【关键词】基本原则,内容和方法,燃烧器选型,防爆
【摘要】作为消耗一次能源的工业锅炉和生活锅炉，因其在生产和生活中的大量使用，对环境的影响（烟尘和粉尘）是最普遍和最直接的，而使用高效、清洁的燃气锅炉可有效的解决这一问题。燃气锅炉自动化程度高、热效率高，可以根据负荷的大小自动调整锅炉的燃烧状况，对我热力厂冬季大负荷运行和夏季小负荷运行的自动调整效率较高。出于节约资金的考虑，将我部热力厂原有三台20T燃煤锅炉改造为“燃气”锅炉，是一个不错的技术改造方案。这三台锅炉均配有良好的水质处理设备，在正常使用情况下，其工作寿命可达到20年以上，所以将锅炉“煤改气”是一项节省资金、工期短、见效快，切实可行的好办法。
一、 锅炉“煤改气”的基本原则和要求
燃煤锅炉改造为燃气锅炉从根本上改变了锅炉的燃烧方式，同时对锅炉运行工况、锅炉房综合管理都带来巨大的变化。但特别需要注意的是燃料气体“天然气、煤制气、焦炉气等”都是易燃、易爆的有毒气体，如果处理不当会发生炉膛爆炸，燃气外溢甚至会引发火灾等。所以，对锅炉“煤改气”，以下几个方面应引起重视：
1、 锅炉改造必须遵照《蒸汽锅炉安全技术监察规程》和《热水锅炉安全技术监察规程》及国家有关技术法规进行。锅炉改造方案应得到当地锅炉监管部门的认可。
2、首先应认真检查锅炉承压受热面是否存在严重腐蚀、结垢、过热等情况，受压元件必须保持基本完好。其次应根据锅炉工作年限确定其改造使用价值。（可委托当地锅检部门）
3、应认真检查锅炉炉墙、烟道系统、锅炉给水系统及锅炉送风、引风系统。以上各系统应保持基本完好。
4、锅炉改造后应保持锅炉原技术参数不变“如工作压力、温度等”而且应保持或提高原锅炉的负荷及锅炉效率。
5、锅炉改造后应符合国家环保各项技术指标的要求，彻底解决消烟除尘的问题。
6、锅炉改造后应做到简单易行，安全可靠。力求花钱少见效快，充分体现“煤炉改气炉”的优越性。
二、锅炉“煤改气”内容和方法
1、在燃煤锅炉改造为燃气锅炉的工作中，要根据不同的炉型确定不同的改造方案。
2、燃煤锅炉改造的关键环节：
(1)拆除原燃煤锅炉的出渣机、上煤斗、上煤机、链条炉排、变速箱等设备。
(2)通过对炉膛的传热计算,确定炉膛的几何尺寸,炉膛火焰中心位置。重新浇注炉膛,炉膛浇注材料采用耐火混凝土,配比为:大骨料∶中骨料∶小骨料∶砂∶耐火水泥=4∶2∶1∶1∶2。为使锅炉后拱管避开火焰中心位置,对原后拱管在原有坡度的基础上抬高。
(3)装设防爆门。
(4)对锅炉本体进行1.5倍工作压力的水压试验。
对于我热力厂SHL型双锅筒横置式锅炉及其它各种水管、水火管锅炉的改造方案，一般情况下应尽量不变动锅炉本体受压元件部分，只对炉拱、炉墙作局部的改造即可。
在改造施工中不论哪一种炉型都应注意以下问题：
（1）应保障烟气流动通畅，有良好的充满度且应避免出现死角和死区。
（2）燃烧器应设置在炉膛中心高度位置，且有足够的燃烧空间和长度。火焰不应冲刷到受热面管壁上，以免造成气体不完全燃烧和管壁局部过热损坏。
（3）由于天然气在炉膛中燃烧反应强烈、热强度高，对于裸露在炉膛内的锅筒底部应进行绝热处理，另外对于火管锅炉的管板入口处烟温应控制在≤6000C，以防止发生管板裂纹。
（4）各种水管、水火管锅炉的炉墙基本用耐火砖砌筑，外加保温材料和护板。在“煤改气”时应注意炉墙的严密性，尽量减少原有的炉门、检查门等，可用耐火材料砌堵，防止喷出火焰伤人或向炉内漏入过多的冷空气，影响锅炉效率，对于必须保留的看火孔也应采用封闭式看火孔，通过耐热玻璃观察炉火。
（5）燃煤锅炉的炉膛和燃气锅炉比，一般都比较大，有足够的燃烧空间，改造后可增加燃气量，不影响燃烧工况。如果用户要求明显提高锅炉出力，可以适当增加炉膛辐射受热面，同时清除原受热面内外侧的水垢和烟垢，这样在不增大锅炉体积的情况下提高锅炉出力是不成问题的。但必须在做好锅炉的热力计算、烟风阻力计算的同时还要做好强度计算。
三、正确选择匹配的燃烧器
目前可供使用的燃烧器的种类很多，没有统一的规定，如按空气供给形式可分为大气式燃烧器和扩散式燃烧器，还可分为自然引风式和鼓风式；如按燃料混合情况可分为预混式（前混式）和外混式（后混式）；如按压力情况分为低压燃烧器（P＜5000Pa）和高压燃烧器(5000 Pa≤p≤300000 Pa)。具体选择时应注意以下几个方面：
1、燃烧机理大部分可燃气体的组分是烃类和氢（及一氧化碳），燃烧过程基本是链式反应，在正常情况下是连续不断的枝化链式反应。需要的条件：一是足够的温度（如氢气着火温度是630℃，甲烷的着火温度是645℃）；二是充分的空气混合；三是合适的燃烧空间。燃气的这种连续链式反应体现在火焰传播的速度上，而火焰的传播速度要靠可燃气体与空气的混合物的流动速度来维持，二者应当保持平衡（或维持在一定的范围内），这样才能使火焰燃烧稳定。燃烧器在工作时，混合气体（可燃气、空气）向炉膛内流动，而火焰向外传播。如果混合速度气流过大，着火区内可燃气体浓度下降，这样会影响引燃效果，使得后继气体不能着火，因此会发生脱火现象；反之，混合气体流速过小，传播的火焰会进入燃烧器内，又会发生回火现象。所以我们要结合燃气压力、锅炉背压阻力、送风压力、管道阻力等各方面情况，综合考虑选择适用的燃烧器。
2、在选择进口燃烧器时应注意以下几个方面：
（1）进口燃烧器对燃料的适应性“如压力波动范围及负荷调节范围”等要求比较严格，其主要由有整装型和分体型，整装型即在燃烧器体内装有鼓风机，实现一体化，燃烧器的功率一般在7000KW以下，而大于7000KW的燃烧器大多采用风机与燃烧器分离方式。对于整装型燃烧器，国外一般是为WNS型“卧式内燃”锅炉设计的。当用于燃煤锅炉改燃气锅炉时，由于炉型变化较大，炉体阻力差异亦很大，所以一定要注意煤炉本体及烟风道整体阻力与燃烧器匹配的问题，否则会影响燃烧器正常使用。
（2）不能简单按照锅炉容量“如X/吨蒸发量“选择进口燃烧器。因为国外（如欧美、日本等国家）对锅炉蒸发量的概念规定为“212°F华氏温度的水蒸发为212°F的蒸汽量”。因为212°F就是摄氏100℃，所以上述蒸发量实际上就是大气压力下的蒸发量，所需要的热量相当此时的汽化潜热为2257KJ/KG。而我们国内蒸发量的概念是给水从20℃，蒸发量为饱和温度时的蒸汽量。以上述为例，同样1t/h的锅炉，国外锅炉供热量是我国锅炉供热量的83%左右。这样可以看出仅按锅炉容量选择进口燃烧器，将会出现出力不足的问题。所以选择进口燃烧器不仅要考虑燃烧器的每小时耗气量，还要考虑燃烧器效率和锅炉效率，留有一定的余度。
（3）关于国产燃烧器的选择
国产燃烧器的燃烧机理与进口燃烧器基本相同，经配用进口电磁阀组和自动检测装置后，其性能比进口燃烧器毫不逊色。从其负荷调节范围大、对燃料适应性广等方面比较，更适合我们的国情。如：天津锅炉厂热能公司设计生产的RN9800系列燃烧器选用霍尼维尔HONEYWELL电磁阀组和自动测漏装置，并在安全保护方面设置了以下连锁控制：蒸汽锅炉的低水位、超汽压连锁保护；热水锅炉低水压、超水温和突然停泵的连锁保护；燃气低气压和高气压连锁保护；(送风)空气压力过低或空气供应中断连锁保护；风机故障连锁保护；炉膛熄火连锁保护及安全连锁装置电源中断连锁保护等。一旦发生上述不安全故障时；电控系统发出声光报警，并自动停炉，切断燃料供应。在燃烧控制方面，设置了自动点火程序和二级火力燃烧工况，实现全自动控制及有关运行参数的数显监控。
四、爆燃与防爆
燃煤锅炉改燃气锅炉最危险的就是发生炉膛爆炸事故。爆炸的原因主要是由于炉膛或烟道内存有一定量的可燃气体与空气混合后达到其爆炸极限范围，被明火或锅炉本身的高温(受热的炉墙内壁发出的热量)引燃而发生爆炸。
燃煤锅炉改造为燃气锅炉后应从以下几个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，如前介绍的各项联锁保护。
（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。防爆门的作用是当炉膛或烟道内的混合气体发生爆燃时能自动打开，泄放一定的炉内压力，以保护炉墙不受严重破坏。防爆门有重力式和膜片式等。关于防爆门的开启压力和设置面积，目前没有统一标准:,,一般按每立方米炉膛烟道的容积设置0.02m2来考虑防爆门面积。当采用重力式防爆门时，对正压运行的锅炉其开启压力可按计算出的炉膛压力加1000pa(结果不小于2000Pa)设计门的重量。当锅炉负压运行时，可按炉压为2000Pa计算。
当选用膜片式防爆门时，其材料可选0.2-0.3mm薄铝片或经划十字刻痕的薄镀锌铁板，其厚度为0.3-0.4mm，刻痕深度0.15-0.2mm，使用前应按设计压力做破裂试验，以防盲目安装后发生炉膛爆炸事故。膜片也可采用3-5mm厚的石板棉，但同样需做破裂试验。
（3）必须严格制定和执行安全操作规程，特别是在每次点火启动时，一定要做到彻底吹扫工作，掌握好吹扫时间。吹扫时间必须是根据通风机的流量，计算出通风量为三倍炉膛、烟道容积所需要的时间再延时30秒以上。也就是说，必须保证在风门打开后，吹扫的风量容积大于或等于三倍炉膛和烟道的容积量，所需的时间再延持30秒以上。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）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。必须保证在锅炉启动前打开烟道门后，锅炉才能投入使用。防止因烟道门未打开，误操作造成通风不畅发生事故。
同时，在燃气锅炉点火前,必须仔细吹扫炉膛和烟道,排除炉内可能积存的可燃气体。维持燃烧器前的燃气压力稳定。燃烧系统必须具有自动点火和熄火保护的功能。锅炉房内的燃气供应系统,及其相关的电气设备,也要采取相应的安全措施。比如,采用防爆电器,设置燃气泄漏报警切断装置等。
结束语：
以上只是对燃煤锅炉进行煤改气可行性的一般分析和初步探讨以及具体进行施工中的一些注意事项。无论从经济角度还是环保方向上来看，大力发展燃气锅炉是目前的发展趋势，我科学城天然气输配量较为充足，完全可以满足热力厂煤改气后对天然气的需求而无须另外大投入建设天然气输配管网。热力厂煤改气后可以大大降低烟尘排放量，可以显著改善科学城的空气质量、更好的保护环境。参考文献：
1、锅炉原理及计算 冯骏凯、沈幼庭主编 科学出版社1992
2、工业锅炉安全技术基础 上海市劳动局锅炉安全监察处编著
3、中小型燃气锅炉房 中国建筑工业出版社1988
