摘要：通过对比燃气锅炉与燃煤锅炉在节能环保和运行方面的优势，分析燃煤锅炉房“煤改气”工程的必要性，并在技术方面提出建议和注意事项。为了加强环境治理，确保现有资源的平衡，随着陕北、新疆、渤海等各大油、气田开发出大量天然气供给各城市，为了有效利用能源，控制大气污染，将燃煤锅炉更换为燃气锅炉势在必行。但由于经济财力等客观原因所限，能将原有燃煤锅炉改造为燃气燃油锅炉的计划一直难以实现。实际上一般工业锅炉均配有良好的水质处理设备，在正常使用情况下，其工作寿命可达数十年以上，所以将锅炉“煤改气”是一种既节省资金又工期短，见效快，切实可行的好办法。
关键词：燃煤锅炉 燃气锅炉 节能 环保
针对现阶段电力行业是否应积极推行“煤改气”政策，发达地区的“煤改气”经验是否应在全国推广等问题，各方观点不一。有专家认为，天然气无论是在运输的过程中还是在燃烧发电的过程中，都能够体现出比煤炭更大的“清洁优势”，推行“煤改气”政策是有效治理雾霾的重要途径之一。但也有专家认为，从全局来看，当前主要任务是要把有限的资金用在治理那些对环境影响更大的污染源上，使资金的使用更有环境效益。更有专家认为，“煤改气”应该缓行，现有的经济水平难以长期支撑成本较高的天然气发电，企业靠政府补贴也不是长久之计，我国应立足国情和现实，将煤炭清洁化利用、治理“散煤燃烧”作为治霾的首要着力点。
一、“煤改气”问题的背景
且不评论各方观点孰是孰非，但当我们再次思考“煤改气”问题时，一些现实情况已不容忽视。
首先，“煤改气”造成发电企业的成本压力大增。我国一次能源结构具有“富煤、贫油、少气”的特征，天然气成本较高，且供应能力有限，用天然气取代煤炭发电，导致发电企业的燃料成本增加；另外，除去初次改造设备的支出以外，后期使用上的新增成本也不少。
其次，虽然有政府财政补贴，但资金落实不到位的情况还时有发生。我国各地的财政基础不同，部分经济相对落后的地区对企业的配套补贴难以落实，导致企业对“煤改气”信心不足，推行效果大打折扣。
再次，由于天然气发电越发越亏的高成本压力，有些地区甚至出现了用燃煤发电替代燃气发电的“反替代”现象，这与“煤改气”和“城市气化”的初衷背道而驰。
最后，目前，我国大部分已建和在建项目的天然气发电机核心技术多由国外控制，美国GE、德国西门子、日本三菱“三大巨头”几乎垄断了中国市场，导致我国天然气发电设备的购置费和维修费相对高昂。
因此，面对日益趋严的环保标准和如此艰难的“煤改气”工程，发电企业也在另辟蹊径，进行着一场特殊的“煤电保卫战”。近来，就有某些发电企业主动提出了燃煤电厂“近零排放”（或称“超低排放”、“超清洁排放”、“达到燃机标准水平”等）的概念。当我们认真分析其动因时，就会发现：除环保方面的社会责任外，有的是为了获得企业当前或未来发展中新的煤电项目的审批，有的是为了防止现有煤电机组被“煤改气”从而付出比“近零排放”更高的成本代价，有的是为了种种原因与地方政府达成某种协议，等等。那么，为了碧水蓝天，当前我们究竟是要在全国大力推行“煤改气”政策，还是要积极推广燃煤发电“近零排放”经验呢？事实上，无论是“煤改气”还是“近零排放”，都应遵循社会总成本最低的经济学原理，这才是治理雾霾的理论依据。必须综合考虑经济效益、环境效益和社会效益，任何不计经济代价的环境保护政策最终都是难以持久的。
二、燃煤锅炉的缺点
1.体积大辅机多占地面积大
燃煤锅炉体积大、钢材耗量多，每台锅炉都单独配有煤仓、分层给煤装置、炉排及减速箱、鼓引风机、除尘脱硫装置、烟风道、电气仪表柜等，共用设备还有推煤机、抓斗吊车、运煤机、除渣机、运渣带、烟囱等。锅炉房及储煤、储灰场占地面积大，造成土地资源浪费。
2.热效率低耗电多能源浪费燃煤
锅炉因炉墙、烟风道密封不严造成空气系数过大，煤燃烧不充分，热效率约70%~80%，有的单位小吨位燃煤锅炉热效率更低至50%~60%，燃煤浪费严重。每台锅炉配套电机的总额定功率分别为140kW或280kW，锅炉房全年耗电750×104kW•h左右，能耗高。同时还要消耗大量清水用于除尘脱硫及煤场降尘等工作。
3.环境污染严重
煤燃烧产生大量CO2、SO2、NOx、炉渣和灰尘，虽配备除尘脱硫装置，但因系统复杂、效果稳定性差、故障率高，仍会造成环境污染。露天储煤、储灰场更加剧了粉尘污染。同时众多运转设备产生噪声污染、机械设备漏油造成油污染等问题。
4.设备故障多维护成本高
锅炉系统中任何一台机械或电气设备、重要仪表出现故障，都会影响锅炉正常运行，严重的必须停炉进行处理，少则十几分钟，多则数小时。由于辅机多、设备笨重、使用时间较长后故障增多，维护人员劳动强度大，维修费用非常高。
5.自动化程度低操作复杂
燃煤锅炉需要手动操作，经常需要调整给煤量、风煤比、放灰等，工作量大，难以精细化运行。每台锅炉每班要配备两名司炉人员，要定时进行火床调整、巡回检查，还要配置上煤、除渣等工作的人员，人员需求大。锅炉启停炉问题较多，正压燃烧、供氧不足、燃料未充分燃烧、炉膛温度上不来，造成引火时间长、升压慢，必须提前1h~2h启炉；而锅炉压火期间为防止煤燃烧经常要启动炉排用新煤覆盖，蒸汽锅炉还要定时进行补水。此外，单台炉耗煤量难以精确计量，不便于能耗统计分析与经济考核。
三、锅炉“煤改气”的基本原则和要求
燃煤锅炉改造为燃气锅炉从根本上改变了锅炉的燃烧方式，同时对锅炉运行工况、锅炉房综合管理都带来巨大的变化。特别是燃料气体如天然气、煤制气、焦炉气等是可燃、可爆的有毒气体，如果处理不当会发生炉膛爆炸，燃气外溢甚至会引发火灾等。所以，对锅炉“煤改气”，以下几个方面应引起大家重视。
1.锅炉改造必须遵照《蒸汽锅炉安全技术监察规程》和《热水锅炉安全技术监察规程》及国家有关技术法规进行。锅炉改造方案应得到当地锅炉监管部门的认可。
2.应认真检查锅炉承压受热面是否存在严重腐蚀、结垢、过热等情况，受压元件必须保持基本完好。其次应根据锅炉工作年限确定其改造使用价值。上述检查工作应请当地锅炉监检部门进行。
3.应认真检查锅炉炉墙、烟道系统、锅炉给水系统及锅炉送风、引风系统。以上各系统应保持基本完好。
4.锅炉改造后应保持锅炉原技术参数不变，如工作压力、温度等。而且应保持或提高原锅炉的负荷及锅炉效率。
5.锅炉改造后应符合国家环保各项技术指标的要求，彻底解决消烟除尘的问题。
6.锅炉改造应做到简单易行，安全可靠，力求花钱少见效快，充分体现“煤炉改气炉”的优越性。
四、锅炉“煤改气”内容和方法
1.-确定合理的设计方案
在燃煤锅炉改造为燃气锅炉的工作中，要根据不同的炉型确定不同的改造方案。首先我们应根据炉膛对流等各受热面的几何结构考虑燃料变化后引起的燃烧特性和传热的变化。尤其是以烷类碳氢化合物为主要成分的天然气等高热值气体，在炉膛中的燃烧过程要比燃煤强烈得多，燃烧中炉膛热强度大大提高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在加大炉膛热负荷的同时，炉膛出口烟温会有所提高!对设有过热器的锅炉应考虑对过热器的影响"。在对流受热面中，由于炉膛吸热量增加，而且对流受热面表面污染情况比燃煤时大有改善，会使得传热条件相应得到改善，排烟中的过量空气系数和排烟温度都会有所降低，这样锅炉效率也会有所提高。在锅炉改造中，要对各段受热面热负荷分配情况进行详细的热力计算，同时注意烟气流动分布情况进行烟风阻力计算，以便正确的确定风机参数。在改造方案中针对不同的炉型制定具体的改造内容；如VCT型卧式内燃链条锅炉在改造时应拆除原有炉排，锅炉前部应设置燃烧器，并对前后烟箱进行加强保温和密封改造，特别是后烟箱更应引起重视。加厚耐火材料及保温材料!应采用低传导优质材料，如硅酸铝、矽土等防止后烟箱过热。
2.燃气锅炉的优势
（1）同等热功率或蒸发量的燃气锅炉的体积只是燃煤锅炉的1/3~1/5，钢材耗量低，辅机少、结构紧凑、占地面积小；
（2）燃气锅炉受热面腐蚀和结垢轻微，传热效果好，设计的排烟温度低，热效率高，一般在90%~92%，采取多项节能措施后最大热效率能达到95%。因只需配置小功率鼓风机，耗电量少。每台锅炉耗电量只是同吨位燃煤锅炉的1/4～1/6；
（3）因天然气为清洁能源，所含杂质较少，锅炉烟气排放的有害物质较少，无尘、SO2低，环境污染小；
（4）燃气锅炉本体结构简单、辅机少，无炉排、运煤除渣设备，甚至引风机，因而故障少、维护量小、维修费用低；
（5）燃气锅炉可实现全自动控制，系统调节灵活方便、升温快，具有很高的安全可靠性。工人劳动强度小，用工少；
（6）燃气计量简单准确，便于燃气供应量的调节和单台炉能耗统计及能效考核。
3.锅炉房煤改气的方式
（1）在燃煤锅炉的基础上对本体进行改造，拆除不必要的辅机，并对电气、仪表部分进行改造以适应燃气需要。但此方法只适用于小型锅炉，其受压元件必须基本完好，需作相关校核及设计计算，改造比较繁琐，但能提高原有燃煤锅炉的出力，原有的水处理等设施可继续利用，投资较少，但运行管理、经济、安全运行面临的问题较多，会造成长时间的蒸汽供应中断，严重影响用汽生产；
（2）在现燃煤锅炉房位置进行改造，将锅炉及运煤、除渣系统全部拆除，改造锅炉房，选用、安装新的燃气锅炉，保留原锅炉房的水处理系统、循环水系统。此方式相对简单易行，能节约3/4的建设用地，投资费用较低，但同样严重影响生产供汽；
（3）重新选址新建燃气锅炉房，包括水处理系统等。因是整体重新规划、设计、建设，系统整体配套完善、技术先进、调控方便快捷、节能效果突出，但投资较大，改造对生产供汽影响较小。由于现燃煤锅炉房经多次改扩建，锅炉与循环水泵、给水泵、水处理系统等比较分散，调控非常繁琐，不能适应燃气锅炉的自动化控制，而且企业生产用汽也不允许停供，因此，确定整个锅炉房异地重建。
4.做好节能项目
（1）蒸汽凝结水回收
燃煤锅炉房建设时间较早，凝结水回收装置较简单，管道腐蚀、老化严重，造成凝结水回收问题多，如汽水混合、pH值不稳定、经常有大量杂质、回水量波动大、硬度高等原因造成回用率非常低，有时为零。应通过加装除铁、去硬、除杂质等技术手段，保证回水水质合格，如仍不合格，可通过换热来回收回水中的热量，以达到节能目的。
（2）回收低品质热能
由于锅炉房内大部分管道输送的都为高温介质，保温不能做到100%的覆盖，保温层也不能做到100%隔热，造成安装锅炉给水泵、热水循环泵、蒸汽凝结水回收装置的设备间内温度非常高。以往，这些低品质热能难以回收，但现在可采用空气源热泵将回收的热能用到职工洗澡水加热、冬季取暖等要求不高的场合。
（3）绿色照明
现有的燃煤锅炉房建成时间早、面积大、跨度高，加上后期改扩建等原因造成照明耗电量高，局部区域照明不足。新的燃气锅炉房除部分地下建筑外，大部分为单层建筑，采光好，可以采用先进的照明灯具，如LED灯，在满足照明的前提下，可大幅度降低照明耗电量、减少光污染、降低灯具的维护工作量和维护成本。
5.其他合理化建议
（1）安全性
由于天然气的性质，一旦泄漏达到一定浓度后遇明火会爆炸，因此，燃气锅炉房在安全方面要求比燃煤锅炉房更高。更重要的是人员管理、相关制度的制定及落实。
（2）气源的供应
由于燃气锅炉房没有天然气储备装置，因此气源保障非常关键。从北京市近年天然气供需情况看，冬季用气比较紧张，虽然供暖锅炉的用气会有保障，但企业生产的蒸汽锅炉则会面临着断气危险。能不能确保气源供应，是燃气锅炉房投入的最大障碍。为提高供热保障能力和安全性，在改燃投入初期应暂保留燃煤锅炉房2a~3a，作为燃气供热的备用热源，待将来燃气供热运行稳定后，再行拆除。
（3）系统的调控
锅炉房煤改气后，应更好地发挥燃气锅炉自动化程度高、调控灵活、快速的优点。通过采用在换热站加装气候补偿器、公共建筑或办公楼、厂房分时分区供热及室温调控、管网水力平衡等技术，进行供热系统集中自动监控管理，这样从热源到热用户形成了一套完整的用能监控系统，不但节能率高，而且用户舒适度提高。
（4）人员的配置不同
于燃煤锅炉房，燃气锅炉自动化程度高、危险性高，一旦出现问题造成的后果比较严重，因此对操作人员的业务素质要求高，尤其是自动化方面的技术和维护人员更需要配置到位，这才能将燃气锅炉操作好、维护好。
（5）选配适合的锅炉
锅炉容量造型偏大，设备利用率低的问题较为普遍，许多用户根据单位的“长远”规划，预留了大量的富余容量为以后的发展留下余地，结果是设备用到报废，“长远”并未实现，造成资源浪费。煤改气工作开始后出现一个新问题，有的单位根据使用燃煤时的负荷选用了燃气锅炉，在当时是合适的。但后来为了降低运行成本，减少用能负荷，取消洗衣房，消毒采用电消毒柜，洗澡采用太阳能，运行负荷明显减少，锅炉出力低，如6t/h的蒸汽锅炉出力不到1t/h，10t/h的蒸气锅炉不足2t/h，这也是一种极大的浪费。随着单位用能情况的变化，如何选配锅炉需要科学对待。
（6）处理好冷凝水的腐蚀问题
冷凝水腐蚀的问题直接影响到锅炉的使用寿命，据我们了解有的单位锅炉因此烧坏，只得更换锅炉。在锅炉运行中存在的低温烟气腐蚀锅炉的问题一直困扰着我们。北京航星机器制造公司动力处经过多年实践经验，总结了一套热水锅炉腐蚀产生机理及防止措施的成熟经验，值得学习借鉴。
五、结语
当然，从世界范围来看，燃气发电的优势也很明显，它是天然气利用的重要途径之一，燃气联合循环机组具有运行灵活、启停迅速的优势，尤其在沿海经济发达地区，燃气电厂在夏季用电高峰期的调峰作用十分突出。客观讲，推行“煤改气”政策，自有其根据和积极意义，但必须结合综合效益和资源的约束情况一并考虑，因地制宜，逐步探索，总结经验，且不可盲目在全国范围内进行大面积推广。
参考文献
［1］张雪岩，王亚锋，刘敬敏．燃煤锅炉改造为燃气锅炉的技术探讨［J］．煤气与热力，2010，30(3):A12－A14．
［2］乔国强，杜智刚，范宏涛．燃气锅炉安全自动控制系统开发与应用［J］．引进与咨询，2001(6):23－25．
［3］孟红，朱国振，石泉，等．燃气锅炉的智能与优化控制［J］．煤气与热力，2003，23(8):466－469．
［4］杜欣平，陈琴，李维光，等．燃煤锅炉改为燃气锅炉的技术措施［J］．煤气与热力，2002，22(2):125－130．
论文作者:阚海丽
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/5
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