(鞍山锅炉厂有限公司，辽宁 鞍山 114016)

220 t/h高温高压天然气锅炉设计

高波

(鞍山锅炉厂有限公司，辽宁 鞍山 114016)

天然气是一种优质高效的清洁能源，燃烧天然气的锅炉对减少污染物排放，减轻雾霾天气具有重要意义。本文介绍了鞍山锅炉厂研制生产的一台220 t/h高温高压燃天然气锅炉的结构设计，根据燃料成分和锅炉的主要性能参数，将锅炉设计为单锅筒、自然循环、集中下降管、П型布置形式的天然气锅炉。通过热力计算，设计炉膛结构、换热面布置，在此基础上给出了220 t/h高温高压燃天然气锅炉的设计方案，最后给出了锅炉运行的主要参数，并且，燃天然气锅炉具有SO2与烟尘零排放的环保优点。

天然气；燃烧器；结构设计

0 前言

自改革开放以来，我国的经济建设取得了举世瞩目的成绩，然而与经济的快速增长相伴而生的是对环境的极大破坏，经济与环境的矛盾日趋尖锐。全球变暖、大气污染是环境问题的一个重要方面，而导致全球变暖、空气污染的主要原因就是人类在近一个世纪以来大量使用煤、石油等矿物燃料，排放出大量的温室气体及其他空气污染物，如二氧化硫、氮氧化物和PM2.5等颗粒物。

为了治理愈发严重的空气污染，我国正逐步推进煤炭消费量削减行动，可以预见到这将会带来能源结构的调整，而在工业上也在积极的利用其他能源来替代煤炭。天然气是高效环保的优质能源，它的主要成分为烷烃。天然气锅炉的二氧化碳和氮氧化物的排放仅为煤炭的20%～50%[1-4]，二氧化硫的排放几乎为零，无颗粒物和灰渣排放，对环境污染影响小。采用天然气作为燃料，可以减少煤和石油的用量，可以改善环境。与此同时，天然气也是一种比较安全的能源，因为其不含一氧化碳，而且密度小于空气，即使发生泄露，也会向上扩散，不易积聚发生爆炸，因而作为燃料应用于锅炉等工业设备中备受青睐。此外，天然气锅炉热效率高，节约能源[5-6]，在此背景下，我厂研制、生产了220 t/h燃天然气发电锅炉。

1 锅炉基本参数

1.1 锅炉主要设计参数

该锅炉的主要设计性能参数如表1所示。

表1 锅炉的主要设计性能参数

1.2 锅炉燃烧成分

锅炉燃料为天然气，燃料成分如表2。

表2 燃料成分分析

2 锅炉结构设计

2.1 锅炉结构布置

本锅炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、“∏”型布置的燃天然气锅炉。锅炉简图如图1所示。

图1 锅炉简图

锅炉采用室内布置，锅炉为全膜式水冷壁炉膛，炉顶、水平烟道及转向室内设膜式顶棚过热器管和膜式包墙过热器管。尾部竖井烟道中布置省煤器和空气预热器。锅炉采用双框架全钢结构，按七度地震烈度设计。炉膛、过热器和上级省煤器为全悬吊结构，下级省煤器和尾部空气预热器为支撑结构。

锅筒位于炉膛上部，由两组链片吊架悬吊于顶板梁上。锅筒留有氮气接口，用于锅炉长期停运时冲氮保护。

炉膛由膜式水冷壁、集箱、集中下降管和引出管组成，每根集中下降管与炉膛每面墙构成结构特性近似相同的循环回路。后墙水冷壁在炉膛出口处向内凸出形成折焰角，以改变炉膛上部空气动力场。前墙水冷壁下部内折形成5°角，组成炉膛炉底。燃烧器布置在锅炉前墙，共八台分两层布置，每层四台。

炉膛水冷壁悬吊于顶部钢架梁上。炉膛整体受热后向下膨胀。水冷壁外侧四周沿高度方向每隔3 m左右设置一圈刚性梁，以增加水冷壁的刚度，炉膛设计压力达±6.0 kPa。

过热器采用辐射和对流相结合。屏式过热器布置在炉膛折焰角上部，两级对流过热器布置在水平烟道中。过热器所有部件均通过吊杆悬吊在顶部钢架上。

蒸汽温度调节采用给水喷水减温方式，在减温水管道上装设流量孔板、调节阀、截止阀等。减温器分二级布置，第一级喷水点布置在第二级对流过热器与屏式过热器之间，为粗调，对屏式过热器也可以起保护作用，第二级喷水点布置在一级过热器冷段和热段之间，为细调。经二级喷水调温，保证了锅炉额定负荷下的过热蒸汽温度。

炉膛膜式壁采用Φ60×5管子，节距80，鳍片20×5，管子材质20G(GB5310)，鳍片材质20(GB713)；屏式过热器采用Φ42×5管子，材质10Cr9Mo1VNbN(GB5310)；高温过热器采用Φ42×5管子，材质12Cr1MoVG(GB5310)；低温过热器采用Φ38×4.5管子，材质20G(GB5310)；省煤器采用Φ32×4管子，材质20G(GB5310)；空气预热器采用Φ40×1.5管子，材质Q235A，由于烟气走管内，为避免烟气低温结露腐蚀，管内挂搪瓷。

锅炉的汽、水流程：锅炉给水→省煤器下集箱→省煤器上集箱→锅筒→屏入口集箱→屏出口集箱→低温过热器→高温过热器→出口集箱→集气集箱。

风侧流程：冷空气通过鼓风机加压后，流经空气预热器、热风道进入燃烧器，与天然气混合燃烧形成高温烟气。

锅炉烟气侧流程：天然气通过前墙八台燃烧器，与空气混合燃烧生成高温烟气，分别流经炉膛、屏式过热器、高温过热器、低温过热器、省煤器、空气预热器，最后低温烟气从锅炉后下部烟气出口排出。

由于燃天然气，烟气中水分较大，低负荷运行或冬季期间运行，流经空气预热器的烟气都会有水凝结，在出口烟道下面需设积水槽及排水口。

锅炉热力计算汇总如表3所示。

表3 热力计算汇总

2.2 环保效果

220 t/h高温高压锅炉，若燃用Ⅱ类烟煤，每年按7 500 h运行，烟气中SO2即使按100 mg/Nm3的允许浓度排放，每年SO2排放量也将超过200 t；烟气中含尘量按30 mg/Nm3的允许浓度排放，每年烟尘排放量也达到60 t，而燃用天然气，SO2与烟尘均为零排放。

[1] 张圣伟.燃气锅炉的前景分析[J].科技信息(科学教研),2007(20):527,549.

[2] 张萍.燃气锅炉的发展前景与经济性比较[J].锅炉制造,2010(1):14-15.

[3] 陈波,李果，杨胜辉，等.新能源发电与电能质量问题浅析[J].电网与清洁能源,2012,28(6):91-96.

[4] 崔立国.关于发展燃气锅炉的建议[J].中国新技术新产品,2010(4):138.

[5] 邓新华.燃气锅炉供热系统节能技术与应用[J].节能技术,2010,28(2):178-181.

[6] 曹东莉，袁越，李志祥.电能替代应用及效益评价[J].电网与清洁能源,2011,27(4):30-34.

Designof220t/hHighTemperatureandHighPressureNaturalGasBoiler

GAO Bo

(Anshan Boiler factory, Anshan 114016,China)

Natural gas is a clean energy with high quality and efficiency.It plays a significant role in reducing pollution and haze. The structure design of a 220 t/h high temperature and high pressure natural gas boiler developed by Anshan boiler factory is introduced. According to the fuel composition and the main performance parameters, the main boiler features are single drum, natural circulation, concentrated down comers and П type arrangement on the basis of thermodynamic calculation, furnace structure design and heat transfer surface arrangement. At last, the main parameters of boiler operation are presented.

natural gas;burner;structural design

2014-05-07修订稿日期2014-06-17

高波(1964～)，女，工程师，从事锅炉设计工作。

TK229.8

A

1002-6339 (2014) 04-0381-02