張宏偉 | 沈陽航空航天大學(xué)，
為減輕城市霧霾狀況，近年來沈陽市全面整治超標(biāo)排放壓力容器并提倡“煤改氣”工程，積極落實國家節(jié)能減排政策，大氣污染明顯減少。由于城區(qū)規(guī)劃的不足，為達到供暖效果，有些地區(qū)穿插建有分散煤小鍋爐，造成城區(qū)煙囪林立，污染周邊環(huán)境。供熱燃煤鍋爐嚴(yán)重污染大氣，采暖期空氣質(zhì)量較之前有明顯下滑，其中可吸入顆粒物、二氧化硫和二氧化氮濃度分別是非采暖期的 1.3 倍、3.4 倍和 1.4 倍。改用燃?xì)忮仩t能較好的改善大氣污染狀況，本文就煤改氣鍋爐的技術(shù)問題進行了類比分析和初步探討。
1.1 燃燒方式
燃煤鍋爐燃燒中最慣用的手段為層燃，這種流程主要是指將燃料煤布置在一個面積較大的操作面完成燃燒。將煤途徑擊碎裝置，用皮帶送往煤倉，通過給煤機，運用傳煤風(fēng)，沖入爐膛;燃?xì)忮仩t運用的方式主要為室燃，這種方法主要是指將燃?xì)夥胖迷谌紵覂?nèi)呈現(xiàn)火炬狀完成燃燒。
其中，層燃燃燒方式的優(yōu)點主要是運行可靠穩(wěn)定，經(jīng)濟性較 好;缺點是需要相應(yīng)的煤的種類，適應(yīng)性不是太強。同時層燃燃 燒方式為“單面引火”以及“分段燃燒”，煤倉中很容易出現(xiàn)煤搭 橋等現(xiàn)象。室燃燃燒方式的優(yōu)點為高效、清潔環(huán)保、自動燃燒， 同時此種燃燒方式占地少，不需要進行運輸燃燒，并且天然氣燃 燒沒有雜質(zhì)，其鍋爐壽命比較長。燃?xì)忮仩t可承受較高的熱負(fù)荷， 所以可選用較小的爐膛空間。
1.2 燃燒產(chǎn)物
煤的主要成分有碳、氫、氧、氮、硫等和水，燃燒后生成二氧化硫、三氧化硫、氮氧化合物排入大氣，污染環(huán)境，對人類造成危害。
而天然氣的主要成分是 CH4，經(jīng)過燃燒后，主要生成 CO2 和 H2O，相對燃煤鍋爐燃?xì)忮仩t的排放要環(huán)保的多，能夠較好的降 低市區(qū)大氣污染問題。
1.3 通風(fēng)方式
燃煤鍋爐的燃燒過程經(jīng)鼓引風(fēng)器的的配合來共同作業(yè)。燃鍋 爐使用的煤為固體燃料，煤的大小及本體的燃燒性質(zhì)導(dǎo)致燃煤鍋 爐燃燒中會產(chǎn)生較大的過余氣體，再加上燃燒室煙道的漏風(fēng)，過 余氣體系數(shù)可達 2.0~2.4 之間。
燃?xì)忮仩t主要采用的通風(fēng)方式為內(nèi)燃結(jié)構(gòu)微正壓通風(fēng)，燃燒 運行中的燃燒產(chǎn)物主要是由送風(fēng)機排出。燃?xì)忮仩t主要燃燒甲烷 等碳?xì)錃怏w，能夠與空氣充分混合，而此種通風(fēng)方式在運行中煙 氣出口的過量空氣系數(shù)在 1.2~1.3 低到 1.05，燃?xì)忮仩t產(chǎn)生的煙氣 中粉塵量非常少，燃?xì)鈨?nèi)雜質(zhì)較少，同時排出的煙氣也較容易達 到國家對燃燒設(shè)備的要求，而且不需要再添加除塵器等除渣設(shè)備。 燃?xì)忮仩t不僅能夠減少對環(huán)境的污染，同時設(shè)備投資相對較少， 鍋爐壽命相對較長。
1.4 安全性
燃煤鍋爐相對安全，爐膛燃燒危險隱患小。而燃?xì)忮仩t需要明確的安全措施，在爆炸極限內(nèi)極易引爆。燃煤鍋爐主要采用的是層燃，所以，當(dāng)燃煤鍋爐需要及時停爐時，即使停止輸送煤炭， 爐腔內(nèi)還存有不少未燃盡的燃料，可以不間斷的繼續(xù)燃燒，后果 是爐內(nèi)的氣壓力不斷攀升，危及容器的安全性。而燃?xì)忮仩t主要 是采用天然氣燃料，當(dāng)鍋爐需要及時停止運行時，可以理解停止 輸送，安全有保障。另外無需儲存設(shè)備，可有效減輕運輸、場地 等費用。但是最關(guān)鍵的是天然氣的易爆性，達到爆炸極限，如遇 明火，將會產(chǎn)生爆炸危害生命安全，而燃煤鍋爐則你不用考慮這些。
通過上述的基本論述，燃?xì)忮仩t相對來說體積小，占用空間小，燃燒相對充分，排放物相對來說對大氣的污染要小得多。
采用這個方案將原燃煤鍋爐中的設(shè)施全部拆解，換置成為新型的設(shè)備。在此種方案實施的過程中，還應(yīng)該保證原來的燃煤鍋爐房的結(jié)構(gòu)特性以及面積等都滿足燃?xì)忮仩t安裝的相關(guān)要求。原來的鍋爐房中所用的循環(huán)系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)以及水處理系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備不需要進行大的修整，但是需要保證這些設(shè)備均基本完好，具有使用的價值。此種改造方案實施的優(yōu)點主要有:
(1)比較簡單，容易實施，同時還能夠保證設(shè)備間的協(xié)調(diào)性， 從而能夠有效發(fā)揮鍋爐的功能;
(2)對原來的鍋爐房進行改造，能夠保證鍋爐房滿足整齊、明 亮以及美觀等要求，同時將原有的土建設(shè)施拆除后，還能夠極大 節(jié)省鍋爐使用的空間。需要引起關(guān)注的是，在燃?xì)忮仩t改造中應(yīng) 最大限度地保證燃?xì)忮仩t的自動控制程度以及安全性、便于安裝 等問題。
不是全部的燃煤鍋爐都能改燒燃?xì)猓瑹嵝什桓吆推冉鼒髲U期的鍋爐就不具備改造價值。評估鍋爐的改造價值，要對燃煤鍋爐的熱效率核查，還要評估剩余使用壽命。
設(shè)計劃改造燃煤鍋爐的現(xiàn)有價值為A1，上燃?xì)忮仩t投資為A2。使用燃?xì)馊紵翱刂圃O(shè)備改造費用為C。T1、T2為運行年限。G1、G2為維護管理費占投資的百分?jǐn)?shù)，G1取7%~9%，G2取5%。Q為鍋爐效率100%時每年消耗燃?xì)夂碗姷馁M用。η1、η2為設(shè)備實際運行效率。r為鍋爐工的年工資和福利等。現(xiàn)制定兩種方案:方案1為改造之后的年運行費用F1，方案2為新上燃?xì)忮仩t的年運行費用F2。計算如下:
S1=(A1+C)/T1+(A1+b)×G1+Q/η1+r
S2=A2/T2+A2×G2+Q/η2+r
若S1小于S2，改造的年運行費用低，可以改造。否則不易改造，而適合新上燃?xì)忮仩t。
舉1臺6.5MW燃煤鍋爐的改造實例。該鍋爐已運行了1年，距 報廢還有9年。鍋爐房供熱面積為9萬平，供熱量為12680 MWh/a， 耗天然氣量為144萬立方/a，天然氣費73.8萬元/a，水電、人工費7.88萬元/a，其它費用9萬元/a。
當(dāng)采用購置新鍋爐方案時，假設(shè)燃?xì)忮仩t125萬元，運行年限15年，合計年運行費用 95.88 萬元。當(dāng)采用改造鍋爐方案時，改造費用計55元，改造后運行15年，合計年運行費用96.78萬元。
圖 1 為兩種方案的供熱成本。其中，Y1為購置新鍋爐方案的供熱成本，Y2為改造舊鍋爐方案的供熱成本。因此，當(dāng)鍋爐使用年限較長時，改造舊鍋爐方案的供熱成本高，就不如采用購置新鍋爐合算。而當(dāng)鍋爐使用年限較短時，其運行成本稍低于購買新鍋爐的改造方案，還可以考慮改造鍋爐方案，若資金較充裕，新建燃?xì)忮仩t較適宜。
燃煤鍋爐改燃?xì)忮仩t雖然費用高，安全性低，但運行維護成本低，燃料相對來說也比較經(jīng)濟，同時可有效減少大氣污染、改善環(huán)境。
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