某整車制造企業(yè)燃煤改燃?xì)鈱?shí)施總結(jié)

覃平陽

（上汽通用五菱汽車股份有限公司制造部，廣西 柳州545007）

由于歷史原因，我公司某整車工廠所需熱源沿用了之前的燃煤鍋爐，隨著時代變遷，所面臨的環(huán)境污染問題日益突出，急需進(jìn)行煤改氣的改造工作。本文就整車制造行業(yè)煤改氣項(xiàng)目實(shí)施過程中易忽視的各項(xiàng)問題逐項(xiàng)進(jìn)行具體分析。

1 背景

近年來，隨著我市經(jīng)濟(jì)水平快速發(fā)展，工業(yè)化步伐加快，煤炭資源消耗嚴(yán)重，城區(qū)空氣污染問題日漸突出，特別是細(xì)顆粒物（PM2.5）的區(qū)域大氣污染問題日益突出?？刂泼禾肯M(fèi)總量，推動清潔能源利用的“煤改氣”項(xiàng)目開始逐步提上議程?！懊焊臍狻笔侵冈谏a(chǎn)生活中使用天然氣替代利用效率較低且較重污染的燃煤。PM2.5的形成主要與NOx、SO2和煙塵的排放有關(guān)，根據(jù)天然氣和煤炭的熱值轉(zhuǎn)換以及燃燒效率差異，可計(jì)算出天然氣燃燒排放的SO2、NOx和煙塵量分別是煤炭燃燒排放的1.8%、15.9%和8.6%，明顯少于煤炭。但如果只是簡單的將公司原有燃煤蒸汽鍋爐直接改為燃?xì)庹羝仩t，勢必會造成公司生產(chǎn)運(yùn)行成本的增加，與公司“成本領(lǐng)先，與眾不同”的發(fā)展宗旨相違背。如何找到既環(huán)保又節(jié)能且停產(chǎn)時間短便于實(shí)施的改造方案，是需要公司工程技術(shù)人員結(jié)合各個生產(chǎn)工藝流程從而最終去解決的問題。燃煤改燃?xì)獾娜細(xì)膺\(yùn)用的主要形式之一是燃?xì)忮仩t，燃?xì)忮仩t房的設(shè)置，不僅要考慮鍋爐按集中布置還是分區(qū)域布置，在各車間有限的可用改建面積下燃?xì)忮仩t的規(guī)格數(shù)量是否與涂裝車間工藝加熱所需的時間相匹配，以及燃?xì)忮仩t的選址是否符合規(guī)范安全要求。

2 改造方案

之前我公司涂裝工藝熱源部分由燃煤鍋爐提供，換熱過程經(jīng)過煤→蒸汽→熱水→工藝介質(zhì)，換熱環(huán)節(jié)多，輸送距離最遠(yuǎn)1.8 km，熱能利用率較低。改造前的流程工藝見圖1。

圖1 煤改氣前工藝流程圖

經(jīng)過項(xiàng)目組分析討論，最后改造總體方案確定為：（1）將原有制冷效率較低的蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)更換為10 kV高效離心壓縮式制冷機(jī)；（2）增加自帶煙氣冷凝器的燃?xì)鉄崴仩t；（3）調(diào)整原有熱水循環(huán)管路連接路徑；（4）組合送風(fēng)機(jī)組原來的熱水一次加熱段改為燃?xì)馊紵髦苯尤紵绞?。改造后的方案詳見圖2工藝流程圖。

圖2 煤改氣后工藝流程圖

改造后的運(yùn)行費(fèi)用對比見附表1。

表1 燃煤蒸汽與天然氣年運(yùn)行費(fèi)用對比

公司使用的燃?xì)忮仩t，通過熱水對工藝上加熱其它物質(zhì)。設(shè)計(jì)時，通過工藝計(jì)算出明晰的熱量需求。計(jì)算熱負(fù)荷作為選擇鍋爐的類型、數(shù)量、確定鍋爐房間尺寸的依據(jù)。熱能需求量確定之后，可按其標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)量選取選用鍋爐。

3 燃?xì)鉄崴仩t設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

由于是改造項(xiàng)目，需留意燃?xì)忮仩t房選址應(yīng)靠近車間外墻布置，鍋爐房所在的外墻、樓地面或屋頂，是否滿足相應(yīng)的防爆要求，并應(yīng)有相當(dāng)于鍋爐間占地面積10%的泄壓面積，泄壓方向不應(yīng)選擇朝向車間人員聚集的地方以及人行通道等[1]。典型的鍋爐房平面圖見圖3。

圖3 某燃?xì)忮仩t平面布置圖

天然氣屬于易燃易爆的危險氣體，而燃?xì)忮仩t房屬于較為狹小的密閉空間，一旦帶有壓力的燃?xì)庑孤┖苋菀走_(dá)到甲烷5%～15%（V/V）的氣體爆炸極限范圍。因此鍋爐房燃?xì)庀到y(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于鍋爐房的安全極為重要，初期設(shè)計(jì)及安裝直接決定日后能否長久的安全運(yùn)行。所以，鍋爐房燃?xì)馀c通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)須同時滿足《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》、《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》。即要求燃?xì)忮仩t房應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的送風(fēng)及排風(fēng)機(jī)。通風(fēng)機(jī)組應(yīng)選用防爆類型，新風(fēng)量須滿足每小時3次以上的整體換氣量，還應(yīng)注意該換氣量不能包含燃燒機(jī)本身所需消耗的空氣量。鍋爐房向外排水應(yīng)設(shè)置降溫池等降溫設(shè)施，以防止排出的高溫水損壞室外的污水管道。鍋爐房內(nèi)應(yīng)在頂部高位設(shè)置甲烷可燃?xì)怏w探測器，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到其爆炸極限下限（4.65%）的20%時，探測系統(tǒng)報警；達(dá)到爆炸下限的50%時，切斷燃?xì)夤?yīng)。燃?xì)庑孤┨綔y及聯(lián)鎖排風(fēng)系統(tǒng)見圖4。

圖4 燃?xì)忮仩t房燃?xì)夤苁疽鈭D

熱水鍋爐應(yīng)設(shè)置當(dāng)鍋爐的壓力降低到熱水可能發(fā)生汽化、水溫升高超過規(guī)定值，或循環(huán)水泵突然停止運(yùn)行時的自動切斷燃料供應(yīng)和停止鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的保護(hù)裝置。

3.1 煙氣顯熱回收技術(shù)

在燃?xì)忮仩t的熱損失中，最主要的是排煙損失，最重要的參數(shù)就是排煙溫度，排煙溫度高低決定鍋爐效率的高低，一般來說，鍋爐排煙溫度每降低30℃，鍋爐效率提高1%。在20世紀(jì)末，普遍對排煙溫度不重視，燃?xì)忮仩t的設(shè)計(jì)排煙溫度在100℃以上。隨著節(jié)能意識的提高，在鍋爐的尾部加裝了煙氣節(jié)能器，將鍋爐排煙溫度降低到90℃以下，既可防止煙氣結(jié)露，又可以將鍋爐效率提高1%以上。

4 組合送風(fēng)機(jī)組的改造

組合送風(fēng)機(jī)組的改造，采取在原初效段前增加燃?xì)饧訜崞鞯姆绞剑跣н^濾器后移至原采用熱水的一次加熱段，某臺設(shè)備的改造見圖6組合送風(fēng)機(jī)組平面示意圖，燃?xì)饧訜崞髋c初效過濾段之間應(yīng)增設(shè)擋火板，以防止火焰加熱到后面的初效過濾段。詳細(xì)布置見圖7。同時應(yīng)增加聯(lián)鎖功能，即風(fēng)機(jī)開啟后才能啟動燃?xì)饧訜崞?，風(fēng)機(jī)壓差開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時應(yīng)自動聯(lián)鎖關(guān)閉燃?xì)饧訜崞鳌?/p>

圖5 燃?xì)忮仩t煙氣顯熱回收示意

圖6 組合送風(fēng)機(jī)組改造平面示意圖

圖7 送風(fēng)機(jī)組改造詳圖

5 燃?xì)夤艿滥芰πｒ?yàn)

燃?xì)庥昧吭黾雍?，需校?yàn)原有燃?xì)夤艿垒斔湍芰?。根?jù)計(jì)算，原冬季最大小時用量為2 800 Nm3/h，煤改氣項(xiàng)目實(shí)施后，預(yù)測計(jì)算的最大小時用量為4 500 Nm3/h，按DN200管徑及550 m長度計(jì)算，管道內(nèi)燃?xì)饬魉贋?5 m/s，壓降0.014 MPa，流速及壓降均仍屬于正常范圍內(nèi)。因此不需對廠區(qū)燃?xì)庵鞴苓M(jìn)行擴(kuò)容。

6 燃?xì)庹{(diào)壓計(jì)量柜的更換及安裝

燃?xì)飧脑旌蟮耐垦b車間冬季生產(chǎn)啟動時最大燃?xì)庥昧窟_(dá)到4 500 Nm3/h，需對原有燃?xì)夤襁M(jìn)行更換。本項(xiàng)目在燃?xì)夤竦跹b后施工單位未注意及時按照廠家要求的5/1000水平度要求進(jìn)行調(diào)整，加上柜體長度較長達(dá)到7 m，導(dǎo)致就位后出現(xiàn)柜門框變形柜門無法關(guān)閉的問題。此類問題應(yīng)在后期項(xiàng)目中避免再次發(fā)生。由于地下管道是鋼制材質(zhì)，燃?xì)夤癯鋈肟诰鶓?yīng)設(shè)置絕緣接頭，該絕緣接頭可使得地下燃?xì)廨斉涔芫€與燃?xì)夤裨O(shè)備之間相互絕緣隔離，保護(hù)燃?xì)夤癫皇艿叵峦寥阑瘜W(xué)腐蝕，延長燃?xì)夤駜?nèi)設(shè)備的使用壽命。燃?xì)夤駷榉乐轨o電負(fù)荷在過濾器調(diào)壓器等設(shè)備聚集應(yīng)單獨(dú)設(shè)置接地，接地電阻應(yīng)不大于10 Ω。燃?xì)夤駜?nèi)較多法蘭連接且空間相對密閉，為第一時間偵測到漏氣現(xiàn)象，進(jìn)一步在柜內(nèi)安裝了2個甲烷可燃?xì)怏w探測器，該探測器與消防控制室聯(lián)鎖，如柜內(nèi)存在漏氣消防值班室將看到報警信息。

7 安裝改造注意要點(diǎn)

按規(guī)范燃?xì)夤艿啦灰朔笤O(shè)在屋面上，但由于本次是改造項(xiàng)目，考慮燃?xì)夤艿朗┕るy度及不穿越不使用燃?xì)廛囬g的原則，部分燃?xì)夤芊笤O(shè)在車間屋面上方，此時根據(jù)QXT 109-2009《城鎮(zhèn)燃?xì)夥览准夹g(shù)規(guī)范》，屋面上的燃?xì)饨饘俟艿琅c建筑的避雷網(wǎng)應(yīng)至少設(shè)置兩處跨接金屬線，且跨接點(diǎn)的間距應(yīng)＜30 m。金屬跨接線可采用直徑≥8mm2的圓鋼或≥48 mm2的扁鋼[2]。

在新舊燃?xì)夤艿缹訒r，則需要在停產(chǎn)期間進(jìn)行燃?xì)夤艿姆派⒓扒懈詈附幼鳂I(yè)。此時燃?xì)庑柘冗M(jìn)行放散，放散管應(yīng)注意是否進(jìn)行了可靠接地，由于放散時燃?xì)馀c空氣混合在一起流動，如流速過高管道內(nèi)雜質(zhì)撞擊可能引起火花，因此放散流速應(yīng)不大于5 m/s的安全范圍，放散時應(yīng)在屋面放散口安排專人監(jiān)護(hù)并檢測周圍燃?xì)鉂舛?。放散后采用高純氮?dú)獯祾撸P(guān)于氮?dú)獯祾邥r間以及用量，吹掃時間一般在15 min，吹掃用量可按吹掃管段容積的15倍進(jìn)行確定。氮?dú)庵脫Q時中需注意是否產(chǎn)生頂部與底部的分層問題（見圖8）。即在置換時，由于天然氣以較為緩慢的速度注入到新建管道內(nèi)，因甲烷的相對密度比空氣輕，在流速流量不足的情況下不足以擾動底部空氣，天然氣可能只在管道頂部流過，即只置換了管道頂部部分，而位于管道底部的空氣還仍留存在管道內(nèi)。此時如監(jiān)測技術(shù)人員在取樣口檢測時，儀器將測得體積分?jǐn)?shù)為90%以上純度的甲烷，若此時中止置換，停留管道內(nèi)的空氣與天然氣混合，有可能形成爆炸性氣體，此時動火切割或焊接遇到明火可能發(fā)生爆炸危險[3]。另外動火切割需將在用燃?xì)夤荛y門關(guān)閉后加裝鋼制盲板進(jìn)行徹底隔離，以完全消除燃?xì)忾y門內(nèi)漏的潛在風(fēng)險。

圖8 氮?dú)馀c天然氣的分層

新的燃?xì)夤芘c舊燃?xì)怃摴苡捎诖嬖陔娢徊睿瑑烧哂|碰時可能產(chǎn)生火花。因此在動火作業(yè)前應(yīng)先對兩種管道的電位進(jìn)行平衡。通常做法是在新舊管道上用金屬線進(jìn)行搭接，使新舊燃?xì)怃摴艿碾娢贿_(dá)到平衡狀態(tài)。在用燃?xì)夤軇踊鹎靶柙谌涌谟眉淄闈舛确治鰞x每間隔5 min檢測燃?xì)鉂舛仍诒ㄏ孪?0%以下時才能開始動火。長時間中斷動火后需重新進(jìn)行燃?xì)鉂舛葯z測。對接完成后應(yīng)進(jìn)行焊縫探傷及試壓，試壓合格后方可恢復(fù)供氣，用甲烷濃度分析儀在取樣口測試三次，間隔5 min，甲烷濃度需達(dá)到90%以上則可判定為供氣完成。

總之，燃?xì)庠O(shè)施的停氣、放散、動火及通氣等各項(xiàng)作業(yè)之前需要認(rèn)真制定作業(yè)方案，對于保證生產(chǎn)作業(yè)的安全非常重要。作業(yè)方案一般應(yīng)包括：（1）作業(yè)內(nèi)容：如切割焊接，作業(yè)具體位置，停氣放散范圍，應(yīng)有作業(yè)草圖；（2）采取的安全措施：加盲板、吹掃置換、放散、現(xiàn)場監(jiān)護(hù)、消防器材及人員配備等等。（3）作業(yè)起止時間等；（4）應(yīng)急方案；作業(yè)方案應(yīng)講過審批，主管領(lǐng)導(dǎo)、職能部門對作業(yè)方案進(jìn)行評審。嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)方案確保在批準(zhǔn)的限定停產(chǎn)時間內(nèi)完成。

8 結(jié)束語

整車制造企業(yè)煤改氣項(xiàng)目涉及改造內(nèi)容較為復(fù)雜，涉及設(shè)計(jì)、安裝、驗(yàn)收、檢測等各方面的審核校驗(yàn)工作較多，需要整體緊密銜接，制定詳細(xì)作業(yè)方案，才能在公司較短有限的停產(chǎn)時間內(nèi)安全可靠的實(shí)施。本次改造經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)是較為有效的技術(shù)措施。