燃煤鍋爐改造成燃?xì)忮仩t的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

楊維

（湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)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(duì)煤燃升級(jí)為天然氣發(fā)布過(guò)正式的規(guī)范要求，要求整個(gè)上海市中1300 臺(tái)的燃煤（重油）鍋爐和窯爐在規(guī)定期限內(nèi)替換成天然氣。這一升級(jí)行動(dòng)已經(jīng)實(shí)施，在行動(dòng)中，如何地方現(xiàn)有的所有燃煤鍋爐替換為燃?xì)忮仩t是一個(gè)值得探討的技術(shù)問(wèn)題。

二、燃煤鍋爐的短處

伴隨著現(xiàn)代的城市建設(shè)，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，工業(yè)廢氣嚴(yán)重影響了城市空氣，導(dǎo)致霧霾天的比例越來(lái)越大。我們常說(shuō)要保護(hù)環(huán)境，減少汽車尾氣的排放，替換汽車燃油為更安全環(huán)保的汽油，但這些并不是唯一會(huì)導(dǎo)致霧霾天氣的原因。有調(diào)查顯示，霧霾在北方地區(qū)更為嚴(yán)重。由于北方具有供暖設(shè)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(zhì)，包括SO2、氮氧化物等等，會(huì)形成霧霾。

目前，中國(guó)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?xì)忮仩t的熱效率很高，比燃煤高出了50%，燃燒后產(chǎn)生的燃?xì)庵行纬伸F霾的成分含量相對(duì)較少，煤炭在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中干凈，沒(méi)有太多污染物質(zhì)析出，熱效率低，能耗高，燃燒氣體污染嚴(yán)重，國(guó)家需要節(jié)能減排，而燃煤改造恰好符合國(guó)家建設(shè)，于是燃煤鍋爐的改造方案被采納并實(shí)施。

三、兩者優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比

（一）在節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境方面

1.燃?xì)忮仩t中，燃?xì)馊紵a(chǎn)生的CO2和蒸汽是氣態(tài)物質(zhì)。這些物質(zhì)具有很強(qiáng)的輻射能力，不會(huì)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?xì)獾氖褂每娠@著減少環(huán)境污染，排放的燃燒氣體很容易達(dá)到國(guó)家燃燒設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。

3.天然氣可以通過(guò)管道輸送，無(wú)需運(yùn)輸，降低了成本、能耗和污染。

4.氣體燃燒產(chǎn)生二氧化碳和水蒸氣，可直接排放到空氣中，既環(huán)保又有利于社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

（二）在運(yùn)行、調(diào)節(jié)及降低供熱成本方面

1.燃?xì)忮仩t可調(diào)節(jié)，因?yàn)橛泻軓?qiáng)的熱負(fù)荷適應(yīng)能力

2.系統(tǒng)可以隨時(shí)控制開(kāi)啟和停止，很快速

3.燃?xì)忮仩t所需要的設(shè)備比燃煤鍋爐少，能耗低于燃煤鍋爐。

4.燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t需要幫助生產(chǎn)的水量相同，但燃?xì)忮仩t的廢氣不需要用水清理，節(jié)約了這部分資源。

5.燃?xì)忮仩t可以開(kāi)更久而不損耗，而且燃?xì)馊紵懦龈蛹儍?，污染顆粒少，不容易破壞鍋爐。

6.燃?xì)庥煤?jiǎn)單手段即可測(cè)量，可科學(xué)分配，不會(huì)造成浪費(fèi)。

（三）在設(shè)備長(zhǎng)期使用方面

1.由于燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，需要維修的部件少，減少許多成本。

2.由于燃?xì)忮仩t不會(huì)結(jié)渣，受熱均勻，沒(méi)有燃煤鍋爐易腐蝕鍋壁的問(wèn)題，因而不需要更換受熱面的元件。

3.燃煤鍋爐有很多雜質(zhì)，破壞磨損機(jī)器需要進(jìn)行的維修頻率高，保養(yǎng)需要的錢也多，而燃?xì)忮仩t少雜質(zhì)，可以省去這筆開(kāi)支。[1]

四、改造方案

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

（一）購(gòu)買一個(gè)全新的鍋爐

淘汰原有燃煤鍋爐，按照新購(gòu)燃?xì)忮仩t標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鍋爐房進(jìn)行改造，擴(kuò)大鍋爐面積以滿足新鍋爐房的安裝需要，對(duì)于一些多余的系統(tǒng)，安裝在原始鍋爐房的系統(tǒng)不需要進(jìn)行太多改造。購(gòu)買燃?xì)忮仩t系統(tǒng)，以取代原有的燃煤鍋爐系統(tǒng)。這種方法比較簡(jiǎn)單可行，改造完善，設(shè)備配合良好。充分發(fā)揮鍋爐容量的作用，便于管理。鍋爐房可根據(jù)燃?xì)忮仩t的房間進(jìn)行裝修，以滿足清潔、美觀、明亮的要求。所有原有施工設(shè)施拆除重建后，可節(jié)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(shù)的提升，無(wú)需用人即可自動(dòng)工作，但此方法需要很多資金，燃?xì)忮仩t價(jià)格昂貴。

（二）在已有的燃煤鍋爐基礎(chǔ)上改造

利用好現(xiàn)有資源進(jìn)行改造，將原本的燃煤鍋爐改造為燃?xì)忮仩t，節(jié)約成本。改造不是整個(gè)鍋爐替換就能完成的，需要改變一些局部結(jié)構(gòu)，同時(shí)也需要保存一些結(jié)構(gòu)以節(jié)約成本，不破壞完整系統(tǒng)。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(duì)鍋爐本體進(jìn)行局部改造；拆除原本清理廢氣和殘?jiān)难b置；氣體轉(zhuǎn)化過(guò)程中需要進(jìn)行一系列控制設(shè)計(jì)計(jì)算；選擇合適的燃燒器，安裝和增加自動(dòng)控制系統(tǒng)，燃?xì)忮仩t能否安全運(yùn)行依賴于燃煤鍋爐的改造是否合格，鍋爐房各系統(tǒng)的選擇與布置是否合理。這樣會(huì)使鍋爐內(nèi)火焰飽滿，防止火焰直接通過(guò)換熱表面過(guò)濾，使管壁過(guò)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(huì)增加鍋爐的產(chǎn)量。例如，如果將燃煤鍋爐分層，更好地利用空間進(jìn)行燃?xì)馊紵螅稍霎a(chǎn)30%～50%，對(duì)于處理廢水的裝置可以延續(xù)使用，不必重復(fù)購(gòu)買安裝，可以減少改造成本。鍋爐改造的方案必須簡(jiǎn)便，并且節(jié)約資源，改造后燃煤鍋爐要保持原有水平并具有持續(xù)使用價(jià)值。供氣系統(tǒng)和鍋爐進(jìn)氣設(shè)計(jì)系統(tǒng)必須基本完好。改造后的燃?xì)忮仩t在運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)、安全等方面普遍低于新購(gòu)燃?xì)忮仩t。

由于買一個(gè)新的燃?xì)忮仩t價(jià)格很貴，許多燃煤鍋爐的客戶選擇第二種方式。但在客戶進(jìn)行改造時(shí)，一些用戶并沒(méi)有全面考慮如何對(duì)鍋爐完美地進(jìn)行改造，他們只懂得簡(jiǎn)單地將原有的燃煤設(shè)備拆除，將新的鍋爐安裝，改為燃?xì)獾娜紵b置，但沒(méi)有考慮到鍋爐受熱面的問(wèn)題，對(duì)于自動(dòng)控制器也不了解，一不符合相關(guān)的法律規(guī)定，二沒(méi)有很好地利用燃?xì)忮仩t設(shè)施優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致熱效率低、燃?xì)饫速M(fèi)、運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)，首先得要可以繼續(xù)燃燒氣體，那些本身效率低的，以及用了很長(zhǎng)時(shí)間、剩余壽命短的鍋爐沒(méi)有必要進(jìn)行改造，改造浪費(fèi)了資金甚至無(wú)法繼續(xù)使用。要判斷所行之事是否有必要，首先要對(duì)其進(jìn)行全面檢測(cè)，對(duì)燃煤鍋爐的熱效率進(jìn)行評(píng)估，對(duì)剩余使用壽命進(jìn)行調(diào)查，制定鍋爐改造方案時(shí)，必須精簡(jiǎn)有效，而且簡(jiǎn)單易行，節(jié)約資源。改造后的燃煤鍋爐組件要保持原有水平，值得繼續(xù)使用。供氣系統(tǒng)和鍋爐感應(yīng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)必須基本完好，改造后的燃?xì)忮仩t在運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)性和安全性方面普遍低于新購(gòu)燃?xì)忮仩t。

六、相關(guān)改造案例分析

上海味之素食品有限公司有一個(gè)很好的例子，公司內(nèi)部有一個(gè)符合改造條件的燃煤鍋爐，現(xiàn)對(duì)其各方面的改造計(jì)劃進(jìn)行分析。公司內(nèi)部使用的是效率為10t/h 的一臺(tái)燃煤鍋爐，型號(hào)DZL10-1.25-A Ⅱ，科學(xué)使用可用大約20 年。鍋爐爐體沒(méi)有破損，可以繼續(xù)使用，系統(tǒng)也沒(méi)有破損，可以使用。由于這種情況的鍋爐改造成本比購(gòu)買一個(gè)新的鍋爐低，所以選擇改造。該鍋爐是一個(gè)很好的改造燃?xì)忮仩t的例子。

（一）改造要求

將公司現(xiàn)有的燃煤鍋爐進(jìn)行改造，符合以下幾個(gè)要求：

1.改造應(yīng)當(dāng)基本不需要改動(dòng)原有的鍋爐結(jié)構(gòu)，原有的元件也可投入使用，改造方案要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單點(diǎn)，基本依照原有系統(tǒng)改造

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

3.改造完的鍋爐需符合國(guó)家的環(huán)保規(guī)定。

（二）方案選擇

1.燃燒器選擇

燃燒器是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，要選擇合適的進(jìn)行安裝，用于燃煤鍋爐的改造，燃燒器應(yīng)滿足以下條件：

（1）在改造過(guò)程中，要考慮到火焰和空間的貼合度，火焰高度要計(jì)算好，火焰要?jiǎng)偤蔑枬M，在爐內(nèi)不形成死角

（2）燃燒要徹底，燃燒溫度要調(diào)節(jié)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(qiáng)。但是，火焰應(yīng)避免高速清潔熱交換表面，以避免由于熱交換而導(dǎo)致管壁過(guò)熱。

（3）燃燒器要可調(diào)節(jié)，為了可以讓中小型鍋爐使用。

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

（5）燃燒器的安裝簡(jiǎn)便，后期損壞維修便捷、長(zhǎng)時(shí)間使用，價(jià)格低廉。

2.輔助設(shè)施選擇

由于燃?xì)鈺?huì)爆炸，燃?xì)忮仩t的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，在燃?xì)忮仩t的啟停過(guò)程中，如果操作不當(dāng)，很容易造成鍋爐爆炸等事故。為了保證鍋爐的安全運(yùn)行，必須采用燃?xì)忮仩t安全控制系統(tǒng)。

（1）增加一個(gè)針對(duì)氣壓高低的報(bào)警器，以及一個(gè)關(guān)火裝置，防止火焰脫火、回火，火焰點(diǎn)燃和熄滅時(shí)報(bào)警，自動(dòng)關(guān)閉電磁閥。

（2）增加高低水位報(bào)警及聯(lián)鎖裝置，水位過(guò)低時(shí)報(bào)警，關(guān)閉電磁閥，關(guān)閉氣源，30 秒后關(guān)閉風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)仍在運(yùn)行。

（3）為了讓燃燒更充分，可以利用變頻的技術(shù)來(lái)改進(jìn)吹風(fēng)機(jī)，自動(dòng)控制燃燒時(shí)的風(fēng)力風(fēng)向等，避開(kāi)排煙困難。

（三）技術(shù)方案總體構(gòu)思

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

2.鍋爐密封性很重要，必須加強(qiáng)方便燃?xì)獍踩紵?/p>

3.由于燃?xì)忮仩t的過(guò)量空氣產(chǎn)生系數(shù)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(méi)了，煙塵不需從排煙道排出，煙塵小，流動(dòng)阻力低，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量小，殘余空氣多，功率損失大。建議通過(guò)調(diào)整變頻率來(lái)改進(jìn)引風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)。

4.燃?xì)馊紵菀妆ǎ枰惭b防爆門，應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況；

5.新燃燒器控制系統(tǒng)應(yīng)與原有鍋爐功能結(jié)合使用，并應(yīng)增加自動(dòng)控制功能，以控制燃燒，包括預(yù)吹、自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)火焰探測(cè)器控制、自動(dòng)負(fù)荷調(diào)節(jié)、火焰和故障報(bào)警監(jiān)控、排氣閥檢測(cè)、壓力報(bào)警、水位調(diào)節(jié)、報(bào)警、水位極低時(shí)停止以及蒸汽壓力高于爐膛溫度時(shí)報(bào)警，和用于聯(lián)鎖引風(fēng)機(jī)和燃油順序的功能。

（四）鍋爐改造技術(shù)方案闡述

1.配置國(guó)家指定型號(hào)的燃?xì)馊紵鳎骸皧W林”GP—700M，DN100

2.爐墻需要升級(jí)，要將其和燃燒器連接起來(lái)。

3.升級(jí)防火門，增加防爆裝置。

4.由于排放物質(zhì)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(gè)原通風(fēng)及通風(fēng)豎井（預(yù)熱器可根據(jù)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(lái)，形成一個(gè)完整的氣流。

5.對(duì)于鍋爐內(nèi)各部件上留下的水垢進(jìn)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(yùn)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(dòng)控制系統(tǒng)，以便減少人員使用，降低燃燒器成本，實(shí)現(xiàn)全方位地檢測(cè)以及自動(dòng)警報(bào)的功能為鍋爐使用提供安全保障。

（五）燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t使用成本比較

年生產(chǎn)2000h 計(jì)算，燃?xì)庀馁M(fèi)用比燃煤貴；燃?xì)馑M(fèi)4 萬(wàn)，燃煤水費(fèi)5萬(wàn)；電力費(fèi)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?xì)忮仩t只需兩人。燃?xì)饪梢詫①M(fèi)用更多的投入實(shí)處。以熱值23.012MJ/kg（按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算），全年生產(chǎn)2000h計(jì)算，這些加起來(lái)燃?xì)忮仩t使用成本大約556.92 萬(wàn)元/a。

結(jié)論：可通過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析合理選擇替代系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)處理后，燃?xì)忮仩t的成本高于燃煤鍋爐，但燃?xì)忮仩t不僅環(huán)保、清潔，而且可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)化程度。與燃煤鍋爐相比，燃?xì)忮仩t的運(yùn)行成本有很大的降低空間，所有改造必須遵守國(guó)家規(guī)定，符合節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)的要求。