燃煤转燃气.doc

1前言 为了解决北京气源紧张和环境污染问题，陕甘宁天然气已向北京供应，这会使北京的燃料结构发生根本的变化，将以清洁的气体燃料代替煤，为燃气锅炉的应用提供了物质基础，大批的燃煤锅炉将被燃气锅炉取代。在限制使用燃煤锅炉，普及发展燃气锅炉的阶段，可将具有改造条件的燃煤锅炉改烧燃气，而逐渐淘汰燃煤锅炉。 经调查，目前北京6t/h以下（含6t/h）的燃煤锅炉占的比例大，因此下面对0.5t/h～6t/h的燃煤锅炉改烧燃气进行分析研究。 2燃煤锅炉改烧燃气的可行性 2.1改烧燃气后的燃烧状况 煤燃烧过程需要较大的空间，如炉膛小，烟气很快离开炉膛进入对流烟道，温度就很快下降，煤在燃烧时产生的可燃气体如一氧化碳、碳氢化合物和飞灰就得不到充分燃烧，造成化学不完全燃烧损失和飞灰不完全燃烧损失的增加。通常燃煤锅炉的炉膛容积热强度不大于（1047～1256）103kJ/h.m3。 气体燃料燃烧过程包括燃气与空气的混合过程和燃气烧尽过程。由于燃气的燃烧速度快，容易燃烧完全，这两个过程所需要的时间就比煤燃烧所需的时间短，燃气锅炉的炉膛容积热强度通常可取为4186103kJ/h.m3。 通过对燃煤锅炉与燃气锅炉的炉膛容积热强度进行比较，得知燃气燃烧所需的空间比燃煤小，因此燃煤锅炉的炉膛足以适合燃气燃烧。 燃料燃烧后烟气的排放情况也影响着燃烧的状况，若烟气不能顺利排放，燃烧负荷就会降低，燃烧时还会出现喘息声音或熄火。对于同负荷的锅炉，由于燃气和煤燃烧时所需的理论空气量和燃烧后的理论烟气量近似相等。但煤要能完全燃烧需要较大的过剩空气系数，其值为1.3～1.5,燃气完全燃烧需要的过剩空气系数仅为1.05～1.1。因此燃气燃烧时产生的烟气量比煤燃烧时的烟气量少，故而燃气燃烧后产生的烟气完全可以顺利排出。 2.2锅炉受热面传热情况 2.2.1炉膛 燃煤锅炉炉膛内的传热是靠焦炭粒、灰粒和三原子气体辐射完成的，当采用层燃燃烧方式时，炉内有一个高温燃烧着的燃料层形成强烈的辐射面。焦炭粒是煤颗粒在水分与挥发物释出后剩下的部分，灰粒是焦炭粒烧尽后形成的，它们对火焰的辐射能力有强烈的影响，高温下使火焰发光，是煤燃烧的主要辐射成分，燃气燃烧时却不存在这两种成分。 改烧燃气后炉膛内主要的辐射成分是三原子气体和碳粒子。碳粒子是烃类在高温下裂解后产生的，它具有很强的辐射能力，一般在火焰的根部碳粒子较多，使火焰发光。远离燃烧器区域碳粒子烧尽，形成三原子气体为不发光火焰。 燃煤锅炉改烧燃气后，对炉膛内辐射传热主要有以下三个有利因素 1改烧燃气后烟气中三原子气体辐射的能力比燃煤时强。这是由燃料化学成分决定的，燃气中主要成分是氢或碳氢化合物，煤的主要成分是碳，燃气燃烧后烟气中三原子气体和其中的水蒸汽都占有较大的容积份额且比燃煤时大，煤燃烧后烟气中CO2占较大的容积份额，而烟气中水蒸汽和三原子气体容积份额影响着三原子气体辐射减弱系数，如下式 式中kq.rq三原子气体辐射减弱系数； Tl炉膛出口烟气绝对温度； rq三原子气体的总容积份额,rqrH2OrCO2； Pq三原子气体的总分压力，对于非正压锅炉P0.1MPa，所以PqP.rq0.1rq rH2O水蒸汽容积份额； S炉膛有效辐射层厚度。 当燃煤锅炉改烧燃气后，Tl、S是基本相同的，而且炉膛内为微负压燃烧，因而，从上式中可以看出，三原子气体辐射减弱系数只与rH2O和rq有关。 以DZL2-1.0-AⅡ燃煤锅炉改烧燃气为例，进行热工校核计算，结果表明燃煤锅炉改烧燃气后，由于烟气中三原子气体和水蒸汽的容积份额增大，使三原子气体的辐射减弱系数增大。因此，改烧燃气后，烟气中三原子气体辐射能力比燃煤时强。正因为如此，改烧燃气后炉膛内即使没有焦炭粒和灰粒辐射，燃气火焰黑度也不比燃煤时低很多。 2由于改烧燃气后辐射受热面的积灰和污染大大减轻，使换热面的黑度比燃煤时高，且降低了温度，从而增大了传热温差，使水冷壁吸热能力增大。 3由于燃气的理论燃烧温度为1900℃左右，比燃煤时高。理论燃烧温度越高，炉膛的温度越高，这样有利于传热。 燃煤锅炉改烧燃气后，对炉膛内辐射传热的不利因素是没有燃烧的燃料层，而成为室燃炉，炉膛黑度为 式中αI炉膛黑度;αhy火焰黑度；Ψ热有效系数。 对于层燃煤炉，炉膛内不仅有火焰和水冷壁的辐射换热，而且还有燃料层与水冷壁的辐射换热，上式中αhy就用αhy1－αhyρ代替，ρ为燃料层对炉壁角系数。 由此可见，改烧燃气后，由于炉膛内没有燃烧的燃料层，会使炉膛的黑度降低，影响炉膛内的传热。 将燃煤锅炉改烧燃气时，为了增强炉膛内的传热，需要在炉膛内增加二次辐射受热面，合理设计二次辐射受热面，炉膛出口烟气温度可能比燃煤时低。经实验，DZL2-1.0-AⅡ燃煤锅炉改烧燃气后，炉膛出口温度为840℃，说明虽然改烧燃气后，炉膛内没有焦炭粒、灰粒和燃烧的燃料层，但只要合理改造炉膛，仍能达到原燃煤锅炉的传热效果。 2.2.2对流受热面 燃煤锅炉的另一主要受热面是锅炉管束，高温烟气主要以对流方式进行放热。烟气的传热系数主要与受热面的污染程度、对流放热系数有关。燃煤锅炉改烧燃气后，由于过剩空气系数减小、烟气量减小、烟气冲刷管束的速度降低，使对流放热系数降低，但由于锅炉受热面污染程度大大降低，使有效系数和利用系数增大，因而烟气的传热系数不会有太大的变化。以DZL2-1.0-AⅡ燃煤锅炉改烧燃气为例，进行计算，结果表明改烧燃气后对流受热面的传热系数与原燃煤锅炉的基本相同，而且传热量也基本一样，所以燃煤锅炉改烧燃气后，不会影响锅炉受热面的传热效果。 2.3锅炉热效率 燃煤锅炉的热损失包括排烟热损失、气体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失、锅炉散热损失和灰渣物理损失。燃煤锅炉改烧燃气后的热效率比原燃煤锅炉的热效率提高的原因是不存在固体不完全燃烧热损失和灰渣物理热损失；受热面污染、积灰明显减轻，传热条件有所改善，使排烟温度降低；过剩空气系数减小，烟气量减少，减少了排烟热损失；燃气容易达到完全燃烧，使气体不完全燃烧热损失减少。 实验表明，DZL2-1.0-AⅡ燃煤锅炉改造成燃气锅炉后，锅炉的热效率为85以上，从而证明燃煤锅炉改烧燃气后的热效率至少可提高10。 3锅炉改造和新燃气锅炉的经济比较 燃煤锅炉改烧燃气是否经济，与燃煤锅炉已使用年限、改造费用和改造后锅炉热效率直接有关。下面以2t/h燃煤锅炉为例，对燃煤锅炉改烧燃气与安装新的同等负荷燃气锅炉进行经济比较。