近些年由于政府環(huán)保要求的提高，燃煤鍋爐因其熱效率低、耗能大逐步被燃?xì)忮仩t取代。政府提出了改造燃煤鍋爐的原則，本文分析燃煤鍋爐改燃?xì)忮仩t應(yīng)注意的要點(diǎn)，對(duì)爐膛內(nèi)部結(jié)構(gòu)、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、燃燒器的選型和布置等進(jìn)行了改造研究，總結(jié)了改造過(guò)程中的***與防爆問(wèn)題。 

文 | 盧玉新

引 言

鍋爐按燃料劃分有燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t等類型。隨著***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?lái)源有了穩(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(guò)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(jiǎn)單換裝燃?xì)馊紵?，需要精心布置。以燃煤DZL爐型為例：

①爐膛結(jié)構(gòu)尺寸比較大，但因?yàn)橛星昂蠊埃拗屏巳細(xì)饣鹧鎳娚溟L(zhǎng)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(zhǎng)度比火焰的長(zhǎng)度長(zhǎng)，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(guò)量空氣系數(shù)控制在1.1～1.15。無(wú)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(guò)量空氣系數(shù)與燃?xì)忮仩t相差很多，層燃爐爐膛出口過(guò)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。考慮降低改造費(fèi)用，提高鍋爐出力范圍應(yīng)控制在原有鼓、引風(fēng)機(jī)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(lái)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(zhǎng)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(guó)內(nèi)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(cè)，二者相互配合對(duì)風(fēng)門進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，在燃燒過(guò)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(cè)試儀連續(xù)測(cè)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(jiǎn)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?0% ，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(guò)程中過(guò)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(guò)熱器溫度變化、水循環(huán)阻力變化、水循環(huán)***流速變化等，因此要更**地考慮鍋爐***運(yùn)行的各種因素。

3 ***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(cè)控制系統(tǒng)分開(kāi)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(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(cè)火焰。

3.2 熄火保護(hù)

火焰監(jiān)測(cè)采用等離子、紅外或紫外線光敏檢測(cè)器監(jiān)測(cè)及繼電器控制，具有聲光報(bào)警系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)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(guò)繼電器控制電磁閥的開(kāi)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(guò)高或過(guò)低時(shí)切斷燃?xì)夤?yīng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐證明，通過(guò)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)，***保護(hù)措施遠(yuǎn)高于燃煤鍋爐，操作***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(chǎng)，有利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保達(dá)標(biāo)的雙贏。