热效率随负荷变化曲线或数据。在实际运行中，外界所需热负荷始终是变化的，运行的锅炉不可能恒定在最佳工况点定负荷运行。

在锅炉房设计中不仅要选择热效率高的锅炉，同时也要采取措施提高锅炉房的总热效率。多台并联运行的锅炉通过群控来提高锅炉房总热效率是必要的。所谓群控就是根据外界所需热负荷的变化合理确定锅炉运行的台数，科学分配各运行锅炉的运行热负荷，尽量使每台锅炉都在最佳工况点运行，从而提高锅炉房总热效率。

对于不进行群控的多台并联运行的锅炉，当外界所需负荷变化时，运行锅炉则同时降负荷，同时升负荷，使每台锅炉都不在最佳工况点运行，势必造成锅炉房总热效率不高，甚至比不上安装模块锅炉的锅炉房。

4.结论

燃气锅炉的综合效益要明显优于燃煤锅炉，从目前全国各地锅炉实际发展趋势来看，在政策支持下，燃气价格适中，燃气锅炉正以其占地少，自动化程度高，无污染，综合效益好等优点逐步取代燃煤锅炉。