燃气锅炉方面

工业锅炉方面

一、燃煤锅炉概况

燃煤锅炉是我国主要的煤炭利用方式之一，广泛应用于供热和工业生产过程。我国工业锅炉每年耗煤量约6亿吨，是仅次于电站锅炉的最大的煤炭消耗者。我国工业锅炉总量约为60万台，且每年仍在以5%的速率增长。在各类工业锅炉中，65%是链条炉，20%是往复炉排炉，10%是固定炉排炉，3-5%是循环流化床锅炉，其它类型占1%。可见，燃煤链条锅炉在我国国民经济生活中的重要地位。其中，6t/h燃煤链条锅炉不仅数量大，而且效率普遍比较低下。

二、燃气锅炉优势

燃气锅炉具有良好的燃烧性,其特点为起火迅速,锅炉升温快、调节灵活,燃烧效率高,对环境污染小。其主要优点有：燃气锅炉中燃气的灰分、含硫量和含氮量比煤低,燃烧充分,烟气中粉尘量极少,排放易达到国家对燃烧设备所要求的标准,可大大减轻对环境的污染,环保性能好。

1、烟气污染小,对流管束承受的腐蚀小,传热效果好,热辐射能力强,排烟温度低,热效率明显提高。

3、燃气锅炉不需要上煤机、除渣机、除尘器、炉排等附属设备,节约锅炉设备投资。

4、使用燃气为动力,不需要燃料储存,卫生条件好。可极大的减小劳动强度,改善劳动条件,降低运行成本,节约运输费用、场地和劳动力。

5、燃气锅炉供热负荷适应性强,根据负荷(水温)可灵活的调节大小火。系统启动快,减少预备工作带来的各种消耗。由于附属设备少,用电量较燃煤锅炉要低。燃气内杂质较少,锅炉不会发生高低温受热面的腐蚀,锅炉连续运行时间长,故障少。

6、燃气计量简单准确,便于燃气供应量的调节。在减少设备维修保养方面,燃气锅炉燃烧系统设备简单,因而需要维修保养的设备少,受热管件使用寿命长。

7、燃气锅炉操作简单,易实现自动控制。燃气锅炉不但设置费用和运行费用较低,而且它的社会效益是无法比拟的。天然气是最清洁的燃料,是排放污染最少的燃料,燃气锅炉将是锅炉发展的最终趋势。

三、能耗情况

总体来说，锅炉能耗情况：燃煤的最便宜，有污染，燃油的价格稍贵，燃气的最贵，无污染，干净环保。这里说的是同吨位的锅炉。

具体讲，就用1吨的锅炉能耗比较。每小时烧煤是120公斤，燃油是60公斤，燃气要80立方。

要说使用成本首先看你那个地方的煤的价格和天燃气的价格。燃气锅炉环保性能好，自动化程度高，基本可实现无人操作；

燃煤锅炉需要有一个大的存煤场，环保效果差。另外燃煤锅炉工可能要几个人，燃气的最多要两人就可以了，还有考虑日常炉渣清理运输。

综合考虑。燃气锅炉运行的成本会高一些。但清洁。环保，也要考虑当地的经济发展，会不会以后被改造等情况。

四、燃气锅炉实用

燃煤锅炉使用10年以下可以考虑直接改燃气锅炉，如果超过十年不如直接购买燃气锅炉。

五、煤改气锅炉改造分析

1、燃气改造技术分析

在燃煤锅炉改造为燃气锅炉的工作中，应以不变动锅炉本体受压元件部分，减少对原有锅炉改动为原则。改造过程应着重从燃气燃烧器的选择、燃烧器数量的确定、燃烧器布置、炉膛布置的匹配性设计、选择防爆措施等方面考虑，循序渐进，既要考虑经济效益，又要从实用性出发。

1.1 燃气燃烧器的选择

在燃煤锅炉改造过程中，首先要选择或设计合适的燃气燃烧器。常见的燃气燃烧器按照空气供给方式可以分为引射式燃烧器、鼓风式燃烧器和自燃引风式燃烧器三类。引射式燃烧所需的空气由燃气射流吸入，鼓风式燃烧器需鼓风设备将空气送入燃烧系统，自然引风式燃烧器则依靠炉膛中的负压将燃烧所需的空气

吸入燃烧系统。对于燃烧器的选择应对比三种燃烧器的特性结合锅炉原有炉膛的特点进行考虑。

1）燃气燃烧器的安全程度，也就是要求降低气体不完全燃烧热损坏。燃烧的完全度主要与燃气和空气混合均匀程及空气是否充足有关。一般在空气量充足、混合良好的情况下，使气体不完全燃烧损失为零并不困难。当燃用高热值燃气时，气体不完全燃烧损坏不应超过0.5%；燃用低热值气体时，气体不完全燃烧损坏不应超过1.5%。在采用预混燃烧器时，容易使不完全燃烧损坏控制得比扩散燃烧时低一些。

2）降低烟气中的过剩空气系数是降低排烟损坏有效措施。排烟中的过剩空气量与烟气通道漏入的空气量之和。对微正压运行的锅炉，烟气通道漏入的空气为零，此时主要过剩空气量取决于燃烧时的过剩空气量取决于燃烧时的过剩空气量，实际上在任何情况下，降低燃烧时的过剩空气量，对提高锅炉的热效率是有好处的。燃烧器能否保证在尽量低的过剩空气系数下运行，是燃烧器燃烧性能的重要指标之一。

3）燃烧器的火焰特性与炉内换热和锅炉的其他特性密切相关。比如，扩散燃烧时，其半发光火焰比无焰燃烧时的火焰辐射能力强，对炉内传播有利。燃烧器喷口的气流应有较高的速度和较大射程，以使炉内火焰充满度较好。在利用耐火材料加强炉内传热时，需要与辐射面相适应的火焰形状和火焰速度。

4）充分考虑燃烧速度。因为高速燃烧是现代中小型锅炉发

展的的趋势，它可以减少燃烧器和炉膛的尺寸，是锅炉小型化的重要措施，也是燃烧器的重要特性指标。

但是，实际生产中，由于中小型锅炉常在负荷多变的情况下使用，因此，要求燃烧器有很宽的负荷调节范围。改造后的燃气锅炉在运行时，应使炉膛火焰充满度比较好，不形成气流死角，避免相邻燃烧器的火焰相互干扰，同时未燃尽的燃气、空气混合物不应接触换热面，以免形成气体不完全燃烧。但高温火焰要避免高速冲刷换热面，以免换热面热强度过高使管壁过热。因此，在选择燃烧器时，还要根据不同的燃气和负荷，近似估算燃烧火焰的长度。

1.2燃气燃烧器数量的确定

燃煤锅炉改造中燃气燃烧器的数量可由下式确定，

n=Q gl/Q rq

式中，n为燃气燃烧器的数量；Q gl为锅炉热负荷容量，KW；Q rq为单个燃烧器热负荷，KW。

实际改造中，为防止多个燃烧器同时运行时某一个燃烧器因事故熄火引起爆炸或爆炸，燃气燃烧器个数一般不超过4个。为解决锅炉在低负荷时燃气流量不足出现的熄火、回火问题，可通过在燃烧器内部加装油枪来适应锅炉低负荷时的变化，同时炉膛中应配合安装熄火防爆装置。

1.3燃烧器的布置

1）应使火焰处于炉膛几何中心区域，使火焰尽可能充满炉

膛，燃烧稳定。

2）火焰居于炉膛的几何中心区域，可使炉膛内热量得以均匀分配，不会形成局部受热引起应力增大，防止受热不均，避免锅炉出现受热局部过热现象。

3）卧式锅炉的炉膛进深较大，燃烧器布置在炉膛的前墙上，保证前烟箱不会过热。目前，国内中小型燃煤锅炉按燃烧方式分为层燃烧与室燃烧两种。层燃炉多数为链条炉，其特征是燃料在固定或缓慢运动着的炉膛实现燃烧。当改造的锅炉为链条炉时，其前后墙及炉拱的特殊形状为安装燃烧器带来不便，故应将燃气燃烧器安装于链条炉的南侧。为使改造后炉内的热交换状况与改造前相似，以减少链条炉内换热设备的变动，应将燃气燃烧器安装于炉膛侧墙中心下方。对于煤粉炉，为保持与改造前炉膛空气动力场特性相似且减少改造工程量，可利用基原有煤粉燃烧器喷口位置安装新的燃烧器。

1.4炉膛布置的匹配性

当燃烧器的类型及位置选定时，应进行炉膛的匹配计算，主要由四部分组成。

1）排烟量要与引风机相匹配。燃煤锅炉引风机的排烟量是按照燃煤产生的烟气配置的。改烧燃气后，烟气的密度及流量发生变化，应重新校验引风是否匹配，否则会出现点火困难、尾气温度高度等温题。

2）炉膛漏风系统要与燃烧器空气量相匹配。在煤改气过程

中，应将漏风系数在0.1以下。燃煤锅炉的漏风主要集中在前煤斗、排碴口、鼓风机入口处。采用气体燃料后，应当封闭，以减少排烟热损失和电耗，否则容易造成漏风。

3）炉膛尺寸要与燃烧器的布置匹配。炉膛布置要考虑单个燃烧器。根椐单个燃烧器的火焰长度和直径，确定燃烧器之间的距离，以保证火焰不冲刷炉墙、不相互干扰，并有利于受热面匹配。

1.5 燃气锅炉防爆措施选择

在燃煤锅炉改造为燃气锅炉后应从以下几方面防止炉膛爆炸事故的发生。

1）必须配有可靠的安全保护控制措施，如自动点火装置、快速切断阀、火焰监视系统（FSSS）各项连锁保护。

2）对于水管锅炉在炉膛出烟口位置（或正对炉膛中心位置）及烟道上设置防爆门。防爆门的动作是当炉膛或烟道内的混合气体发生爆炸时能自动打开，泄放一定的炉内压力，以保护炉墙不受严重破坏。

3）必须严格制订和执行安全操作规程，特别是在每次点火启动时一定要做吹扫工作，掌握好吹扫时间。必须保证在风门打开后，根据通风机的流量计算的吹扫风量容积应大于或等于3倍炉膛和烟道的容积量，所需的时间再延迟30S以上。在锅炉运行中注意风气比例调节，防止出现脱火、回火现象，保证气体完全燃烧。

4）燃气锅炉燃烧系统应实现自动化，包括点火、熄火保护、燃烧自动调节、必要的联锁保护以及用程序自动启动。

5）当几台锅炉共用一个烟道时，每台锅炉都应设有烟道门，而且每台烟道门应设置限位开关。与此同时，还必须保证在锅炉启动前打开烟道门后，锅炉才能投入使用，以防因烟道门未打开，误操作造成通风不畅事故。

2、燃煤锅炉与燃气锅炉不同之处

2.1 燃烧方式

循环流化床燃煤锅炉是将煤通过破碎设备，经皮带进煤仓，通过给煤机利用播煤风，撒入炉膛；通过循环灰加热，流态化燃烧过程。而煤改气后将焦炉煤气和驰放气混合合由四个燃烧器喷入直接燃烧。

2.2 燃烧产物

煤主要是由C、H、O、N、S等元素和灰分及水分组成，煤燃烧放出热量后，生成SO2、SO3、NO x灰分和水分，而SO2、SO3、NO x由烟气排入大气，污染环境，对人类造成危害。

而焦炉气和驰放气的主要成分是CO和H2，经过燃烧后，主要生成CO2和H2O，相对燃煤锅炉燃气锅炉的排放SO2、SO3、NO x要少得多。

2.3 通风方式

燃煤锅炉一般采用负压燃烧，基燃烧过程是由鼓风机和引风机的配合配合的配合来共同完成，煤在燃烧过程中，需要大量的

空气，而由于炉墙烟道的漏风，过量空气系数可达2.1-2.5之间。

燃气锅炉采用微正压或微负压燃烧，需要的风量小，在燃烧器内空气能较好的与天然气预混。微正压燃烧没有炉墙和烟道的漏风因素，运行中烟道出口空气系数可为1.05-1.2。

2.4 燃料易爆性

燃煤锅炉燃烧安全，炉膛不易发生爆炸危险。而燃气锅炉在爆炸浓度界限内，遇到明火就会发生爆炸。危险性较大。

2.5 锅炉自动控制

燃煤锅炉由于受到煤种、料层厚度、鼓风量、引风量、风煤配比等原因，要做到根据负荷来自动调节锅炉运行参数的难度大。

而燃气锅炉所受影响因素较少，可根据负荷调节燃烧器阀门大小，容易实现自动控制。

3、总结

经过煤改气锅炉的实际改造，及运行分析。改造后的锅炉工艺指标，燃烧特性指标均达到设计要求，并能实现使用与监控一体化，极大地降低了锅炉潜在的危险性。同时在减少购买新炉的成本的基础上，减少了气体污染物的排放。实现了经济效益和环境保护的双赢。

六、实例（10t/h燃煤蒸汽锅炉改造为燃气锅炉方案）

基本情况：10t/h燃煤蒸汽锅炉一台，该锅炉为上海四方锅炉厂生产，型号SHL-1.25-AⅡ型，2000年生产，2003年投入使

用。锅炉炉体受压元件基本完好，有继续使用价值；锅炉的给水系统和送、引风系统基本完好，非常适宜改造为燃气锅炉。

1、锅炉参数

①额定出力10t/h

②额定工作压力1.25Mpa

③给水温度105ОC

④设计效率≥90%

⑤使用燃料：燃煤

⑥燃料消耗量：5t标准煤/吨蒸汽

⑦燃烧方式室燃

⑧电能消耗（风系统）96.4Kw

2、改造要求

用户要求将现有的一台10t/h燃煤蒸汽锅炉改造为天然气锅炉。并达到如下目标：

1）保持原锅炉的额定参数（如汽温、汽压、给水温度等不变）

2）保持或提高原锅炉的出力和效率

3）通过改造达到消除烟尘，满足环保要求

4）改造方案简单易行，投资少、见效快，工期短，因此改炉时涉及面越小越好。改造时不超出锅炉本体基本结构之外。

改造技术方案：

1、技术方案总的构思

①炉膛设计考虑天然气燃烧的火焰直径（φ1500mm）和火焰长度（4500mm），使炉膛空间与火焰的充满度达到最佳。炉膛容积热负荷设计为≤100×104cal/m3h

②考虑到天然气主要成份为CH4，其燃烧后产生的H2O，蒸汽份额较大，故其辐射能力较强，炉膛受热可适当增加，以充分利用其辐射传热，提高热效率，降低钢材消耗，确保锅炉出力，并可能提高锅炉出力。

③锅炉炉膛内采用微正压燃烧。要求锅炉的炉墙，密封性能要加强。

④由于燃气锅炉的空气过剩系数较小，只有1.05~1.2之间，燃烧所需风量较少一些，加上拆除除尘器后，以及烟道系统烟尘较小，所以烟道阻力较小，引风机风量有较多的富余采用档板风门调节，功率损耗较大，建议可考虑采用变频调速方式对引风机进行调控。

⑤在炉膛和后烟室看火门处，增加一个至两个防爆门，提高锅炉的抗爆性能。

⑥新增加燃烧器控制系统与原有的锅炉控制有机结合在一起，具有燃烧程控功能，能预吹扫自动点火，火焰检测器自检，负荷自动调节，火焰监测故障报警联锁停炉。燃气阀阻检漏，压力高低报警，水位调节水位高低报警，极低水位停炉。蒸汽压力

超高炉膛温度超高报警，引风机与燃烧机顺控联锁功能。

2、技术方案简要阐述

①配置进口燃气燃烧器：“芬兰”“奥林”GP—700M，DN100一体化全自动燃烧器及包括，组合电磁阀调压阀、过滤器、检漏装置，高压气压开关，气压表及连杆等组成阀组一套，该机输出功率2—8.4MW，火焰尺寸Φ1500X4800

②拆除煤斗：在原锅炉基础平面±0.00处以上到锅炉前炉墙面板以前煤斗部分前落灰斗，以及炉排的全轴部分。

③拆除炉排：拆除炉排的全炉炉排，以及前后轴和后部老鹰铁。

④拆除炉排中间的风箱组成燃烧室空间：根据火焰的尺寸要求，将上下炉排中间的风箱部分拆除，形成一个圆弧形炉膛底部。

⑤密封炉排下面的落灰室以及管部的排渣斗，用炉渣将炉排底部的落灰室和后部的渣斗堵住并在炉渣上部放置保温混凝土80mm厚，再在混凝土上放置两层耐火砖（圆弧形放置），最后用耐火混凝土浇注抹面形成耐火保温炉膛底。

⑥制作全炉墙及燃烧器的连接面板：用厚度为16mm的钢板在炉座基础平面处以上与锅炉全炉墙平面处进行焊接固定（与钢架相连焊接）根据燃烧头的安装固定尺寸要求，开孔并钻四个固定螺栓孔（攻丝），用耐火砖在钢板内侧砌筑耐火前墙（在钢板与耐火砖之间适当留50—80mm间隙用来填充保温材料）和原

有前炉墙，以及新做炉底相连，形成完全密封的新前炉墙。

⑦用原有左侧和后部的看火门，改成两个防爆门。

⑧拆除原有的鼓风机，除尘器，以及空气预热器，将原有的鼓风机及送风道全部拆除（预热器可根据情况考虑），原除尘器被拆除后，钢制烟道将原除尘器卷入口和出口之间空间进行连接。形成完整烟道。

⑨清除炉内水冷壁管对流管束等受热面上的烟垢，同时将锅炉内水侧的水垢进行清洗，提高锅炉受热面的传热能力。

⑩对所有的炉墙及炉门进行密封：由于燃气锅炉在微正压状态运行，为了安全，需要对所有的炉墙及炉门进行密封。

⑾安装燃烧机：先将燃烧头拆下，装在前炉墙上的燃烧器连接面板上，并用耐火材料将燃烧筒与炉墙处进行密封；然后按要求依次装上燃气阀组及附件，最后装上燃烧机主体部分。

⑿根据燃烧机要求，结合原有的控制系统，设计制作新的控制系统，充分利用原有的系统保留部分的控制器件，新增加部分重新做一个控制柜，将新控制柜与原有控制内保留部分结合，形成新的完整控制系统，能达到如下功能：

a.水位自动调节，指示。

b. 水位高低报警，极低水位报警联锁停炉。

c.炉膛出口温度超高报警，停炉。

d.蒸汽压力超压报警，停炉。

e.燃烧负荷自动调节，大、小火自动转接。

f.根据压力，工作性自动起停。

g.燃烧程控自动控制，自动实现预吹扫，高压点火，火焰自检，火焰监测，故障熄火报警停炉联锁。

h.燃气高、低压报警。

i.燃气系统泄漏报警，停炉。

j.燃烧机停炉后吹扫。

k.引风机与燃烧机顺控联锁，起动时引风机先开，燃烧器后开，停炉时燃烧器先停，引风机后停。

l.所需的电机控制回路，都有短路，缺相，过载等保护功能。

⒀调试时要对引风机的风量和压头进行调整：由于改造后引风机有较大富裕量，需要将引风门关小到一定程度，以减少风量和降低风压。

⒁引风机改为变频控制：由于引风机功率较大，且改燃气后风量要求较燃煤时少，拆除除尘器和空预器的烟道阻力减小，引风机富裕量较大，采用加挡板调节时，电耗较大，改为变频调节后，能耗会降到原能耗的1/2~1/3，因此节能效果明显。

改造工程费用预算

1 燃烧器GP-700M DN100 1

18.90

2 燃气阀组DN100 1 6.5

3 电控柜GKF-10-Q 1 1.4

4 锅炉拆除 1 1.6

5 改造材料8.3

6 改造工费 2.6

7 检验费 1

8 小计40.30 注:若引风改造为变频控制，加炉膛负压调节控制器, 另增加费用3.4万元整。

燃气系统

1、天然气的组份、热性及物理特性

①组份及含量（%）：CO、0.1；H2、0.2 ；CH4、95.5

②热值：8000kcal/Nm3

③物理特性

a.标态下密度0.7435kg/Nm3

b.燃烧所需要的空气量9.64Nm3/ Nm3

c.燃烧产物的烟气含尘量10.648mg/ Nm3

d.最低着火温度400ОC

e.理论燃烧温度1700ОC

2、燃烧器对天然气的参数要求：

①天然气供气压力（动压）1100mmH2O—1500mmH2O

②热值≥8000kcal/Nm3

③流量：80 Nm3/吨蒸汽.h

3、燃气管道流程及设备：

本工程接自市政道路上天然气管道为中压A，为达到锅炉燃烧器前的压力要求，同时又可以防止燃气压力的上下波动，需要在厂区设置一台落地式燃气调压计量柜，该调压柜可完成过滤、调压、稳压、计量、安全切断等功能。为保证向锅炉24小时不间断供气，可采用2+1型式，及双回路加旁通。

4、燃气工程费用预算：

调压计量柜1000 Nm3/h 1台10万PE管DR160 100米2万钢管D159X4.5 30 0.6万钢管D89X3.5 20 0.36万

钢管D57X3.5 20 0.24万

阀门（埋地）D150 1 0.4万阀门（室内）DN80 2 0.4万阀门（室内）DN50 2 0.16万

燃气报警系统3路0.60万工程安装2万

总计16.76万燃煤锅炉、燃气锅炉使用成本比较

燃煤锅炉如使用煤炭，煤炭的热值为5500Kcal/Kg（按标准

煤计算）左右，其市场价每吨460元。10t蒸汽锅炉每吨蒸汽耗煤为0.2吨，价格为160元。天然气的热值为9000kcal/ Nm3，每立方天然气价格为3.5元，按天然气消耗量每吨蒸汽耗气80Nm3计算，价格为280元。以全年生产2000小时计算，两者费用比较详见下（以1吨蒸汽比较）：

1 、产生费用项目

煤160元天然气280元

2 、电力耗费（风系统、煤系统、灰渣系统）

煤 5.57元天然气 1.28元

3 、灰渣清除(人力、运费)

煤有天然气无

4 、环保费

煤有天然气无

5 、人力成本

煤相同天然气相同

从以上比较可以看出，燃气锅炉房的运行费用稍高于燃煤锅炉，但燃气锅炉可以大大改善工作环境，降低劳动强度，提高企业品位。且随着国家环境保护政策、能源政策的发展趋势，燃气锅炉的运行费用较燃煤锅炉有非常大的下降空间，因此，该锅炉非常适宜于改为燃气锅炉。