小型燃氣鍋爐設計分析

佘曉梅

摘要：我國擁有豐富的天然氣資源，隨著天然氣資源利用技術的不斷發展，西氣東輸一線工程的順利完成，天然氣在人們生活和工作中的應用范圍逐漸變廣。天然氣應用水平的提高促進了小型燃氣鍋爐的發展，為燃氣鍋爐的推廣提供了能源支持。本文主要就小型燃氣鍋爐設計進行了分析，以期促進小型燃氣鍋爐設計水平的提高與完善。

關鍵詞：小型；燃氣鍋爐；設計

中圖分類號：TK229.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—255—02

前言

天然氣的發展促進了燃氣鍋爐的興起，并且目前來看燃氣鍋爐在家庭和事業單位的應用逐漸增多，并且取得了良好的效果。小型燃氣鍋爐是以天然氣作為燃料，在其設計過程中，由于技術水平等條件的限制，鍋爐結構、熱力參數等存在不規范的問題，所以本文主要就小型燃氣鍋爐的設計進行了分析，以期解決目前設計存在的問題，促進小型燃氣鍋爐設計水平的提高。

1燃氣鍋爐的種類

鍋爐房設計規范（GB50041-2008）適用于民用、工業、區域鍋爐房、室外熱力管道設計。其一，以水為介質的蒸汽鍋爐鍋爐房，單臺鍋爐額定蒸發量為1t/h到75t/h，額定出口蒸汽壓力為0.10Mpa到3.82Mpa，額定出口蒸汽溫度不大于450℃；其二，對于熱水鍋爐鍋爐房，單臺鍋爐額定熱功率為0.7MW到70MW，額定出口水壓為0.10Mpa到2.50Mpa，額定出口水溫不大于180℃。

燃氣鍋爐結構與燃煤鍋爐結構大致相同，二者的主要區別就是所使用的燃料存在差異，進而使二者的結構存在不同之處。燃氣鍋爐主要是利用氣體的燃料，即天然氣和液化石油氣等氣體燃料，經過配風以后進行燃燒，并且要使用燃燒器噴入鍋爐爐膛，使用火室進行燃燒不需要使用爐排設施。因為氣體燃燒不會產生爐渣，所以燃氣鍋爐沒有排渣出口和除渣設施。若進入爐內的燃氣出現熄火或者和空氣混合的情況，就容易產生爆炸性的氣體，所以通常的安全措施主要包括火焰檢測、熄火保護以及防爆等。此外，燃氣鍋爐的燃燒強度較高，爐膛的容積熱負荷是鏈條爐的1.4至2.6倍，流傳熱煙氣的速度快，通常是燃煤鍋爐的兩倍以上，具有體積小、結構嚴謹的特點。燃氣鍋爐可以分為火管鍋爐和水管鍋爐兩類，根據工作介質可以分為蒸汽鍋爐和熱水鍋爐。

小型燃氣鍋爐大部分使用臥式鍋殼結構形式，燃燒器用氣壓力通常在10kpa左右，主要使用微正壓燃燒和通風的形式，需要爐墻具有較強的強度和密封特性，并且通常情況下爐膛水冷設施都會設置成密閉性結構，爐墻使用一層或者兩層的金屬護板。

2與傳統鍋爐的比較

2.1鍋爐房存在問題

燃氣鍋爐的鍋爐房與燃煤鍋爐的鍋爐房相比來說，燃氣鍋爐房不需要設置儲煤棚、卸煤設施、輸煤棧橋以及破碎裝置等，并且燃氣鍋爐房的占地面積比燃煤鍋爐房小，燃氣鍋爐房的輔助設備較少，不需考慮燃煤的裝卸、運輸、除渣、磁選破碎等裝置的安裝及設計，可以節約投資成本，同時燃氣鍋爐房需要的運行維修人員與燃煤鍋爐房相比少40%，燃氣鍋爐的熱效率與燃煤鍋爐相比，要高30%至40%。燃氣鍋爐房的燃料系統與自動控制系統的設備自動化程度高，相比燃煤鍋爐可以減少運煤、除渣等體力勞動，還可優化廠區環境。

2.2成本

燃氣鍋爐房與燃煤鍋爐房相比來說，燃氣鍋爐要比燃煤鍋爐每噸每天的成本低80元左右。隨著煤炭資源的減少和成本的不斷提高，燃氣鍋爐的初始投資低，工作人員少，占地面積較小，燃料費是燃煤費用的1/2，各項經濟參數相對于燃煤鍋爐都有優勢。

3小型燃氣鍋爐的設計

3.1供氣方式設計導致的安全問題分析

小型鍋爐是我國燃氣鍋爐使用的主要方向，應用的主要范圍是在城市的洗浴、酒店、中小型企業及事業單位內部，但是由于我國小型燃氣鍋爐的設計存在一定的問題，如部分鍋爐設計和生產企業采用原有的非管道天然氣供氣設計方式，為燃氣供應埋下了安全隱患。因為灌裝液化氣和管道天然氣的成分存在問題，使鍋爐燃燒結構的設計也出現一定的問題，此外由于各個城市供氣方式存在差異，即使管道天然氣與管道煤氣也存在不同。這些都需要小型燃氣鍋爐設計不同的燃燒方式，保證鍋爐的安全。因而在燃氣鍋爐的設計中需要根據供氣地所在的供氣方式進行噴嘴設計，依據供氣壓力和燃燒值等內容進行確定。

3.2設計需要統一的行業標準

目前小型燃氣鍋爐的設計和生產過程中，需要堅持行業與國家的相關標準和規范，并且設計的標準是根據、鍋殼鍋爐第4部分制造、檢驗與驗收GB/T16508.4-2013、水管鍋爐受壓元件強度計算GB/T9222-2008和鍋爐機組熱力的計算標準與方法。但是在小型燃氣鍋爐實際的設計過程中，鍋爐由于能力需求不同在設計過程中缺少統一的規范和標準，燃氣鍋爐進行設計與生產都是鍋爐的生產廠家進行規定的，鍋爐元件非標準化和配件的非標準化都會使我國鍋爐的維修存在問題。所以，我國小型燃氣鍋爐的設計需要制定行業生產的統一標準，設計單位和生產單位需要堅持相同的標準與規范，從而實現燃氣鍋爐與配件的標準化。

3.3防火與防爆設施

鍋爐房要安裝防爆報警裝置，以保證在接近爆炸下限的情況下能夠及時報警并實現強制通風。如果燃氣調壓間與鍋爐房布置在同一建筑物時，燃氣調壓間與貼臨的鍋爐房需要設置防火墻的隔斷，保證門窗向外開啟。為了符合消防的要求，目前小型鍋爐大部分使用燃氣箱式調壓設施，這種布置靈活，可以在廠區圍墻和露天的位置布置，只要保證距離鍋爐房符合《城鎮燃氣設計規范》規定的安全距離就可以。針對調壓設施來說，需要在高于地面三十厘米的平面位置放置調壓設施，調壓設施主要包括電磁關斷閥和手動式啟閉閥、過濾以及減壓穩壓等裝置，根據鍋爐房燃燒器用氣壓力的要求，需做好調壓處理，調節的壓力要保持在8Kpa至12Kpa之間。此外，還要在鍋爐房設置進口的截門、關斷、過濾等裝置。

小型鍋爐房本體設計中，鍋爐的配置都使用自動控制系統，在第一次點火失敗以后，需要對爐膛和煙道要進行吹掃，可以避免可燃氣體出現聚集的問題，防止出現爐膛事故。鍋爐自身都設置防爆裝置，設計時需要對鍋爐的圖紙進行復核，目前小型燃氣鍋爐使用微正壓燃燒的方式，也是為了保證鍋爐自身的安全。一旦出現爆炸的問題，那么就可以使防爆門的總面積能夠泄去爆炸混合氣體的壓力，從而防爆門就達到了泄壓的作用。

燃氣鍋爐的防爆設施設計具有一定的要求：一、防爆設施以燃燒室和煙道的單位容積為依據，要求每m3的燃燒室和煙道的防爆門面積不能小于200cm²至250cm²，各個煙道上也需要設計兩個或者多個防爆門。

3.4小型燃氣鍋爐設計計算

在小型燃氣鍋爐的設計過程中，科學的計算是保證鍋爐安全和生產質量的基礎。通過對鍋爐計算鍋爐的熱力、煙風阻力、鍋爐強度等內容，可以詳細了解鍋爐運行的安全和效率問題，保證天然氣鍋爐的優勢。在鍋爐熱力計算的過程中，需要進行對流受熱面的計算，以此保證燃氣鍋爐用于一定的受熱面，繼而提高鍋爐的熱效率；因為鍋爐爐膛的位置變化較大，為了使水循環具有一定的可靠性，在設計時需要考慮到偏置爐膛結構，利用爐膛的換熱計算保障燃氣的利用效率；計算燃氣鍋爐受熱面換熱的計算時，要考慮對流放熱和延期輻射放熱的問題，核驗受熱面結構的合理性，保障燃氣鍋爐的利用效率。進行小型燃氣鍋爐的煙風阻力計算時，需要核算鍋爐各個位置煙風的溫度、煙風量和鍋爐的結構特點等內容，通過計算可以了解鍋爐結構設計、受熱面布置和流速選擇等內容，保證鍋爐運行的穩定和經濟。鍋爐元件壁厚的情況是保障鍋爐安全的關鍵，所以在進行小型燃氣鍋爐的設計時，需要重點設計鍋爐的強度，根據鍋爐受壓元件強度計算的相關標準，由此確定判斷參數等內容。

4結語

總之，天然氣已逐漸成為我國的主要能源之一。小型燃氣鍋爐目前在我國正處于起步和發展階段，尚不成熟和完善，所以，相關人員要對小型燃氣鍋爐的設計進行細致的研究分析，提高小型燃氣鍋爐的設計水平，促進小型燃氣鍋爐的推廣和應用。