燃煤锅炉改用天然气锅炉供热技术探讨

2014-11-09刘凤国

山西建筑 2014年4期

刘凤国金阳

(天津城建大学能源与安全工程学院，天津 300384)

0 引言

“十二五”期间，京津冀地区进入工业快速发展时期，由此产生的空气污染问题，引起了社会的广泛关注，尤其是冬季供热过程中燃煤锅炉产生的烟尘、SO2以及NOx污染。天津市政府从促进经济持续发展，控制空气环境污染，改善居民生活环境出发，计划在“十二五”期间首先整治城市燃煤供热锅炉产生的污染，淘汰市区燃煤供热锅炉房。根据市政府《关于研究天津市“十二五”主要污染物总量控制有关问题的会议纪要》(津政纪［2011］4号)要求，结合《天津市供热发展“十二五”规划》，天津市建设交通委员会(建交委)制定了《天津市中心城区和滨海新区核心区淘汰燃煤锅炉房实施方案》。该方案计划“十二五”期间改造市区的163座燃煤供热锅炉房，供热面积总计11 685万m2。其中包括147座中心城区的燃煤锅炉房(计划改燃132座，并网15座);滨海新区16座燃煤锅炉房并入热电热网。中心城区改燃锅炉房涉及环内10个行政区，淘汰燃煤锅炉376台，供热面积达9 633万m2。天津市市区区改燃情况汇总表见表1。

表1 中心城区改燃燃煤锅炉房情况汇总表

改燃后热源所需的燃气高峰小时用气量为85．9万m3，年耗气量约为13．5亿m3。

虽然供热锅炉改用天然气在供热期能够较好地降低市区大气污染问题，但是大规模改燃实施过程中可能会出现一些问题，本文拟对这些问题进行讨论分析，希望对广大燃气技术人员有所帮助，促进“煤改燃工程”的顺利开展。

1 锅炉本体和燃气燃烧器的方案选择

煤改气锅炉房改造过程中，在锅炉本体和燃气燃烧器的方案选择上存在两种做法:一种是供热锅炉本体和燃烧器全部更新并选择进口设备;另一种是保留原有燃煤锅炉本体，将燃煤燃烧器改装成燃气燃烧器。对于锅炉本体来说，进口锅炉和国产锅炉的实际运行效果差异比较小，虽然国产锅炉的换热面稍微大于进口锅炉，但是在实际运行条件下国产锅炉具有优势。由于燃气燃烧器和燃煤锅炉本体较难匹配，单独改燃气燃烧器的锅炉效率会比燃气锅炉效率低8%～10%。以燃料成本来考虑燃气锅炉的本体投资额，大约只需3年～4年即可回收全部成本。可以得出应该坚决摈弃更新燃烧器而不更新锅炉本体的煤改燃项目。虽然近年来国产燃烧器技术进步较大，但是燃烧性能和污染物控制技术方面与国外产品有较大的差距，用户应根据煤改燃的实际情况和企业经济条件，来选择燃气燃烧器。

2 建筑节能技术的应用

对于燃气供热锅炉房，如果围护结构质量较差，整个热网的总用热负荷会较大，在遇到极端寒冷天气时，总用热负荷会急剧增加，这不仅影响供热管网的水力可靠性，更重要的是提高了燃气管网的供气负荷，管网压力提高，由此带来的城市燃气管网事故率将会增加。从供热成本考虑，燃煤区域供热锅炉房的燃料成本比较低，既有建筑的围护结构保温状况不理想的问题对供热成本影响不突出，而燃气价格较高且面临其有上升趋势，燃气供热单位如果不注重建筑节能，就很难保证基本利润率［1，2］。天津市近年来开展的既有建筑围护结构的节能改造工程，为煤改燃工程的顺利实施提供了重要保证。

3 供热负荷调节方法

城市燃气负荷全年会出现较大的峰谷差，尤其是在冬季属于用气高峰期，有限的燃气资源很难满足整个城市供热的用气需要量。传统供热系统的运行方式常常采取燃气供热和燃煤供热独立运行的模式，其结果是室外气温高时燃气耗量和燃煤耗量都小，反之燃气耗量和燃煤耗量较大，污染物排放量也相应增加，城市空气质量恶化。解决方式之一是燃气锅炉和燃煤锅炉联合运行，燃煤锅炉作为供暖的基荷锅炉，不参与负荷调节，当室外温度较低时，开启燃气锅炉供热进行调峰。这种联合运行方式可以有效降低较高的燃气价格对供热运行成本的影响［2，3］。

4 供热热网的改造

根据对已有的煤改气供热工程的统计和分析，煤改气工作只是将燃煤锅炉改成燃气锅炉，往往忽略供热热网的改造。由于燃煤的价格相对较低，尽管传统的燃煤供热系统存在较大的热力管网输配损失和水力不均匀损失，但是这些损失占燃煤供热总成本的比例较少。由于单位热量的燃气价格约为燃煤的4倍～5倍，采用燃气为热源进行集中供热时，管网输配损失和水力不均匀损失在供热系统总成本中的比例将较大增加，并且影响燃气供热系统总成本。

天然气锅炉区域供热系统改造中可采取气候补偿、供热系统自动控制和水泵变频等技术［4］。1)气候补偿技术。随着室外的气候的变化，可使用气候补偿器调节供热系统的供水温度，使供热系统的供热量与实际热负荷相匹配，起到按需供热的作用。其工作原理是通过通讯网络系统实时采集室外温度，通过优化分析的方法计算得到二次网系统供水最佳温度与室外温度的对应关系，然后调节电磁阀，控制一次网供水管进入热交换器的流量，进而调节二次热网供水温度达到计算出的最佳值，实现供热热网系统节能，节能率可达15%。2)水泵变频技术。在供热系统设计中常存在系统阻力和计算水流量与水泵型号的扬程和流量不匹配，以及供热负荷变化引起的水流量实时变化的问题，可增设变频水泵加以解决。3)供热系统自动控制。供热系统集中自动控制主要是通过采集供热系统的压力、温度、热量、流量等参数，调节管网流量，合理匹配热负荷，尽量做到按需供热。同时也可诊断供热管网故障，及时诊断堵塞和泄露等系统故障，保障了城市热网的安全运行。

5 天然气锅炉运行过程中需注意的问题

燃气与空气混合后，当达到其爆炸极限浓度范围，遇明火会发生爆炸。因此，燃气锅炉相对于燃煤锅炉，安全、防爆要求更高［5-7］。重点考虑几个方面:1)燃气锅炉房内需要设置燃气泄漏监测报警和通风装置，检测燃气达到一定浓度时及时切断天然气管路，并开启通风设备进行换气;2)锅炉本体或烟道上必须设置防爆门;3)燃气管路应有检漏措施，燃气锅炉炉膛内要有联锁保护控制系统;4)燃气锅炉的启动和停炉过程中，需要有严格的顺序控制系统，进行炉膛和烟道的吹扫操作后方可点火;5)燃气锅炉房内所有电器设备需要防爆;6)燃气燃烧器必须配备熄火自动保护装置，点火不成功或熄火时，再次点火须能进行自动的吹扫。