淺談燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐設計

尚瑾

摘 要：出于對環境保護的要求，傳統的燃煤鍋爐在使用上越來越受到限制，以至于這些燃煤鍋爐被停用，從而造成浪費。為了資源的充分利用，本文就對傳統燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐的設計進行了分析與研究，希望能夠為我國的鍋爐改造提供積極作用。

關鍵詞：鍋爐改造；燃氣鍋爐；燃煤鍋爐

相對于燃氣鍋爐而言，傳統的燃煤鍋爐由于其除塵和脫硫的效果較差，對環境的污染也相當嚴重。自從我國實行“西氣東輸”的工程之后，燃氣這種較為清潔的能源越來越受到人們的關注，燃煤鍋爐也逐漸被淘汰。然而，在一些工廠實施裝備換新之后，之前所使用的燃煤鍋爐卻被擱置不用，從而也造成了一定程度的浪費。原有的燃煤鍋爐完全可以將其改造成燃氣鍋爐，這樣不僅能夠大大節約換新的成本，也能夠實現對廢物的再利用，符合環保意義。

1 燃煤鍋爐改成燃氣鍋爐的可行性

1.1 環境效益的可行性

從環境污染的情況來說，燃煤鍋爐產生的廢氣廢料對生態環境影響嚴重。鍋爐的廢氣就是大氣污染的主要源頭之一。就市面上現在存在的3種鍋爐（燃煤、燃氣、燃油）在廢物廢氣排放上而言，燃氣鍋爐在這三者之中都是最為理想的。因此，從環境效益上，將燃煤鍋爐改造成為燃氣鍋爐是科學可行的。

1.2 技術上的可行性

盡管從環境上考慮燃氣鍋爐具有相當大的優越性，但是如果技術上做不到依舊是空談。而經過燃煤鍋爐與燃氣鍋爐的對比我們可以知道，這種改造是可行的。原因有以下幾點：

（1）從鍋爐內的燃燒物來看，煤的燃燒需要較大的空間，一般的燃煤鍋爐的爐膛容積熱強度都≤1256×103KJ/（h·m?）。而對于燃氣而言，氣體燃燒快且充分，燃氣鍋爐的爐膛容積熱強度一般也都在4180×103kJ/（h·m?），所以燃煤鍋爐的爐膛適合燃氣的燃燒。

（2）燃煤鍋爐在其爐膛內的傳熱主要是靠焦炭粒、灰粒以及三原子氣體輻射完成，燃氣鍋爐的爐膛輻射和燃煤差不多，并且在通過燃氣改造之后，還會去除其中的焦炭粒和灰粒，更具效果。

（3）從放熱形式上來看，燃煤鍋爐的高溫煙氣主要是通過對流的形式進行放熱，而燃氣在鍋爐管束當中的傳熱與原來的燃煤鍋爐差不多，在將其改造為燃氣鍋爐之后，不會影響到其中的傳熱效果。

2 確定燃氣燃燒器的型式

要對燃煤鍋爐進行改造，首先就要確定燃氣燃燒器的型式，只有在改造之前確定才能夠做相應的動工。對于燃氣燃燒器而言，我們按照空氣的供給方式可以將其分為三類：鼓風式、引射式、自然引風式。

這三種燃燒器的型式當中，由于鼓風式燃氣燃燒器具有結構簡單、制造容易、成本低、能夠充分增加燃氣與空氣的預熱溫度，使得鍋爐的燃燒效率增加之外，還有能夠排除燃燒器回火的可能，有充分的負荷調節范圍，可以使得火焰的高溫區離開爐墻表面，從而延長鍋爐使用壽命等諸多優勢。一般的燃煤鍋爐也都自帶有送風機，所以將一般的燃煤鍋爐改造為鼓風式的燃氣鍋爐最為合適。

當然，對于引射式和自然引風式的燃燒器而言，它們的特點除了成本低之外，還不需要鼓風設備，不過卻會降低爐內燃燒溫度，影響燃燒效率。對于一般不具有送風設備的小型燃煤鍋爐將其改造為這兩種燃燒器型式的燃氣鍋爐也未為不可。

3 確定燃氣燃燒器的位置設計

在對燃氣燃燒器的位置進行設計的時候，應該盡量使其安裝在爐膛側墻中心的下方。避免火焰直接沖刷鏈條爐排而將其燒壞。具體的燃燒器設計高度，可以通過以下關系式來計算確定：

以上為在自由紊流射流的燃氣混合階段，射流寬度的關系式，在這其中：

R為射流寬度（m）；

R0為燃燒器噴口半徑（m）；

W0為射流出口的速度（m/s）；

Wm為射流截面軸向速度（m/s）。

從關系式當中，我們可以知道，要使得射流寬度達到最大，即Wm=0.05W0，將其帶入，可以得到R=66R0。在考慮到爐膛內的負壓會使得射流發生向上偏轉的可能，實際上燃燒器的安裝高度用以下公式表示：

式中b為偏轉距離，取值范圍為100mm～200mm。

我們以SHL20-2.5/400-AⅡ鍋爐為例來說，其燃燒器的噴口半徑為12mm，b值取150mm。所以通過計算，該型號的燃燒器的安裝高度我們取640mm。

4 安全措施設計

當對燃煤鍋爐進行改造之后，由于燃料的變化使得改造后的燃氣鍋爐存在爆炸的安全隱患。造成安全隱患的原因，我們大概有著幾點原因。首先是在鍋爐點火之前，由于燃氣泄漏進入爐膛內部，但是又沒有對爐膛和煙道進行吹掃，或者是吹掃過程當中風量不足，時間過短，則會在點火的時候發生爆炸；其次就是在鍋爐的運行過程當中，由于熄火引起的爆炸事故。引起這類事故的原因是由于燃燒器的燃氣壓力或風壓波動太大，從而導致脫火回火的現象；最后就是在鍋爐燃燒不充分的時候，燃氣進入到了鍋爐的后煙道，與其中的空氣混合形成易爆的混合氣體，以上3個方面都是燃氣鍋爐發生爆炸的主要原因。

為了防止這類安全事故的發生，我們首先要做的有以下幾點。

（1）切忌在燃燒爐內無明火的情況下將燃氣送進爐膛當中。在對鍋爐點或之前，必須將爐膛和煙道當中的灰塵與雜物清除干凈。

（2）設計燃氣鍋爐燃燒系統，使得系統能夠主動控制點火、熄火，并有其保護功能。使得該系統能夠對鍋爐內的燃燒自動調節。必要的連鎖保護方面的自動化控制。

（3）在燃氣鍋爐和煙道上設計防爆裝置。

（4）對于鍋爐的燃氣系統應該設計放散管，使得鍋爐房的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。

5 結論

總的來說，無論是從環保角度上還是從技術和經濟的角度上來看，將燃煤鍋爐改造成燃氣鍋爐是確實可行的。不過我們在對鍋爐進行改造的同時，也要注意其安全問題，從全面著手，實現對燃煤鍋爐的改造。

參考文獻

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[3]王彩霞.燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐的設計研究[J].節能，2004，（6）：39-41.

（作者單位：河南省發展燃氣有限公司）