上海煤氣第二管線工程有限公司 萬(wàn)捷文

燃煤鍋爐改造為燃?xì)忮仩t技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

上海煤氣第二管線工程有限公司 萬(wàn)捷文

伴隨能源供需和環(huán)境污染的矛盾日益突出，在用燃煤鍋爐進(jìn)行天然氣替代改造問(wèn)題，引起管理部門和專家學(xué)者的關(guān)注，并進(jìn)行了有益的研究。通過(guò)對(duì)燃煤鍋爐的燃?xì)馓娲胁煌桨傅募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)分析，并結(jié)合工程實(shí)踐，論證了燃煤鍋爐天然氣替代的經(jīng)濟(jì)性和可行性。結(jié)論表明，通過(guò)合理選擇替代方案和工程實(shí)施，天然氣鍋爐能符合企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)環(huán)保政策、能源政策的發(fā)展趨勢(shì)，是目前鍋爐建設(shè)及改造的主要方向。

燃?xì)?燃?xì)忮仩t 燃煤鍋爐 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)《上海市燃?xì)獍l(fā)展“十二五”規(guī)劃》天然氣能源替代配套項(xiàng)目規(guī)劃要求，“十二五”期間上海市約有1 300臺(tái)燃煤(重油)鍋爐、窯爐需完成燃?xì)馓娲Ｈ济哄仩t的燃?xì)馓娲竭M(jìn)入實(shí)施階段，如何將市區(qū)內(nèi)已有的燃煤鍋爐替代成燃?xì)忮仩t是個(gè)重要的問(wèn)題。

1 燃?xì)馓娲桨高x擇

燃煤鍋爐燃?xì)馓娲姆椒ㄖ饕袃蓚€(gè)途徑，重新購(gòu)置燃?xì)忮仩t和在原有燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。

1.1 重新購(gòu)置燃?xì)忮仩t

全部拆除原燃煤鍋爐，改造鍋爐房，選用、安裝新的燃?xì)忮仩t。采用該方式，原燃煤鍋爐房的面積、結(jié)構(gòu)均能滿足燃?xì)忮仩t的安裝需要，且需對(duì)原鍋爐房進(jìn)行整修即可。同時(shí)原鍋爐房的水處理系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及熱力系統(tǒng)無(wú)需作較大的變更。

重新購(gòu)置燃?xì)忮仩t系統(tǒng)，替換原有燃煤鍋爐系統(tǒng)。此方式相對(duì)簡(jiǎn)單易行，改造徹底，設(shè)備間協(xié)調(diào)性較好，可充分發(fā)揮鍋爐能力，亦便于管理。鍋爐房可按燃?xì)忮仩t房裝修，鍋爐房可以達(dá)到整齊，美觀和明亮的要求。原有土建設(shè)施全部拆除后重新建設(shè)可節(jié)約出原有用地1/3的用地空間，可用于其他建設(shè)用途。選擇燃?xì)忮仩t應(yīng)注意自動(dòng)控制程度、安全性、外觀和整體布置、安裝簡(jiǎn)便與否。

目前燃?xì)忮仩t已經(jīng)做到無(wú)人操作、全自動(dòng)運(yùn)行。購(gòu)置燃?xì)忮仩t的主要問(wèn)題是費(fèi)用較高。1臺(tái)10 t燃?xì)忮仩t的主要設(shè)備及安裝預(yù)算費(fèi)用見表1。

表1 1臺(tái)10 t燃?xì)忮仩t的主要設(shè)備及安裝預(yù)算費(fèi)用

1.2 原有燃煤鍋爐改造

在原燃煤鍋爐上進(jìn)行改造，將燃煤鍋爐改為燃?xì)忮仩t，該方法利用現(xiàn)有燃煤鍋爐進(jìn)行改造。燃煤鍋爐爐膛的傳熱過(guò)程主要是通過(guò)燃燒的煤層與爐管之間的輻射傳熱。燃?xì)忮仩t的爐內(nèi)傳熱則主要是靠三原子氣體與爐管間的輻射傳熱。采用該方式，鍋爐本體需要部分改造；原來(lái)的進(jìn)煤設(shè)備，鍋爐燃燒設(shè)備，除灰除渣設(shè)備需要拆除等；在燃?xì)飧脑鞎r(shí)，尚需作一系列校核設(shè)計(jì)計(jì)算；選用合適的燃燒器以及自控系統(tǒng)的安裝和增裝等。燃煤鍋爐的燃?xì)飧脑?，燃燒器的選型和布置對(duì)以后燃?xì)忮仩t的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的影響。改造后的鍋爐應(yīng)使?fàn)t膛內(nèi)火焰的充滿度好，同時(shí)避免火焰直接沖刷換熱面，使管壁過(guò)熱。

它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以利用燃煤鍋爐爐膛容積較大的特點(diǎn)，稍作改動(dòng)，即可提高鍋爐的出力。如層燃燃煤鍋爐改為燃?xì)夂螅隽梢蕴岣?0%~50%。原有爐膛、部分土建、水處理等設(shè)施可繼續(xù)利用，減少投資內(nèi)容，單位投資相對(duì)較低，見效較快。鍋爐改造方案必須簡(jiǎn)單易行，欲被改造的燃煤鍋爐其受壓元件必須基本完好，有繼續(xù)使用的價(jià)值，鍋爐的給水系統(tǒng)和送、引風(fēng)系統(tǒng)也必須基本完好。改造后的燃?xì)忮仩t，運(yùn)行管理、經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行，一般不如新購(gòu)置設(shè)備。1臺(tái)10 t燃?xì)忮仩t改造的預(yù)算費(fèi)用見表2。

表2 1臺(tái)10 t燃?xì)忮仩t改造的預(yù)算費(fèi)用

由于燃?xì)忮仩t的售價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃煤鍋爐改燒燃?xì)獾馁M(fèi)用，因此許多燃煤鍋爐用戶選擇了燃煤鍋爐改燒燃?xì)獾耐緩?。一些用戶在改造工程中，未?duì)鍋爐改造的可行性進(jìn)行分析，只是將燃煤設(shè)備拆除，簡(jiǎn)單加裝燃?xì)馊紵?。未?duì)鍋爐受熱面進(jìn)行改造，也未加裝必要的安全控制裝置，不符合勞動(dòng)部頒發(fā)的《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》或《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定，造成熱效率低，浪費(fèi)燃?xì)?，運(yùn)行成本過(guò)高，使用壽命短，存在許多安全隱患。

2 燃煤鍋爐改造的可行性分析

并非所有的燃煤鍋爐都具有改燒燃?xì)獾膬r(jià)值，那些熱效率低和已接近報(bào)廢期的鍋爐就沒(méi)有改造價(jià)值。判斷一臺(tái)鍋爐是否具有改造價(jià)值，首先對(duì)燃煤鍋爐的熱效率進(jìn)行檢測(cè)和剩余使用壽命進(jìn)行評(píng)估，然后對(duì)鍋爐的改造費(fèi)用和改造后的熱效率及使用壽命進(jìn)行分析，根據(jù)改造后的年計(jì)算費(fèi)用與新上燃?xì)忮仩t對(duì)比，判斷是否具有改造價(jià)值。

設(shè)計(jì)改造燃煤鍋爐的現(xiàn)有價(jià)值為k1，新上燃?xì)忮仩t投資為k2。使用燃?xì)馊紵翱刂圃O(shè)備改造費(fèi)用為b。T1、T2為運(yùn)行年限。f1、f2為維護(hù)(包括維修)管理費(fèi)占投資的百分?jǐn)?shù)，f1取8%~10%，f2取5%。q為鍋爐效率100%時(shí)每年消耗燃?xì)夂碗姷馁M(fèi)用。η1、η2為設(shè)備實(shí)際運(yùn)行效率。r為鍋爐工的年工資和福利等?，F(xiàn)制定兩種方案：方案1為改造之后的年運(yùn)行費(fèi)用S1，方案2為新上燃?xì)忮仩t的年運(yùn)行費(fèi)用S2。計(jì)算如下：

若S1小于S2，改造的年運(yùn)行費(fèi)用低，可以改造。否則不宜改造，而適合新上燃?xì)忮仩t。

3 上海味之素食品有限公司鍋爐替代案例分析

以上海味之素食品有限公司鍋爐替代為例，對(duì)燃煤鍋爐與燃天然氣鍋爐的改造及進(jìn)行分析。公司現(xiàn)有10 t/h燃煤蒸汽鍋爐1臺(tái)，該鍋爐為上海工業(yè)鍋爐有限公司2010年生產(chǎn)，型號(hào)DZL10-1.25-AⅡ，2010年投入使用，設(shè)計(jì)使用壽命20年。鍋爐爐體受壓元件基本完好，有繼續(xù)使用價(jià)值；鍋爐的給水系統(tǒng)和送、引風(fēng)系統(tǒng)基本完好。

根據(jù)表1、表2的新建和改造預(yù)算費(fèi)用，按照(1)式、(2)式對(duì)改造方案進(jìn)行年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算比較，由于待改造設(shè)備使用年限較短，其改造成本低于購(gòu)買新鍋爐的改造方案，優(yōu)選考慮改造方案。

該鍋爐非常適宜改造為燃?xì)忮仩t。

3.1 燃煤鍋爐技術(shù)參數(shù)

額定蒸發(fā)量：10 t/h

工作壓力：1.25 MPa

蒸汽溫度：194 ℃

熱效率：60%

燃料：AⅡ煙煤

3.2 改造要求

將現(xiàn)有的該臺(tái)10 t/h燃煤蒸汽鍋爐改造為天然氣鍋爐，改造要求如下：

(1)改造方案簡(jiǎn)單易行，較少或不改變?cè)仩t本體受壓元件及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

(2)改造后應(yīng)保持原鍋爐的額定參數(shù)(如汽溫、汽壓、給水溫度等不變)，保持或提高原鍋爐的出力和效率；

(3)通過(guò)改造達(dá)到消除煙塵滿足環(huán)保指標(biāo)要求。

3.3 方案選擇

3.3.1 燃燒器選擇

燃煤鍋爐的改造，要選擇和設(shè)計(jì)合適的燃?xì)馊紵?，燃燒器?yīng)符合以下條件：

(1)改造后的燃?xì)忮仩t運(yùn)行時(shí)，根據(jù)不同的燃?xì)夂拓?fù)荷，近似估算燃燒火焰長(zhǎng)度，應(yīng)使?fàn)t膛火焰充滿度較好，不形成氣流死角。

(2)燃燒完全，過(guò)剩空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，燃燒噪音小，爐膛火焰充滿度好，火焰輻射能力強(qiáng)，但火焰要避免高速?zèng)_刷換熱面，以免換熱面強(qiáng)度過(guò)高使管壁過(guò)熱。

(3)由于中小型鍋爐在負(fù)荷多變的情況下使用，要求燃燒器有很寬的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍。

(4)由于燃煤鍋爐爐膛容積大，要根據(jù)爐膛的大小和形狀選擇合適的燃燒器，保證燃燒器的熱負(fù)荷滿足鍋爐需求。

(5)便于安裝，操作簡(jiǎn)單，維修方便，使用壽命長(zhǎng)，造價(jià)低。

3.3.2 輔助設(shè)施選擇

由于燃?xì)庖兹?、易爆，燃?xì)忮仩t的危險(xiǎn)性比較大，在燃?xì)忮仩t的開停爐過(guò)程，如操作不當(dāng)，很容易造成鍋爐爆炸等事故。為保證鍋爐安全運(yùn)行，需要對(duì)燃?xì)忮仩t采用安全控制系統(tǒng)。

(1)增設(shè)燃?xì)飧?、低壓?bào)警和連鎖裝置，防止火焰脫火、回火，當(dāng)火焰熄火、脫火時(shí)報(bào)警，并自動(dòng)關(guān)閉電磁閥。

(2)增設(shè)高、低水位報(bào)警和連鎖裝置，超低水位時(shí)報(bào)警，并關(guān)閉電磁閥，切斷燃?xì)鈿庠?，鼓風(fēng)機(jī)30S后停機(jī)，引風(fēng)機(jī)仍運(yùn)行。

(3)由于燃煤鍋爐煙氣系統(tǒng)阻力比燃?xì)忮仩t大，鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，以達(dá)到優(yōu)化燃燒的目的。

3.4 技術(shù)方案總體構(gòu)思

(1)爐膛設(shè)計(jì)中考慮到天然氣燃燒的火焰直徑(D1 500 mm)和火焰長(zhǎng)度(4 500 mm)，為使?fàn)t膛空間與火焰的充滿度達(dá)到最佳。爐膛容積熱負(fù)荷設(shè)計(jì)為≤4.184 MJ/m3h；

(2)考慮到天然氣主要成份為CH4，其燃燒后產(chǎn)生的H2O蒸汽份額較大，故其輻射能力較強(qiáng)，爐膛受熱可適當(dāng)增加，以充分利用其輻射傳熱，提高熱效率，降低鋼材消耗，確保鍋爐出力，并可能提高鍋爐出力；

(3)鍋爐爐膛內(nèi)采用微正壓燃燒。要求鍋爐的爐墻，密封性能要加強(qiáng)；

(4)由于燃?xì)忮仩t的空氣過(guò)剩系數(shù)較小，只有1.05~1.2之間，燃燒所需風(fēng)量較少一些，加上拆除除塵器后，以及煙道系統(tǒng)煙塵較小，所以煙道阻力較小，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量有較多的富余采用檔板風(fēng)門調(diào)節(jié)，功率損耗較大，建議可考慮采用變頻調(diào)速方式對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控；

(5)在爐膛和后煙室看火門處，增加一個(gè)至兩個(gè)防爆門，提高鍋爐的抗爆性能；

(6)新增加燃燒器控制系統(tǒng)與原有的鍋爐控制有機(jī)結(jié)合在一起，具有燃燒程控功能，能預(yù)吹掃自動(dòng)點(diǎn)火，火焰檢測(cè)器自檢，負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)，火焰監(jiān)測(cè)故障報(bào)警聯(lián)鎖停爐。燃?xì)忾y阻檢漏，壓力高低報(bào)警，水位調(diào)節(jié)水位高低報(bào)警，極低水位停爐。蒸汽壓力超高爐膛溫度超高報(bào)警，引風(fēng)機(jī)與燃燒機(jī)順控聯(lián)鎖功能。

3.5 鍋爐改造技術(shù)方案闡述

(1)配置進(jìn)口燃?xì)馊紵鳎骸皧W林”GP—700M，DN100一體化全自動(dòng)燃燒器及自控系統(tǒng)，包括：組合電磁閥調(diào)壓閥、過(guò)濾器、檢漏裝置，高壓氣壓開關(guān)，氣壓表及連桿等組成閥組一套。

(2)拆除煤斗、拆除爐排。

(3)制作全爐墻及燃燒器的連接面板，改造新前爐墻。

(4)用原左側(cè)和后部的看火門，改成防爆門。

(5)拆除原有鼓風(fēng)機(jī)、除塵器以及空氣預(yù)熱器，將原有鼓風(fēng)機(jī)及送風(fēng)道全部拆除(預(yù)熱器可根據(jù)情況考慮)，原除塵器拆除后，鋼制煙道將原除塵器卷入口和出口之間空間進(jìn)行連接，形成完整煙道。

(6)清除爐內(nèi)水冷壁管對(duì)流管束等受熱面上的煙垢，同時(shí)將鍋爐內(nèi)水側(cè)的水垢進(jìn)行清洗，提高鍋爐受熱面的傳熱能力。

(7)對(duì)所有的爐墻及爐門進(jìn)行密封，保證燃?xì)忮仩t在微正壓狀態(tài)下安全運(yùn)行。

(8)按要求依次裝上燃?xì)忾y組及附件，最后裝上燃燒器主體部分，使用耐火材料將燃燒筒與爐墻進(jìn)行密封。

(9)根據(jù)燃燒器要求配置鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水氣、燃?xì)?、電氣的監(jiān)測(cè)控制以及報(bào)警保護(hù)功能。

3.6 鍋爐改造工程費(fèi)用預(yù)算

鍋爐改造項(xiàng)目見表2，改造費(fèi)用50.25萬(wàn)元。

3.7 燃?xì)庀到y(tǒng)工程改造

燃燒器對(duì)天然氣參數(shù)要求：

天然氣供氣壓力(動(dòng)壓)：150~200 kPa

流量：720 m3/h

燃料熱值：≥33.472 MJ/m3

氣源接自市政道路天然氣管道，為中壓A，為達(dá)到鍋爐燃燒器前的壓力要求，同時(shí)又可以防止燃?xì)鈮毫Φ纳舷虏▌?dòng)，需要在廠區(qū)設(shè)置一臺(tái)落地式燃?xì)庹{(diào)壓計(jì)量柜，該調(diào)壓柜可完成過(guò)濾、調(diào)壓、穩(wěn)壓、計(jì)量、安全切斷等功能。為保證向鍋爐24小時(shí)不間斷供氣，可采用2+1型式，及雙回路加旁通。

燃?xì)夤こ藤M(fèi)用預(yù)算費(fèi)用為16.7萬(wàn)元。

4 燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t使用成本比較

燃煤鍋爐如使用煤炭，其熱值23.012 MJ/kg(按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算)左右，其市場(chǎng)價(jià)980元/t；天然氣的熱值為33.472 MJ/m3，天然氣價(jià)格為3.8元/m3；以全年生產(chǎn)2 000 h計(jì)算，兩者費(fèi)用比較詳見表3：

表3 燃煤鍋爐與燃?xì)忮仩t費(fèi)用比較

5 結(jié)語(yǔ)

從以上比較可以看出，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，可合理選擇替代方案。通過(guò)改造后燃?xì)忮仩t的運(yùn)行費(fèi)用略高于燃煤鍋爐，但燃?xì)忮仩t可以大大改善工作環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)品位。隨著國(guó)家及地方環(huán)境保護(hù)政策、能源政策的發(fā)展趨勢(shì),燃?xì)忮仩t的運(yùn)行費(fèi)用較燃煤鍋爐有非常大的下降空間，是目前鍋爐建設(shè)及改造的主要方向。

燃煤鍋爐改造為燃?xì)忮仩t過(guò)程必須嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)規(guī)程、規(guī)范，在經(jīng)濟(jì)合理、鍋爐額定參數(shù)不變的前提下，達(dá)到節(jié)能減耗、保護(hù)環(huán)境的要求。

Technical and Economic Analysis of Transforming Coal-Fired Boiler to Gas-Fired Boiler

Shanghai Gas No.2 Pipeline Engineering Co., Ltd. Wan Jiewen

To solve the contradiction of energy supply/demand and environmental pollution, the technology of transforming coal-fired boiler to gas-fired boiler has been discussed recently, and demonstrated by the technical and economic analysis combining with the engineering case. It points out that by choosing the alternative reasonably, the gas-fired Boiler is the main method of transforming coal-fired boiler, and it can meet the profits, environmental protection policy and energy policy as well.

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