基于燃氣鍋爐與羅茨風機聯合運行的研究

段偉濤/石家莊國融安能分布能源技術有限公司

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基于燃氣鍋爐與羅茨風機聯合運行的研究

段偉濤/石家莊國融安能分布能源技術有限公司

【摘 要】本文簡單介紹羅茨風機的工作特性，重點介紹了用于易燃易爆的燃氣系統中增壓的羅茨風機與燃氣鍋爐聯動實現的方法，從而降低了系統投資成本。

【關鍵詞】燃氣鍋爐；羅茨風機；自控系統

1.項目背景

天然氣較傳統化石燃料有明顯優點，其無毒無害，熱值高，其作為能源，可有效減少溫室氣體和粉塵的排放，因而大大改善環境污染問題，天然氣作為一種優質清潔能源，能有效改善環境質量。

隨著北方冬季霧霾天氣的如約而至，河北省下大力度整治污染，促進鍋爐“煤改氣”的發展，隨著“煤改氣”工作的不斷深入，氣源問題逐漸暴露。

河北某鋼廠沖渣水余熱供熱項目，由于供熱面積的持續加大，導致熱源顯得捉襟見肘，項目決定，增加兩臺17.5MW燃氣鍋爐，但燃氣鍋爐要求燃氣壓力40～60KPa，利用常規燃氣公司管道氣需敷設燃氣管道，設置調壓柜。考慮項目工期緊張，同時節約成本，利用鋼廠內提供壓力約為4000Pa的燃氣。為保障鍋爐正常運行，需利用羅茨風機將燃氣進行增壓，同時羅茨風機燃氣引入口距廠內燃氣調壓柜約100米，此種方案沒有前例，需要燃氣鍋爐與羅茨風機有機聯合運行。

2.聯合運行的實現

首先介紹下羅茨風機，羅茨風機由兩個葉形轉子在氣缸中做相對運動來壓縮和輸送氣體的容積式風機。其主要作用是氣體輸送及加壓，其主要參數有：流量、揚程、軸功率、轉速、必須汽蝕余量等。流量和揚程是羅茨風機最主要的性能參數。

其次要想實現燃氣鍋爐與羅茨風機的聯動，工藝要求是關鍵，控制機組中的PLC程序是輔助。程序的設計應根據鍋爐對燃氣要求的工藝條件來實現。工藝流程可簡單表示為：PLC上電，在設定的程序內進行自檢，包括羅茨風機入口側天然氣壓力、出口側壓力，并與設定參數進行比較，當滿足運行要求時，PLC輸出指令，羅茨風機啟動；與此同時，鍋爐主控上電，當羅茨風機出口壓力到達鍋爐需要的燃氣壓力后，羅茨風機降頻運行，此時鍋爐啟動點火程序，系統開始運行。流程圖可參考圖1。

圖1

2.1壓力控制

壓力控制包括兩個方面:

2.1.1羅茨風機進出口壓力。

由于羅茨風機入口壓力約為4000Pa，為防止羅茨風機在正常運行時入口成為成為負壓，工藝要求在入口處設定報警點及停機點，報警點為2000Pa，停機點設為1000Pa；為實現鍋爐負荷與羅茨風機聯動，在羅茨風機出口設定壓力傳感器，當鍋爐負荷變化時，羅茨風機出口的壓力變送器數值變動，再把數值反應到PLC中，經過PLC計算，調整羅茨風機頻率，從而達到羅茨風機出口壓力與鍋爐對燃氣要求壓力相匹配。原理可參考圖2。

2.2.2鍋爐燃氣管道總管與分支管的壓力。

圖2

由于羅茨風機出口沒有緩沖罐，燃氣管道管徑較大為DN400，而鍋爐入口燃氣管道為DN100，由伯努利方程,可得出鍋爐燃氣入口壓力與燃氣總管壓力有差距，經計算可得支管壓力與總管壓力相差10KPa左右，故運行中總管壓力應高于分支壓力，才能保證鍋爐燃氣在規定范圍內。鍋爐燃燒器電磁閥有承壓極限為70KPa，超壓后，電磁閥會損壞，故單純靠羅茨風機變頻無法達到工藝要求。為達到工藝要求，現在主管道安裝壓力起跳裝置，當壓力達到65KPa時，自動泄壓，以此保護鍋爐燃燒器電磁閥。

2.2時間控制

鍋爐啟動之前，有自檢系統和風機吹掃爐膛系統，兩者花費時間約為90s，故在鍋爐啟動前，羅茨風機需把燃氣壓力提高到鍋爐燃燒要求壓力（40～60KPa），從而保證鍋爐順利點火。

2.3鍋爐停運

鍋爐停運分為正常停運與事故停運。正常停運，通過減小鍋爐負荷，羅茨風機變頻運行，直到鍋爐正常停運為止，在此不贅述。事故停運時，為保證羅茨風機在事故停機時盡快停下來，現在羅茨風機出口設止回閥，并設旁通管，其上設電磁閥，正常運行時，旁通管電磁閥處于關閉狀態，當事故停運時，羅茨風機出口旁通管電磁閥打開，平衡羅茨風機進出口壓力，用此方法保證羅茨風機盡快停運，并保證羅茨風機不反轉。原理可參考圖3。

圖3

3.結論

采用羅茨風機與燃氣鍋爐聯動運行，此系統可有效解決燃氣壓力低及壓力不穩定等問題，并且在很大程度上減少了燃氣管網一次性投入大的問題，節約投資成本，提高燃氣管網穩定性。另外該系統實現了羅茨風機根據鍋爐負荷變動調整出力這一難題，通過運行實踐，此系統運行狀態良好，達到了設計初衷。

參考文獻：

[1]孔瓏.工程流體力學（第四版）[M].北京：中國電力出版社.2014.2

[2]《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》

[3]《河北省國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》

作者簡介：段偉濤（1988年— ），男，助理工程師，2012 年6月畢業于河北建筑工程學院，現就職于石家莊國融安能分布能源技術有限公司，從事分布式能源供熱項目研究工作，申請專利《一種冷卻水熱量回收系統》。