燃气锅炉设计若干问题的探讨__墨水学术,论文发表,发表论文,职称

所属栏目：机械论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:249

副标题#e#摘要：气体燃料与空气混合达到一定的浓度，便会形成爆炸性气体，一旦遇上高温和明火，便会发生爆炸。各种气体燃料都有其爆炸浓度范围，例如天然气的爆炸下限为5%，上限为85%。爆炸多发生在锅炉启动和运行中炉膛熄火，有时也会在管道内或锅炉房内发生。这些事故的出现，往往造成燃烧设施或建、构筑物的破坏，甚至造成人员伤亡，损失巨大。同时，可燃气体对人体的危害极大。例如，天然气具有窒息作用，浓度达10%可导致人员死亡；几乎所有的可燃气体含有一氧化碳和重烃，有剧毒。由于可燃气体具有上述易爆、有毒、有腐蚀性的特点，燃气锅炉房供气系统的设计是否合理，不仅对保证锅炉安全和可靠运行关系极大，而且对锅炉房系统的投资和运行的经济性有很大影响。因此，在设计时，必须给予足够的重视。本文就设计中经常遇到的几个问题进行探讨。
　　关键字：燃气锅炉，系统设计，防爆，运行费用
　　1.前言
　　燃煤锅炉在实际运行中，热效率低，能源浪费大，排尘浓度高，烟气含硫量高，对大气污染严重，“废渣、废气、废水”三废"俱全，治理亦较困难。燃油锅炉的烟尘排放量虽然较低，但其排放的有害NOx、SOx气体是造成"光化学烟雾"和酸雨的罪魁祸首，要象治理燃煤锅炉烟尘排放一样予以治理。尤其是近年来，能源供需和环境污染的矛盾日益突出。燃气锅炉具有占地面积少、锅炉的热效率高，对大气排放污染又低，有很好的环保性能的优点，且锅炉房设置费用并不是最高，运行费用比燃油锅炉还低。通过三种炉型的比较，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。
　　虽然天然气供热成本提高了，提高能效要增加投资，但为了使城市的天空变蓝，为了可持续发展，国家和一些城市仍采取优惠政策鼓励使用天然气等清洁能源。发达国家的燃气锅炉占有相当大的比重，俄罗斯占60%，美国占98%，日本占99%，发展燃气锅炉是大势所趋。因此，我国越来越多的大中城市制定了相应的强制性法规，限制燃煤锅炉的使用，例如北京、上海、西安等地不再批准建设新的燃煤锅炉房，原有的锅炉房一律改造为燃气锅炉。根据新的环保法，对产生大气污染的设备要实行监管，严格限定污染物的排放量，实施“碧水蓝天工程”，推荐使用清洁燃料或天然气，各级政府会采取相应措施，推行燃煤全面及燃气化改造。
　　天然气是目前世界上一种最清洁的燃料，也是排放污染最少的燃料。它燃烧充分，产生的灰份、含硫量和含氮量比燃煤低的多。同时，气体燃料通过管道输送，可极大的减小劳动强度，改善劳动条件，降低运行成本。国家“西气东输”、“忠----武输气管线”等工程的实施，为新建燃气锅炉房、锅炉房的煤改气提供了优质、充足、廉价的气源。燃气锅炉将是锅炉发展的最终趋势！
　　2.锅炉燃气系统设计要点
　　锅炉房供气系统，一般由调压装置、锅炉房内配管系统以及吹扫放散管、燃气报警通风系统等组成。对于该系统中遇到的相关设计要求，以工作经验谈谈个人观点：
　　2.1燃气锅炉房设计位置要求
　　根据现行国家标准《锅炉房设计规范》（GB50041-92），锅炉房可设置在单独建筑物内和高层建筑的裙楼、主楼地下室、半地下室、首层、中间层、和顶层内。同时，各个城市的所供应的燃气类别也不同，有人工煤气、液化石油气、天然气等。因此，应根据锅炉房所在位置、当地燃气供应种类确定合适的燃气。如果锅炉房处在半地下室、地下室内，则禁止采用液化石油气等密度大于空气的燃气作为燃料。
　　2.2燃气锅炉设计压力要求
　　锅炉燃烧器所需的燃气压力相对较高，一般达0.005MPa—0.03MPa，且小时流量较大。保证锅炉燃烧器前的燃气压力稳定，对燃烧的工况与安全运行有很大关系。燃烧器前的压力若有增减，燃气流量也会增减，由于压力不稳定，从而造成燃烧#p#副标题#e#不稳定，甚至引起回火和脱火。所以应设置专用调压装置和民用气分开设置，以减少其他用户负荷的变动造成锅炉燃烧器前压力波动过大，而造成事故。
　　2.3燃气锅炉及匹配燃烧器的选型
　　锅炉选型的原则在城区规划，锅炉改造，环境治理等工作中对锅炉选型是降低污染，节约能源，合理开支的重要环节。选用锅炉主要应考虑以下原则。
　　1）用户实际对热能的需求量：用户使用锅炉不外乎用蒸汽或热水去制冷、采暖、消毒、洗涤或工艺上加热其他物质，这首先要知道需用多少热水（蒸汽）才能满足需要。一般情况下对工艺需用的热量，设计院在设计时通过工艺的计算有一个明确量的要求。对热能的需求量确定之后，选用锅炉时，可按其标准的热量选取。进行选择同时要考虑所选锅炉的适应性，因为燃气燃烧器由于气源不同，其热值、压力均不相同。
　　2）对锅炉排放的要求：为有效地保护环境，要防止边治理污染边制造污染。锅炉烟气是主要的大气污染源之一，因此我国环境保护局和国家技术监督局于1992年5月发布了《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-91），该标准对原始含尘浓度，锅炉烟尘允许排放浓度及SOX，NOX最高允许排放浓度，分别根据一、二、三类地区对环境保护的不同要求做了详细明确的说明和规定。客观地说，燃气锅炉无论是从环保角度还是从能源利用角度来说都是较为理想的，这主要是由于气体燃料比固体、液体燃料更易充分燃烧，燃烧热效率更高。
　　3）锅炉的设置费用：用户在设置锅炉房时必须考虑锅炉房锅炉设置的经济性，从而使所选用的锅炉既满足上述要求又节省投资费用。
　　燃气锅炉的品牌众多，国外许多知名品牌也已进入了国内市场。燃烧器一般均为国外品牌，较为知名的有意大利的利雅路、德国的威索、扎克；日本的奥林匹亚。所说的与燃气锅炉匹配的燃烧器是指燃烧器的输出功率(出力值)要与燃气锅炉的供热量匹配。例如，0.7MW的燃气锅炉就应选择出力范围在0.7MW左右的燃烧器。由于所选燃气锅炉及匹配燃烧器的品牌不同，价格上会有很大差异。
　　选择燃气锅炉型号的主要依据是采暖面积及其所在城市热指标。举一个简单的例子：杭州某地办公楼，采暖面积7万平方米，热指标估算为70-100Kcal/h.m2，试对燃气锅炉选型。首先计算所需燃气锅炉的热功率为490-700万Kcal/h.m2，换算得总功率值为5.7-8.2MW左右(1MW≈86万Kcal)。则燃气锅炉型号一般选为2.8MW，数量为4台(三开一备)。
　　2.3燃气调压装置
　　调压装置宜设置在单独的建、构筑物内，也可设置在有围护的露天场地内（调压柜），如受条件限制，也可设置在锅炉房建筑内专门的燃气调压间内，燃气调压间应是靠外墙的单层建筑，与相临的房间用无门窗和洞口的防火墙隔开，建筑耐火等级不低于二级，采用轻型结构屋顶和向外开启门窗，地面采用不发生火花的材料，泄爆面积应符合《建筑防火设计规范》的规定，事故通风换气次数不应小于12次/h（正常工作换气次数不应小于6次/h），并设置事故排风装置，电气设施应采用防爆设备。
　　燃气调压装置应选用直接式调压器，因为锅炉启动时需要的燃气流量在瞬时即可达到额定流量。而间接式调压器虽然出口压力较为稳定，但不能满足锅炉瞬时启动的大流量要求。
　　燃气锅炉选用的调压设备是由主调压器及各种附属配件组成。调压器选型是指调压器品牌、型号及口径的选择。主调压器品牌一般均为国外品牌，每个品牌有多种型号，每一型号根据流量分为不同口径。品牌选定后，型号及口径的选择依据首先是调压器进出口压力范围，其次是燃烧器的出力范围。
　　燃气经过调压后，必须经过计量方可投入使用。
　　2.4燃气系统管道设计要求
　　锅炉房内燃气管道一般采用单母管。常年不间断运行的锅炉房，为保证连续、可靠的供气，宜采用双母管。采用双#p#副标题#e#母管时，每条母管可按锅炉房最大计算耗气量的75%考虑。
　　锅炉房内的燃气管道宜架空敷设，有利于泄露的燃气扩散，避免在室内或室内死角处聚集形成爆炸性气体。密度比空气大的燃气，如高炉煤气、液化气，则应该沿锅炉房外墙敷设，并便于检测。
　　2.5锅炉阀门设计要求
　　燃气经过计量后，由燃气管道通过燃气专用阀门与燃烧器的附属配件连接，燃烧器附属配件包括过滤器、稳压器、电磁阀、检漏装置、燃气蝶阀等。当燃烧器出力范围确定后，也就是说其小时消耗的燃气确定后，燃气的压力与附属配件口径就成为矛盾的双方，在燃烧器入口压力允许范围内，燃气的入口压力越高，附属配件口径则越低，相应的附属配件的价格也就越经济，故燃烧器附属配件口径可根据用气点中压管网提供的调压器入口压力选择较高的出口压力，以降低其购置费用。
　　锅炉房还需设置燃气泄漏检测设施，燃气一旦发生泄露，报警器主机声光报警，可手动或直接连锁电磁切断阀切断入口燃气。为了当锅炉房万一出现事故时，能迅速切断气源，避免事故扩大；或当锅炉房内燃气管道需要检修时，用以关断气源，锅炉房燃气管道入口处应装设总切断阀，按燃气流动方向，切断阀前应安装放散管。此阀门应装置在安全和便于操作的地方。
　　每台锅炉的燃气干管上应设置关闭阀和快速切断阀。每个燃烧器前的供气支管上，应装置手动关闭阀，该阀后再串联装设两个电磁阀。在通往每台锅炉的干管上安装快速切断阀是为了防止锅炉在运行中熄火，来不及迅速切断气源而引起锅炉爆炸。安装关闭阀是为了切断气源和调节流量。
　　2.6放散管和吹扫口
　　在锅炉房内的燃气管道上（如母管的末端，炉前两阀门之间等）装设放散管和吹扫口。可以在管道检修或在长期停用后投入运行前，用惰性气体或燃气吹扫其中的残存气体，以确保管道检修或锅炉点火的安全。
　　放散管的安装位置，用气设备的燃气总阀门与燃烧器阀门之间，应根据锅炉房内燃气管道的布置情况决定，以能将管道内燃气或空气吹扫干净为原则。燃气放散管管径应根据吹扫段的容积和吹扫时间确定，其吹扫量可按吹扫段容积的10-20倍计算，吹扫时间可采用10-20min。
　　2.7燃烧烟气的排放要求
　　在锅炉房内的燃气燃烧所产生的烟气必须排出室外。现行国家标准《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）对商业用户及工业用户设置烟气装置有严格要求。燃气用气设备的排烟设施应符合不得使用固体燃料共用一套排烟设施；每台设备宜单独排烟，多台合用时，应保证排烟互不影响；易聚烟气的地方，设置泄爆装置；应调防止倒风装置。
　　烟囱的设置也应符合要求，烟囱应高出屋面0.6m，当烟囱临近高屋建筑时，烟囱应高出沿高层建筑物45°的阴影线。出口的排烟温度应高于烟气露点15℃以上，出口应防止雨雪进入和防倒风的装置。
　　3.防爆注意事项
　　燃气锅炉与燃煤锅炉相比具有绝对优势，但从国内外燃气锅炉的具体使用情况来看，还存在一定问题，其中最重要的就是燃气锅炉的防爆问题。如果燃气漏入停运的炉膛或空气中会引起爆炸，必须加强防范。除以上所述的设计要点外，还应注意事项为：
　　1）燃气管路必须严格检漏，炉膛内要有必要的联锁保护控制系统，锅炉房要有燃气泄漏监测报警装置和通风设备，采用防爆电器。
　　2）锅炉应有严格的启动顺序控制系统，燃气锅炉在点火之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。锅炉燃烧器必须安装熄火保护装置，一旦出现熄火现象，能及时实施保护措施。二次点火前也必须进行吹扫并按正常点火程序进行。
　　3）采用管道输送燃气，无备用燃料，一旦发生燃气管道破裂等问题或燃气压力过低，更会造成停炉事故。
　　4.燃气锅炉系统的投资和运行的经济性分析
　　燃气锅炉发展的前景好坏，主要#p#副标题#e#看锅炉系统的投资和运行的经济性问题，其费用因素由初投资费用和运行费用组成。
　　4.1初投资费用
　　1）燃气锅炉构置费，早期冬季采暖设施，供应卫生热水绝大多数为燃煤锅炉，出于对环境要求，现阶段对燃煤锅炉本体进行改造的技术手段还不成熟，故只有将燃煤锅炉更换为燃气锅炉。此项费用足以令大的燃煤锅炉房望而却步。
　　2）燃气锅炉配套设备购置费及施工费用。如上所述，配套设备主要有调压设备、计量设备及燃烧器。其购置费因品牌不同会有所差异。施工费用中最主要的就是燃气管道铺设费用，铺设费用大致为140万元/公里。现阶段的市街中压管线主要集中在一、二级马路，许多有意向的用户往往由于用气点距市街中压管线过远而放弃。
　　3）燃气管网集资费用。燃气管网集资费用是市政府向燃气用户收取的一笔统筹资金，此项费用工业户由于燃气锅炉耗气量巨大，此项费用非常大，是发展燃气锅炉用户至关重要的因素。
　　4.2运行费用
　　燃气锅炉采暖期运行费用中最主要的就是燃气费用。目前燃气销售价格相对较高，使用燃气的采暖费用远远高于热力公司热网的采暖费用。这样就限制了燃气锅炉的发展空间。现阶段燃气锅炉的发展方向主要是企事业单位办公楼采暖，民用小区使用燃气采暖还有待于燃气价格的降低及相关优惠政策出台。
　　1）气源因素：发展燃气锅炉需要有大量的气源作保证，现阶段冬季气源的不足制约了燃气锅炉的发展。
　　2）技术因素：随着燃气锅炉的使用与之相关的技术规范及施工规范已经趋于成熟，使燃气锅炉的使用更加安全可靠。一些在技术上不可行的项目也就只好放弃了。
　　3）用气不均衡因素：燃气锅炉只是在采暖期耗气，且耗气量巨大，其季节性的耗气不均衡给燃气销售公司提出了一个相当大的难题。
　　4.3运行费用测算
　　采用燃气锅炉供暖，供暖期的燃气费用是用气单位最关注的事情。其实这个数值有很大的机动性，它要由气候、设备、运行时间、控制技术等多方面决定。气温降低运行时间要加长；设备好热效率则高。这里我们以二个实例来探讨一下：
　　某学院锅炉房，采用三台4.2MW国产燃气锅炉，采暖面积为12，供暖对象为旧民用住宅楼及办公楼，采暖温度为18℃。供暖期使用燃气1250000m3，燃气费300万元。燃气平米费用为25元。
　　某小区锅炉房，采用四台2.8MW进口燃气锅炉，采暖面积为120000㎡，采暖对象为新建民用住宅，采暖温度为20℃。供暖期使用燃气1270000m3，燃气费305万元。燃气平米费用为25.4元。
　　5.结论
　　综上所述，燃气锅炉在我国作为一种新生事物正在蓬勃发展，并已显示出极其广阔的发展前景。
　　本文就燃气锅炉房燃气系统设计、锅炉选型设计方案、安全注意事项及投资运行费用计算时应该注意的若干问题进行了探讨，以便大家在设计、施工时参考。使得燃气锅炉的更广泛应用和技术设备的更日益完善，合理的设计让费用投资降低、事故隐患降低，各种安全保护手段确保燃气锅炉的可靠运行。