【文章內容簡介】 際煙氣量和空氣量相差很大。一般燃煤比燃氣時多 15%～ 60%。因此，改為燃氣鍋爐后，如果出力不變，則煙氣流速明顯降低。鍋爐的鼓風機和引風機也因此富余 15%～ 60%的能力。另外，一般燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐后，由于換熱面污染和積灰明顯減輕，傳熱條件改善，過?？諝庀禂岛团艧煖囟染薪档停煌耆紵龘p失也可控制得較小，所以鍋爐熱效率可提高約 5%～ 10%。 由于燃氣與燃煤存在較大差異，鍋爐房的設計也有很大不同。燃氣鍋爐房對防火防爆的要求應更高，其需 要根據氣源的可靠程度和鍋爐負荷的重要程度來確定是否采取備燃方式及相應燃料儲備。燃氣鍋爐房內煤氣管道全部采用熱軋無縫鋼管，防止煤氣的腐蝕泄漏。燃氣鍋爐房應有良好的通風換氣條件，防止 CO 中毒并設計燃氣濃度報警裝置等。 鍋爐改造應遵循的基本原則和要求 當燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐時，鍋爐的燃燒方式也發(fā)生了改變，同時對鍋爐的運行工況、鍋爐房綜合管理都帶來巨大的影響和變化。特別是燃料氣體是可燃、可爆的有毒氣體，如果處理不當會發(fā)生爐膛爆炸、燃氣外溢，甚至會引發(fā)火災等。所以對鍋爐煤改氣，以下幾個方面應該項目實施方案 21 引起重視： 一是鍋爐改 造必須遵照《蒸汽鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》和《熱水鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》及國家有關技術法規(guī)進行。鍋爐改造方案應得到當地鍋爐監(jiān)管部門的認可。 二是首先應認真檢查鍋爐承壓受熱面是否存在嚴重腐蝕、結渣、過熱等情況 ,受壓元件必須保持基本完好。其次應根據鍋爐工作年限確定其改造使用價值。上述檢查工作應請當地鍋爐監(jiān)檢部門進行。 三是應認真檢查鍋爐爐墻、煙道系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)及鍋爐送風、引風系統(tǒng)。以上各系統(tǒng)應保持基本完好。 四是鍋爐改造后應保持鍋爐原技術參數不變 (如工作壓力、溫度等 )，應保持或提高原鍋爐的負荷及鍋爐效率。 五是 鍋爐改造后應符合國家環(huán)保各項技術指標的要求，徹底解決消煙除塵的問題。 六是鍋爐改造應做到簡單易行，安全可靠，力求花錢少見效快，充分體現(xiàn)“煤爐改氣爐”的優(yōu)越性。 主要技術方案 鍋爐各受熱面重新進行校核計算 鍋爐受熱面校核計算是按照鍋爐機組已有的結構和尺寸去確定各個受熱面交界處的水溫、氣溫和煙氣的溫度。對鍋爐機組做校核計算時 ,不但煙氣的中間溫度和內部介質溫度為未知數 ,而且排煙溫度和熱空氣溫度也是未知數 ,在計算時需要對以上溫度進行假定。具體計算過程為 :預先估計鍋爐的排煙溫度和熱空氣溫度 ,以此確定鍋爐的熱損失、鍋爐 效率及燃料消耗量 。再進行爐膛的熱力計算 ,確定爐膛出口煙溫及其吸熱量 。隨后采用漸進法對爐膛后各受熱面進行計算 ,并確定各受熱面后的煙溫。 在進行計算時 ,如果各受熱面煙氣側放熱量 Qd 與工質吸熱量 Qcr 之項目實施方案 22 間的計算誤差在規(guī)定的范圍內 ,則受熱面計算通過 ,該受熱面不需調整 ,否則需要依據計算結果對鍋爐受熱面進行結構與換熱面積的修正。表 1 為SHL2025/400AⅡ 各受熱面的計算結果 (計算過程略 )。其中爐膛出口煙溫為 970℃ ,爐膛壁面熱強度為 948kW/m3,滿足爐膛傳熱要求。 由表 1 可見 ,在將燃料由燃煤改為燃氣 后 ,除了要對對流管束進行調整外 ,爐膛與其它受熱面結構、面積均不需要調整。對流管束的面積需要從原來的 3988m2減少為 303m2 才能滿足改造后受熱面的要求 (即將對流管束橫向管排數由原來的 15 排改為 12 排。 燃氣燃燒器的型式確定 燃氣燃燒器按照空氣供給方式可以分為三類 ,即引射式燃燒器、鼓風式燃燒器和自然引風式燃燒器。引射式燃燒器燃燒所需的空氣由燃氣射流吸入 ,鼓風式燃燒器需要鼓風設備將空氣送入燃燒系統(tǒng) ,自然引風式燃燒器則依靠爐膛中的負壓將燃燒所需的空氣吸入燃燒系統(tǒng)。在這三類燃燒器中 ,鼓風式燃氣燃燒器具有顯著的優(yōu) 點 :①結構簡單、制造容易 ,成本低 。②鼓風排除了燃燒器回火的可能 ,負荷調節(jié)范圍極高 。③可充分增加燃氣與空氣的預熱溫度 ,使鍋爐的燃燒效率得到提高 。④可使火焰高溫區(qū)離開爐墻內表面 ,提高燃燒器及噴口處爐墻的壽命 。⑤由于空氣與燃氣的混合不在燃燒器內部進行 ,可顯著減小燃燒器尺寸并使燃燒器達到項目實施方案 23 極高的熱負荷。 由于鍋爐本身就具有送風機 ,在改造時可利用原有的鼓風設備將燃燒所需的空氣送入爐膛 ,因而在確定燃氣燃燒器的型式時可優(yōu)先選擇鼓風式燃氣燃燒器。 燃氣燃燒器位置的確定 目前國內中小型鍋爐按照燃燒方式分主要有層燃爐與室燃爐兩種 。層燃爐多數為鏈條爐 ,其特征是燃料在固定或緩慢運動著的爐排上燃燒。室燃爐多數為煤粉爐 ,燃料煤粉通過爐墻或爐墻四角上的煤粉燃燒器進入爐膛實現(xiàn)燃燒 ,常見的有切圓燃燒與對沖燃燒兩種燃燒方式。鏈條爐與室燃爐燃燒的方式不同 ,在由燃煤改造為燃氣的設計中 ,其燃燒器的改造設計也不同。當改造的鍋爐為鏈條爐時 ,其前后爐墻即爐拱的特殊形狀為安裝燃氣燃燒器帶來不便 ,故應將燃氣燃燒器安裝于鏈條爐的側墻。為使改造后爐內的熱交換狀況與改造前相似以減少鏈條爐內換熱設備的變動 ,應盡量將燃氣燃燒器安裝于爐膛側墻中心下方。但此時要注意避免燃燒器 位置過于靠下 ,以免使火焰直接沖刷鏈條爐排而將其燒壞。燃燒器在鏈條爐的安裝高度可通過下列關系式確定。 對自由紊流射流的燃氣空氣混合主體段 ,其射流寬度的特性關系式為 從上式可知 ,射流的寬度由射流半徑及射流出口初速與射流截面軸項目實施方案 24 向速度的比值決定。定義射流截面最大軸向速度 Wm= 時的射流距離為射程 ,此時的射流寬度 R為燃燒器射流的最大著火周界 ,將 Wm=代入上式 ,可得 R =66R0考慮到爐膛內的負壓會使射流發(fā)生向上的偏斜 ,則燃燒器安裝高度的計算公式為 H =66R0b(式中 b 為射流偏斜距離 ,正常 爐膛負壓下 b=100~200mm)。 對于煤粉爐 ,為保持與改造前爐膛空氣動力場特性相似且減少改造工程量 ,可利用其原有煤粉燃燒器噴口位置安裝新的燃氣燃燒器。 本項目 鍋爐燃燒器噴口半徑 12mm,偏斜距離 b 取為 150mm,則燃燒器的安裝高度為 640mm。 燃氣燃燒器數量的確定 燃煤鍋爐改造中燃氣燃燒器的數量可由下式確定 ,即 在設計中 ,單個燃燒器熱負荷 Qrq的選取要考慮鍋爐實際運行時的負荷變化情況。如果鍋爐負荷基本穩(wěn)定 ,則 Qrq 數值取較大值 ,燃氣燃燒器的數量 n較少 。如果鍋爐負荷不穩(wěn)定 ,變化值較大 ,則 Qrq數值要 取較小值 ,燃氣燃燒器的數量 n較多。實際改造中 ,為防止多個燃燒器同時運行時某一個燃燒器因事故熄火引起爆燃或爐膛爆炸 ,燃氣燃燒器個數一般不超過 4個。為解決鍋爐在低負荷時燃氣流量不足出現(xiàn)的熄火、回火等問題 ,可通過在燃燒器內部加裝油槍來適應鍋爐低負荷的變化。同時爐膛中應配合安裝熄火防爆裝置 ,比如當前技術較為成熟的 FSSS 系統(tǒng)。 本例中 ,鍋爐熱負荷容量為 5510kW,取鍋爐單個燃燒器熱負荷為項目實施方案 25 2800kW,則 2 個燃氣燃燒器可以滿足負荷要求。 燃氣防爆安全措施 燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐后 ,燃料的變化使改造后的鍋爐存在著燃氣 爆炸的隱患。引起燃氣鍋爐爆炸的原因大致有以下幾種 : 鍋爐點火前 ,因某種原因燃氣漏入爐膛而又未對爐膛、煙道進行吹掃或吹掃時間不夠、風量不足 ,則點火時會發(fā)生爆炸。 鍋爐運行中由于熄火引起爆炸事故。這類事故多發(fā)生在燃燒器前燃氣壓力或風壓波動太大引起脫火或回火情況下。 當鍋爐燃燒不良時 ,可燃氣體進入鍋爐后部煙道 ,與后部煙道漏入的空氣混合形成的爆炸性氣體 ,在高溫作用下 ,可能引起二次燃燒或爆炸?？梢?,要防止燃氣鍋爐的爐膛或煙道發(fā)生爆炸 ,首先應防止在爐內無明火的情況下燃氣進入爐膛 。其次是要保證良好燃燒。作為預 防措施 ,在點火之前必須仔細吹掃爐膛和煙道 ,使其內部可能積存的可燃性氣體及時排除。從安全方面考慮 ,有必要建立燃氣鍋爐燃燒系統(tǒng) ,包括自動點火、熄火保護、燃燒自動調節(jié)、必要的連鎖保護方面的自動化控制。同時為了減輕爐膛和煙道在發(fā)生爆炸時的破壞程度 ,燃氣鍋爐的爐膛和煙道上應設置防爆裝置。此外燃氣系統(tǒng)應裝設放散管 ,在鍋爐房燃氣引入口總切斷閥入口側、母管末端、管道和設備的最高點、燃燒器前等處應布置放散點。 在采取以上安全防爆措施后 ,可以確保鍋爐處于安全運行狀態(tài)之中。 主要工程方案 爐體拆除。燃煤鍋爐將爐排及架子、前鏈 輪、后滾筒、煤斗、鼓風箱及筒子拆除。 項目實施方案 26 設備拆除。將鍋爐除塵器 ,給煤減速機 ,2 臺除灰溜子及減速機、電機拆除。 鍋爐本體。爐排整體拆除后 ,爐體兩側用耐火磚砌筑 ,將爐內兩側集箱落到地面上 ,水冷壁管與集箱和下鍋筒與集箱連接管加長、爐體下降管加長 ,改造后增加鍋爐受熱面積。 燃氣設備的安裝 ,如圖 1 所示 (參考燃油燃氣鍋爐運行與管理 )。 瓦斯燃燒器。鼓風機筒子與燃燒器風口連接、水封貯氣罐、電磁閥、紫外線火焰監(jiān)測器及配電箱、爐墻右側爐膛上方安裝 2 套防爆門、管道閥、點火閥門安裝等。 項目實施方案 27 熱力交換站建設 南區(qū)北苑鍋爐 改造后，該區(qū)域冬季采暖由南區(qū)南苑鍋爐負擔，須從鍋爐房到北苑敷設熱力管道 941 米，建立熱交換站一座。 建筑面積100m2。 站房采用地上式的磚混結構 。 購置 交換機組、循環(huán)泵、軟化設備、閥門、電控柜等的價格。 在線遠程監(jiān)控系統(tǒng) 南區(qū)南苑現(xiàn)有 10 噸燃煤鍋爐 3 臺， 6 噸燃煤鍋爐 1 臺。承擔南校區(qū)冬季采暖、食堂供汽、學生洗浴和開水供應，為了實現(xiàn)節(jié)能減排目標，學校擬對 3 臺 10 噸燃煤鍋爐安裝遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)，有利于監(jiān)控鍋爐運行狀態(tài)，科學調整輸煤、輸水量。 遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由工控機、組態(tài)軟件構成。用于接受本地系統(tǒng)發(fā)送的采 集信號、參數設置及數據顯示。 DPN 專線通訊波特率 9600，支持V24 通訊協(xié)議。設備通訊時使用 DPN 專線調制解調器。本地系統(tǒng)由 PLC可變程序控制器、模擬量采集模塊構成。整個系統(tǒng)構成如圖所示： 現(xiàn)場數據采集 現(xiàn)場數據包括模擬量和輸入輸出開關量。模擬量主要有鍋爐出水溫項目實施方案 28 度、鍋爐排煙溫度、鍋爐出水壓力、系統(tǒng)出水壓力、系統(tǒng)出水溫度、系統(tǒng)回水溫度、系統(tǒng)回水壓力、系統(tǒng)出水熱量及流量、系統(tǒng)出水流量和蒸汽流量?，F(xiàn)場數據中的輸入開關量包括一號系統(tǒng)循環(huán)泵、二號系統(tǒng)循環(huán)泵、一號系統(tǒng)補水泵、二號系統(tǒng)補水泵、燃燒機工作狀態(tài)、燃燒 機報警、軟化水箱高水位、軟化水箱低水位、膨脹水箱低水位、膨脹水箱高水位和燃氣報警。輸出開關量包括一號系統(tǒng)循環(huán)泵、二號系統(tǒng)循環(huán)泵、一號系統(tǒng)補水泵、二號系統(tǒng)補水泵、燃燒機啟動和系統(tǒng)報警。系統(tǒng)的報警條件是循環(huán)泵故障、補水泵故障、燃燒機故障、燃氣泄漏等。液晶觸摸屏顯示 :顯示格式為 :9600的波特率 8位不校驗， RS232通訊口。液晶屏上設定的參數可以主動發(fā)送到 PLC 可編程序控制器中，液晶屏也可以接收由 PLC可編程序控制器傳送的采集數據。液晶觸摸屏向 PLC可編程序控制器發(fā)送的數據主要是引導符 ESC（ ASCII 碼）、爐號 、年月日時間、鍋爐出水溫度上下限、鍋爐出水壓力上下限、鍋爐回水壓力上下限、定時開關、休息日選擇等。液晶觸摸屏接收 PLC 可編程序控制器傳送的數據包括鍋爐出水溫度、鍋爐排煙溫度、鍋爐出水壓力、鍋爐回水溫度、系統(tǒng)回水溫度、系統(tǒng)回水壓力、系統(tǒng)出水熱量及流量、系統(tǒng)補水流量、燃氣流量、室外溫度和泵的工作狀態(tài)等。 項目實施方案 29 控制程序 本程序要實現(xiàn)一定的控制要求，其主要難點在于通訊。基本思想是，一秒脈沖的上升沿到來時， PLC 向模擬量采集模塊 RM416 發(fā)讀命令，然后接受 RIM416 傳送來的數據，進行數據處理。下降沿到來時，PLC 向觸摸屏發(fā)送數據，觸摸屏接收到信息后，若進行了有關改動，則將改動后的數據流發(fā)送給 PLC。在數據處理過程中，因為模擬量轉換成數據量時，是按 0~0FFFF（ 0~4095），對應 0~20MA，但實際要求是4~20MA，所以要進行對應值的轉變。因為要進行乘除法運算，而它們又只能用雙整型，所以要進行數制轉換。在通訊過程中，下降沿到來項目實施方案 30 時，發(fā)送數據給觸摸屏，再接受觸摸屏的返回信息。因為觸摸屏發(fā)送信息為隨機的，而 PLC 接受不到數據時，就會一直等待。但是，若上升沿到來時，要進行 PLC 和 RM416 之間的通訊，而另外只要下 降沿到來，PLC 就會向觸摸屏發(fā)送數據。這就造成了通訊的沖突，所以必須適時的終止接收功能。本系統(tǒng)采用信息定時器來避免通訊的沖突。在 PLC 輸出端子對水泵、電機的控制中， PLC 根據輸入各開關量的狀態(tài)以及輸入模擬量經轉化后的數字量的大小，來實時監(jiān)控鍋爐各部分運行狀態(tài)。 節(jié)能效果 項目改造前， 原有的 6 噸燃煤鍋爐年用 8640t，折標煤 6171t。 學校 通過對現(xiàn)有的 燃煤鍋爐進行節(jié)能改造年熱效率提高 20%， 年天然氣用量為 385 萬 m3，折標煤 4670t。 燃油鍋爐改造燃氣鍋爐，從能源利用上進行計算，改造前后用能情況變化不大。 因此， 學校 通過對現(xiàn)有的 燃煤、燃油鍋爐進行 改造 后 ，年可節(jié)約能源折標煤為 1501 噸。 項目實施方案 31 第 6章