摘　要：針對天津市燃煤鍋爐改燒天然氣項目，對天然氣氣源規劃、供氣管網、關鍵設備(調壓器、燃氣鍋爐燃燒器入口緩沖管段)的設計、選型進行了探討。

關鍵詞：燃煤鍋爐；  煤改氣；　調壓器；　緩沖管段

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

 

為減少大氣污染，改善城市環境質量，為城市的經濟發展爭取更多的環境容量，天津市政府計劃在“十二五”期間淘汰天津市中心城區及濱海核心區燃煤供熱鍋爐房共計147座，構建安全、高效、低碳的供熱體系，涉及供熱面積約9633×10⁴m²。現有燃氣管網不是燃氣供熱鍋爐房的供氣專線，而且現有燃氣設施難以滿足要求，因此必須充分利用并改造現有燃氣管網及設施，形成煤改氣工程燃氣管網。本文對天津地區鍋爐房煤改氣工程燃氣管網及關鍵設備的設計及選型進行探討。

中心城區煤改氣供熱面積為9633×10⁴m²，單位面積供熱負荷按50W／m²測算，供暖期按120d計算。燃煤供熱鍋爐房改燒燃氣后年用氣量約為11.56×10⁸m³／a，供暖期平均日用氣量963.57×10⁴m³／d，高峰小時用氣量為75.06×10⁴m³／h。至十二五末，天津市中心城區天然氣氣源將達到8個，年供氣能力達到164×10⁸m³／a。若規劃氣源及相應的調峰設施能夠順利實施，可以確保改造后燃氣供熱鍋爐房的用氣需求。

天津外環線現已形成環狀高壓、次高壓供氣管網，分別為：外環線北半環DN 700mm高壓8級管道，設計壓力為2.5MPa；外環線南半環DN 500mm次高壓B級管道，設計壓力為0.8MPa；外環線南半環DN 700mm津沽高壓8級管道，設計壓力為2.5MPa。

根據天津市現有燃氣管網情況，鍋爐煤改氣工程需要沿外環線新建、擴建高壓調壓站(包括高—次高壓、高—中壓調壓站)24座。對于距離高壓—次高壓調壓站較近的大型鍋爐房(熱功率大于等于150MW)宜采用次高壓8級管道供氣。若條件允許，為保證安全供氣，可考慮采取雙氣源供氣。如紅橋區丁字沽燃氣供熱鍋爐房規模較大，供熱面積約400×10⁴m²，燃氣鍋爐總熱功率約350MW，小時用氣量約3.75×10⁴m³／h。為確保穩定供氣，采取雙氣源次高壓B級管道供氣，一路氣源為子牙河南道高壓一次高壓調壓站次高壓8級管道，另一路為規劃雙口儲配站次高壓B級管道。丁字沽燃氣供熱鍋爐房供氣管道配置見圖1。

①中壓A級管網

為改造后燃氣供熱鍋爐房(大多數為中小型燃氣鍋爐房)供氣的中壓燃氣管道既有新建、現有中壓A級管道，又有現有中壓B級管道。中心城區現有中壓燃氣管道總長度約1 377 km，其中設計壓力為0.15MPa的中壓B級管道約450km。新建中壓A級管道主要規格為DN 400～800mm，設計壓力為0.4MPa，新建中壓A級管道基本沿市政主干路網敷設。供熱規模較大的中型燃氣供熱鍋爐房均由新建中壓A級管道供氣，供熱規模較小的小型燃氣供熱鍋爐房由現狀中壓A級或中壓B級管道供氣。利用中壓A級管道的供氣流程見圖2。

 

大部分改造后的燃氣供熱鍋爐房由新建中壓A級管網供氣，而有些燃氣供熱鍋爐房不具備新建中壓A級管道的供氣條件。為了節約成本，減少煤改氣工程的資金投入，對于現有燃氣管道條件較好的區域，宜由現有中壓A級、B級管道供氣。但部分現有中壓B級管道的運行壓力較低，且部分區域燃氣設施已處于滿負荷運行狀態，因此需對這部分區域的中壓B級管道及設施進行改造、更新，提高管道運行壓力，增大管網供氣能力。其中一種方式為更換現有中壓B級管道，敷設中壓A級管道，徹底解決供氣壓力不足問題。另一種方式是對于支線、折點少，凝水缸、閥門較少的中壓8級管道可以采取穿入PE內襯管的方式對現有中壓B級管道進行修復，使其具備中壓A級的運行能力^[1]。與升壓后管道連接的調壓裝置等燃氣設施應進行相應改造，以適應更高的壓力。

②中壓B級管網

由于市內六區現有中壓B級管道已運行多年，且腐蝕比較嚴重，短期內無法完成更換改造工作。結合市內六區現有中壓B級管道與新建中壓A級管道分布情況，建設20座中—中壓調壓柜，將中壓A級燃氣調壓至中壓B級，滿足燃氣供熱鍋爐房用氣需求。由于中心城區用地緊張，煤改氣工程配套的中—中調壓柜采取地下形式，一般設置在市政綠地內。利用現有中壓B級管道的供氣流程見圖3。

在鍋爐房建設用地內建設鍋爐專用調壓柜，為防止管道施工過程中形成的積水進入調壓裝置，在調壓柜前設置凝水缸。調壓柜功能為先調壓后計量，將中壓A級或中壓B級燃氣調壓至鍋爐燃燒器所需壓力(30～50kPa)，然后進行計量，流量計前配置了IC卡控制器(采用預付費方式供氣)。調壓柜配備了上傳燃氣調度中心的流量監測裝置，并為供熱企業預留了RS485通信接口與鍋爐房控制系統連接，以監測用氣量及出柜供氣壓力。供熱企業可設定燃氣用量報警功能，當IC卡內預付費燃氣量剩余20％時，鍋爐房控制系統報警，提示供熱企業購氣，以保障用氣。

調壓器按工作原理通常分為直接作用式、間接作用式兩種。直接作用式調壓器出口壓力直接反饋給薄膜元件，指揮閥桿調節閥口相對開度，響應時間較短，可在1s內響應。間接作用式調壓器出口的壓力變化需先通過指揮器，再由指揮器調節閥口相對開度，因此間接作用式調壓器通常比直接作用式調壓器的響應時間長，需要3s以上。由于不同調壓器生產廠家采用的定壓彈簧性能不同，相同形式調壓器的響應時間也會存在差異。

鍋爐燃燒器點火瞬間，調壓器后壓力發生變化，此時調壓器在定壓彈簧的作用下，逐漸開啟調壓器閥口。從定壓彈簧發揮作用到完全啟動調壓器，需要一定的響應時間，而這段時間內調壓器后管段的壓力將發生較大變化，影響燃燒器正常燃燒，甚至導致火焰熄滅。由于調壓器的響應時間由調壓器的形式、定壓彈簧性能等調壓器固有特性決定，當調壓器選定后，其響應時間是相對固定的。因此在調壓器后設置緩沖管段，可以有效地緩解這種壓力變化，從而保證燃燒器順利點火。

在調壓器選型后，根據調壓器響應時間，可計算緩沖管段的容積^[2]。當緩沖管段管徑與其前后管道管徑一致時，易出現緩沖管段過長的情況，特別是對于空間并不富裕的改造項目，管道布置往往無法實現。因此，可考慮采用大管徑管道作為緩沖管段，以減少空間的占用。

燃煤供熱鍋爐房改燒燃氣工程涉及環境保護、節能降耗、資源利用、產業調整等多個方面。盲目擴大煤改氣規模，易使冬季高峰燃氣用量大幅增加，除了需要增加建設調峰設施以外，由于燃氣資源緊缺，高峰月燃氣價格也會出現大幅增長，造成供熱成本激增。科學經濟的做法是通過“聯網、調峰、并網、煤改氣”四位一體的供熱工程建設，充分發揮熱電聯產的主導作用，擴大熱電廠供熱產能，提高供熱效率。在確保城市冬季供熱安全，改善大氣環境的同時，有效降低供熱運行成本。同時，加大風能、太陽能、地熱能等可再生能源的應用力度，積極開發污水源、地源熱泵等節能技術，合理發展垃圾焚燒電廠，都是對冬季供熱的有效補充。

 

[1]馮濤，李永威．北京市天然氣管道改造評價方法探討[J]．煤氣與熱力，2012，32(5)：A22-A24．

[2]趙明光，趙耀宗．鍋爐房燃氣緩沖管段計算與調壓設備選擇[J]．制冷與空調，2008，22(5)：124-126．