燃气锅炉的现状及发展

燃气锅炉的现状及发展

摘要：文章通过对燃气锅炉与燃煤锅炉的环境保护要求、安全运行分析、经济成本分析三个方面的比较，得出结论：燃气锅炉由于环境污染小，排放浓度低，运行安全，成本费用低，是社会发展趋势的必然选择。

关键词：燃气锅炉；环境保护；泄漏；经济成本

1 前言

随着经济的飞速发展与社会工业化的提高，地球资源的不可再生性质对现代工业提出了更高的要求。在中国大力提倡节能减排的前提下，燃煤锅炉的局限性已经逐渐的展现在人们的面前。而煤与石油这类重要石化资源的减少迫切的需要各类工业民用燃料的转型。作为国民经济发展中的重要机械设备，用燃气锅炉代替燃煤锅炉已经成为社会经济发展与环保要求的必要路径[1]。以清洁能源天然气代替传统燃料—煤，将彻底改变工业及采暖锅炉的燃料结构。

2 锅炉选型的原则

在近年的城区规划、锅炉改造工程中，为了减少环境污染，节约能源，合理开支，选用燃气锅炉主要考虑以下原则[2]。

2.1 环保对锅炉排放的要求

为有效的保护环境，响应社会发展的政策，要边防止边治理污染。锅炉烟气是主要的大气污染源之一，因此我国环境保护局与国家技术监督局于2001年发布了《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001），天津市于2003年颁布了天津市地方标准DB12/151-2003，该标准对天津市地区原始含烟浓度，锅炉烟尘允许排放的烟尘浓度及SO2与NOx最高允许排放浓度，天津地标规定自2006年以后分别根据A、B两个区域对环境保护的不同要求做了明确的说明和规定。在允许新建燃大于7MW煤锅炉的B区域，烟尘最高允许排放浓度80 mg/m3，SO2最高允许排放浓度200 mg/m3，NOx最高允许排放浓度400 mg/m3，而燃气锅炉烟尘最高允许排放浓度10 mg/m3，SO2最高允许排放浓度20mg/m3，NOx最高允许排放浓度300 mg/m3。

可以看出，随着对环境污染更严格的控制，采用燃气锅炉来降低烟气粉尘的污染是必要的。燃气锅炉与燃煤锅炉相比具有明显的优越性，由于燃气中的灰分、含硫量和含氮量均小于燃煤中的含量，排出的烟气更容易达到国家标准，对环境的污染也比燃煤锅炉小很多[3]。

虽然燃气锅炉在烟尘排放上大大低于燃煤锅炉，但是也不容忽视SO2与NOx 的排放，尤其是氮氧化物的排放，这就对燃烧器的选择有了更高的要求。目前选择低氮燃烧技术是进行锅炉改造的重要环节。

根据氮氧化物生成原理，影响氮氧化物生成的因素主要有火焰温度、燃烧器区氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和燃料的特性，通过降低火焰温度，防止局部高温；降低过量空气系数和氧浓度，使天然气在缺氧的条件下燃烧，这样才能有效降低氮氧化物的生成量。根据这些原理，现在的燃气锅炉低氮燃烧器大致分为以下几类：（1）阶段燃烧器，（2）自身再循环燃烧器，（3）浓淡型燃烧器，（4）分割火焰型燃烧器，（5）混合促进型燃烧器，（6）低NOx预燃室燃烧器。这些技术能满足环保对锅炉NOx的排放要求。

2.2 燃气锅炉的安全性分析

燃气锅炉房的天然气泄漏危害严重，还存在一定的问题，最重要的就是对燃气锅炉房的防爆安全问题。天燃气是一种易燃易爆的有毒性气体，火灾危险性为甲类，无色味小，凭人体感觉难以发现，若燃气漏入停运的炉膛或者空气中会引起爆炸[4]。

燃气锅炉房天然气泄漏除了员工违章操作引起和外力引起外，还有很多原因，如燃气管线的泄漏，锅炉本体的泄漏，燃烧器泄漏等，不管是设备原因还是人为因素，对燃气泄漏的防范是进行锅炉房改造的重要环节。为了防止泄漏现象的发生，锅炉房内燃气管道应采用输送流体的无缝钢管，阀门、设备接口处用法兰连接，燃气管路必须严格进行吹扫，强度试验和严密性试验。锅炉运行要有必要的连锁保护控制装置，如点火程序，出水温度过高连锁停炉等措施。燃气锅炉使用前必须检查吹扫试压，排除炉内可燃气体。锅炉燃烧器必须安装熄火安全保护装置，一旦出现熄火现象，二次点火前也必须进行吹扫并按正常点火程序进行。

锅炉房有燃气泄漏报警装置和通风设备，燃气管道上应有自动和手动切断阀，与泄露报警装置连锁。锅炉房泄爆区域分明，区域内采用防爆电器，与相邻房间用防火墙隔开。最后，要防止停炉事故。通过对燃气锅炉房风险的及时识别，采取适当的措施，不断完善安全保护技术，保证燃气锅炉的正常安全运行。

2.3 经济分析与比较

2.3.1 锅炉热效率分析

锅炉是工业生产中普遍使用的动力设备，是能源转换的重要设备之一。锅炉的技能与正常安全运行与锅炉设计和燃烧器的选择控制有直接关系。锅炉热效率是衡量锅炉运行的重要技术指标[5]，如表2.1。

表2.1 燃煤、燃油和燃气锅炉产品允许工况范围内最低热效率目标值和限定值

燃料

品种燃料收到基低位发热量Qnet.v.ar

（KJ/kg）锅炉额定蒸发量（D，t/h）或者额定热功率（Q，MW）

D>20或者Q>14

锅炉热效率（%）

目标值限定值

烟煤ⅢQnet.v.ar≥21000 86 79

D>2或者Q>1.4

锅炉热效率（%）

重油

按燃料实际化验值92 88

轻油94 90

燃气94 90

《锅炉节能技术监督管理规程》（TSG G0002-2010）中规定，层状燃烧燃煤锅炉效率限定值最高为79%，燃气锅炉大于1.4MW的效率限定值为90%。可见燃气锅炉效率明显优于燃煤锅炉。

传统的燃煤锅炉烟气污染大，排气温度的过高损失了热量，而且对流管束的腐蚀和结渣影响传热效果，炉膛炉壁也有不同程度的热损失。使用燃气锅炉能很大程度上解决这些问题，气体燃烧产生的三原子气体辐射能力强，而且排烟温度低，热效率比燃煤锅炉有了明显的提高。

2.3.2 锅炉成本分析

与燃煤锅炉相比，燃气锅炉从配套到运行可以降低一笔可观的成本，主要体现在以下几点：

（1）燃气锅炉不需要配置引风机、除渣机、吹灰机、上煤