燃气锅炉改造方案设计与实施

摘 要：天津市自2012年开始大面积启动燃气锅炉供热改造工作，今年我单位被列入改造计划，由原燃煤锅炉供热改为燃气锅炉供热的所有工程必须在两个供热期之间6个月内完成，在这么短的时间内完成新厂房建设和室内装饰工程、燃气锅炉本体安装工程、附属设备安装工程、与本次设备安装配套的热工管道系统安装工程、电气动力、照明安装工程、热工自动化仪表安装工程等等，整个改造方案的设计和实施必须严谨、科学、合理、高效。因此，针对基础建设、居民区施工、锅炉本体安装、电气动力自动化仪表安装等关键环节，结合我单位改造工作，对燃气锅炉改造方案设计优化与实施落实，进行分析总结，以便对全市燃气锅炉改造工作提供借鉴。

关键词：燃气锅炉 改造方案 设计 实施

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0062-03

在本次煤改燃工作中，我单位被批准在原煤场位置新建一座燃气锅炉房，新安装5台热源容量为7 MW的燃气锅炉，以代替原燃煤锅炉为居民供暖。从项目的批复到竣工只有不足6个月的时间，完成拆除工程、土建工程、建筑和室内装饰工程、新增设备基础工程、燃气锅炉本体安装工程、附属设备安装工程、与本次设备安装配套的热工管道系统安装工程、电气动力、照明安装工程、热工自动化仪表安装工程等，就必须科学、合理地设计好整个改造方案的各个关键环节，并依据设计方案科学管理、严格实施，才能高质、高效地完成本次改造工作。

因此，在整个改造工作中，围绕6个关键环节：设备选型、文明施工、锅炉吊装、节能技术、项目管理、技术培训为主导设计方案，科学管理，收到了实效。3个月完成了拆除工程、土建工程、建筑和室内装饰工程、新增设备基础工程、燃气锅炉本体安装工程、附属设备安装工程、设备安装配套的热工管道系统安装工程、电气动力、照明安装工程、热工自动化仪表安装工程，设备调试。

1 改造方案的设计

1.1 燃气改造技术分析

改造过程应着重从燃气燃烧器的选择、燃烧器数量的确定、燃烧器布置、炉膛布置的匹配性设计、选择防爆措施等方面考虑，循序渐进，既要考虑经济效益，又要从实用性出发。

1.1.1 燃气燃烧器的选择

在改造过程中，首先要选择或设计合适的燃气燃烧器。由于中小型锅炉常在负荷多变的情况下使用，因此，要求燃烧器有很宽的负荷调节范围。改造后的燃气锅炉在运行时，应使炉膛火焰充满度比较好，不形成气流死角，避免相邻燃烧器的火焰相互干扰，同时未燃尽的燃气、空气混合物不应接触换热面，以免形成气体不完全燃烧。另外，我们对锅炉燃烧器加装变频器，根据运行负荷由变频器自动调整，以达到最佳运行状态，节省燃气、降低成本。

1.1.2 燃气燃烧器数量的确定

实际改造中，为防止多个燃烧器同时运行时某一个燃烧器因事故熄火引起爆炸或爆炸，燃气燃烧器个数一般不超过4个。为解决锅炉在低负荷时燃气流量不足出现的熄火、回火问题，可通过在燃烧器内部加装油枪来适应锅炉低负荷时的变化，同时炉膛中应配合安装熄火防爆装置。

1.1.3 燃烧器的布置

（1）应使火焰处于炉膛几何中心区域，使火焰尽可能充满炉膛，燃烧稳定。

（2）火焰居于炉膛的几何中心区域，可使炉膛内热量得以均匀分配，不会形成局部受热引起应力增大，防止受热不均，避免锅炉出现受热局部过热现象。

（3）卧式锅炉的炉膛进深较大，燃烧器布置在炉膛的前墙上，保证前烟箱不会过热。

1.1.4 炉膛布置的匹配性

当燃烧器的类型及位置选定时，应进行炉膛的匹配计算，主要由四部分组成。

（1）排烟量要与引风机相匹配。

（2）炉膛漏风系统要与燃烧器空气量相匹配。

（3）炉膛尺寸要与燃烧器的布置匹配。炉膛布置要考虑单个燃烧器。根椐单个燃烧器的火焰长度和直径，确定燃烧器之间的距离，以保证火焰不冲刷炉墙、不相互干扰，并有利于受热面匹配。

1.1.5 燃气锅炉防爆措施选择

国内外燃气锅炉的炉膛、烟道爆炸事故屡有发生，因此，在燃煤锅炉改造为燃气锅炉后应从以下几方面防止炉膛爆炸事故的发生。

（1）必须配有可靠的安全保护控制措施，如自动点火装置、快速切断阀、火焰监视系统（FSSS）各项连锁保护。

（2）对于水管锅炉在炉膛出烟口位置（或正对炉膛中心位置）及烟道上设置防爆门。防爆门的动作是当炉膛或烟道内的混合气体发生爆炸时能自动打开，泄放一定的炉内压力，以保护炉墙不受严重破坏。

（3）必须严格制订和执行安全操作规程，特别是在每次点火启动时一定要做吹扫工作，掌握好吹扫时间。必须保证在风门打开后，根据通风机的流量计算的吹扫风量容积应大于或等于3倍炉膛和烟道的容积量，所需的时间再延迟30 S以上。在锅炉运行中注意风气比例调节，防止出现脱火、回火现象，保证气体完全燃烧。

（4）燃气锅炉燃烧系统应实现自动化，包括点火、熄火保护、燃烧自动调节、必要的联锁保护以及用程序自动启动。

（5）当几台锅炉共用一个烟道时，每台锅炉都应设有烟道门，而且每台烟道门应设置限位开关。与此同时，还必须保证在锅炉启动前打开烟道门后，锅炉才能投入使用，以防因烟道门未打开，误操作造成通风不畅事故。

1.1.6 设备技术指标、工程执行规范

本工程适用的施工技术规范、企业标准、法律法规与设备安装工程相关的主要规范、标准。（如表1）

1.2 节能技术分析

1.2.1 气候补偿系统

建筑物的耗热量因受室外气温、太阳辐射、空气湿度、风向和风速等因素的影响时刻都在变化。要保证在上述因素变化的条件下，维持室内温度恒定（18℃±2℃）或满足用户要求，供热系统的供回水温度就应在整个供暖期间根据室外气象条件的变化进行调节，以使锅炉供热量、散热设备的放热量和建筑物的需热量相一致，防止用户室内发生室温过低或过高的现象。我们通过对换热系统加装室外气象仪，随时观测室外的天气变化，及时自动调节出水温度；加装日照温度仪器，有效地根据晴天、阴天对房屋室内温度变化进行供热调整；分时段进行供热（白天、晚上、夜间、节假日）采取不同时间控制出水温度。形成了一套有效的气候补偿系统。

1.2.2 烟气冷凝热能回收系统

由于燃气锅炉没有机械未完全燃烧损失和灰渣的物理热损失，所以燃气锅炉排烟热损失占锅炉总热损失80%以上，合理控制排烟温度对提高锅炉热效率，节约能源将起很重要作用。我们在锅炉尾部加装节能器，有效地回收利用排烟余热，降低排烟温度，还可以将回收的冷凝水处理后用于锅炉和管网的补水。

1.2.3 供暖系统水压平衡

供热系统能耗的高低，不仅取决于热源，而且与整个管网系统有关。在供暖系统中，普遍存在着供水回水压力不平衡的问题，显然造成系统冷热不均，距离热源较近的用户，室内温度较高，距离远的用户室内温度偏低。为保证远端用户室内温度，不得不提高管网供水温度和加大循环水量，不但很难保证供暖质量，而且造成巨大浪费。 因此，通过对供回水的压力温差压平衡调节，可以节约能源10%左右。

1.2.4 供热集中控制系统

在锅炉房设计中不仅要选择热效率高的锅炉，同时也要采取措施提高锅炉房的总热效率。多台并联运行的锅炉通过群控来提高锅炉房总热效率是必要的。所谓群控就是根据外界所需热负荷的变化合理确定锅炉运行的台数，科学分配各运行锅炉的运行热负荷，尽量使每台锅炉都在最佳工况点运行，从而提高锅炉房总热效率。

1.2.5 分时分区控制：

通过对住宅、办公区域采取分时、分区控制其室内温度，达到按需供热的目的，能够很好的节约能源。对于区域供热范围，有办公和学校建筑的应当按照需要进行供热，减少浪费。我们采取分区域供热，将不同的房屋结构和远近区域分开，彻底改变了以往的不管什么房屋结构和远近一个温度供热，造成有的住户温度高、有的住户温度低的情况。

1.2.6 一水多用，节约资源

在锅炉房设计中采取措施，使各系统的排水根据其特性充分重复利用，主要节水措施有：除向供热用户供应热水外，其他热水用户的热交换器系统均设置在锅炉房，一方面便于集中管理，减少运行人员，更重要的是全部回收凝结水，减少水量和热量的损失；对于锅炉房外供热用户要求其采取闭式凝结水回收装置回收蒸汽凝结水，以保证凝结水的量与质；蒸汽锅炉的连续排污水进入连续排污扩容器，其二次汽进入热力除氧器，高温热水排入采暖系统补水箱作为采暖系统的补充水。

1.3 设备的选型

通过上述分析，结合我单位的供热面积、新建锅炉房的实际情况、各种设备的技术成熟度以及性价比，最终锅炉本体选用热源容量为7kw10吨燃气锅炉5台，其他附属设备都与之配套。

1.4 土建工程设计

根据设备选型，确定新建锅炉房的建筑设计图纸，与专业建筑设计合作根据功能设计出了总平图、立面图、剖面图、结构图等，为建设施工奠定了基础。通过招标确定了施工单位和监理单位。

1.5 施工方案的设计

1.5.1 施工方案设计原则

（1）在时间上充分综合考虑季节对施工影响。

根据工程特点、工作量施工周期、工程形象部位，统筹考虑季节施工的影响，合理安排施工作业，对季节性影响较大的分项工程，提前进行季节性施工方案的编制，保证工程质量。

（2）在空间上考虑形成立体交叉施工。

在施工过程中，根据工程特点及周边环境条件，综合考虑工程工期、质量、劳动力、周转材料、大型机械、临建设施等资源投入情况，组织分阶段分重点进行施工。施工期间，平面分区段，立体分流水，交叉作业。合理组织，保证施工的连续性、均衡性、节奏性，做好分阶段验收安排，合理安排工程土外倒运、钢结构制作、管道支架预制、管道烟风道制作、设备地脚安装、及炉体吊装施工。

（3）在整体工艺上考虑总体施工顺序。

按照以土建施工和锅炉主体安装为主线的施工工序安排，其间穿插管道、电气安装；非标设备制作提前规划安排在加工厂进行；设备安装按安装线路由里及外的顺序安排施工；土建施工应先锅炉、结构、墙体基础，后厂房钢结构框架；车间墙体砌筑可在基础炉墙可在锅炉传热管安装是穿插施工。

1.5.2 施工区段的划分

根据本工程特点、施工进度要求以及拟定施工方案的选择，本工程施工不进行施工区段划分，整个工程平行施工。

1.5.3 工期部署

结合本工程特点及以往类似工程施工经验，进行工程工期部署。

该工程我们本着“先后有序、全面开花”的总体思路，进行工程工期部署。详见施工计划图。

1.5.4 关键问题重点对待

本工程地处居民区，进出施工现场的道路狭窄。施工中有大量的工程废土需倒运出现场，按交规要求，只能在晚间进行施工，因此维护好现场的道路和交通秩序，合理组织交通秩序，合理安排作业班次，争取施工不对周围环境产生影响，合理安排作业时间，采取封闭施工现场等多项防噪音措施，做到安全、文明施工。

工程内容包括房屋结构基础的施工、锅炉及附属设备安装、管道及仪表安装、电气安装等。工程项目多体量大，施工工期非常紧张。开工前我们将制定严密的施工进度保证体系，编制切实可行的施工组织计划，并对施工进度关键路线上各工序进行节点控制，与施工队伍签订关键节点的协议，确保工程施工有序进行。

在锅炉本体安装过程中，由于现场狭小，锅炉本体几何尺寸较大，安装运输重量较大，安装时需越过外墙进行吊装。设备安装如何保证就位的安全、准确可靠，是安装工作能否顺利完成的关键。我们制定了本工程设备运输、吊装的方案。根据方案内容对施工机具、人员、施工环境进行充分准备，确保吊装就位施工顺利、安全的完成。

本工程设计为多台联合供应系统，根据负荷变化对各台的运行工况进行控制，为经济运行根据城市热网的峰谷期调整不同设备的开闭的切换。就此，我们与设计单位、设备供应商共同完成优化设计，确保控制方案能保证系统运行的节能、环保、经济、操作简便可靠。

2 项目实施与管理

2.1 管理组织机构

现场组织机构框图总体上由上、中、下三部分组成，最上层为管理层，中部为执行层，下部为操作层。

管理层、执行层、操作层的各岗位人员职责上墙。

3 服务保障与技术培训

3.1 与土建施工单位配合

（1）在工程开工伊始，首先对即将参建的各专业召集在一起，共同就施工中存在的预埋管线及预留洞口会商，确定管线及洞口预留的插入时间，同时采用计算机联网技术，做到信息化共享。

（2）加强现场管理能力，在工程穿插过程中，及时安排人员现场监督，提前做到现场预控，即事前控制、事中控制、事后控制的“三控制原则”，明确各参建单位的责任与义务。

（3）加强技术质量管理：按照总体进度计划安排，编制可行的施工技术方案，总承包单位将机电专业的技术管理纳入总体规划中，对机电专业需要预埋的管道提前进行技术交底，及时在施工过程中将各管道全部埋设完毕并符合质量要求，防止在后续工作中出现漏埋现象，造成对主体结构或装修阶段的破坏等。

（4）加强信息化管理，随着时代的发展，信息化管理越来越突出它的重要性，在工程管理中总承包单位与业主、监理、施工各方建立互联网，对工程信息实施共享，实现现代化管理模式，共同对各专业加强了监督管理，有效的促进了各方之间的交流，提高了工程施工效率。

（5）按照图纸及现场实际情况，编制出施工计划，综合安排各专业的施工流水段。定期定时组织各专业单位会商，利用互联网做到信息共享，解决施工过程中的错位问题。尤其是随时调整电缆的安装顺序与机电设备安装流程的同步性。

3.2 对外协调等

主要是与公共事业单位的沟通，各相关施工单位对现场施工的各个外部接驳口提出明确的完工时间，实现现场与外界的工程连接。

3.3 制定培训计划和调试运行计划

在试运行72小时之前，制定培训计划和试运行计划对所有燃气锅炉操作人员进行理论和现场培训。由于燃气锅炉对我们来说一切都是新的，因此，必须按计划进行全员培训，考核合格后持证上岗，才能保证日后运行的安全。

4 结论

通过我们对这个燃气锅炉改造工作的设计与实施，在3个月的时间内顺利完成了拆除工程、土建工程、建筑和室内装饰工程、新增设备基础工程、燃气锅炉本体安装工程、附属设备安装工程、与本次设备安装配套的热工管道系统安装工程、电气动力、照明安装工程、热工自动化仪表安装工程等，对我市今后的燃气锅炉改造工作具有借鉴意义。

参考文献

[1]冯骏凯，沈幼庭.锅炉原理及计算[M].科学出版社，1992.

[2]工业锅炉安全技术基础[M].上海市劳动局锅炉安全监察处编著.

[3]中小型燃气锅炉房[M].中国建筑工业出版社，1988.

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