燃煤鍋爐改造成燃氣鍋爐的技術經濟分析

楊維

（湖南省特種設備檢驗檢測研究院永州分院，湖南 永州 425000）

一、引言

“十二五”期間，上海市天然氣針對煤燃升級為天然氣發布過正式的規范要求，要求整個上海市中1300 臺的燃煤（重油）鍋爐和窯爐在規定期限內替換成天然氣。這一升級行動已經實施，在行動中，如何地方現有的所有燃煤鍋爐替換為燃氣鍋爐是一個值得探討的技術問題。

二、燃煤鍋爐的短處

伴隨著現代的城市建設，環境污染日益嚴重，工業廢氣嚴重影響了城市空氣，導致霧霾天的比例越來越大。我們常說要保護環境，減少汽車尾氣的排放，替換汽車燃油為更安全環保的汽油，但這些并不是唯一會導致霧霾天氣的原因。有調查顯示，霧霾在北方地區更為嚴重。由于北方具有供暖設施，冬季使用燃煤取暖，排除了大量的廢氣，引起霧霾天氣，煤燃鍋爐的廢氣包含許多有害物質，包括SO2、氮氧化物等等，會形成霧霾。

目前，中國的燃煤鍋爐大都熱效率不高，只有60%～65%，小型鍋爐只有30%，只作為供暖和加熱的作用，燃氣鍋爐的熱效率很高，比燃煤高出了50%，燃燒后產生的燃氣中形成霧霾的成分含量相對較少，煤炭在運輸和儲存過程中干凈，沒有太多污染物質析出，熱效率低，能耗高，燃燒氣體污染嚴重，國家需要節能減排，而燃煤改造恰好符合國家建設，于是燃煤鍋爐的改造方案被采納并實施。

三、兩者優缺點的對比

（一）在節約資源、保護環境方面

1.燃氣鍋爐中，燃氣燃燒產生的CO2和蒸汽是氣態物質。這些物質具有很強的輻射能力，不會有顆粒物破壞輸送管道。此外，排氣溫度較低，可顯著提高熱效率。

2.由于氣體中的灰分、硫含量和氮含量低于煤含量，因此燃氣的使用可顯著減少環境污染，排放的燃燒氣體很容易達到國家燃燒設備標準。

3.天然氣可以通過管道輸送，無需運輸，降低了成本、能耗和污染。

4.氣體燃燒產生二氧化碳和水蒸氣，可直接排放到空氣中，既環保又有利于社會的長遠發展。

（二）在運行、調節及降低供熱成本方面

1.燃氣鍋爐可調節，因為有很強的熱負荷適應能力

2.系統可以隨時控制開啟和停止，很快速

3.燃氣鍋爐所需要的設備比燃煤鍋爐少，能耗低于燃煤鍋爐。

4.燃煤鍋爐和燃氣鍋爐需要幫助生產的水量相同，但燃氣鍋爐的廢氣不需要用水清理，節約了這部分資源。

5.燃氣鍋爐可以開更久而不損耗，而且燃氣燃燒排出更加純凈，污染顆粒少，不容易破壞鍋爐。

6.燃氣用簡單手段即可測量，可科學分配，不會造成浪費。

（三）在設備長期使用方面

1.由于燃氣鍋爐結構簡單，需要維修的部件少，減少許多成本。

2.由于燃氣鍋爐不會結渣，受熱均勻，沒有燃煤鍋爐易腐蝕鍋壁的問題，因而不需要更換受熱面的元件。

3.燃煤鍋爐有很多雜質，破壞磨損機器需要進行的維修頻率高，保養需要的錢也多，而燃氣鍋爐少雜質，可以省去這筆開支。[1]

四、改造方案

完成燃煤鍋爐改造的任務有兩種辦法，一種重新買鍋爐，另一種是在已有的基礎上改造。

（一）購買一個全新的鍋爐

淘汰原有燃煤鍋爐，按照新購燃氣鍋爐標準對鍋爐房進行改造，擴大鍋爐面積以滿足新鍋爐房的安裝需要，對于一些多余的系統，安裝在原始鍋爐房的系統不需要進行太多改造。購買燃氣鍋爐系統，以取代原有的燃煤鍋爐系統。這種方法比較簡單可行，改造完善，設備配合良好。充分發揮鍋爐容量的作用，便于管理。鍋爐房可根據燃氣鍋爐的房間進行裝修，以滿足清潔、美觀、明亮的要求。所有原有施工設施拆除重建后，可節省原地面空間的1/3，并可用于其他施工目的。目前，由于技術的提升，無需用人即可自動工作，但此方法需要很多資金，燃氣鍋爐價格昂貴。

（二）在已有的燃煤鍋爐基礎上改造

利用好現有資源進行改造，將原本的燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐，節約成本。改造不是整個鍋爐替換就能完成的，需要改變一些局部結構，同時也需要保存一些結構以節約成本，不破壞完整系統。主要取決于氣體與爐管之間的放射性熱量傳遞，這樣需要對鍋爐本體進行局部改造；拆除原本清理廢氣和殘渣的裝置；氣體轉化過程中需要進行一系列控制設計計算；選擇合適的燃燒器，安裝和增加自動控制系統，燃氣鍋爐能否安全運行依賴于燃煤鍋爐的改造是否合格，鍋爐房各系統的選擇與布置是否合理。這樣會使鍋爐內火焰飽滿，防止火焰直接通過換熱表面過濾，使管壁過熱。燃煤鍋爐本身容積大，這樣可以做良好地利用，稍微改變一下就可能會增加鍋爐的產量。例如，如果將燃煤鍋爐分層，更好地利用空間進行燃氣燃燒后，可增產30%～50%，對于處理廢水的裝置可以延續使用，不必重復購買安裝，可以減少改造成本。鍋爐改造的方案必須簡便，并且節約資源，改造后燃煤鍋爐要保持原有水平并具有持續使用價值。供氣系統和鍋爐進氣設計系統必須基本完好。改造后的燃氣鍋爐在運行、經濟、安全等方面普遍低于新購燃氣鍋爐。

由于買一個新的燃氣鍋爐價格很貴，許多燃煤鍋爐的客戶選擇第二種方式。但在客戶進行改造時，一些用戶并沒有全面考慮如何對鍋爐完美地進行改造，他們只懂得簡單地將原有的燃煤設備拆除，將新的鍋爐安裝，改為燃氣的燃燒裝置，但沒有考慮到鍋爐受熱面的問題，對于自動控制器也不了解，一不符合相關的法律規定，二沒有很好地利用燃氣鍋爐設施優勢，導致熱效率低、燃氣浪費、運行成本高，使用壽命短，安全隱患多。

五、分析燃煤鍋爐改造需要的條件

燃煤鍋爐要符合改造標準，首先得要可以繼續燃燒氣體，那些本身效率低的，以及用了很長時間、剩余壽命短的鍋爐沒有必要進行改造，改造浪費了資金甚至無法繼續使用。要判斷所行之事是否有必要，首先要對其進行全面檢測，對燃煤鍋爐的熱效率進行評估，對剩余使用壽命進行調查，制定鍋爐改造方案時，必須精簡有效，而且簡單易行，節約資源。改造后的燃煤鍋爐組件要保持原有水平，值得繼續使用。供氣系統和鍋爐感應設計系統必須基本完好，改造后的燃氣鍋爐在運行、經濟性和安全性方面普遍低于新購燃氣鍋爐。

六、相關改造案例分析

上海味之素食品有限公司有一個很好的例子，公司內部有一個符合改造條件的燃煤鍋爐，現對其各方面的改造計劃進行分析。公司內部使用的是效率為10t/h 的一臺燃煤鍋爐，型號DZL10-1.25-A Ⅱ，科學使用可用大約20 年。鍋爐爐體沒有破損，可以繼續使用，系統也沒有破損，可以使用。由于這種情況的鍋爐改造成本比購買一個新的鍋爐低，所以選擇改造。該鍋爐是一個很好的改造燃氣鍋爐的例子。

（一）改造要求

將公司現有的燃煤鍋爐進行改造，符合以下幾個要求：

1.改造應當基本不需要改動原有的鍋爐結構，原有的元件也可投入使用，改造方案要設計簡單點，基本依照原有系統改造

2.改造前后的鍋爐原先能實現的功能不可丟失，在不破壞原有效力的情況下穩步提高使用性能；

3.改造完的鍋爐需符合國家的環保規定。

（二）方案選擇

1.燃燒器選擇

燃燒器是一個重要環節，要選擇合適的進行安裝，用于燃煤鍋爐的改造，燃燒器應滿足以下條件：

（1）在改造過程中，要考慮到火焰和空間的貼合度，火焰高度要計算好，火焰要剛好飽滿，在爐內不形成死角

（2）燃燒要徹底，燃燒溫度要調節到合適的，越高越好，燃燒噪聲低，火焰密度好，火焰輻射能力強。但是，火焰應避免高速清潔熱交換表面，以避免由于熱交換而導致管壁過熱。

（3）燃燒器要可調節，為了可以讓中小型鍋爐使用。

（4）燃燒器要進行挑選，考慮好尺寸選擇合適的，燃燒器的尺寸應該要貼合是爐體大小和形狀，這樣的燃燒器可以讓熱負荷能力和鍋爐對應。

（5）燃燒器的安裝簡便，后期損壞維修便捷、長時間使用，價格低廉。

2.輔助設施選擇

由于燃氣會爆炸，燃氣鍋爐的風險相對較高，在燃氣鍋爐的啟停過程中，如果操作不當，很容易造成鍋爐爆炸等事故。為了保證鍋爐的安全運行，必須采用燃氣鍋爐安全控制系統。

（1）增加一個針對氣壓高低的報警器，以及一個關火裝置，防止火焰脫火、回火，火焰點燃和熄滅時報警，自動關閉電磁閥。

（2）增加高低水位報警及聯鎖裝置，水位過低時報警，關閉電磁閥，關閉氣源，30 秒后關閉風機，引風機仍在運行。

（3）為了讓燃燒更充分，可以利用變頻的技術來改進吹風機，自動控制燃燒時的風力風向等，避開排煙困難。

（三）技術方案總體構思

1.天然氣是由甲烷構成的，充分燃燒后生成二氧化碳和水，此反應后水蒸氣的含量大，水蒸氣比熱容大，能有效傳遞熱量，可對爐膛進行進一步的加熱，提高熱效率，降低鋼材消耗，確保鍋爐生產，并可能增加鍋爐產量；[2]

2.鍋爐密封性很重要，必須加強方便燃氣安全燃燒；

3.由于燃氣鍋爐的過量空氣產生系數較小，僅在1.05 和1.2 之間，因此燃燒不需要許多空氣。此外，除塵器沒了，煙塵不需從排煙道排出，煙塵小，流動阻力低，引風機風量小，殘余空氣多，功率損失大。建議通過調整變頻率來改進引風機的設計。

4.燃氣燃燒容易爆炸，需要安裝防爆門，應對突發狀況；

5.新燃燒器控制系統應與原有鍋爐功能結合使用，并應增加自動控制功能，以控制燃燒，包括預吹、自動點火、自動火焰探測器控制、自動負荷調節、火焰和故障報警監控、排氣閥檢測、壓力報警、水位調節、報警、水位極低時停止以及蒸汽壓力高于爐膛溫度時報警，和用于聯鎖引風機和燃油順序的功能。

（四）鍋爐改造技術方案闡述

1.配置國家指定型號的燃氣燃燒器：“奧林”GP—700M，DN100

2.爐墻需要升級，要將其和燃燒器連接起來。

3.升級防火門，增加防爆裝置。

4.由于排放物質不同，新鍋爐需要拆除原有的排廢氣裝置，如除塵器等，拆除整個原通風及通風豎井（預熱器可根據情況考慮）。原收塵器拆除后，原收塵器的氣流將原收塵器的輸入和輸出之間的空間連接起來，形成一個完整的氣流。

5.對于鍋爐內各部件上留下的水垢進行清理，保持干凈，讓鍋爐更方便傳熱。

6.檢查并提升墻壁以及爐門密封的密封性，確保加熱器能夠安全運行。

7.加入耐火材料，隔斷燃燒筒和墻壁，安裝好氣閥方便控制

8.安裝合適的自動控制系統，以便減少人員使用，降低燃燒器成本，實現全方位地檢測以及自動警報的功能為鍋爐使用提供安全保障。

（五）燃煤鍋爐、燃氣鍋爐使用成本比較

年生產2000h 計算，燃氣消耗費用比燃煤貴；燃氣水費4 萬，燃煤水費5萬；電力費用也是燃煤更大些；最重要的是燃煤廢氣處理需要很多成本，用人也需要更多。燃煤鍋爐需六人，燃氣鍋爐只需兩人。燃氣可以將費用更多的投入實處。以熱值23.012MJ/kg（按標準煤計算），全年生產2000h計算，這些加起來燃氣鍋爐使用成本大約556.92 萬元/a。

結論：可通過技術和經濟分析合理選擇替代系統。經過處理后，燃氣鍋爐的成本高于燃煤鍋爐，但燃氣鍋爐不僅環保、清潔，而且可以降低勞動強度，提高企業化程度。與燃煤鍋爐相比，燃氣鍋爐的運行成本有很大的降低空間，所有改造必須遵守國家規定，符合節能降耗和環境保護的要求。