燃煤鍋爐改氣過程中天然氣輸配系統的選型

摘 要：隨著環保要求的日趨提高，傳統燃煤鍋爐的運行成本與日俱增。在此背景下，部分燃煤鍋爐面臨著“煤改氣”技術升級改造。此過程中的輸配系統是后續鍋爐穩定運行的基礎。為此，本文以具體的施工案例為依托，總結改造工程中面對的難點及其具體選型依據與策略。希望能夠為后續的升級改造工程實施提供必要基礎。

關鍵詞：“煤改氣”；輸配系統；工程難點；選型

隨著《大氣十條》第一階段收官臨近，及2016年新《環保法》的實行，各地方政府正在逐步的加強對燃煤鍋爐的管控。在此背景下，以天然氣作為燃料的鍋爐改造計劃成為了部分產權與使用單位的首選。然而，值得我們注意的是，在相關技術改造的過程中我們不可避免的會遇到一定的問題。燃氣輸配系統的設計是其中較為重要的一環。

一、“煤改氣”政策及趨勢分析

在環保的嚴格要求下，鍋爐“煤改氣”改造正在如火如荼的進行。為了進一步促進改造升級的進度，中央與各地方政府紛紛按照規劃要求提出了“堵”和“疏”兩方面的政策體系。在“堵”的方面，全國范圍內基本取締了建成區的小鍋爐（10t以下）并以電爐、氣爐等進行替代，在大型鍋爐方面則對于不同行業進行區別，形成更為嚴格的排放標準；在“疏”的方面：一是對主動進行清潔改造或者超低排放的鍋爐予以一定的補貼資金，以遼寧省為例其補貼比例約為2萬元/噸；二是對“煤改氣”鍋爐改造工程提供必要的資金與政策的支持。

在大力的政策扶植基礎上，燃氣鍋爐的使用成本得到了有效的控制。與此同時，在環保達標排放的要求下，傳統的燃煤鍋爐在環保投入、人力資源投入、煤炭倉儲成本等方面進一步表現出劣勢，大有逐步被取締及淘汰的態勢。從“氣十條”以及相關的國家環保戰略部署層面來看，燃氣鍋爐勢必會在后續的鍋爐應用行業中占比越來越重，甚至在一定程度上形成其對于行業的“統治”地位。

二、改造工程中設計難點

在上述的政策與趨勢分析中我們不難看出，燃氣鍋爐由于其環保等特性的優勢大有逐步取代燃煤鍋爐市場地位的趨勢。在此背景下，如何進行合規與科學的改造成為了人們關注的廣泛問題。落實到具體的舊有燃煤鍋爐改造體系中來其存在的設計難點大致分為如下兩個方面：

一方面，鍋爐改造中的設計問題。在鍋爐改造的過程中舊有鍋爐很難適應燃氣改造，往往需要購置新或者二手鍋爐來進行二次施工。而此種施工模式與企業的舊有鍋爐體系及場地勢必會存在不匹配等現象，嚴重的制約了改造工程的推行。此外，在燃氣鍋爐改造的過程中輸氣管道及其附屬設備的安裝也會在一定程度上受到場地布局的限制，進而形成其改造的困難。

另一方面，鍋爐改造中的常見問題。除了上述討論的舊有鍋爐體系與新建燃氣鍋爐之間的不匹配情況之外，目前在實際的安裝過程中我們發現鍋爐使用廠家往往會采購二手燃氣鍋爐作為過渡，從而導致包括鍋爐參數不明晰、燃氣調壓計量設備選型困難、燃氣支持體系不配套、鍋爐運行不穩定等問題嚴重的制約了其改造工程的推進。在此過程中上述問題的存在從根本的角度來講，更多的是不同設備之間的聯動效應出現的差異而產生的問題。要想形成較好的安裝與后續使用效果則必須從上述的設計與可能存在的施工問題予以有效的解決，即從配套系統選型層面入手形成更為規范的操作范式。

三、燃氣輸配系統設計策略

在燃氣輸配系統選型過程中我們需要注意如下幾方面問題：

第一，調壓系統設計。調壓設備在具體選擇過程中要根據調壓器的容量和鍋爐房運行負荷的變化情況來考慮。一是要使通過每臺調壓器的流量在其銘牌出力的10%-90%的范圍以內，以保住調壓器后燃氣壓力的穩定；二是要適用鍋爐房負荷的變化，以保證供氣壓力的穩定性。就一般情況而言，當調壓系統調壓比不超過20，采用一級調壓系統。當調壓系統調壓比大于20，采用二級調壓系統。

第二，計量設備設計。在鍋爐房輸配系統設計中，為降低改造企業投資成本，防止鍋爐停運時渦輪流量計“反轉計量”等問題。在計量設備設計中往往采用調壓前（中壓）計量。

第三，聯動設備設計。所謂的聯動設備主要是指供氣設施中的其他輔助設施，如可燃氣體報警切斷連動裝置、壓力監控裝置、燃燒評估與循環燃燒裝置等。上述裝置并不受到相關參數的影響，故而在實際的設計過程中相對較為簡單。

第四，供氣管道設計。供氣管道設計除需滿足鍋爐穩定運行的情況，還需考慮鍋爐啟動與停機時管道內燃氣流動變化對調壓設備的影響。因調壓器的響應時間是由調壓器的形式、彈簧特性等調壓器的固有特性所決定，當我們選定調壓器后，其響應時間是不能改變的，故在調壓裝置出口與鍋爐間設計合理的管容，有利于緩解因調壓裝置在鍋爐啟動或停機時燃氣壓力的變化，從而保證鍋爐的正常運行。通常，當鍋爐由運行狀態到停機狀態所需的響應時間，要比鍋爐由停機狀態到運行狀態所需時間長，故以當鍋爐由運行狀態到停機狀態來分析緩沖管段的計算。下面分別分析采用不同供氣壓力級別時，所需最低管道容量。其中低壓供氣時管道容量按照公式V0>P0*Q0*t/3600（1.5Pn-P25）進行計算。在實際工程中以單臺4t/h燃氣鍋爐為例，其最終計算結果為V>2.7m3。而在中壓供氣時根據《城鎮燃氣設計規范》（GB50028-2006）6.6.9第6條第2項對調壓器的安全保護裝置的規定：當調壓器出口壓力小于0.08MPa時，啟動壓力不應超過出口壓力工作上限的50%，即：Pt<1.5P2s；故緩沖管段計算容量為：V0>P0*Q0*t/1800P2S。同樣以單臺4t/h燃氣鍋爐為例，鍋爐停機前燃燒機所需燃氣流量為320Nm3/h，調壓器出口設定壓力為90kPa，選用直接作用式調壓器（響應時間約為0.3s）計算可得：V>0.06m3。[ 3 ]從上面分析可以看出，需要依據鍋爐設備情況，選擇合理的供氣壓力，使的投資經濟性與運行安全性達到合理的統一。

四、總結

在現階段的環保要求下，“煤改氣”成為下一步鍋爐改造的必然。在具體改造工程施工過程中我們需要重點關注其輸配線系統的選型問題。本文在探究其政策制度、發展趨勢以及施工難點與可能存在的問題基礎上，對調壓、計量、附屬、管道等設備的設計進行探討，希望對實際改造施工提供指導性意見。

參考文獻：

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[3] 趙明光，趙耀宗.鍋爐房燃氣緩沖管段計算與調壓設備選擇[J].制冷與空調，2008，（22）：124-126.

作者簡介：毛炳翔（1987-），男，漢族，湖北潛江人，碩士，助理工程師，研究方向：城鎮燃氣設計。