第六章 燃气锅炉及燃煤锅炉的燃气改造.doc

第六章 燃气锅炉及燃煤锅炉的燃气改造近年来，以天然气等清洁燃料为主的环保型供热系统在城市集中供热系统中获得了广泛的应用，燃气锅炉也在是向小型化、轻量化、高效率低污染、提高组装化程度和自动化程度的方向发展。特别是采用一些新型燃烧技术和强化传热技术，使燃气锅炉的体积比以前大为降低，锅壳式蒸气锅炉的热效率已高达9293。其经济性、安全性、可使用性具体表现在以下几个方面：(1) 锅炉的高效率。环保型燃气锅炉，特别是蒸汽锅炉，由于采用了低阻力型火管传热技术和低阻力高扩展受热面的紧凑型尾部受热面，燃气锅炉的排烟温度基本上和大容量的工业锅炉相同，可达130140。(2) 结构简单。采用简单结构的受热面，对锅壳式锅炉，采用单波形炉胆和双波形炉胆燃烧，强化型传热低阻力火管，以及低阻型扩展尾部受热面。除此之外还可根据具体要求配备低温过热器(250)受热面。对水管式锅炉，采用膜式壁型炉膛，紧凑的对流受热面，可配备引风装置，除此之外还可根据具体要求配备高温过热器(250)受热面。(3) 使用简易配套的辅机。给水泵、鼓风机和其它一些辅机要和锅炉本体一起装配，且保证运输的可靠性。(4) 全智能化自动控制并配有多级保护系统。不仅配有完善的全自动燃烧控制装置，更配有多级安全保护系统，具有锅炉缺水、超压、超温、熄火保护、点火程序控制及声、光、电报警。(5) 配备燃烧器(送风机)和烟道消音系统，降低锅炉运行的噪音。(6) 装备自动加药装置，水处理装置。(7) 配备其它监测和限制装置，至少应保证锅炉24小时无监督安全运行。61 锅炉的参数、型号和技术指标611 锅炉参数6111 工业锅炉的参数锅炉参数指锅炉容量、工作压力、工作温度。工业蒸气锅炉的容量用额定蒸发量（D）表示。额定蒸发量（D）表明锅炉在额定蒸气压力、蒸气温度、规定的锅炉效率和给水温度下，连续运行时的必须保证的最大蒸发量，单位为t/h。工业热水锅炉以额定供热量（Q）表示，其单位为MW。蒸气锅炉额定工作压力和温度是指未经过热器出口集箱主蒸气阀出口处的过热蒸气压力和蒸气温度，对于无过热器的锅炉，可用主蒸气阀出口处的蒸气压力和温度来表示；热水锅炉额定工作压力和温度是指额定热水出水阀口处的热水压力和温度。压力的单位用MPa，温度的单位为。蒸气锅炉给水温度是指进省煤器的水温度，对无省煤器的锅炉是指进入锅炉锅筒的水温度；热水锅炉一般称为额定进口水温度。6112 常压热水锅炉的参数系列常压热水锅炉是以水为介质，表压力为零的固定式锅炉。这种锅炉本体开孔与大气相通，在任何工况下锅炉水位线处表压力为零。常压热水锅炉的系列参数应符合表6-1的规定。表6-1 常压热水锅炉的参数额定热功率MW0.05, 0.07, 0.1, 0.2, 0.35, 0.5, 0.6, 0.7, 1.05, 1.4, 2.1, 2.8允许工作压力MPa（表压）0额定出口水温度95额定进口水温度70注：额定出、进口温度可根据当地大气压力和特殊使用条件进行调整，但应保证其温差为25K。额定出口水温度系指在1个大气压力的数值。612 锅炉型号6121 工业锅炉产品型号的编制方法工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。表示如下：型号的第一部分表示锅炉和燃烧设备的型式，共分三段。第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉的总体型式（表6-2，表6-3），第二段用一个汉语拼音字母代表锅炉的燃烧设备（表6-4），第三段用阿拉但数字表示蒸气锅炉的额定蒸发量为若干t/h或热水锅炉额定热功率为若干MW。表6-2 锅壳锅炉总体型式代号锅壳锅炉总体型式代 号立式水管LS（立水）立式水管LH（立火）卧式外燃WW（卧外）卧式内燃WN（卧内）注：卧式水火管快装锅炉总体型式代号为DZ。表6-3 水管锅炉总体型式代号水管锅炉总体型式代 号单锅筒立式DL（单立）单锅简纵置式DZ（单纵）单锅筒横置式DH（单横）双锅筒纵置式SZ（双纵）双锅筒横置式SH（双横）纵横锅筒式ZH（纵横）强制循环式QX（强循）表6-4 燃烧设备代号燃烧设备代号固定炉排G（固）固定双层炉排C（层）活动手摇炉排H（活）链条炉排L（链）往复炉排W（往）抛煤机P（抛）振动炉排Z（振）下饲炉排A（下）沸腾炉F（沸）室燃炉S（室）型号的第二部分表示介质参数，共分二段，中浊以斜线相连。第一段用阿拉伯数字表示额定蒸气压力或允许工作压力为若干MPa；第二段用阿拉伯数字表示额定过热蒸气温度或出口水温度和进口水温度，单位为。蒸气温度为饱和温度时，型号的第二部分无斜线和第二段。型号的第三部分表示燃料种类。以汉语拼音字母代表燃料种类，同时以罗马数字代表燃料品种分类与其并列（表6-5）。如同时使用几种燃料，主要燃料放在前面。表6-5 燃料种类代号燃料品种代号I类劣质煤LTIII类无烟煤WIIII类烟煤AI柴油YC重油YZ天燃气QT焦炉煤气QJ液化石油气QY油母页岩YM其它燃料T工业锅炉如为气水（热水、开水）两用或三用锅炉，以锅炉的主要功能来编制产品型号。例如：WNS 10-1.25-YCQT表示锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定蒸发量为10t/h，额定工作压力1.25MPa，蒸气温度为饱和温度194（由饱和压力确定），燃用轻柴油或天然气两用，以燃用轻柴油为主的蒸气锅炉；WNS4.2-1/115/70-QJ表示锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定热功率为4.2MW，额定工作压力为1.0MPa，热水温度为115，进水温度为70，燃用焦炉煤气的热水锅炉。6122 常压热水锅炉产品型号的编制方法参见常压热水锅炉的产品型号也由三部分组成，和工业锅炉产品型号的编制方法基本相同，所不同的是型号的第一部分由常压锅炉的代号（C）、锅炉总体型式和燃煤设备组成。例如：CWNS1.4-95/70-YZ表示常压锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定热功率为1.4MW，额定工作压力0.0MPa，额定出水口温度为95，额定进口水温度为70。燃用重油的热水锅炉。62 几种常见燃气锅炉621 锅壳式（火管式）燃气锅炉锅壳式燃气锅炉是环保型锅炉的主要形式，锅壳式可分为立式和卧式两种类型。其中立式锅炉容量较小，卧式锅炉一般具有较大的容量。6211 立式锅壳式燃气锅炉现代中小型燃气锅炉趋向于快装化、轻型化、自动化。立式锅炉由于结构筒单、安装操作方便、占地面积小，应用较广。新型的立式锅炉效率可达8590，一般为蒸气锅炉。立式锅壳式燃气锅炉容量一般在1.0t/h以下，蒸气压力一般在1.0MPa以下。用于热水供应系统的锅炉容量可达1.4MW。比较常用的型式有燃烧器顶置式两回程套筒式无管锅炉(图61a)，b)，这种锅炉较有特色，主要依靠炉膛的高温辐射换热和强烈旋转气流的对流换热来加热工质，锅炉本体为套筒式，一般在0.5t/h以下炉膛采用平直炉胆，0.5t/h以上炉膛采用波纹与平直组合炉胆。采用旋转火焰沿炉胆下行，高温烟气冲刷焊在锅筒筒体外侧的扩展对流受热面进行均匀的对流换热，这种肋片均匀地焊在锅筒四周整个长度上，充分利用了烟气余热，而且对流受热面烟气阻力不大，一般可将排烟温度降到合理的程度。该锅炉占地面积小，操作维护简便，对水质的适应能力强，没有水管锅炉爆管的危险。第二种立式锅壳式燃气锅炉为燃烧器下侧置式(图61c)，一般为热水锅炉，其容量一般为0.7MW以下，因为容量较小，燃烧器功率小，克服的烟气阻力较小，火焰形状受到炉胆的极大限制，得不到完全展开式火焰。垂直的第二回程烟管管径较大，管程较短，烟气流速较低，无论是炉胆还是对流烟管都不是非常适合燃气特性的结构，材料的利用率低。但是这种锅炉燃烧器下置式比较适合家用的习惯，因而得到了很大发展，此种锅炉的效率需待进一步提高。第三种为回焰式炉膛的强化传热和对流烟管的组合结构(图61d)。这种结构是在卧式中心回焰燃气锅炉的基础上，对烟管进行了符合蒸气条件的改装后而成，因为其烟气的流动有两程均为由上下行，因而此种锅炉一般只能采用单回程烟管，而且烟管必须设置扰流子或采用强化传热式烟管。这种锅炉的火焰亦可以自由伸展，且采用中心回焰燃烧，炉膛综合辐射对流换热比较强，其排烟温度也比较合理，其缺点是对燃烧器所克服的背压有一定的要求。另外，还有一些小型立式锅炉制成板式受热面，或采用铸铁片式锅炉，这两种锅炉在小型家用采暖炉的应用上有很大发展，特别是铸铁片式采暖炉，耐腐蚀，造价低，使用寿命长，很受用户欢迎。图61e)给出的是具有悠久历史的板式受热面锅炉，这种锅炉在对流受热面的布置上有较大余度，比较适合燃用气体的锅炉。6212 卧式锅壳式燃气锅炉燃气锅炉在组装化、大型化、自动化方面比燃煤锅炉有突出的优点。其中，卧式锅壳式燃气锅炉受到很大重视，其特点如下：(1)高、宽度尺寸较小，适合组装化对外形尺寸的要求，而锅壳式结构也使锅炉的围护结构大大简化，比组装式水管锅炉具有明显的优点；(2)采用微正压燃烧时，密封问题比较容易解决，而且火筒的形状有利于燃气锅炉的火焰形状；(3)由于采用了强化传热的异型烟管作为对流受热面，其传热性能超过一般水管锅炉的横冲管束的水平，使燃气锅炉结构更加紧凑；(4)这种锅炉在燃气爆炸时，锅炉本体受破坏的可能性小，因为其烟气通道的承压能力比水管锅炉高；(5)对水处理要求较低，水容积较大，对负荷变化的适应性强。卧式火管锅炉常用的烟管结构形式，主要区别是采用烟气的回程数。大多是三回程的，此外还有用二回程和四回程，甚至五回程的。二、四回程的烟囱在炉前，安装使用不方便；五回程的结构太复杂，一般少用。卧式锅壳式燃气锅炉容量一股在1t/h以上，其最大容量可达2025t/h，工作压力可以达到1.62.5MPa。热负荷小（10MW）的锅炉采用单炉胆布置，热负荷大(10MW)的锅炉采用双炉胆布置。一般卧式锅壳式燃气蒸气锅炉的热效率在87左右，排烟温度一般为250；环保型燃气锅炉的排烟温度基本上和大容量的工业锅炉相同，可达130140。其热效率可达到93左右。图61 立式锅壳式燃气锅炉形式a)套筒式无管锅炉（侧入式） b) 套筒式无管锅炉（均匀式） c)燃烧器下侧置式d)中心回焰结构 e)铸铁片式结构 卧式锅壳式燃气锅炉的结构比较固定，其变化主要是对前后烟箱、尾部受热面的布置进行改革，主要结构型式有干背式顺流燃烧锅炉、湿背式顺流燃烧锅沪和湿背式中心回焰燃烧锅炉(图62)。计算结果表明： (1)1t/h以下的锅炉可以采用干背式顺流燃烧锅炉结构(图62a)； (2)2t/h以下的蒸气锅炉可以采用湿背式中心回焰燃烧锅炉结构(图62c)。湿背式中心回焰燃烧热水锅炉最大容量可达到28MW，而其最小容量往下可延伸到0.05MW；是1.4MW以下卧式热水锅炉的最佳结构。 (3)2t/h以上的蒸气锅炉均可采用湿背式顺流燃烧锅炉结构(图62b)，大型的环保型燃气蒸气锅炉一般采用这种锅炉结构，这种锅炉也使其它受热面(过热器、尾部受热面)的布置更加灵活，而且可根据热负荷的大小选择单炉胆或双炉胆结构。卧式锅壳式锅炉总体上可分为干背和湿背式结构，图62a)为干背式锅炉简图。可以看出，由燃烧器喷出燃料点燃后生成的燃烧产物到达炉胆的另一端后，经耐火砖隔成的烟室折转进入烟管，多为二、三回程结构。干背式锅炉结构、制造工艺简单，制造工时省，但经过几年的运行暴露出来的问题很多，干背式结构锅炉的燃烧器喷出燃料点燃后生成的燃烧产物在面积有限的炉胆内换热，炉膛出口的高温烟气直接和后烟箱盖接触和冲刷，后烟箱盖多为耐火砖制成，容易损坏，不得不经常停炉修理，缩短了锅炉的正常运行周期。锅炉容量越大，这一情况越严重。但随着锅炉容量的减小，炉胆的相对面积增加，炉胆出口烟温大为降低，可明显改善烟气对后烟箱盖的冲刷和破坏程度，经过计算认为，1.0t/h以下的锅炉可采用干背式结构，而这一结构显然不适合容量较大的锅炉。图62b)是全湿背式顺流燃烧式结构，这种湿背式结构被较多地用于燃气锅炉，主要是因为该锅炉的湿背式结构避免了干背式结构后烟箱盖受高温烟气直接冲刷容易损坏，不得不经常停炉修理的缺点，从而延长了锅炉的正常运行周期，大大降低了维护费用。另外经过炉胆和第一回程烟管的换热，至前烟箱时烟温己较低，使得前烟箱门的制造简单。但这一结构的回燃室制造起来比较复杂，装配起来也比较困难，要增加很多辅助部件。这种锅炉在熟练制造工艺的前提下，无论是燃烧过程还是结构本身以及运行都具有最高的可靠性。目前已制造出12t/h，15t/h，20/h蒸气锅炉。图62c)是全湿背式中心回焰燃烧结构，这种悬浮式全湿背炉胆是英国换热器公司的一项技术革新，后来日本川崎重工的KS型锅炉和平川铁工所的MP-800，东京煤气公司的MP2000，还有意大利NVA型热水锅炉也都相继采用了这种结构。这种类型的锅炉若为蒸气型一般采用轴对称向下偏置，若为热水锅炉时则往往采用中心对称。该结构有如下几个特点：图62 卧式锅壳式锅炉的三种常见结构a） 干背式锅炉；b）全湿背顺流燃烧式；c）全湿背中心回焰式(1)受热面积的优化利用。根据炉膛辐射换热量和温度的四次方成正比的原理，该炉炉胆空间大，有效辐射受热面大，炉膛辐射吸热量占总吸热量的比例大。(2)炉内气流组织均匀。由于高速火焰对回流的卷吸作用炉内的温度场极为均匀，且降低了火焰的温度，可有效地抑制NOx的生成，是一种利于环境的燃烧方式。同时由于回流的紊流作用增加了气流和壁面的对流换热，特别当在火焰中心附近设置波纹炉胆时，对流换热更加强烈。(3)烟管管束为单回程，有效地降低了本体的烟风阻力。可显著降低鼓风机的运行电耗且该锅炉不需要引风机，降低了对燃烧器所克服背压的要求。(4)散热损失少，可获得比其它结构更高的热效率。和干背式比，没有后烟箱盖的散热，和其它湿背式锅炉相比，因为本体的流阻小，其前烟箱盖可采用夹层风冷的两层结构，燃烧用的空气从耐火层外侧进入，一方面起冷却作用，降低烟箱盖的表面温度，另一方面被预热的空气可强化燃烧。(5)结构简单，符合锅炉制造厂制造工艺的要求，也符合用户对运行和维修的要求。(6)全湿背式中心回燃结构也存在一些缺点：由于锅炉容量太小时，炉胆受热面积的相对增加量比较大，辐射吸热量很大，低温回流的卷吸作用将影响燃烧的稳定。故这种结构不宜在容量太小的锅炉上采用。另外这种结构对前烟室的要求较高。图63示出了典型的全湿背式顺流燃烧式结构的和燃气锅炉。图63 典型的全湿背式顺流燃烧式结构的燃气锅炉1保温层；2前后管板；3炉胆；4锅壳；5观火孔；6保温层；7烟管；8回燃室622 水管燃气锅炉在中小型锅炉的范围内，水管锅炉比锅壳式锅炉在如下几个方面具有明显的优势：(1)能适应锅炉参数(工质温度和压力)提高的要求。从工业生产的角度讲，更高的蒸气温度和压力可降低工业生产机械的重量和尺寸，提高生产效率。而以炉胆和锅壳为主要受压元件的锅壳式锅炉当用于高的温度和压力时会显著增大受压件的壁厚，不仅增加锅炉的钢耗量。而且使锅炉受热面的布置和锅炉的运行缺乏灵活性。(2)各种受热面的布置比较灵活。不仅能较方便地设置尾部的空气预热器和省煤器，还可以根据工业生产的需要，设置过热器。(3)有更高的安全裕度。水管锅炉的汽包不承受直接的辐射和火焰冲击，安全性较高，另外其承受直接辐射和火焰冲击的受热面管件如果发生爆管事故也比锅壳式锅炉炉胆发生破裂的危害程度小。 但是，水管锅炉对水质要求较高，生产时需要更大型、更先进的焊接、加工设备。中小型水管燃气锅炉也有立式和卧式两种。在2t/h以下的范围内，立式水管锅炉得到了很大程度的发展。6221 立式水管燃气锅炉小型立式水管燃气锅炉在国外获得了广泛应用，形成了较有影响的且比较固定的几种结构型式。立式水管燃气锅炉占地面积小、结构紧凑、独特，制造比较精巧，但其对水质的要求比较高，对自动控制和辅助设施的要求同样比较高，如这些锅炉必须配备自动加药器和自动给水软化器，需要经常的维护和检查。立式水管锅炉的结构比较紧凑，炉体为燃烧器顶置式，上下矩形集箱之间焊有二圈水管，燃料在炉膛内燃烧后经侧面出口进入二圈水管之间进行横向冲刷后至烟囱，这样锅炉效率大大提高，排烟温度降低。图64结出了三种比较常用的立式水管锅炉的示意图，其中图64a)和图64b)的差别主要是烟气横向冲副烟管的方式不同。图64c)和图64a)，b)的差别主要在于烟管周向节距的不同，图64c)采用了烟管和扁钢焊接而成的膜式水冷壁。图65a)是美国克雷登(Clayton)公司生产的立式盘管式的快速蒸气发生器，该锅炉结图64 三种立式直流锅炉的示意图a） 不对称烟气对流冲刷；b）对称式烟气对流冲刷；c）不对称式膜式壁烟气冲刷图65 盘管式快速蒸气发生器a） layton锅炉；b）Garioni锅炉图66 燃烧火焰图形 图67 烟气及水逆向流动 构比较独特，采用了一些比较先进的制造技术，设计比较考究，但同样对水质和操作管理提出了更高的要求；该锅炉结构比较简单，主要受压元件为盘管和气水分离器。它采用单一的锅炉盘管，自给水入口至气水分离器出口为单一的螺旋形锅炉管。即从锅炉进水口到蒸气出口只有一个通道。盘管是由一根螺旋形的、分段放大的、不同直径的管子制成，以适应当流体流经盘管被加热后密度的变化并达到控制流体的流速。同时强制循环的水高速通过管子可分散气泡，以利于有效的热交换。锅炉受压元件均采用焊接连接。由于采用盘管，受热后能自由伸缩，所以锅炉运行后产生的热膨胀对锅炉的影响较小。这种锅炉的燃烧器位于锅炉底部，燃烧火焰从下向上喷射，形成一心状火焰，保证燃烧稳定，火焰充满度好，燃烧效率高(见图66)。 锅炉的烟气流向和盘管内水的流向采用逆流布置，锅炉烟气自下而上，水流自上而下，见图67。由于盘管进口段内的给水温度比较低，它能充分吸收烟气放出的热量，使排烟温度比较低，提高了锅炉效率。克雷登锅炉由于采用直流盘管结构，无大型的锅筒，传热采用逆流布置，传热效率高，并且锅炉本体、气水分离器、水泵、风机、泵、燃烧器、控制箱等组装在一起，因而重量轻、体积小、占地少、运输安装方便。 图65b)属烟道间隔式盘管锅炉，其结构比较简单，适宜于制造小型快速蒸气发生器。6222 卧式水管燃气锅炉考虑到紧凑和运输的方便，中小型水管燃气锅炉以卧式居多，比较常见的有D型，A型和O型，如图68所示。其共同特点是燃烧器水平安装，操作和检修比较方便；宽、高尺寸较小。受热面的布置沿长度方向有很大的裕度，利于快装，可组装生产。但是随着自动控制技术的发展，锅壳式锅炉的运行控制水平日渐提高，安全性增强，锅壳式锅炉也正在向稍大的容量发展，而且有的锅壳式锅炉上也可以布置过热器，再加上烟管的强化传热技术的发展，一般来说容量大于10t/h或15t/h以上，水管锅炉的优势是很突出的。图68 卧式水管锅炉的主要型式D型，A型和O型燃气锅炉中，D型用得最多，D型在布置过热器和省煤器方面更加灵活，如图69所示为D型锅炉的一种，被称为SZS双纵锅筒锅炉。这种双锅筒的D型锅炉需要两个气包，金属耗量大，除气包外，其它受压元件还有水冷壁管、对流管束、集中下降管和集箱等。 图69 SZS型双锅筒纵置式锅炉图610给出的是炉体呈O型布置的带纵向锅筒的燃气锅炉，这种锅炉的形状类似于火车皮的外形，注意尺寸要求就极利于锅炉的快装化，炉膛在长度方向发展也极适合于燃气火焰的形状。图610 炉体呈O型布置的带纵向锅筒的燃气锅炉63 燃煤锅炉的燃气改造随着能源结构的调整、环境保护意识的提高，我国开始强制推行清洁燃料供热和采暖。如北京市，从1997年开始将三环路以内各机关、事业单位、餐馆等公共服务设施现有的燃煤炉灶全部改用天然气，市区内分散的中、小型燃煤锅炉逐步改烧天然气；上海市，内环线内不允许新建燃煤锅炉房；西安市从1998年开始，二环路以内不再批建燃煤锅炉，一律采用天然气锅炉，并已通过政府的一些优惠政策限期要求原有燃煤锅炉的单位对锅炉进行燃气改造。因此，将正在运行的中小型燃煤锅炉改造成燃气就成为我们面临的任务之一。631 改造原则燃气和燃煤的特性存在很大的差异。主要表现如下： (1)燃气时，炉内火焰辐射传热比燃煤时弱； (2)燃气时，三原子气体特别是水蒸气的辐射能力比燃煤时强； (3)燃气时，受热面的的积灰和污染比燃煤时大为减轻，增大了传热温差和热有效系数，一般燃气时的对流受热面的热有效系数比燃煤时增加20，比燃油时增加10； (4)燃气时的过量空气系数比燃煤时小很多，如果改燃气后锅炉出力不变，则烟气流速将明显降低，另一方面也表明如果增大燃气量，可适当提高锅炉的出力。 采用层燃方式燃煤时，炉膛内有一个高温燃烧着的燃料层，形成强烈的辐射面；同时炉内烟气中的飞灰也形成固体辐射，这些都是燃煤锅炉炉内辐射传热的有利因素。燃气时，烟气中没有固体辐射，但三原子气体辐射比燃煤时强。这是因为燃气时烟气中水蒸气含量比燃烟煤时约高1倍。虽然CO2含量相应降低，但水蒸气的辐射能力比CO2强，三原子气体的总辐射能力还是比燃煤时强。另外，燃气时辐射受热面的积灰和污染大大减轻，增大了传热温差。所以层燃的燃煤锅炉改燃气后，炉膛出口烟气温度变化不大或略有升高。如果在炉内装有比较有效的二次辐射装置，则炉膛出口烟温还可能比燃煤时低。一般层燃的燃煤锅炉改燃气后，锅炉热效率能提高1015以上。这是因为受热面的污染和积灰明显减轻，传热条件改善；排烟中过剩空气系数和排烟温度都有所降低，而且没有固体不完全燃烧损失，气体不完全燃烧损失也可控制得比较小。对于锅炉和燃用煤粉的锅炉改燃气后热效率往往提高很少，有时甚至略有降低。这是因为锅炉和煤粉炉的各项损失原来就比较小，改燃气后带来的好处并不太明显，而排烟热损失却因烟气中水蒸气含量较高而增大了。层燃燃煤锅炉改燃气后，出力可提高3050。这时，如果燃烧器选择恰当，锅炉的鼓、引风机一般不需要更换。如果采用引射式燃烧器，也可以不用鼓风机。燃煤锅炉改燃气时，还有下列几个特点：(1)改燃气后，对流受热面的烟速不受飞灰磨损条件的限制，因而可以适当提高烟速。例如，可以加多烟程、增设烟气挡板等，提高对流受热面的传热系数，在不增加锅炉受热面的情况下，使锅炉出力明显提高。(2)燃煤锅炉一般炉膛容积都比较大，改燃气后增大燃气量在燃烧上不会有困难。同时可以利用燃煤比较大的炉膛容积，适当增加炉内的辐射受热面，例如，在燃煤时，由于燃烧要求未能敷设水冷壁的炉墙上可加设水冷壁；还可装设双面曝光的水冷壁及屏式受热面。这样，提高了锅炉的出力，而又不增大锅炉的体积。这是燃煤锅炉改燃气时增大锅炉出力优先选择的方案。(3)对于有除灰层(双层布置)的锅炉改燃气时，可以把炉膛向下加大，增加水冷壁和尾部受热面以提高出力。这也是燃煤锅炉改燃气时可供选择的较好方案。(4)燃气燃烧后烟气中水蒸气的含量比燃烟煤时要多1倍左右。比无烟煤多3倍左右，充分利用这一部分水蒸气的汽化潜热是提高燃气利用率的有效措施。在有热水供应负荷的地方，增设用烟气直接接触加热水的省煤器，可以使锅炉的热效率提高到9096(按煤气的高热值计算)。为了提高热水温度，可以把这种省煤器与一般表面式省煤器或加热器联合使用。(5)采用层燃方式的燃煤锅炉，有一个燃烧着的燃料层，在炉内形成强烈的辐射。而燃气时火焰辐射能力较低。为此，可以采取措施增强炉内的辐射传热。对中小型锅炉，目前比较有效的办法是采用辐射式燃烧器和在炉内设置二次辐射装置。辐射式燃烧器和二次辐射装置的传热过程是：高温烟气以对流和辐射的方式(主要是对流的方式)把热量传给辐射面，使辐射面温度升高到8001300；高温辐射面再以辐射的方式把热量传给炉内受热面。燃煤锅炉改装燃气，还要考虑以下具体情况： (1)如果燃煤锅炉在安装使用之前就决定改为燃气锅炉，这时，允许对锅炉的结构和布置进行比较大的修改，使其尽量适于燃气。特别对那些散装出厂的锅炉，可供选择的改装方案就更多。一般在这种情况下改装燃气的中小型锅妒，均应单层布置，取消原燃煤的除灰层，以简化锅炉房的结构，方便操作。燃煤时的燃烧设备，运煤除灰系统不再需要安装。层燃锅炉所必须的前后拱管束，在安装时应改为垂直管束。未布置水冷壁的炉墙可加设水冷壁。燃煤时烟道部分的落灰斗、吹灰器等设备在时可予以保留，在燃气时可不装。 (2)对于已在使用的燃煤锅炉改燃气时，一般应拆除原有的燃烧设备，如给煤机、炉排等。但应尽量利用原锅炉的鼓(引)风机。在锅炉出力有较大提高而原配鼓(引)风机的容量不够时，首先应考虑提高风机转速，以节省改装费用。这时燃烧器的容量，应考虑到改燃气后，锅炉出力可以明显提高的普遍情况。一般可按鼓(引)风机的能力反算燃气量。燃烧器的空气阻力，不应超过鼓风机所能提供的压头。燃煤时的前后拱管束在没有可能改为垂直管束时，至少应取掉其上的挂砖，以增大其吸热量。 (3)为了使改造后的燃气锅炉能够处于较佳的运行状态，达到改造设计的出力，对容量较大的燃煤锅炉应进行燃气改造的热力和阻力计算；对和锅筒、集箱连接的受热面进行改造时，还需要对锅炉的强度进行核算。在热力计算时主要计算改造后所需要的燃气量，辐射和对流受热面的吸热比例，对流受热面的烟气流速等。632 (C)LSG，(C)LSS小型立式生活燃煤锅炉的燃气改造目前立式小型燃煤生活和工业锅炉的形式比较多，比较常用的主要有LSG和LSS，两种锅炉均燃用优质烟煤，多采用自然引风和排烟，有一个比较高的烟囱，也有带鼓风机的，但此时鼓风机仅用于送风，不作排烟之用，LSG型目前在全国分布比较广，其中大部分依靠单炉排消烟，采用层燃燃烧方式，消烟效果好，出力足。另一种使用较多的是LSS立式双层炉排锅炉，双层炉排锅炉和LSG型主要结构差别除了多了一套水冷炉排外，主要在于炉拱离固定炉排的距离有差别，亦即LSS锅炉的炉膛容积比LSG要大一些，筒体的直径没有太大的差别。6321 (C)LSG，(C)LSS燃煤锅炉的改造特点(1)(C)LSG，(C)LSS燃煤锅炉炉膛结构改造的可能性较小，一般是将锅炉炉排及其支撑件拆除，将锅炉基础或除灰层扩展为炉膛的一部分，以增大炉膛的容积，可提高锅炉出力。对某些炉拱较低的炉型还要提高基础的高度，双层炉排的水冷炉排一般并不拆除，如果燃气火焰正射水冷炉排，应设置耐火材料以降低水冷炉排的结垢速度。(2)因燃气时火焰辐射能力弱，可以在炉膛内增设二次辐射受热面，但应注意只有受高温烟气直接高速冲刷的辐射体和受热面才能作为二次辐射面，另外二次辐射体的朝向应正对辐射受热面。(3)锅炉下部容易淤积污垢，改炉时应将锅炉下部用耐火砖遮盖，以防过热。(4)(C)LSG，(C)LSS燃煤锅炉对流受热面的水管结构改造的可能性基本上是不存在的，但方便时可设置外部的尾部受热面。 6322 （C）LSG, (C)LSS燃煤锅炉的燃气改造方案立式锅炉都有一个高度不大的圆筒形炉膛，炉膛容积比较小，炉排下有一除灰室，除灰室一般是用耐火水泥砌筑的。对单炉排（C）LSG，（C）LSS来讲，其对流受热面为横水管，没有改造的余地，只能利用除灰室进行不同形式的燃烧器的安装。以下对（C）LSG单炉排锅炉和（C）LSS双层炉排锅炉各提出三种方案的建议，如图611a)、b)、c)所示。1（C）LSG单炉排燃煤锅炉的燃气改造方案图611a),b）的改造方案充分利用了炉拱的火焰反射作用，主要进行如下改造：（1） 该锅炉为立式水管固定单炉排锅炉，采用负压燃烧；（2） 拆除固定式铸铁炉排及其炉排支撑构件；（3） 将除灰室添至一高度，并在其上放置两层耐火砖，如图611a);（4） 当L大于火焰直径时，燃烧器可以水平布置，并保持火焰中心和炉拱的合理距离以形成回焰燃烧，如图611a）所示，当L小于火焰直径时，应使燃烧器和水平面成一小角度，如图611b）所示；（5） A炉门用耐火砖封闭，如图611a），对图611b）在下炉门C的对面开设燃烧器门；（6） 充分利用炉拱的折焰和二次辐射作用；（7） 除灰室上方的一层耐火砖可比锅炉水冷面低100mm，以利于火焰扩展，图611a）；(8) 除灰室可砌耐火砖衬并于C处适当布置一些耐火砖碎块，以强化炉内传热，图611a),b)；(9) 采用多级喷射式火焰可调式引射燃烧器，可配备含有高能点火、火焰监测、熄火保护的控制装置。图611c）的改造措施如下：(1)采用无焰辐射式燃烧器，此燃烧器需要中压以上燃气；(2)本燃烧器适用于负压燃烧锅炉，火焰和炉拱的距离基本不受影响；(3)炉膛热强度比较高； (4)A、B炉门用耐火砖封闭；(5)充分利用炉拱的折焰和二次辐射作用；(6)C除灰口可以敞开，亦可进行二次风的调节；(7)可采用配备含有高温点火、火焰监测、熄火保护的控制装置。2(C)LSS立式双层炉排燃煤水管锅炉的燃气改造方案与(C)LSG的燃气改造方案相同。633 WNL，DZG，DZL卧式火管及水火管燃煤锅炉的燃气改造WNL，DZG，DZL型锅炉是一种卧式火管及水管-火管组合型锅炉。炉膛内由锅筒（上面）和水管组成水冷壁（两侧），前后墙没有水冷壁；锅炉一般做成快装的，其容量有1.0,2.0,3.0和4.0t/h四种，压力一般为0.7MPa和1.25MPa两种。配有鼓风机和引风机。锅炉的对流受热面是装在锅筒内的两回程烟管；尾部还可加设省煤器或空气预热器。DZG和DZL型锅炉炉膛比较小，锅筒下部采用耐火砖包覆，使锅炉炉膛的辐射受热面减少。6331 WNL卧式火管燃煤锅炉的燃气改造方案卧式水火管锅分为燃烧设备置于锅筒内的内燃式和燃烧设备置于锅筒外的外燃式两种。配置有固定炉排或链条炉排燃烧设备。在卧置的锅筒内有一具有弹性的波形炉胆，炉胆内设置了链条炉排，锅筒左、右侧及炉胆上部都布置了烟管。炉胆和火管都沉浸在锅筒内的水容积里，锅炉的上部约三分之一空间是气容积，炉排以上的炉胆内壁是主要辐射受热面，而烟管为对流受热面。烟气在锅炉内呈三个回程流动，故也称三回程锅炉。燃烧后的烟气在炉胆内向后流动，作为烟气第一回程。烟气经后烟箱导入左、右侧烟管，向炉前流动，是第二回程。烟气至前烟箱汇集后，进入炉胆上部的烟管向后流动，即为第三回程。最后烟气经省煤器由引风机经烟囱排入大气。 这种锅炉的容量有1，2，3，4th 四种，水容量较大，能适应负荷变化，对水质要求也低。由于采用机械通风，流经烟管的烟速较高，强化了传热，锅炉热效率可达75以上。此外，锅炉的本体送风机、链条炉排以及变速装置等组装在底盘上整体出厂，结构紧凑，运输和安装较为方便。 但是，卧式烟管锅炉因烟管多而长，刚性大，烟管与管板的接口容易渗漏。烟管之间的距离小，清除水垢困难。又由于烟管水平设置，易积烟灰，传热效果低，通风阻力大。另外，因为是内燃式燃烧，燃烧条件较差，不宜燃用低质煤。炉排的装拆、维修也不甚方便。实际上这种锅炉的本体自身就具有干背式燃油燃气锅炉的结构特征，因此，改造成燃油燃气比较容易。具体改造措施如下： (1)根据锅炉的结构特征和减少改造工作量的考虑，WNL型燃煤锅炉适合改造成顺流干背式燃气锅炉。图612为改造后的燃气锅炉结构； (2)拆除煤斗和链条炉排，将炉胆和膨胀环内的煤灰清除干净；图612 卧式内燃室燃气锅炉1燃烧器；2送风机；3主气阀；4防爆门；5干背转弯烟室；6引风机（3）对该锅炉进行燃气热力及烟风阻力计算，以决定燃气锅炉的出力以及送（引）风机的能力；（4）经过计算若引风机的能力足以克服烟风道的阻力，可以拆除送风机；（5）根据烟风道的阻力大小，可以选择鼓风式全自动控制燃烧机，如果引风机的能力足以克服烟风道的阻力，也可以采用简易的多级引射式燃烧机，但应配备含有高温点火、火焰监测、熄火保护等的控制装置；（6）将除渣小车从灰道取出，用耐火砖砌筑，密封严密和转弯烟室共同组成干背；（7）检查门可改作防爆门和观火孔；（8）燃烧器装在从炉胆引出的支架上，此支架托在锅炉的底座上；（9）燃气以前应该将对流烟管内的烟灰清理干净，同时将水侧的水垢进行清理，以提高锅炉受热面的传热能力；（10）正压和负压燃烧的燃气锅炉应分别注意和外界的密封。图613 DZG型燃煤锅炉的一种改装方案6332 DZG卧式火管燃煤锅炉的燃气改造方案图613是DZG型锅炉的一种改装方案。改装时，拆除原燃煤炉排（亦可保留），保留配风槽作为炉底保温、耐火材料支撑。在原炉门处装设两个自然进风的引射式无焰燃烧器，也可装设两个机械送风的紊流式燃烧器，或将原炉前板取掉，在中间装设一个鼓风式燃烧器。因为这种锅炉膛内燃煤时已砌筑较多的耐火砖，因此不需再增加二次辐射装置。只要将原灰室的前墙加宽后组成二次反向拱，反射拱在高温下被加热到赤热的程度，可以放出辐射热给前后两侧的水冷壁，提高辐射传热能力。从燃烧器喷出的燃气流，主要在炉膛内燃烧。锅筒内部含有小燃烧室。高温火焰和烟气冲刷炉底和前耐火墙（实际上是清灰门的墙），使炉底和耐火墙成为对锅筒和侧水冷壁的二次辐射面；形成对侧水冷壁的二次辐射面，从而强化了炉内传热。由于燃烧器喷出燃气流的引射作用，消除了炉膛前部的烟气死角，使炉内温度比较均匀。从这个原理看，采用一个燃烧器比采用两个燃烧器更好。但这时不能选用引射式无焰燃烧器，因为它的调节比太小。实际上，这种锅炉的容量一般不超过6t/h，因此，也可以装设一个鼓风式燃烧器。这种DZG锅炉因为没有复杂的水循环系统，改造起来比较容易。更多正在运行的锅炉已改成链条炉排燃烧设备，或称老式DZL型。这种锅炉改造时只要拆除链条炉排，在底座和锅筒之间砌筑前墙，并预留燃烧器安装口，再将除灰室填平；拆除链条炉排后在风室上方铺设耐火砖。为检查方便、运行安全起见，炉膛后墙和侧墙可以保留检查门，亦可在后墙开设防爆门。6333 DZL卧式水、火管燃煤锅炉的燃气改造方案水、火管锅炉是在卧式外燃烟管锅炉的基础上发展起来的一种新型锅炉。在锅筒外部增设左右两排水冷壁管，上端和锅筒连接，下端和下集箱相连。左右两侧集箱的前后端部，分别接有一根大口径的下降管，与水冷壁管一起组成了一个较为良好的水循环系统。此外，在锅炉后部的转向烟道内还布置了靠墙受热面后棚管，其上端与锅筒后管板相接，下端接于后墙下集箱；而后棚管的集箱通过粗大的短管与两侧水冷壁集箱接通，构成了后棚管的水循环系统。可以看出，烟管构成了该锅炉的主要对流受热面，水冷壁管和大锅筒下腹壁面则为锅炉的辐射受热面。锅筒下部直接和火焰接触。和内燃式相比，外燃式锅炉炉膛容积大，水冷程度较低，但锅炉的运行效果好。此种锅炉由于水冷壁紧密排列，使炉体结构更加紧凑，可组装出厂。因此，此型锅炉也称为快装锅炉。快装锅炉的容量，有1，2，3，4t/h多种规格。目前此型锅炉的台数已逾十万，占全国工业锅炉总台数的60以上，在实际运行中普遍反映燃料适应性较差，出力不足，运行效率偏低。 为了克服上述缺点，将其改造成一种新型烟、水管式快装链条炉排锅炉。采用锅筒偏置，烟气第二回程为水管对流管束，第三回程则由烟管束组成，尾部布置有铸铁省煤器。燃烧设备采大块炉排片链条炉排，分仓送风；炉排传动则采用双速四档调速装置。同时，该锅炉还配备高、低水位警报和超压保护等安全保护装置。 此型锅炉由于采用偏置锅筒的结构型式，加之锅筒底部又设置护底砖衬，使锅筒下腹壁面不再受炉膛高温的直接辐射，从而提高了锅炉的安全性。在较高大的炉膛中，设置了低而长的后拱，后拱的炉排覆盖率约为40；还采用弧形前拱，弧形前拱的炉排覆盖率约为25，煤种适应性较好。采用了大块炉排片，工作寿命延长，炉排漏煤损失有所减小。此外，因炉膛容积较大，第二回程又布置以烟速较低的水管对流管束烟道，使大量粗粒飞灰沉降其中，有助于降低锅炉本体出口的烟尘浓度。再有，此型锅炉的保温结构也作了较大改进，在水冷壁管外侧增砌薄型耐火墙，其外再敷以硅酸铝纤维毡，从而改善了炉体保温和密封性能。更为明显的是采用高效传热的螺纹烟管来代替DZ系列的光管，使锅炉烟管的效率提高近一倍，从而减小了锅简直径，钢耗量降低，相应使锅炉体积减小，给DZL系列锅炉向大容量发展提供了有和条件。目前，已投入生产的此型锅炉的容量有0.5，1，2，4th四种。经多年运行实践和热工测试表明，它结构较为合理，安全可靠性好；燃烧稳定，能保证出力，运行热效率可达80以上；而且，煤种适应能力也较强。DZL锅炉在工业上获得广泛地应用，此种锅炉的改造任务量大面广。锅炉的具体改造方案如下： (1)根据锅炉的结构特征和减少改造工作量方面的考虑，DZL型燃煤锅炉改为燃油燃气锅炉后仍为外燃式锅炉。(2)拆除煤斗。如果锅炉炉膛空间较大，可不拆除链条炉排，只在链条炉排上铺设二层耐火砖，然后用耐火水泥将砖缝压实，构成燃气锅炉的干炉底。如果锅炉炉膛空间较小，火焰直径较大，应拆除链条炉排，并将风室下移一定尺寸或连风室起拆除，在底座和锅炉的支架之间建立耐火干炉底。(3)对该锅炉进行燃油燃气热力及烟风阻力计算，以决定燃气锅炉的出力以及送(引)风机的能力。特别是当对流烟管采用螺纹烟管时，烟风阻力应仔细核算。(4)根据烟风道的阻力大小，可以选择鼓风式全自动控制燃烧机，此时可以拆除送风机，经过计算若引风机的能力足以克服烟风道的阻力，也可以拆除送风机，而采用简易的多级引射式燃烧机，但该燃烧机应配备含有高温点火、火焰监测、熄火保护等的控制装置。如果选用分体式(实际上是不含送风机的燃烧头)燃烧机，送风机仍可以留用并移至炉前，但需要核准送风量，因为燃气时送风机有较大余量。(5)将螺旋除渣机取出，将灰室用耐火砖砌筑，密封严实形成干炉底。 (6)检查门在锅炉燃气时可改作防爆门或留做检查门。 (7)燃烧器口开在锅炉的前墙上，前拱可以保留，向下延至炉底，外端面用16mm以上的钢板作为护板并作为耐火砖和保温材料的基础板，也有利于燃烧器安装时用以固定燃烧机。(8)燃气以前应该将对流烟管内的烟灰清理干净，将锅炉炉膛内水管表面的煤灰清除干净；同时将水侧的水垢进行清洗，以提高锅炉受热面的传热能力。(9)正压和负压燃烧的燃气锅炉应特别注意和外界的密封。 (10)如果锅炉的长度比火焰长度长，可以在锅炉的炉膛内设置二次反射拱，提高燃气锅炉的辐射强度，如图614所示。这一反射拱应上接锅筒，下连干炉底。另外锅炉下部集箱上的水冷壁上覆盖的耐火材料应该去除，只保证覆盖住集箱即可。因为此种锅炉的水冷程度小，应尽可能增大辐射受热面积。634 水管燃煤锅炉的燃气改造方案 容量在4th以上的蒸气锅炉，除少数采用烟管锅炉型式外，目前大都采用了水管锅炉的结构型式。它与烟管锅炉相比较，在结构上没有特大直径的锅筒，富有弹性的弯水管替代了直的烟管，不但节约金属，更重要的是为提高容量和蒸气参数创造了条件。在燃烧方面，由于炉膛不再受锅筒的限制，可以根据燃用燃料的特性自如地处置，从而改善了燃烧条件，使热效率有较大的提高。从传热学观点来看，可以尽量组织烟气对水管受热面作横向冲刷，传热系数比纵向冲刷的烟管要高。此外，因水管锅炉有良好的水循环，水质一般又都经严格处理，所以即使在受热面蒸发率很高的条件下，也有可能使金属壁不致过热而损坏。加上水管锅炉受热面简便，清垢除灰等条件也比烟管锅炉为好，因此它在近百年中得到了迅速的发展。水管锅炉型式繁多，构造各异。按锅筒数目有单锅筒和双锅筒之分；就锅筒放置形式则又可分为纵置式、横置式等几种。下面分别对水管锅炉改造成燃气锅炉提出建议和方案。6341 双锅筒纵置式水管锅炉的燃气改造方案 这种水管锅炉的产品型式颇多，按照锅炉与炉膛布置的相对位置不同，可分为“D”型和“O”型两种布置结构，“O”型锅炉在受热面的布置上比“D”型更为自由和舒展。可以制造更大容量、更高参数的锅炉。 1双锅筒纵置式“D”型锅炉的燃气改造方案 “D”型锅炉的炉膛与纵置双锅筒和连接其间的管束所组成的对流受热面烟道平行设置，各居一侧。炉膛四壁一般均布水冷壁管，其中一侧水冷壁管直接引入上锅筒，形成炉顶，犹如“D”字。在对流烟道中设置烟气隔板，以组织烟气流对管束的二回程横向冲刷。烟气隔板一般采用垂直布置，以和不同的烟温回路相适应。图614 DZL燃煤锅炉改为燃气锅炉的方案1-链条炉排；2-水冷壁；3-锅壳；4-对流烟管，5-下降管；6-前烟箱；7-省煤器；8-送风机；9-燃烧头；10-引射式燃烧机 “D”型锅炉的锅炉本体本身具有燃气锅炉的结构特征，而且很多的燃气锅炉被设计成“D”型，“D”型燃气锅炉的容量最大可达40t/h。因此将“D”型燃煤锅炉改造成燃气锅炉的方案比较简单，现分述如下：（1）根据锅炉的结构特征和减少改造工作量方面的考虑，SZL“D”型燃煤锅炉改为燃气锅炉后为SZS“D”型。 (2)拆除煤斗。保留链条炉排，只在链条炉排上铺设两层耐火砖，然后用耐火水泥将砖缝压实，构成燃气锅炉的干炉底。防焦箱用耐火砖和耐火水泥包覆。 (3)对该锅炉进行燃气热力及烟风阻力计算，以决定燃气锅炉的出力以及送(引)风机的能力。计算时对流受热面的管束一般应保持原状。(4)根据烟风道的阻力大小，可以选择鼓风式全自动控制燃烧机，此时拆除送、引风机。经过计算若引风机的能力足以克服烟风道的阻力也可以拆除送风机，而采用简易的多级引射式燃烧机，但该燃烧机应配备有高温点火、火焰监测、熄火保护等的控制装置。如果选用分体式(实际上是不含送风机的燃烧头)燃烧机