天然氣燃燒器應用于垃圾焚燒電廠
摘要：近年來國家不斷提出“保護生態環境，建立美麗中國”的要求。國內垃圾電廠也逐步開展天然氣燃燒器的改造工作，天然氣屬清潔能源，不僅能改善生產現場工作環境，而且能大幅降低大氣污染物的排放量，取得較好的社會效益和環保效益。使用天然氣燃燒器將延長垃圾焚燒爐和布袋除塵器濾袋等設備的使用壽命。使用天然氣后可取消燃油罐和食堂液化氣儲罐，安全性較好。
關鍵詞：天然氣燃燒器；應用改造；分析
引言：目前在垃圾焚燒行業，按照國家環保標準的要求，在焚燒爐啟、停過程需要投入助燃手段以保證爐膛溫度。絕大多數垃圾焚燒廠助燃的手段主要通過燃燒器來實現，傳統燃燒器普遍采用油燃燒器，可使用0#輕柴油，雖然燃燒熱值高，但系統維護量加大，燃油精密噴嘴容易受到油中、空氣中雜質的影響，導致霧化效果不佳，運行中容易跳閘；同時燃油屬于易燃介質，儲存時占地面積大，需單獨配置消防、噴淋降溫、防雷接地等安全系統，本質安全要求相對較高；同時燃油燃燒不充分時容易導致CO等參數異常波動，影響環保參數；在啟停爐操作時，燃油的不充分燃燒導致油霧隨著氣流粘附在布袋除塵器表面，導致濾孔堵塞，影響酸性氣體、粉塵的進一步處理；布置在煙囪上的連續在線監測系統（氣態污染物CEMS），按照標準需要連續運行，極端情況下油霧會隨著氣流進入CEMS分析氣室，造成不可逆的損傷，影響煙氣測量數據。
近年來國內垃圾電廠逐步開展天然氣燃燒器的改造工作，天然氣屬清潔能源，不僅能改善生產現場工作環境，而且能大幅降低大氣污染物的排放量，取得較好的社會效益和環保效益。使用天然氣燃燒器將延長垃圾焚燒爐和布袋除塵器濾袋等設備的使用壽命。使用天然氣后可取消燃油罐和食堂液化氣儲罐，安全性較好。
為達到節能降耗，改善環境的目的，作者所在的廣東某垃圾焚燒電廠積極推進天燃氣燃燒器系統的改造。改造總共分為兩個部分，一是廠內燃氣管道工程，需在廠內建設一條DN150的燃氣管道并建好鍋爐房調壓站設備。二是8套天然氣燃燒器設備的采購及安裝。
項目實施：
一.廠內燃氣管道工程
項目工程必須滿足鍋爐房瞬時流量1520m3/H的用氣要求。從廠外與DN400的燃氣母管碰口開始，在廠內庭院埋地鋪設接一根D160的燃氣管至廠鍋爐房墻外，并安裝相應的流量表、調壓閥、切斷閥等設備。鍋爐房燃燒器設備采用G400流量表進行燃氣計量，設計流量為1520m3/H。以下為廠區燃氣管道平面布置圖。
二.天然氣燃燒器系統
改造后的天然氣燃燒器系統滿足作者所在廠鍋爐冷態、熱態點火及穩燃要求。系統的工藝流程如下圖所示：
從鍋爐房墻外供氣點調壓閥后進行碰口，兩臺爐分兩根DN100燃氣管進入鍋爐房內，每臺爐分兩根DN65的燃氣支管給輔助燃燒器分別供氣，分兩根DN40的燃氣支管給啟動燃燒器分別供氣。每臺燃燒器跟前設置DN25放散管，8臺燃燒器的放散管匯成一根DN50的放散母管伸到12米層高鍋爐房墻外排入大氣。以下為鍋爐房內燃氣管道走向圖。
4臺啟動燃燒器采用RG20-2 S/M型一體化燃燒器，最大功率2.1MW，最大燃料消耗量為212NM3/H。燃燒器采用全自動操作，具有可靠的點火程序控制和熄火保護裝置，自動點火、火焰跟蹤檢測、熄火保護（熄火自動報警并自動切斷燃氣供應）等。火焰監測為燃燒器的安全部件，采用國際上最常用的離子火焰檢測。以下為燃燒器的實物照片、燃燒器配置及部分性能參數。
啟動燃燒器內部配置表
啟動燃燒器性能參數表
4臺輔助燃燒器采用10A607-00 XRQ-21-600A型分體式燃燒器，最大功率6MW，最大天然氣消耗量600NM3/H。以下為輔助燃燒器的主要技術參數表及現場照片。
輔助燃燒器系統主要技術參數表
為節約投資成本，4臺輔助燃燒器的風機、變頻器和風機管道仍利用原有。在輔助燃燒器上方安裝有燃氣泄漏報警探頭，報警儀主機則設置在集控室，一旦檢測到有燃氣報警，集控室會發出聲光報警并緊急切斷燃氣供氣電磁閥。
原控制盤柜安裝在現場，環境惡劣且故障率較高。本次改造將其移到集控室電子間。點擊原燃燒器工作站中的燃燒器圖標，即可進入燃燒器系統畫面。可對8臺燃燒器中的所有閥門，風機，點火槍等設備進行單步操作或者程控操作。輔助燃燒器的燃氣流量和累計流量還設置有歷史曲線記錄隨時可供查詢。
燃氣與空氣的最佳配比為1：10，為了便于調試，在燃燒器畫面中增加配方功能。將輔助燃燒器出力分為10檔，每檔對應的燃氣量和風量可以根據實際燃燒的情況進行設置。點火成功后，燃燒器自動運行在運行人員設定的出力檔位上。
三．完工時間及完工投用后的使用情況
烘爐結束后對輔助燃燒器進行了一次最大出力的試驗。根據廠家提供的輔助燃燒器流量特性曲線，輔助燃燒器的出力與主氣槍前的燃氣壓力基本成正比。提高主氣槍前的燃氣壓力，即可提升輔助燃燒器的出力。
通過試驗來檢驗單臺輔助燃燒器的最大出力。我們將輔助燃燒器前供氣壓力調到100KPa，輔助燃燒器全開出力，燃氣調節閥和風機變頻100%全開。測得的燃氣流量接近600NM3/H，主氣槍前的燃氣壓力為70KPa左右，爐膛豎直煙道溫度在850度以上。對比以前柴油槍，氣槍更加綿柔，升溫升負荷沒有柴油槍來得猛烈，但溫度控制較穩定。經分析和熱值計算，燃氣集團提供給作者所在廠的天然氣品質符合國家二類天然氣標準，其高位發熱量大于31.4MJ/立方，一般均為33～35.6MJ/m3。按照1MJ=0.28KWH，熱值按33MJ/m3進行熱量換算，每立方天然氣熱值等于0.28*33=9.24KWH。若單臺輔助燃燒器的流量到600NM3/H，其功率約為600*9.24=5.54MW。若燃氣流量提到700NM3/H則功率可到6.5MW。啟動燃燒器的最大燃氣量為212NM3/H，對應功率可到2MW。由于目前輔助和啟動燃燒器均已可滿足日常使用，所以暫時不作改動。
國家天然氣標準
輔助燃燒器流量特性曲線
四、項目實施后的效益分析和結論
1、直接經濟效益
1.1燃燒器設備使用0#輕柴油，按柴油密度850kg/m3，每升柴油5.2元/升計算，每公斤柴油價格為6.117647元。按1立方米天然氣熱值相當于0.792公斤柴油熱值來估算，同等熱值下，使用柴油需花費6.117647*0.792=4.845176元，而使用天然氣需花費4.6元。即，每使用1立方天然氣較使用柴油可節約成本0.2451764元。作者所在廠年天然氣用量預估為30萬立方，則每年可直接節約成本73553元。
表-2 XX廠燃燒器使用成本比較
間接經濟效益
2.1使用天然氣將改善現場工作環境，提高安全文明生產水平。
2.2使用天然氣預計將延長垃圾焚燒爐爐壁耐火材料的壽命約6個月；延長布袋除塵器濾袋的使用壽命約2年；同時，CEMS等環保設施在啟停爐過程中的運行風險也降低了。
2.3滿足國家環保標準和要求，通過燃燒器就能保證爐膛溫度。
2.4使用天然氣將大幅減少大氣污染物排放。根據《環境統計手冊》中的數據，使用重油、柴油、天然氣的污染物排放量如表-3所示：
表-3 重油、柴油、天然氣的污染物排放量
單位：Kg
若按照作者所在廠燃燒器每年燒柴油237.6噸計算，每年CO排放量為70.8kg：SO2排放量35640 kg，氮氧化物排放量2545.4kg。按1立方米天然氣熱值相當于0.792公斤柴油熱值來估算，30萬立方天然氣的熱值與237.6噸柴油相等。如表-4所示，使用天然氣每年可減排CO排放量68.91kg；SO2排放量35637.99kg；氮氧化物排放量1525.4kg。減排比例約為97.33%；99.994%和59.93%。取得較好的社會效益和環保效益。
表-4 大氣污染物排放量對比
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3、風險分析
3.1燃氣泄漏風險。天然氣的爆炸極限為5～15%。為防止發生可燃氣體泄露產生爆炸危險，目前有以下幾個措施來確保用氣安全：一是鍋爐房安裝有5個燃氣報警探頭，集控室安裝有1臺燃氣報警主機，探頭檢測的信號直接在集控室的主機上顯示，主機與氣站上的緊急切斷電磁閥聯動，一旦有探頭報警，緊急切斷電磁閥動作，切斷管道供氣。二是廠房庭院內的燃氣管道由燃氣集團統一管理，每周均有燃氣集團工作人員上門巡視。三是鍋爐房內的燃氣管道有運行人員經常巡視，運行和檢修人員定期使用肥皂水查漏，防止發生燃氣泄漏。四是鍋爐房通風系統24小時不停，一直對鍋爐房的空氣進行流通置換，確保鍋爐房內沒有殘留氣體滯留。
參考文獻：
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[4] CJJ33-2005城鎮燃氣輸配工程施工及驗收規范
[5] GB 50028-2006 城鎮燃氣設計規范
[6] 張城 天然氣管輸與安全 中國石化出版社有限公司
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