燃煤鍋爐改燃?xì)忮仩t的技術(shù)要點(diǎn)

盧玉新

(天津市豐源燃?xì)鉄崃こ淘O(shè)計(jì)有限公司 天津 300199)

0 引 言

鍋爐按燃料劃分有燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t等類型。隨著國家對(duì)環(huán)境污染的治理，天然氣、煤氣、液化石油氣等清潔燃料在供熱和采暖中廣泛使用?！拔鳉鈻|輸”“川氣東送”等工程實(shí)施后，燃?xì)鈦碓从辛朔€(wěn)定保障，為了改善大氣環(huán)境質(zhì)量，很多地區(qū)要求把燃煤鍋爐改造成燃?xì)忮仩t。燃煤鍋爐因其熱效率低、耗能大、噪音大、煤灰粉塵污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)在城市供暖方面正被燃?xì)忮仩t逐步取代。

1 改造原則

①保持或提高鍋爐出力和效率，原額定參數(shù)(汽溫、壓力、給水溫度等)不變。

②改爐時(shí)受壓元件部分盡可能少動(dòng)或不動(dòng)，可采取只改爐膛和燃燒設(shè)備，拆除原煤爐附屬設(shè)備，如煤斗、除塵器、脫硫裝置等，并進(jìn)行必要的熱力、煙風(fēng)阻力計(jì)算，合理利用原有送引風(fēng)系統(tǒng)。

③根據(jù)爐膛結(jié)構(gòu)選擇合適的燃燒器形式及合理的布置位置，防止火焰直接沖刷爐膛水冷壁或影響換熱造成爐膛出口煙氣溫度過高。

2 燃煤鍋爐變?nèi)細(xì)忮仩t改造要點(diǎn)

2.1 鍋爐本體

燃煤鍋爐通常采用層燃，而燃?xì)忮仩t采用室燃，因燃燒方式不同，在爐膛的結(jié)構(gòu)上有很大的差異。通常燃煤鍋爐的爐膛容積比較大，所以爐膛尺寸不適合簡單換裝燃?xì)馊紵?，需要精心布置。以燃?DZL爐型為例：

①爐膛結(jié)構(gòu)尺寸比較大，但因?yàn)橛星昂蠊?，限制了燃?xì)饣鹧鎳娚溟L度的需要，為了減少改造工作量，改燃?xì)饪刹捎缅仩t兩側(cè)墻或前墻布置燃燒器方式。

②如果爐拱上部空間較大，可采用鍋爐兩側(cè)墻布置兩臺(tái)小型燃燒器的方式，這樣就不用拆除爐排，只需在上面鋪設(shè)2層耐火磚，然后用耐火水泥將磚縫壓實(shí)，構(gòu)成干爐底。如爐拱上部空間較小，就應(yīng)將鏈條爐排、風(fēng)室全部拆除，在底座和鍋爐支架之間采用耐火保溫材料構(gòu)筑干爐底，在爐拱下部形成燃燒室。

③改造燃?xì)庵皯?yīng)將所有鍋爐受熱面及對(duì)流煙管內(nèi)的煙灰清理干凈，同時(shí)將水側(cè)的水垢進(jìn)行清洗，以保證受熱面良好的傳熱能力。由于燃?xì)忮仩t煙氣體積遠(yuǎn)低于燃煤鍋爐，各受熱面中的煙氣流速改造后會(huì)比較低，如鍋爐結(jié)構(gòu)允許，在不增大爐體結(jié)構(gòu)尺寸前提下，可增加雙面曝光的水冷壁、對(duì)流管、煙管擾流片等，提高換熱受熱面和換熱系數(shù)，以提高鍋爐的滿負(fù)荷出力。這也是改造時(shí)增大鍋爐出力優(yōu)先選擇的方案。

④如果鍋爐的長度比火焰的長度長，可在爐膛內(nèi)設(shè)置二次反射拱，提高輻強(qiáng)度，反射拱應(yīng)上連鍋筒，下連干爐底。

⑤拆除煤斗、除渣機(jī)、爐排減速機(jī)、兩側(cè)風(fēng)室調(diào)風(fēng)門等，保留 1～2個(gè)檢修門，將其他全部門孔用耐火磚砌筑，密封嚴(yán)實(shí)形成密閉爐膛空間，考慮爐膛燃?xì)夥辣?，可利用原水封出渣口作為爆破口使用?/p>

⑥爐墻、煙道應(yīng)檢修，保證嚴(yán)密，爐墻應(yīng)用鋼架予以頂推加固。爐膛和煙道內(nèi)有死角時(shí)，容易造成通風(fēng)吹掃不到，存留燃?xì)鈺?huì)引起爆炸，對(duì)死角可采用砌筑封堵，煙道采用增加導(dǎo)流板等措施。

2.2 鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)

燃?xì)忮仩t過量空氣系數(shù)控制在 1.1～1.15。無論煤還是天然氣，燃燒室所需的理論空氣量和燃料發(fā)熱值的比值都近似相等，即對(duì)應(yīng)于 1MJ低位發(fā)熱量大約需要標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 0.27m3的理論空氣量，各類燃料燃燒每 MJ的熱量產(chǎn)生近似相等的煙氣量，約0.30m3。燃煤鍋爐由于漏風(fēng)量大，過量空氣系數(shù)與燃?xì)忮仩t相差很多，層燃爐爐膛出口過量空氣系數(shù)在1.4～1.6，因而實(shí)際煙氣量和空氣量相差很多，一般燃煤比燃?xì)鈺r(shí)多 15%～60%。如果改燃?xì)夂蟪隽Σ蛔?，則煙氣流速將明顯降低，各受熱面的利用率大幅降低，鍋爐的鼓引風(fēng)機(jī)也將有 15%～60%的裕量，如果適當(dāng)提高出力，鼓引風(fēng)機(jī)能力應(yīng)能滿足?？紤]降低改造費(fèi)用，提高鍋爐出力范圍應(yīng)控制在原有鼓、引風(fēng)機(jī)最大出力之內(nèi)。

燃煤鍋爐一般采用負(fù)壓燃燒，密封性差，而大部分燃?xì)忮仩t采用正壓燃燒，因其漏風(fēng)系數(shù)為0可以提高鍋爐熱效率。若對(duì)已有燃煤鍋爐本體密封性能進(jìn)行強(qiáng)制正壓改造，就要大幅增加改造成本。因此，改造后應(yīng)采用微負(fù)壓燃燒方式，控制在負(fù)壓 20Pa，并減少爐膛漏風(fēng)量，也可以得到非常好的燃?xì)膺\(yùn)行效果。

2.3 燃燒器的選用和布置

根據(jù)當(dāng)?shù)毓?yīng)燃?xì)獾陌l(fā)熱量和供氣壓力等資料、鍋爐性能及爐膛的結(jié)構(gòu)來選擇燃燒器，燃燒器輸出功率應(yīng)與鍋爐額定出力相匹配，選擇好火焰的形狀，如長度和直徑，使之與爐膛結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，并且要有能適應(yīng)負(fù)荷變化的調(diào)節(jié)幅度。根據(jù)鍋爐改造確定的額定出力和鍋爐效率，計(jì)算出燃?xì)庀牧?，然后按所選燃燒器的功率確定燃燒器配置的數(shù)量。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的燃?xì)忮仩t大多采用進(jìn)口燃燒器，質(zhì)量好，技術(shù)成熟。一般都設(shè)置有：MM微比調(diào)和EGA煙檢測，二者相互配合對(duì)風(fēng)門進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，在燃燒過程中排出煙氣的一些參數(shù)(如排煙溫度、氧、二氧化碳、一氧化碳)由排煙測試儀連續(xù)測試后反饋給燃燒器中裝設(shè)的微電腦，經(jīng)微電腦分析計(jì)算驅(qū)動(dòng)2臺(tái)伺服電機(jī)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)門及燃料閥，能準(zhǔn)確輸入和修正空氣與燃?xì)馀浜媳?，提高燃燒效率?/p>

燃燒器的布置與爐膛形式關(guān)系密切，應(yīng)以爐膛內(nèi)火焰充滿度好，火焰沖刷不到水冷壁為原則。單臺(tái)燃燒器形式系統(tǒng)簡單，運(yùn)行管理方便，投資較低。2個(gè)燃燒器常采用爐膛兩側(cè)墻布置方式，燃燒器火焰斜向上對(duì)沖噴射，火焰在爐膛對(duì)稱中心，可保證各爐膛受熱面換熱均勻。在負(fù)荷減小時(shí)，可停用 1個(gè)燃燒器，調(diào)節(jié)負(fù)荷范圍更寬，安裝位置對(duì)操作和檢查維修比較方便。

2.4 水蒸氣汽化潛熱的利用

燃?xì)馊紵鬅煔庵兴魵獾暮勘容^多，燃煤煙氣中水蒸氣份額約為 8%，而燃?xì)鉄煔庵兴魵夥蓊~近 18%。因此煙氣中水蒸氣汽化潛熱份額非常大，約占燃?xì)飧邿嶂档?10%，充分利用汽化潛熱是提高燃?xì)饫玫挠行Т胧?。?duì)于燃?xì)忮仩t可增設(shè)尾部煙氣-水換熱器，可使鍋爐熱效率提高到 90%～96%。當(dāng)燃?xì)庵泻蜉^高時(shí)，應(yīng)防止換熱后煙氣溫度低于酸露點(diǎn)，以免形成硫酸溶液腐蝕受熱面。

2.5 燃?xì)忮仩t爐膛出口溫度選擇

燃?xì)忮仩t爐膛出口不會(huì)受積灰和高溫腐蝕等限制，一般允許選擇在 1200℃左右的較高范圍，燃?xì)忮仩t對(duì)流受熱面的煙速不會(huì)受飛灰磨損的限制，可采用較高煙氣流速，提高爐內(nèi)煙氣流程，增大煙氣擾動(dòng)，充分利用原有燃煤鍋爐對(duì)流受熱面較多的特點(diǎn)，在不額外增加鍋爐受熱面的情況下，提高鍋爐出力。

2.6 效率

一般層燃煤鍋爐改為燃?xì)忮仩t后，由于受熱面污染和積灰明顯減輕，傳熱條件改善；排煙過程中過量空氣系數(shù)和排煙溫度都有所降低，不完全損失也可控制，所以鍋爐效率能提高 10%以上。燃?xì)忮仩t排煙溫度決定了鍋爐熱效率，排煙溫度越低鍋爐效率越高。因此，改造燃煤鍋爐一般需增加鍋爐尾部低溫?fù)Q熱器，利用較大受熱面積的換熱器，盡量低地降低排煙溫度。改造后鍋爐出力提高較多，還應(yīng)注意如鍋內(nèi)汽水分離裝置的能力、過熱器溫度變化、水循環(huán)阻力變化、水循環(huán)安全流速變化等，因此要更全面地考慮鍋爐安全運(yùn)行的各種因素。

3 安全與防爆

由于天然氣易燃易爆，在設(shè)計(jì)燃?xì)忮仩t自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，一定要優(yōu)先考慮系統(tǒng)的可靠性，將連鎖保護(hù)系統(tǒng)與檢測控制系統(tǒng)分開設(shè)置。在選用微機(jī)系統(tǒng)時(shí)，可設(shè)后備手動(dòng)操作和重要參數(shù)雙重指示等措施來提高控制和保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。改造后的燃?xì)忮仩t上要裝設(shè)自動(dòng)點(diǎn)火、熄火保護(hù)、燃?xì)庑孤┍Ｗo(hù)、燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)等聯(lián)鎖保護(hù)措施。

3.1 自動(dòng)點(diǎn)火

一般采用電火花自動(dòng)點(diǎn)火方式，由點(diǎn)火變壓器將低電壓升為高電壓，在點(diǎn)火器頭部形成火花放電，靠電火花能量點(diǎn)燃天然氣。點(diǎn)火控制程序由 PLC 實(shí)現(xiàn)，程序是先啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)，再啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)指示燈亮開始吹掃爐膛，3～5min后，允許點(diǎn)火指示燈亮，啟動(dòng)按鈕，點(diǎn)火器頭部放電。打開點(diǎn)火槍電磁閥門，點(diǎn)燃小火，確認(rèn)小火建立后，大火電磁閥打開建立主火炬。鼓引風(fēng)機(jī)同時(shí)加大，主燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥開大，點(diǎn)火槍關(guān)閉。鍋爐正常燃燒并由熄火保護(hù)裝置監(jiān)測火焰。

3.2 熄火保護(hù)

火焰監(jiān)測采用等離子、紅外或紫外線光敏檢測器監(jiān)測及繼電器控制，具有聲光報(bào)警系統(tǒng)。監(jiān)測器的主要部分由電源變壓器、紫外光探頭、繼電器等組成，感光探頭響應(yīng)火焰信號(hào)變成電信號(hào)，放大器將輸入信號(hào)放大，通過繼電器控制電磁閥的開關(guān)。一旦鍋爐熄火，則自動(dòng)切斷燃?xì)怆姶砰y，切斷燃?xì)夤?yīng)。

3.3 連鎖保護(hù)

由于采用原有煤爐的平衡通風(fēng)方式，在控制系統(tǒng)中一般鼓引風(fēng)機(jī)采用變頻控制方式，根據(jù)設(shè)定的爐膛負(fù)壓力和鍋爐負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓引風(fēng)機(jī)的變頻量，保持穩(wěn)定的爐膛負(fù)壓。

相應(yīng)連鎖保護(hù)控制：鼓引風(fēng)機(jī)突然停止時(shí)，自動(dòng)切斷送風(fēng)機(jī)和燃?xì)夤?yīng)，燃?xì)鈮毫Φ陀谝?guī)定值時(shí)自動(dòng)切斷供應(yīng)，蒸汽鍋爐超壓、鍋爐水位過高或過低時(shí)切斷燃?xì)夤?yīng)。

4 結(jié) 語

實(shí)踐證明，通過對(duì)燃煤鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)和當(dāng)?shù)厝細(xì)鈼l件的綜合考量，制定出合理的改造方案，掌控好燃燒器的選用和配置，能達(dá)到提高效率、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用、改善環(huán)境的效果。同時(shí)燃?xì)忮仩t的自動(dòng)控制、連鎖保護(hù)，安全保護(hù)措施遠(yuǎn)高于燃煤鍋爐，操作安全穩(wěn)定，較大程度地改善了工作環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，有助于提升企業(yè)形象。在政策的支持下，燃?xì)鈨r(jià)格適中，氣源穩(wěn)定，燃煤鍋爐改燃?xì)庥袕V泛的應(yīng)用市場，有利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保達(dá)標(biāo)的雙贏。