柴雁鹏

（山西潞安工程勘察设计咨询有限责任公司，山西 长治 046204）

1 引言

根据国家相关文件要求，潞安集团各煤矿陆续淘汰了现有的燃煤锅炉，更换为燃气锅炉作为供热热源。本文主要对各个煤矿燃煤锅炉房改造为燃气锅炉房进行分析讨论，本文讨论内容的前提如下为：（1）锅炉房建筑为独立锅炉房；（2）原设计为燃煤锅炉房，现改造为燃气锅炉房；（3）改造后的燃气锅炉台数、单台锅炉的蒸发量或发热量与原设计燃煤锅炉相同。

2 改造可行性分析

2.1 建筑火灾危险性类别

根据 GB 50041—2008《锅炉房设计规范》（以下简称《规范》）15.1.1 的规定，对于独立建筑的锅炉房，锅炉房建筑按火灾危险性分类均为丁类生产厂房。

2.2 建筑物防火间距

原设计燃煤锅炉的防火间距是按丁类厂房的防火间距进行的设计，改造为燃气锅炉房以后，锅炉房建筑的火灾危险性类别并未改变，其防火间距也可以满足改造后燃气锅炉房的使用。需要注意的是，若要在锅炉间内设置调压间，其火灾危险性类别应为甲类厂房。

2.3 空间布置

相同容量的燃气锅炉与燃煤锅炉相比，结构更紧凑、外形尺寸更小。根据《规范》中锅炉与建筑物的净距相关规定，同容量的锅炉，燃气锅炉炉前距离要求比燃煤锅炉小，炉后通道和锅炉两侧的距离要求与燃煤锅炉相同，锅炉操作地点的净空高度也相同，因此，在原燃煤锅炉位置布置同容量的燃气锅炉，其空间布置可以满足设计要求。

2.4 锅炉基础

相同容量的燃气锅炉与燃煤锅炉相比，除外形尺寸更小，燃气锅炉的重量也低于燃煤锅炉的重量，因此，无论锅炉布置在1层还是2层，锅炉基础的承载力均可以满足燃气锅炉的要求，仅需对现有基础进行局部改造[1]。

2.5 耐火等级

根据《规范》15.1.1 的规定，对于独立锅炉房，耐火等级仅与锅炉的蒸发量或发热量有关，与锅炉燃料无关，因此，原设计建筑物的耐火等级可以满足燃气锅炉房的要求。

2.6 用电负荷

与燃气锅炉房相比较，燃煤锅炉房需要的电气设备更多，电负荷更大，燃气锅炉房用电设备少，用电负荷也小于燃煤锅炉房，因此，原设计燃煤锅炉房的总供电负荷要求可满足改造后燃气锅炉房的使用。

3 细节设计讨论

3.1 门、窗改造

燃煤锅炉房改造为燃气锅炉房后，根据《规范》15.1.3 的要求，燃气锅炉间与相邻的辅助间之间的隔墙应改造为防火墙，隔墙上开设的门应改造为甲级防火门，朝向锅炉操作面方向开设的玻璃大观窗，应改造为具有抗暴能力的固定窗。

3.2 泄爆口

改造后的燃气锅炉房需考虑锅炉间的泄压面积，根据《规范》要求，锅炉间泄压面积不应小于锅炉间占地面积的 10%，且泄压方向不得朝向人员聚集的场所、房间和人行通道。

3.3 可燃气体探测装置

根据《规范》，燃气锅炉房的锅炉间应设置可燃气体报警装置，与燃气供气母管总切断阀和排风扇联动，并满足 GB/T 50493—2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》，设置间距不大于 15m，且距离其所覆盖范围内的任一释放源不大于 7.5m。

3.4 通风系统

《规范》规定，燃气锅炉房的锅炉间应设置独立的送排风设备，其通风装置应防爆。锅炉房的通风换气次数按锅炉设置位置确定。锅炉设置在首层，正常换气次数不应少于6次/h，事故换气次数不应少于12次/h；锅炉设置在半地下或半地下室时，正常换气次数不应少于6次/h，事故换气次数不应少于12次/h；锅炉设置在低下或地下室时，其换气次数不应小于12次/h；同时，送入锅炉房的新风总量必须大于锅炉房3次的换气次数[2]。

3.5 防爆区域分析

GB 50058—2014 《爆炸危险环境电力装置设计规范》规定，明火设备如锅炉采用平衡通风，炉膛内为负压，可燃物质不能扩散至设备附近与空气形成爆炸性混合物，因此，明火设备附近按照非危险区域考虑。GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》规定，燃气锅炉房用电可划分为非爆炸危险区域。根据上述要求，燃气锅炉房（除燃气调压及计量间之外）电气设备和电缆无须按防爆要求进行设计，无须对锅炉房的用电进行防爆改造。

3.6 烟风系统

燃气锅炉的烟囱宜单独配置，共用1座烟囱时，每台锅炉采用单独烟道接入烟囱，同时在烟道上设置烟道阀门和防爆门。烟道最低点设置水封是冷凝水排水装置。燃气锅炉烟囱通常高度不得低于 8m，具体高度需根据批复的环评影响文件确定。

4 常见设计难点

4.1 燃气储存

根据潞安集团各煤矿改造情况来看，由于大多地理位置较偏僻，附近无天然气管网，或是敷设管网难度大，投资高，若采用槽车直接供气，TSG-R0005—2011《移动式压力容器安全技术监察规程》中规定，禁止移动式压力容器之间相互装卸作业，禁止移动式压力容器设备直接向用气设备进行充装。因此，燃气的储存成为较为棘手的难题。

规范 GB 50041—2008 中并无天然气用量储存的相关内容，为避免冬季雪天无气可用，其储量参考燃油储运的规定实施，即汽车运输为 3～7d 的锅炉房最大耗量。天然气以液化天然气的形式运输和储存，储存效率高，运输更经济，液化天然气储存设计要满足 GB 50028—2006 《城镇燃气设计规范》中液化天然气供应章节的相关内容。

4.2 烟气低氮设计

燃气锅炉烟气中主要污染物为氮氧化物，GB 13271—2014《锅炉大气污染物排放标准》中关于重点区域燃气锅炉氮氧化物的排放浓度限值为 150mg/m3，然而各地方文件要求的氮氧化物浓度限值更为严格，最低为 30mg/m3，因此，燃气锅炉低氮设计是环保能否达标，甚至项目能否实施的重要指标。

锅炉烟气中氮氧化物主要来源为空气中的氮高温状态下被氧化，根据 GB 13271—2014 中大气污染物基准含氧量排放浓度折算公式，烟气中实测含氧量越低，折算基准含氧量浓度越小。因此，控制燃气锅炉的烟气氮氧化物主要从2方面入手：减少氮氧化物的生成量；控制烟气中的实测含氧量。现阶段常用的燃气锅炉低氮设计主要为低氮燃烧器和烟气再循环系统，低氮燃烧器主要是通过优化炉内燃烧工况，合理优化燃料与空气混合，控制火焰分布，降低炉膛内温度来实现降低制氮氧化物生成。烟气再循环技术指的是将燃烧后的部分烟气引出返回至燃烧器，与新鲜的空气混合参与燃烧。再循环烟气的温度比炉膛内的火焰温度低得多，能够显著降低炉膛内的温度，减少炉膛容积热强度。同时，由于引入的烟气含氧量极低，在炉膛内可以降低炉膛内的氧气浓度，抑制氮氧化物的生成。