摘　要：针对天津市燃煤锅炉改烧天然气项目，对天然气气源规划、供气管网、关键设备(调压器、燃气锅炉燃烧器入口缓冲管段)的设计、选型进行了探讨。

关键词：燃煤锅炉；  煤改气；　调压器；　缓冲管段

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

 

为减少大气污染，改善城市环境质量，为城市的经济发展争取更多的环境容量，天津市政府计划在“十二五”期间淘汰天津市中心城区及滨海核心区燃煤供热锅炉房共计147座，构建安全、高效、低碳的供热体系，涉及供热面积约9633×10⁴m²。现有燃气管网不是燃气供热锅炉房的供气专线，而且现有燃气设施难以满足要求，因此必须充分利用并改造现有燃气管网及设施，形成煤改气工程燃气管网。本文对天津地区锅炉房煤改气工程燃气管网及关键设备的设计及选型进行探讨。

中心城区煤改气供热面积为9633×10⁴m²，单位面积供热负荷按50W／m²测算，供暖期按120d计算。燃煤供热锅炉房改烧燃气后年用气量约为11.56×10⁸m³／a，供暖期平均日用气量963.57×10⁴m³／d，高峰小时用气量为75.06×10⁴m³／h。至十二五末，天津市中心城区天然气气源将达到8个，年供气能力达到164×10⁸m³／a。若规划气源及相应的调峰设施能够顺利实施，可以确保改造后燃气供热锅炉房的用气需求。

天津外环线现已形成环状高压、次高压供气管网，分别为：外环线北半环DN 700mm高压8级管道，设计压力为2.5MPa；外环线南半环DN 500mm次高压B级管道，设计压力为0.8MPa；外环线南半环DN 700mm津沽高压8级管道，设计压力为2.5MPa。

根据天津市现有燃气管网情况，锅炉煤改气工程需要沿外环线新建、扩建高压调压站(包括高—次高压、高—中压调压站)24座。对于距离高压—次高压调压站较近的大型锅炉房(热功率大于等于150MW)宜采用次高压8级管道供气。若条件允许，为保证安全供气，可考虑采取双气源供气。如红桥区丁字沽燃气供热锅炉房规模较大，供热面积约400×10⁴m²，燃气锅炉总热功率约350MW，小时用气量约3.75×10⁴m³／h。为确保稳定供气，采取双气源次高压B级管道供气，一路气源为子牙河南道高压一次高压调压站次高压8级管道，另一路为规划双口储配站次高压B级管道。丁字沽燃气供热锅炉房供气管道配置见图1。

①中压A级管网

为改造后燃气供热锅炉房(大多数为中小型燃气锅炉房)供气的中压燃气管道既有新建、现有中压A级管道，又有现有中压B级管道。中心城区现有中压燃气管道总长度约1 377 km，其中设计压力为0.15MPa的中压B级管道约450km。新建中压A级管道主要规格为DN 400～800mm，设计压力为0.4MPa，新建中压A级管道基本沿市政主干路网敷设。供热规模较大的中型燃气供热锅炉房均由新建中压A级管道供气，供热规模较小的小型燃气供热锅炉房由现状中压A级或中压B级管道供气。利用中压A级管道的供气流程见图2。

 

大部分改造后的燃气供热锅炉房由新建中压A级管网供气，而有些燃气供热锅炉房不具备新建中压A级管道的供气条件。为了节约成本，减少煤改气工程的资金投入，对于现有燃气管道条件较好的区域，宜由现有中压A级、B级管道供气。但部分现有中压B级管道的运行压力较低，且部分区域燃气设施已处于满负荷运行状态，因此需对这部分区域的中压B级管道及设施进行改造、更新，提高管道运行压力，增大管网供气能力。其中一种方式为更换现有中压B级管道，敷设中压A级管道，彻底解决供气压力不足问题。另一种方式是对于支线、折点少，凝水缸、阀门较少的中压8级管道可以采取穿入PE内衬管的方式对现有中压B级管道进行修复，使其具备中压A级的运行能力^[1]。与升压后管道连接的调压装置等燃气设施应进行相应改造，以适应更高的压力。

②中压B级管网

由于市内六区现有中压B级管道已运行多年，且腐蚀比较严重，短期内无法完成更换改造工作。结合市内六区现有中压B级管道与新建中压A级管道分布情况，建设20座中—中压调压柜，将中压A级燃气调压至中压B级，满足燃气供热锅炉房用气需求。由于中心城区用地紧张，煤改气工程配套的中—中调压柜采取地下形式，一般设置在市政绿地内。利用现有中压B级管道的供气流程见图3。

在锅炉房建设用地内建设锅炉专用调压柜，为防止管道施工过程中形成的积水进入调压装置，在调压柜前设置凝水缸。调压柜功能为先调压后计量，将中压A级或中压B级燃气调压至锅炉燃烧器所需压力(30～50kPa)，然后进行计量，流量计前配置了IC卡控制器(采用预付费方式供气)。调压柜配备了上传燃气调度中心的流量监测装置，并为供热企业预留了RS485通信接口与锅炉房控制系统连接，以监测用气量及出柜供气压力。供热企业可设定燃气用量报警功能，当IC卡内预付费燃气量剩余20％时，锅炉房控制系统报警，提示供热企业购气，以保障用气。

调压器按工作原理通常分为直接作用式、间接作用式两种。直接作用式调压器出口压力直接反馈给薄膜元件，指挥阀杆调节阀口相对开度，响应时间较短，可在1s内响应。间接作用式调压器出口的压力变化需先通过指挥器，再由指挥器调节阀口相对开度，因此间接作用式调压器通常比直接作用式调压器的响应时间长，需要3s以上。由于不同调压器生产厂家采用的定压弹簧性能不同，相同形式调压器的响应时间也会存在差异。

锅炉燃烧器点火瞬间，调压器后压力发生变化，此时调压器在定压弹簧的作用下，逐渐开启调压器阀口。从定压弹簧发挥作用到完全启动调压器，需要一定的响应时间，而这段时间内调压器后管段的压力将发生较大变化，影响燃烧器正常燃烧，甚至导致火焰熄灭。由于调压器的响应时间由调压器的形式、定压弹簧性能等调压器固有特性决定，当调压器选定后，其响应时间是相对固定的。因此在调压器后设置缓冲管段，可以有效地缓解这种压力变化，从而保证燃烧器顺利点火。

在调压器选型后，根据调压器响应时间，可计算缓冲管段的容积^[2]。当缓冲管段管径与其前后管道管径一致时，易出现缓冲管段过长的情况，特别是对于空间并不富裕的改造项目，管道布置往往无法实现。因此，可考虑采用大管径管道作为缓冲管段，以减少空间的占用。

燃煤供热锅炉房改烧燃气工程涉及环境保护、节能降耗、资源利用、产业调整等多个方面。盲目扩大煤改气规模，易使冬季高峰燃气用量大幅增加，除了需要增加建设调峰设施以外，由于燃气资源紧缺，高峰月燃气价格也会出现大幅增长，造成供热成本激增。科学经济的做法是通过“联网、调峰、并网、煤改气”四位一体的供热工程建设，充分发挥热电联产的主导作用，扩大热电厂供热产能，提高供热效率。在确保城市冬季供热安全，改善大气环境的同时，有效降低供热运行成本。同时，加大风能、太阳能、地热能等可再生能源的应用力度，积极开发污水源、地源热泵等节能技术，合理发展垃圾焚烧电厂，都是对冬季供热的有效补充。

 

[1]冯涛，李永威．北京市天然气管道改造评价方法探讨[J]．煤气与热力，2012，32(5)：A22-A24．

[2]赵明光，赵耀宗．锅炉房燃气缓冲管段计算与调压设备选择[J]．制冷与空调，2008，22(5)：124-126．