燃煤锅炉改造成燃气锅炉的技术经济分析

杨维

（湖南省特种设备检验检测研究院永州分院，湖南 永州 425000）

一、引言

“十二五”期间，上海市天然气针对煤燃升级为天然气发布过正式的规范要求，要求整个上海市中1300 台的燃煤（重油）锅炉和窑炉在规定期限内替换成天然气。这一升级行动已经实施，在行动中，如何地方现有的所有燃煤锅炉替换为燃气锅炉是一个值得探讨的技术问题。

二、燃煤锅炉的短处

伴随着现代的城市建设，环境污染日益严重，工业废气严重影响了城市空气，导致雾霾天的比例越来越大。我们常说要保护环境，减少汽车尾气的排放，替换汽车燃油为更安全环保的汽油，但这些并不是唯一会导致雾霾天气的原因。有调查显示，雾霾在北方地区更为严重。由于北方具有供暖设施，冬季使用燃煤取暖，排除了大量的废气，引起雾霾天气，煤燃锅炉的废气包含许多有害物质，包括SO2、氮氧化物等等，会形成雾霾。

目前，中国的燃煤锅炉大都热效率不高，只有60%～65%，小型锅炉只有30%，只作为供暖和加热的作用，燃气锅炉的热效率很高，比燃煤高出了50%，燃烧后产生的燃气中形成雾霾的成分含量相对较少，煤炭在运输和储存过程中干净，没有太多污染物质析出，热效率低，能耗高，燃烧气体污染严重，国家需要节能减排，而燃煤改造恰好符合国家建设，于是燃煤锅炉的改造方案被采纳并实施。

三、两者优缺点的对比

（一）在节约资源、保护环境方面

1.燃气锅炉中，燃气燃烧产生的CO2和蒸汽是气态物质。这些物质具有很强的辐射能力，不会有颗粒物破坏输送管道。此外，排气温度较低，可显著提高热效率。

2.由于气体中的灰分、硫含量和氮含量低于煤含量，因此燃气的使用可显著减少环境污染，排放的燃烧气体很容易达到国家燃烧设备标准。

3.天然气可以通过管道输送，无需运输，降低了成本、能耗和污染。

4.气体燃烧产生二氧化碳和水蒸气，可直接排放到空气中，既环保又有利于社会的长远发展。

（二）在运行、调节及降低供热成本方面

1.燃气锅炉可调节，因为有很强的热负荷适应能力

2.系统可以随时控制开启和停止，很快速

3.燃气锅炉所需要的设备比燃煤锅炉少，能耗低于燃煤锅炉。

4.燃煤锅炉和燃气锅炉需要帮助生产的水量相同，但燃气锅炉的废气不需要用水清理，节约了这部分资源。

5.燃气锅炉可以开更久而不损耗，而且燃气燃烧排出更加纯净，污染颗粒少，不容易破坏锅炉。

6.燃气用简单手段即可测量，可科学分配，不会造成浪费。

（三）在设备长期使用方面

1.由于燃气锅炉结构简单，需要维修的部件少，减少许多成本。

2.由于燃气锅炉不会结渣，受热均匀，没有燃煤锅炉易腐蚀锅壁的问题，因而不需要更换受热面的元件。

3.燃煤锅炉有很多杂质，破坏磨损机器需要进行的维修频率高，保养需要的钱也多，而燃气锅炉少杂质，可以省去这笔开支。[1]

四、改造方案

完成燃煤锅炉改造的任务有两种办法，一种重新买锅炉，另一种是在已有的基础上改造。

（一）购买一个全新的锅炉

淘汰原有燃煤锅炉，按照新购燃气锅炉标准对锅炉房进行改造，扩大锅炉面积以满足新锅炉房的安装需要，对于一些多余的系统，安装在原始锅炉房的系统不需要进行太多改造。购买燃气锅炉系统，以取代原有的燃煤锅炉系统。这种方法比较简单可行，改造完善，设备配合良好。充分发挥锅炉容量的作用，便于管理。锅炉房可根据燃气锅炉的房间进行装修，以满足清洁、美观、明亮的要求。所有原有施工设施拆除重建后，可节省原地面空间的1/3，并可用于其他施工目的。目前，由于技术的提升，无需用人即可自动工作，但此方法需要很多资金，燃气锅炉价格昂贵。

（二）在已有的燃煤锅炉基础上改造

利用好现有资源进行改造，将原本的燃煤锅炉改造为燃气锅炉，节约成本。改造不是整个锅炉替换就能完成的，需要改变一些局部结构，同时也需要保存一些结构以节约成本，不破坏完整系统。主要取决于气体与炉管之间的放射性热量传递，这样需要对锅炉本体进行局部改造；拆除原本清理废气和残渣的装置；气体转化过程中需要进行一系列控制设计计算；选择合适的燃烧器，安装和增加自动控制系统，燃气锅炉能否安全运行依赖于燃煤锅炉的改造是否合格，锅炉房各系统的选择与布置是否合理。这样会使锅炉内火焰饱满，防止火焰直接通过换热表面过滤，使管壁过热。燃煤锅炉本身容积大，这样可以做良好地利用，稍微改变一下就可能会增加锅炉的产量。例如，如果将燃煤锅炉分层，更好地利用空间进行燃气燃烧后，可增产30%～50%，对于处理废水的装置可以延续使用，不必重复购买安装，可以减少改造成本。锅炉改造的方案必须简便，并且节约资源，改造后燃煤锅炉要保持原有水平并具有持续使用价值。供气系统和锅炉进气设计系统必须基本完好。改造后的燃气锅炉在运行、经济、安全等方面普遍低于新购燃气锅炉。

由于买一个新的燃气锅炉价格很贵，许多燃煤锅炉的客户选择第二种方式。但在客户进行改造时，一些用户并没有全面考虑如何对锅炉完美地进行改造，他们只懂得简单地将原有的燃煤设备拆除，将新的锅炉安装，改为燃气的燃烧装置，但没有考虑到锅炉受热面的问题，对于自动控制器也不了解，一不符合相关的法律规定，二没有很好地利用燃气锅炉设施优势，导致热效率低、燃气浪费、运行成本高，使用寿命短，安全隐患多。

五、分析燃煤锅炉改造需要的条件

燃煤锅炉要符合改造标准，首先得要可以继续燃烧气体，那些本身效率低的，以及用了很长时间、剩余寿命短的锅炉没有必要进行改造，改造浪费了资金甚至无法继续使用。要判断所行之事是否有必要，首先要对其进行全面检测，对燃煤锅炉的热效率进行评估，对剩余使用寿命进行调查，制定锅炉改造方案时，必须精简有效，而且简单易行，节约资源。改造后的燃煤锅炉组件要保持原有水平，值得继续使用。供气系统和锅炉感应设计系统必须基本完好，改造后的燃气锅炉在运行、经济性和安全性方面普遍低于新购燃气锅炉。

六、相关改造案例分析

上海味之素食品有限公司有一个很好的例子，公司内部有一个符合改造条件的燃煤锅炉，现对其各方面的改造计划进行分析。公司内部使用的是效率为10t/h 的一台燃煤锅炉，型号DZL10-1.25-A Ⅱ，科学使用可用大约20 年。锅炉炉体没有破损，可以继续使用，系统也没有破损，可以使用。由于这种情况的锅炉改造成本比购买一个新的锅炉低，所以选择改造。该锅炉是一个很好的改造燃气锅炉的例子。

（一）改造要求

将公司现有的燃煤锅炉进行改造，符合以下几个要求：

1.改造应当基本不需要改动原有的锅炉结构，原有的元件也可投入使用，改造方案要设计简单点，基本依照原有系统改造

2.改造前后的锅炉原先能实现的功能不可丢失，在不破坏原有效力的情况下稳步提高使用性能；

3.改造完的锅炉需符合国家的环保规定。

（二）方案选择

1.燃烧器选择

燃烧器是一个重要环节，要选择合适的进行安装，用于燃煤锅炉的改造，燃烧器应满足以下条件：

（1）在改造过程中，要考虑到火焰和空间的贴合度，火焰高度要计算好，火焰要刚好饱满，在炉内不形成死角

（2）燃烧要彻底，燃烧温度要调节到合适的，越高越好，燃烧噪声低，火焰密度好，火焰辐射能力强。但是，火焰应避免高速清洁热交换表面，以避免由于热交换而导致管壁过热。

（3）燃烧器要可调节，为了可以让中小型锅炉使用。

（4）燃烧器要进行挑选，考虑好尺寸选择合适的，燃烧器的尺寸应该要贴合是炉体大小和形状，这样的燃烧器可以让热负荷能力和锅炉对应。

（5）燃烧器的安装简便，后期损坏维修便捷、长时间使用，价格低廉。

2.辅助设施选择

由于燃气会爆炸，燃气锅炉的风险相对较高，在燃气锅炉的启停过程中，如果操作不当，很容易造成锅炉爆炸等事故。为了保证锅炉的安全运行，必须采用燃气锅炉安全控制系统。

（1）增加一个针对气压高低的报警器，以及一个关火装置，防止火焰脱火、回火，火焰点燃和熄灭时报警，自动关闭电磁阀。

（2）增加高低水位报警及联锁装置，水位过低时报警，关闭电磁阀，关闭气源，30 秒后关闭风机，引风机仍在运行。

（3）为了让燃烧更充分，可以利用变频的技术来改进吹风机，自动控制燃烧时的风力风向等，避开排烟困难。

（三）技术方案总体构思

1.天然气是由甲烷构成的，充分燃烧后生成二氧化碳和水，此反应后水蒸气的含量大，水蒸气比热容大，能有效传递热量，可对炉膛进行进一步的加热，提高热效率，降低钢材消耗，确保锅炉生产，并可能增加锅炉产量；[2]

2.锅炉密封性很重要，必须加强方便燃气安全燃烧；

3.由于燃气锅炉的过量空气产生系数较小，仅在1.05 和1.2 之间，因此燃烧不需要许多空气。此外，除尘器没了，烟尘不需从排烟道排出，烟尘小，流动阻力低，引风机风量小，残余空气多，功率损失大。建议通过调整变频率来改进引风机的设计。

4.燃气燃烧容易爆炸，需要安装防爆门，应对突发状况；

5.新燃烧器控制系统应与原有锅炉功能结合使用，并应增加自动控制功能，以控制燃烧，包括预吹、自动点火、自动火焰探测器控制、自动负荷调节、火焰和故障报警监控、排气阀检测、压力报警、水位调节、报警、水位极低时停止以及蒸汽压力高于炉膛温度时报警，和用于联锁引风机和燃油顺序的功能。

（四）锅炉改造技术方案阐述

1.配置国家指定型号的燃气燃烧器：“奥林”GP—700M，DN100

2.炉墙需要升级，要将其和燃烧器连接起来。

3.升级防火门，增加防爆装置。

4.由于排放物质不同，新锅炉需要拆除原有的排废气装置，如除尘器等，拆除整个原通风及通风竖井（预热器可根据情况考虑）。原收尘器拆除后，原收尘器的气流将原收尘器的输入和输出之间的空间连接起来，形成一个完整的气流。

5.对于锅炉内各部件上留下的水垢进行清理，保持干净，让锅炉更方便传热。

6.检查并提升墙壁以及炉门密封的密封性，确保加热器能够安全运行。

7.加入耐火材料，隔断燃烧筒和墙壁，安装好气阀方便控制

8.安装合适的自动控制系统，以便减少人员使用，降低燃烧器成本，实现全方位地检测以及自动警报的功能为锅炉使用提供安全保障。

（五）燃煤锅炉、燃气锅炉使用成本比较

年生产2000h 计算，燃气消耗费用比燃煤贵；燃气水费4 万，燃煤水费5万；电力费用也是燃煤更大些；最重要的是燃煤废气处理需要很多成本，用人也需要更多。燃煤锅炉需六人，燃气锅炉只需两人。燃气可以将费用更多的投入实处。以热值23.012MJ/kg（按标准煤计算），全年生产2000h计算，这些加起来燃气锅炉使用成本大约556.92 万元/a。

结论：可通过技术和经济分析合理选择替代系统。经过处理后，燃气锅炉的成本高于燃煤锅炉，但燃气锅炉不仅环保、清洁，而且可以降低劳动强度，提高企业化程度。与燃煤锅炉相比，燃气锅炉的运行成本有很大的降低空间，所有改造必须遵守国家规定，符合节能降耗和环境保护的要求。