燃煤鍋爐改氣過程中天然氣輸配系統(tǒng)的選型

摘 要：隨著環(huán)保要求的日趨提高，傳統(tǒng)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(shù)升級改造。此過程中的輸配系統(tǒng)是后續(xù)鍋爐穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。為此，本文以具體的施工案例為依托，總結(jié)改造工程中面對的難點及其具體選型依據(jù)與策略。希望能夠為后續(xù)的升級改造工程實施提供必要基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：“煤改氣”；輸配系統(tǒng)；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(huán)保法》的實行，各地方政府正在逐步的加強(qiáng)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(chǎn)權(quán)與使用單位的首選。然而，值得我們注意的是，在相關(guān)技術(shù)改造的過程中我們不可避免的會遇到一定的問題。燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的設(shè)計是其中較為重要的一環(huán)。

一、“煤改氣”政策及趨勢分析

在環(huán)保的嚴(yán)格要求下，鍋爐“煤改氣”改造正在如火如荼的進(jìn)行。為了進(jìn)一步促進(jìn)改造升級的進(jìn)度，中央與各地方政府紛紛按照規(guī)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(nèi)基本取締了建成區(qū)的小鍋爐（10t以下）并以電爐、氣爐等進(jìn)行替代，在大型鍋爐方面則對于不同行業(yè)進(jìn)行區(qū)別，形成更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)；在“疏”的方面：一是對主動進(jìn)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(chǔ)上，燃?xì)忮仩t的使用成本得到了有效的控制。與此同時，在環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的要求下，傳統(tǒng)的燃煤鍋爐在環(huán)保投入、人力資源投入、煤炭倉儲成本等方面進(jìn)一步表現(xiàn)出劣勢，大有逐步被取締及淘汰的態(tài)勢。從“氣十條”以及相關(guān)的國家環(huán)保戰(zhàn)略部署層面來看，燃?xì)忮仩t勢必會在后續(xù)的鍋爐應(yīng)用行業(yè)中占比越來越重，甚至在一定程度上形成其對于行業(yè)的“統(tǒng)治”地位。

二、改造工程中設(shè)計難點

在上述的政策與趨勢分析中我們不難看出，燃?xì)忮仩t由于其環(huán)保等特性的優(yōu)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(jìn)行合規(guī)與科學(xué)的改造成為了人們關(guān)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(shè)計難點大致分為如下兩個方面：

一方面，鍋爐改造中的設(shè)計問題。在鍋爐改造的過程中舊有鍋爐很難適應(yīng)燃?xì)飧脑?，往往需要購置新或者二手鍋爐來進(jìn)行二次施工。而此種施工模式與企業(yè)的舊有鍋爐體系及場地勢必會存在不匹配等現(xiàn)象，嚴(yán)重的制約了改造工程的推行。此外，在燃?xì)忮仩t改造的過程中輸氣管道及其附屬設(shè)備的安裝也會在一定程度上受到場地布局的限制，進(jìn)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?xì)忮仩t之間的不匹配情況之外，目前在實際的安裝過程中我們發(fā)現(xiàn)鍋爐使用廠家往往會采購二手燃?xì)忮仩t作為過渡，從而導(dǎo)致包括鍋爐參數(shù)不明晰、燃?xì)庹{(diào)壓計量設(shè)備選型困難、燃?xì)庵С煮w系不配套、鍋爐運行不穩(wěn)定等問題嚴(yán)重的制約了其改造工程的推進(jìn)。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(shè)備之間的聯(lián)動效應(yīng)出現(xiàn)的差異而產(chǎn)生的問題。要想形成較好的安裝與后續(xù)使用效果則必須從上述的設(shè)計與可能存在的施工問題予以有效的解決，即從配套系統(tǒng)選型層面入手形成更為規(guī)范的操作范式。

三、燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)設(shè)計策略

在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)選型過程中我們需要注意如下幾方面問題：

第一，調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計。調(diào)壓設(shè)備在具體選擇過程中要根據(jù)調(diào)壓器的容量和鍋爐房運行負(fù)荷的變化情況來考慮。一是要使通過每臺調(diào)壓器的流量在其銘牌出力的10%-90%的范圍以內(nèi)，以保住調(diào)壓器后燃?xì)鈮毫Φ姆€(wěn)定；二是要適用鍋爐房負(fù)荷的變化，以保證供氣壓力的穩(wěn)定性。就一般情況而言，當(dāng)調(diào)壓系統(tǒng)調(diào)壓比不超過20，采用一級調(diào)壓系統(tǒng)。當(dāng)調(diào)壓系統(tǒng)調(diào)壓比大于20，采用二級調(diào)壓系統(tǒng)。

第二，計量設(shè)備設(shè)計。在鍋爐房輸配系統(tǒng)設(shè)計中，為降低改造企業(yè)投資成本，防止鍋爐停運時渦輪流量計“反轉(zhuǎn)計量”等問題。在計量設(shè)備設(shè)計中往往采用調(diào)壓前（中壓）計量。

第三，聯(lián)動設(shè)備設(shè)計。所謂的聯(lián)動設(shè)備主要是指供氣設(shè)施中的其他輔助設(shè)施，如可燃?xì)怏w報警切斷連動裝置、壓力監(jiān)控裝置、燃燒評估與循環(huán)燃燒裝置等。上述裝置并不受到相關(guān)參數(shù)的影響，故而在實際的設(shè)計過程中相對較為簡單。

第四，供氣管道設(shè)計。供氣管道設(shè)計除需滿足鍋爐穩(wěn)定運行的情況，還需考慮鍋爐啟動與停機(jī)時管道內(nèi)燃?xì)饬鲃幼兓瘜φ{(diào)壓設(shè)備的影響。因調(diào)壓器的響應(yīng)時間是由調(diào)壓器的形式、彈簧特性等調(diào)壓器的固有特性所決定，當(dāng)我們選定調(diào)壓器后，其響應(yīng)時間是不能改變的，故在調(diào)壓裝置出口與鍋爐間設(shè)計合理的管容，有利于緩解因調(diào)壓裝置在鍋爐啟動或停機(jī)時燃?xì)鈮毫Φ淖兓?，從而保證鍋爐的正常運行。通常，當(dāng)鍋爐由運行狀態(tài)到停機(jī)狀態(tài)所需的響應(yīng)時間，要比鍋爐由停機(jī)狀態(tài)到運行狀態(tài)所需時間長，故以當(dāng)鍋爐由運行狀態(tài)到停機(jī)狀態(tài)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(jìn)行計算。在實際工程中以單臺4t/h燃?xì)忮仩t為例，其最終計算結(jié)果為V>2.7m3。而在中壓供氣時根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》（GB50028-2006）6.6.9第6條第2項對調(diào)壓器的安全保護(hù)裝置的規(guī)定：當(dāng)調(diào)壓器出口壓力小于0.08MPa時，啟動壓力不應(yīng)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?xì)忮仩t為例，鍋爐停機(jī)前燃燒機(jī)所需燃?xì)饬髁繛?20Nm3/h，調(diào)壓器出口設(shè)定壓力為90kPa，選用直接作用式調(diào)壓器（響應(yīng)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(jù)鍋爐設(shè)備情況，選擇合理的供氣壓力，使的投資經(jīng)濟(jì)性與運行安全性達(dá)到合理的統(tǒng)一。

四、總結(jié)

在現(xiàn)階段的環(huán)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(guān)注其輸配線系統(tǒng)的選型問題。本文在探究其政策制度、發(fā)展趨勢以及施工難點與可能存在的問題基礎(chǔ)上，對調(diào)壓、計量、附屬、管道等設(shè)備的設(shè)計進(jìn)行探討，希望對實際改造施工提供指導(dǎo)性意見。

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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(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計。