燃煤鍋爐房改造為燃氣鍋爐房的設計討論

柴雁鵬

（山西潞安工程勘察設計咨詢有限責任公司，山西 長治 046204）

1 引言

根據國家相關文件要求，潞安集團各煤礦陸續淘汰了現有的燃煤鍋爐，更換為燃氣鍋爐作為供熱熱源。本文主要對各個煤礦燃煤鍋爐房改造為燃氣鍋爐房進行分析討論，本文討論內容的前提如下為：（1）鍋爐房建筑為獨立鍋爐房；（2）原設計為燃煤鍋爐房，現改造為燃氣鍋爐房；（3）改造后的燃氣鍋爐臺數、單臺鍋爐的蒸發量或發熱量與原設計燃煤鍋爐相同。

2 改造可行性分析

2.1 建筑火災危險性類別

根據 GB 50041—2008《鍋爐房設計規范》（以下簡稱《規范》）15.1.1 的規定，對于獨立建筑的鍋爐房，鍋爐房建筑按火災危險性分類均為丁類生產廠房。

2.2 建筑物防火間距

原設計燃煤鍋爐的防火間距是按丁類廠房的防火間距進行的設計，改造為燃氣鍋爐房以后，鍋爐房建筑的火災危險性類別并未改變，其防火間距也可以滿足改造后燃氣鍋爐房的使用。需要注意的是，若要在鍋爐間內設置調壓間，其火災危險性類別應為甲類廠房。

2.3 空間布置

相同容量的燃氣鍋爐與燃煤鍋爐相比，結構更緊湊、外形尺寸更小。根據《規范》中鍋爐與建筑物的凈距相關規定，同容量的鍋爐，燃氣鍋爐爐前距離要求比燃煤鍋爐小，爐后通道和鍋爐兩側的距離要求與燃煤鍋爐相同，鍋爐操作地點的凈空高度也相同，因此，在原燃煤鍋爐位置布置同容量的燃氣鍋爐，其空間布置可以滿足設計要求。

2.4 鍋爐基礎

相同容量的燃氣鍋爐與燃煤鍋爐相比，除外形尺寸更小，燃氣鍋爐的重量也低于燃煤鍋爐的重量，因此，無論鍋爐布置在1層還是2層，鍋爐基礎的承載力均可以滿足燃氣鍋爐的要求，僅需對現有基礎進行局部改造[1]。

2.5 耐火等級

根據《規范》15.1.1 的規定，對于獨立鍋爐房，耐火等級僅與鍋爐的蒸發量或發熱量有關，與鍋爐燃料無關，因此，原設計建筑物的耐火等級可以滿足燃氣鍋爐房的要求。

2.6 用電負荷

與燃氣鍋爐房相比較，燃煤鍋爐房需要的電氣設備更多，電負荷更大，燃氣鍋爐房用電設備少，用電負荷也小于燃煤鍋爐房，因此，原設計燃煤鍋爐房的總供電負荷要求可滿足改造后燃氣鍋爐房的使用。

3 細節設計討論

3.1 門、窗改造

燃煤鍋爐房改造為燃氣鍋爐房后，根據《規范》15.1.3 的要求，燃氣鍋爐間與相鄰的輔助間之間的隔墻應改造為防火墻，隔墻上開設的門應改造為甲級防火門，朝向鍋爐操作面方向開設的玻璃大觀窗，應改造為具有抗暴能力的固定窗。

3.2 泄爆口

改造后的燃氣鍋爐房需考慮鍋爐間的泄壓面積，根據《規范》要求，鍋爐間泄壓面積不應小于鍋爐間占地面積的 10%，且泄壓方向不得朝向人員聚集的場所、房間和人行通道。

3.3 可燃氣體探測裝置

根據《規范》，燃氣鍋爐房的鍋爐間應設置可燃氣體報警裝置，與燃氣供氣母管總切斷閥和排風扇聯動，并滿足 GB/T 50493—2019《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》，設置間距不大于 15m，且距離其所覆蓋范圍內的任一釋放源不大于 7.5m。

3.4 通風系統

《規范》規定，燃氣鍋爐房的鍋爐間應設置獨立的送排風設備，其通風裝置應防爆。鍋爐房的通風換氣次數按鍋爐設置位置確定。鍋爐設置在首層，正常換氣次數不應少于6次/h，事故換氣次數不應少于12次/h；鍋爐設置在半地下或半地下室時，正常換氣次數不應少于6次/h，事故換氣次數不應少于12次/h；鍋爐設置在低下或地下室時，其換氣次數不應小于12次/h；同時，送入鍋爐房的新風總量必須大于鍋爐房3次的換氣次數[2]。

3.5 防爆區域分析

GB 50058—2014 《爆炸危險環境電力裝置設計規范》規定，明火設備如鍋爐采用平衡通風，爐膛內為負壓，可燃物質不能擴散至設備附近與空氣形成爆炸性混合物，因此，明火設備附近按照非危險區域考慮。GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》規定，燃氣鍋爐房用電可劃分為非爆炸危險區域。根據上述要求，燃氣鍋爐房（除燃氣調壓及計量間之外）電氣設備和電纜無須按防爆要求進行設計，無須對鍋爐房的用電進行防爆改造。

3.6 煙風系統

燃氣鍋爐的煙囪宜單獨配置，共用1座煙囪時，每臺鍋爐采用單獨煙道接入煙囪，同時在煙道上設置煙道閥門和防爆門。煙道最低點設置水封是冷凝水排水裝置。燃氣鍋爐煙囪通常高度不得低于 8m，具體高度需根據批復的環評影響文件確定。

4 常見設計難點

4.1 燃氣儲存

根據潞安集團各煤礦改造情況來看，由于大多地理位置較偏僻，附近無天然氣管網，或是敷設管網難度大，投資高，若采用槽車直接供氣，TSG-R0005—2011《移動式壓力容器安全技術監察規程》中規定，禁止移動式壓力容器之間相互裝卸作業，禁止移動式壓力容器設備直接向用氣設備進行充裝。因此，燃氣的儲存成為較為棘手的難題。

規范 GB 50041—2008 中并無天然氣用量儲存的相關內容，為避免冬季雪天無氣可用，其儲量參考燃油儲運的規定實施，即汽車運輸為 3～7d 的鍋爐房最大耗量。天然氣以液化天然氣的形式運輸和儲存，儲存效率高，運輸更經濟，液化天然氣儲存設計要滿足 GB 50028—2006 《城鎮燃氣設計規范》中液化天然氣供應章節的相關內容。

4.2 煙氣低氮設計

燃氣鍋爐煙氣中主要污染物為氮氧化物，GB 13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標準》中關于重點區域燃氣鍋爐氮氧化物的排放濃度限值為 150mg/m3，然而各地方文件要求的氮氧化物濃度限值更為嚴格，最低為 30mg/m3，因此，燃氣鍋爐低氮設計是環保能否達標，甚至項目能否實施的重要指標。

鍋爐煙氣中氮氧化物主要來源為空氣中的氮高溫狀態下被氧化，根據 GB 13271—2014 中大氣污染物基準含氧量排放濃度折算公式，煙氣中實測含氧量越低，折算基準含氧量濃度越小。因此，控制燃氣鍋爐的煙氣氮氧化物主要從2方面入手：減少氮氧化物的生成量；控制煙氣中的實測含氧量。現階段常用的燃氣鍋爐低氮設計主要為低氮燃燒器和煙氣再循環系統，低氮燃燒器主要是通過優化爐內燃燒工況，合理優化燃料與空氣混合，控制火焰分布，降低爐膛內溫度來實現降低制氮氧化物生成。煙氣再循環技術指的是將燃燒后的部分煙氣引出返回至燃燒器，與新鮮的空氣混合參與燃燒。再循環煙氣的溫度比爐膛內的火焰溫度低得多，能夠顯著降低爐膛內的溫度，減少爐膛容積熱強度。同時，由于引入的煙氣含氧量極低，在爐膛內可以降低爐膛內的氧氣濃度，抑制氮氧化物的生成。