段偉濤/石家莊國融安能分布能源技術(shù)有限公司

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基于燃氣鍋爐與羅茨風機聯(lián)合運行的研究

段偉濤/石家莊國融安能分布能源技術(shù)有限公司

【摘 要】本文簡單介紹羅茨風機的工作特性，重點介紹了用于易燃易爆的燃氣系統(tǒng)中增壓的羅茨風機與燃氣鍋爐聯(lián)動實現(xiàn)的方法，從而降低了系統(tǒng)投資成本。

【關(guān)鍵詞】燃氣鍋爐；羅茨風機；自控系統(tǒng)

1.項目背景

天然氣較傳統(tǒng)化石燃料有明顯優(yōu)點，其無毒無害，熱值高，其作為能源，可有效減少溫室氣體和粉塵的排放，因而大大改善環(huán)境污染問題，天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)清潔能源，能有效改善環(huán)境質(zhì)量。

隨著北方冬季霧霾天氣的如約而至，河北省下大力度整治污染，促進鍋爐“煤改氣”的發(fā)展，隨著“煤改氣”工作的不斷深入，氣源問題逐漸暴露。

河北某鋼廠沖渣水余熱供熱項目，由于供熱面積的持續(xù)加大，導(dǎo)致熱源顯得捉襟見肘，項目決定，增加兩臺17.5MW燃氣鍋爐，但燃氣鍋爐要求燃氣壓力40～60KPa，利用常規(guī)燃氣公司管道氣需敷設(shè)燃氣管道，設(shè)置調(diào)壓柜。考慮項目工期緊張，同時節(jié)約成本，利用鋼廠內(nèi)提供壓力約為4000Pa的燃氣。為保障鍋爐正常運行，需利用羅茨風機將燃氣進行增壓，同時羅茨風機燃氣引入口距廠內(nèi)燃氣調(diào)壓柜約100米，此種方案沒有前例，需要燃氣鍋爐與羅茨風機有機聯(lián)合運行。

2.聯(lián)合運行的實現(xiàn)

首先介紹下羅茨風機，羅茨風機由兩個葉形轉(zhuǎn)子在氣缸中做相對運動來壓縮和輸送氣體的容積式風機。其主要作用是氣體輸送及加壓，其主要參數(shù)有：流量、揚程、軸功率、轉(zhuǎn)速、必須汽蝕余量等。流量和揚程是羅茨風機最主要的性能參數(shù)。

其次要想實現(xiàn)燃氣鍋爐與羅茨風機的聯(lián)動，工藝要求是關(guān)鍵，控制機組中的PLC程序是輔助。程序的設(shè)計應(yīng)根據(jù)鍋爐對燃氣要求的工藝條件來實現(xiàn)。工藝流程可簡單表示為：PLC上電，在設(shè)定的程序內(nèi)進行自檢，包括羅茨風機入口側(cè)天然氣壓力、出口側(cè)壓力，并與設(shè)定參數(shù)進行比較，當滿足運行要求時，PLC輸出指令，羅茨風機啟動；與此同時，鍋爐主控上電，當羅茨風機出口壓力到達鍋爐需要的燃氣壓力后，羅茨風機降頻運行，此時鍋爐啟動點火程序，系統(tǒng)開始運行。流程圖可參考圖1。

圖1

2.1壓力控制

壓力控制包括兩個方面:

2.1.1羅茨風機進出口壓力。

由于羅茨風機入口壓力約為4000Pa，為防止羅茨風機在正常運行時入口成為成為負壓，工藝要求在入口處設(shè)定報警點及停機點，報警點為2000Pa，停機點設(shè)為1000Pa；為實現(xiàn)鍋爐負荷與羅茨風機聯(lián)動，在羅茨風機出口設(shè)定壓力傳感器，當鍋爐負荷變化時，羅茨風機出口的壓力變送器數(shù)值變動，再把數(shù)值反應(yīng)到PLC中，經(jīng)過PLC計算，調(diào)整羅茨風機頻率，從而達到羅茨風機出口壓力與鍋爐對燃氣要求壓力相匹配。原理可參考圖2。

2.2.2鍋爐燃氣管道總管與分支管的壓力。

圖2

由于羅茨風機出口沒有緩沖罐，燃氣管道管徑較大為DN400，而鍋爐入口燃氣管道為DN100，由伯努利方程,可得出鍋爐燃氣入口壓力與燃氣總管壓力有差距，經(jīng)計算可得支管壓力與總管壓力相差10KPa左右，故運行中總管壓力應(yīng)高于分支壓力，才能保證鍋爐燃氣在規(guī)定范圍內(nèi)。鍋爐燃燒器電磁閥有承壓極限為70KPa，超壓后，電磁閥會損壞，故單純靠羅茨風機變頻無法達到工藝要求。為達到工藝要求，現(xiàn)在主管道安裝壓力起跳裝置，當壓力達到65KPa時，自動泄壓，以此保護鍋爐燃燒器電磁閥。

2.2時間控制

鍋爐啟動之前，有自檢系統(tǒng)和風機吹掃爐膛系統(tǒng)，兩者花費時間約為90s，故在鍋爐啟動前，羅茨風機需把燃氣壓力提高到鍋爐燃燒要求壓力（40～60KPa），從而保證鍋爐順利點火。

2.3鍋爐停運

鍋爐停運分為正常停運與事故停運。正常停運，通過減小鍋爐負荷，羅茨風機變頻運行，直到鍋爐正常停運為止，在此不贅述。事故停運時，為保證羅茨風機在事故停機時盡快停下來，現(xiàn)在羅茨風機出口設(shè)止回閥，并設(shè)旁通管，其上設(shè)電磁閥，正常運行時，旁通管電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，當事故停運時，羅茨風機出口旁通管電磁閥打開，平衡羅茨風機進出口壓力，用此方法保證羅茨風機盡快停運，并保證羅茨風機不反轉(zhuǎn)。原理可參考圖3。

圖3

3.結(jié)論

采用羅茨風機與燃氣鍋爐聯(lián)動運行，此系統(tǒng)可有效解決燃氣壓力低及壓力不穩(wěn)定等問題，并且在很大程度上減少了燃氣管網(wǎng)一次性投入大的問題，節(jié)約投資成本，提高燃氣管網(wǎng)穩(wěn)定性。另外該系統(tǒng)實現(xiàn)了羅茨風機根據(jù)鍋爐負荷變動調(diào)整出力這一難題，通過運行實踐，此系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，達到了設(shè)計初衷。

參考文獻：

[1]孔瓏.工程流體力學（第四版）[M].北京：中國電力出版社.2014.2

[2]《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》

[3]《河北省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》

作者簡介：段偉濤（1988年— ），男，助理工程師，2012 年6月畢業(yè)于河北建筑工程學院，現(xiàn)就職于石家莊國融安能分布能源技術(shù)有限公司，從事分布式能源供熱項目研究工作，申請專利《一種冷卻水熱量回收系統(tǒng)》。