摘　要：針對(duì)天津市燃煤鍋爐改燒天然氣項(xiàng)目，對(duì)天然氣氣源規(guī)劃、供氣管網(wǎng)、關(guān)鍵設(shè)備(調(diào)壓器、燃?xì)忮仩t燃燒器入口緩沖管段)的設(shè)計(jì)、選型進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；  煤改氣；　調(diào)壓器；　緩沖管段

Abstract：For the project for boiler convened from coal to natural gas in Tianjin，the planning of natural gas source，the gas supply pipe network，the design and type selection of key equipment including regulator and buffer tube segment at inlet of gas-fired boiler burner are discussed．

Keywords：coal-fired boiler；conversion from coal to gas；regulator；buffer tube segment

 

為減少大氣污染，改善城市環(huán)境質(zhì)量，為城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)幦「嗟沫h(huán)境容量，天津市政府計(jì)劃在“十二五”期間淘汰天津市中心城區(qū)及濱海核心區(qū)燃煤供熱鍋爐房共計(jì)147座，構(gòu)建安全、高效、低碳的供熱體系，涉及供熱面積約9633×10⁴m²?，F(xiàn)有燃?xì)夤芫W(wǎng)不是燃?xì)夤徨仩t房的供氣專(zhuān)線(xiàn)，而且現(xiàn)有燃?xì)庠O(shè)施難以滿(mǎn)足要求，因此必須充分利用并改造現(xiàn)有燃?xì)夤芫W(wǎng)及設(shè)施，形成煤改氣工程燃?xì)夤芫W(wǎng)。本文對(duì)天津地區(qū)鍋爐房煤改氣工程燃?xì)夤芫W(wǎng)及關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型進(jìn)行探討。

中心城區(qū)煤改氣供熱面積為9633×10⁴m²，單位面積供熱負(fù)荷按50W／m²測(cè)算，供暖期按120d計(jì)算。燃煤供熱鍋爐房改燒燃?xì)夂竽暧脷饬考s為11.56×10⁸m³／a，供暖期平均日用氣量963.57×10⁴m³／d，高峰小時(shí)用氣量為75.06×10⁴m³／h。至十二五末，天津市中心城區(qū)天然氣氣源將達(dá)到8個(gè)，年供氣能力達(dá)到164×10⁸m³／a。若規(guī)劃氣源及相應(yīng)的調(diào)峰設(shè)施能夠順利實(shí)施，可以確保改造后燃?xì)夤徨仩t房的用氣需求。

天津外環(huán)線(xiàn)現(xiàn)已形成環(huán)狀高壓、次高壓供氣管網(wǎng)，分別為：外環(huán)線(xiàn)北半環(huán)DN 700mm高壓8級(jí)管道，設(shè)計(jì)壓力為2.5MPa；外環(huán)線(xiàn)南半環(huán)DN 500mm次高壓B級(jí)管道，設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa；外環(huán)線(xiàn)南半環(huán)DN 700mm津沽高壓8級(jí)管道，設(shè)計(jì)壓力為2.5MPa。

根據(jù)天津市現(xiàn)有燃?xì)夤芫W(wǎng)情況，鍋爐煤改氣工程需要沿外環(huán)線(xiàn)新建、擴(kuò)建高壓調(diào)壓站(包括高—次高壓、高—中壓調(diào)壓站)24座。對(duì)于距離高壓—次高壓調(diào)壓站較近的大型鍋爐房(熱功率大于等于150MW)宜采用次高壓8級(jí)管道供氣。若條件允許，為保證安全供氣，可考慮采取雙氣源供氣。如紅橋區(qū)丁字沽燃?xì)夤徨仩t房規(guī)模較大，供熱面積約400×10⁴m²，燃?xì)忮仩t總熱功率約350MW，小時(shí)用氣量約3.75×10⁴m³／h。為確保穩(wěn)定供氣，采取雙氣源次高壓B級(jí)管道供氣，一路氣源為子牙河南道高壓一次高壓調(diào)壓站次高壓8級(jí)管道，另一路為規(guī)劃雙口儲(chǔ)配站次高壓B級(jí)管道。丁字沽燃?xì)夤徨仩t房供氣管道配置見(jiàn)圖1。

①中壓A級(jí)管網(wǎng)

為改造后燃?xì)夤徨仩t房(大多數(shù)為中小型燃?xì)忮仩t房)供氣的中壓燃?xì)夤艿兰扔行陆?、現(xiàn)有中壓A級(jí)管道，又有現(xiàn)有中壓B級(jí)管道。中心城區(qū)現(xiàn)有中壓燃?xì)夤艿揽傞L(zhǎng)度約1 377 km，其中設(shè)計(jì)壓力為0.15MPa的中壓B級(jí)管道約450km。新建中壓A級(jí)管道主要規(guī)格為DN 400～800mm，設(shè)計(jì)壓力為0.4MPa，新建中壓A級(jí)管道基本沿市政主干路網(wǎng)敷設(shè)。供熱規(guī)模較大的中型燃?xì)夤徨仩t房均由新建中壓A級(jí)管道供氣，供熱規(guī)模較小的小型燃?xì)夤徨仩t房由現(xiàn)狀中壓A級(jí)或中壓B級(jí)管道供氣。利用中壓A級(jí)管道的供氣流程見(jiàn)圖2。

 

大部分改造后的燃?xì)夤徨仩t房由新建中壓A級(jí)管網(wǎng)供氣，而有些燃?xì)夤徨仩t房不具備新建中壓A級(jí)管道的供氣條件。為了節(jié)約成本，減少煤改氣工程的資金投入，對(duì)于現(xiàn)有燃?xì)夤艿罈l件較好的區(qū)域，宜由現(xiàn)有中壓A級(jí)、B級(jí)管道供氣。但部分現(xiàn)有中壓B級(jí)管道的運(yùn)行壓力較低，且部分區(qū)域燃?xì)庠O(shè)施已處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，因此需對(duì)這部分區(qū)域的中壓B級(jí)管道及設(shè)施進(jìn)行改造、更新，提高管道運(yùn)行壓力，增大管網(wǎng)供氣能力。其中一種方式為更換現(xiàn)有中壓B級(jí)管道，敷設(shè)中壓A級(jí)管道，徹底解決供氣壓力不足問(wèn)題。另一種方式是對(duì)于支線(xiàn)、折點(diǎn)少，凝水缸、閥門(mén)較少的中壓8級(jí)管道可以采取穿入PE內(nèi)襯管的方式對(duì)現(xiàn)有中壓B級(jí)管道進(jìn)行修復(fù)，使其具備中壓A級(jí)的運(yùn)行能力^[1]。與升壓后管道連接的調(diào)壓裝置等燃?xì)庠O(shè)施應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)改造，以適應(yīng)更高的壓力。

②中壓B級(jí)管網(wǎng)

由于市內(nèi)六區(qū)現(xiàn)有中壓B級(jí)管道已運(yùn)行多年，且腐蝕比較嚴(yán)重，短期內(nèi)無(wú)法完成更換改造工作。結(jié)合市內(nèi)六區(qū)現(xiàn)有中壓B級(jí)管道與新建中壓A級(jí)管道分布情況，建設(shè)20座中—中壓調(diào)壓柜，將中壓A級(jí)燃?xì)庹{(diào)壓至中壓B級(jí)，滿(mǎn)足燃?xì)夤徨仩t房用氣需求。由于中心城區(qū)用地緊張，煤改氣工程配套的中—中調(diào)壓柜采取地下形式，一般設(shè)置在市政綠地內(nèi)。利用現(xiàn)有中壓B級(jí)管道的供氣流程見(jiàn)圖3。

在鍋爐房建設(shè)用地內(nèi)建設(shè)鍋爐專(zhuān)用調(diào)壓柜，為防止管道施工過(guò)程中形成的積水進(jìn)入調(diào)壓裝置，在調(diào)壓柜前設(shè)置凝水缸。調(diào)壓柜功能為先調(diào)壓后計(jì)量，將中壓A級(jí)或中壓B級(jí)燃?xì)庹{(diào)壓至鍋爐燃燒器所需壓力(30～50kPa)，然后進(jìn)行計(jì)量，流量計(jì)前配置了IC卡控制器(采用預(yù)付費(fèi)方式供氣)。調(diào)壓柜配備了上傳燃?xì)庹{(diào)度中心的流量監(jiān)測(cè)裝置，并為供熱企業(yè)預(yù)留了RS485通信接口與鍋爐房控制系統(tǒng)連接，以監(jiān)測(cè)用氣量及出柜供氣壓力。供熱企業(yè)可設(shè)定燃?xì)庥昧繄?bào)警功能，當(dāng)IC卡內(nèi)預(yù)付費(fèi)燃?xì)饬渴Ｓ?0％時(shí)，鍋爐房控制系統(tǒng)報(bào)警，提示供熱企業(yè)購(gòu)氣，以保障用氣。

調(diào)壓器按工作原理通常分為直接作用式、間接作用式兩種。直接作用式調(diào)壓器出口壓力直接反饋給薄膜元件，指揮閥桿調(diào)節(jié)閥口相對(duì)開(kāi)度，響應(yīng)時(shí)間較短，可在1s內(nèi)響應(yīng)。間接作用式調(diào)壓器出口的壓力變化需先通過(guò)指揮器，再由指揮器調(diào)節(jié)閥口相對(duì)開(kāi)度，因此間接作用式調(diào)壓器通常比直接作用式調(diào)壓器的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，需要3s以上。由于不同調(diào)壓器生產(chǎn)廠(chǎng)家采用的定壓彈簧性能不同，相同形式調(diào)壓器的響應(yīng)時(shí)間也會(huì)存在差異。

鍋爐燃燒器點(diǎn)火瞬間，調(diào)壓器后壓力發(fā)生變化，此時(shí)調(diào)壓器在定壓彈簧的作用下，逐漸開(kāi)啟調(diào)壓器閥口。從定壓彈簧發(fā)揮作用到完全啟動(dòng)調(diào)壓器，需要一定的響應(yīng)時(shí)間，而這段時(shí)間內(nèi)調(diào)壓器后管段的壓力將發(fā)生較大變化，影響燃燒器正常燃燒，甚至導(dǎo)致火焰熄滅。由于調(diào)壓器的響應(yīng)時(shí)間由調(diào)壓器的形式、定壓彈簧性能等調(diào)壓器固有特性決定，當(dāng)調(diào)壓器選定后，其響應(yīng)時(shí)間是相對(duì)固定的。因此在調(diào)壓器后設(shè)置緩沖管段，可以有效地緩解這種壓力變化，從而保證燃燒器順利點(diǎn)火。

在調(diào)壓器選型后，根據(jù)調(diào)壓器響應(yīng)時(shí)間，可計(jì)算緩沖管段的容積^[2]。當(dāng)緩沖管段管徑與其前后管道管徑一致時(shí)，易出現(xiàn)緩沖管段過(guò)長(zhǎng)的情況，特別是對(duì)于空間并不富裕的改造項(xiàng)目，管道布置往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，可考慮采用大管徑管道作為緩沖管段，以減少空間的占用。

燃煤供熱鍋爐房改燒燃?xì)夤こ躺婕碍h(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗、資源利用、產(chǎn)業(yè)調(diào)整等多個(gè)方面。盲目擴(kuò)大煤改氣規(guī)模，易使冬季高峰燃?xì)庥昧看蠓黾?，除了需要增加建設(shè)調(diào)峰設(shè)施以外，由于燃?xì)赓Y源緊缺，高峰月燃?xì)鈨r(jià)格也會(huì)出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，造成供熱成本激增?？茖W(xué)經(jīng)濟(jì)的做法是通過(guò)“聯(lián)網(wǎng)、調(diào)峰、并網(wǎng)、煤改氣”四位一體的供熱工程建設(shè)，充分發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)的主導(dǎo)作用，擴(kuò)大熱電廠(chǎng)供熱產(chǎn)能，提高供熱效率。在確保城市冬季供熱安全，改善大氣環(huán)境的同時(shí)，有效降低供熱運(yùn)行成本。同時(shí)，加大風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹膽?yīng)用力度，積極開(kāi)發(fā)污水源、地源熱泵等節(jié)能技術(shù)，合理發(fā)展垃圾焚燒電廠(chǎng)，都是對(duì)冬季供熱的有效補(bǔ)充。

 

[1]馮濤，李永威．北京市天然氣管道改造評(píng)價(jià)方法探討[J]．煤氣與熱力，2012，32(5)：A22-A24．

[2]趙明光，趙耀宗．鍋爐房燃?xì)饩彌_管段計(jì)算與調(diào)壓設(shè)備選擇[J]．制冷與空調(diào)，2008，22(5)：124-126．