師焦公司循環(huán)流化床鍋爐點火方式改造

韓俊  張雷

（師宗煤焦化工有限公司）

摘要  對師宗煤焦化工有限公司40 t/h循環(huán)流化床鍋爐點火裝置進行分析和改造，結合焦化廠生產焦爐煤氣的情況，提出改造方案和技術措施，并實施改造，由原設計的床上木炭點火改為床下焦爐煤氣點火，解決了點火結渣和床上點火啟動難題。

關鍵詞  循環(huán)流化床鍋爐 木炭點火 煤氣點火 燃燒器

1  床上點火存在的問題

師宗煤焦化工有限公司2臺40 t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐，設計采用床上人工點火，燃料采用木炭。點火時，先將木炭點燃后，通過人工將點燃的木炭送入爐內的床料上，點火燃料在流化床上部燃燒，利用木炭燃燒產生熱量加熱床料。木炭穩(wěn)定著火后，投入高揮發(fā)份褐煤，再啟動風機使床料流化。當床溫上升達到煤的著火點時，投入燃煤使其連續(xù)穩(wěn)定燃燒，完成點火啟動。

流化床鍋爐床上人工點火是先點火，后流化，不能實現(xiàn)流態(tài)化燃燒。此外，燃料在床料上部，熱量從上向下傳遞，大部份熱量被煙氣帶走，傳熱效率低，床料橫向縱向蓄熱不均。當送入一次風后，若風量較大，會造成煙氣帶走的熱量大于點火燃料燃燒產生的熱量，導致熄火：若風量較小，則會造成燃料局部燃燒加劇，床層溫度超過灰渣灰熔點造成結渣。因此，鍋爐自投產以來，兩臺鍋爐點火啟動成功率極低，無法保障生產。此外，點火過程的升溫速度較快，設備快速膨脹，不利于設備安全，必須進行改進。

2  改造方案和技術措施

針對床上點火存在的問題，結合我公司生產焦爐煤氣的情況，決定將鍋爐點火方式由床上點火改造為床下點火，點火燃料由木炭改為焦爐煤氣。新增煤氣燃燒器安裝于流化床下部，即從流化床下部加熱床料。煤氣點燃后，由于煤氣易燃，可加大一次風實現(xiàn)流態(tài)化燃燒，能均勻傳熱，防止結渣。且加熱煤氣量易于控制，便于調節(jié)床溫，有效克服原點火方法的缺陷。

將點火燃燒設備布置在流化床下的水冷風室入口一次風道中，鍋爐點火時，先啟動風機使床料流化，再投入點火燃燒設備，用煤氣燃燒產生的熱煙氣加熱床料，實現(xiàn)先流化，后點火。點燃后，逐步增加煤氣量及風量提高床料溫度，當床料溫度上升達到煤的著火點時，投入燃煤使其著火即點火成功。

2.1煤氣燃燒器改造

根據(jù)床下點火原理，流化床鍋爐床下點火裝置產生的熱量，必須滿足鍋爐點火狀態(tài)下的熱平衡，且焦爐煤氣流量在允許間斷投煤溫度500～600 ℃時達到最大值，投煤后床溫逐漸升高至800 ℃方可退出煤氣點火燃燒器。根據(jù)多次試驗確定的最小流化風量約3.6萬Nm³/H，所需床料約3.2～3.5 t，計算基礎數(shù)據(jù)如表1。

表1  基礎數(shù)據(jù)計算

計算得出點火所需煤氣最大約1 533.39 Nm³/h，則按照1 600 Nm³/h進行點火燃燒系統(tǒng)設計。

圖1 焦爐煤氣床下點火裝置

根據(jù)以上工藝要求，設置一臺煤氣用量為1 600 Nm³/h的全預混式燃燒器，安裝在鍋爐一次風道的水冷風室進口處，對一次風道增加耐火保護層，在其內壁澆鑄100 mm耐火混凝土。水冷風室內壁原設計時已安裝了耐火澆鑄料，可防止點火過程中一次風道和水冷風室受高溫變形、損壞。將空預器出口的一次風通過點火風道送入燃燒器，供給煤氣燃燒。將焦爐煤氣接入燃燒器，并安裝相應的風道、膨脹節(jié)、風門、電子點火器、控制裝置、彈性支架等配套設備，實現(xiàn)焦爐煤氣床下點火(見圖1)。

在煤氣燃燒器選型時，由于風室空間較小，為防止火焰過長直接沖刷風室的水冷壁管和排渣管，選用全預混式煤氣燃燒器。燃料氣采用中心進氣方式，為了加快煤氣與空氣混合，分別在燃氣通道和空氣通道中安裝了軸向旋流葉片，使兩股氣流產生相反方向的旋轉，混合更加均勻并能快速燃燒，縮短火焰長度。采用電子點火，并裝設觀火孔。

2.2燃燒器輔助設備改造

針對煤氣易燃易爆的特點，安裝了煤氣燃燒控制及安全保護裝置，包含氮氣吹掃裝置、火焰監(jiān)視、點火程序控制、熄火保護程序，以及煤氣壓力、風壓等保護系統(tǒng)。

在系統(tǒng)中分別設置煤氣、助燃空氣調節(jié)閥，使點火升溫便于調節(jié)且不易滅火，并可通過煤氣量和風量調整，有效控制鍋爐升溫升壓速度。煤氣穩(wěn)定燃燒后，根據(jù)床溫上升速度，調整煤氣調節(jié)閥及燃燒器風門開度，控制水冷風室煙溫不超過900 ℃，保證設備安全。為提高裝置安全性，煤氣系統(tǒng)的所有控制閥門均采用氣動閥。

2.3煤氣系統(tǒng)改造

由于流化床鍋爐燃燒是在較高流化風速下進行，一次風道、水冷風室、爐膛均為正壓工況。為防止煤氣燃燒器回火，必須保證燃燒器內煤氣壓力大于空氣壓力。鍋爐點火過程中，床料流化時所需風室最低風壓（一次風壓）約5.5～6 KPa。因此，為防止回火，確保安全，要求點火過程中控制煤氣壓力大于8 KPa，但是給全廠煤氣管網壓力調節(jié)造成困難，為解決這一問題，在煤氣系統(tǒng)上安裝了一臺MJG13-860型離心式煤氣鼓風機，最大全壓達14 KPa，在點火過程中投入該煤氣加壓風機，確保煤氣壓力高于風室壓力，防止回火現(xiàn)象。

燃氣管道的流量應以滿足燃燒器用量為基礎，煤氣壓力為8 KPa時，為減少壓降，煤氣母管直徑采用DN250 mm，煤氣流量達1 600 Nm³/h時流速為8.9 m/s，在經濟流速范圍內，燃燒器前支管采用DN150 mm，增加煤氣流速，增強預混和燃燒效果。并安裝前、后快關閥。在兩個快關閥中間裝有排空管道，用于煤氣置換和放散。同時考慮到鍋爐檢修安全，在煤氣管道上安裝了隔斷閥（眼鏡閥）。

3  安全操作要求

根據(jù)焦爐煤氣中氫氣含量高、著火快、熱值高的特點，為確保點火安全，在操作過程采取以下措施：（1）點火前檢查試驗熄火保護裝置、煤氣快關閥應完好。并投入所有保護裝置。（2）置換煤氣管道進行合格。（3）先啟動風機將床料流化，再點燃煤氣。點火操作必須先通風、后點明火、再投煤氣的原則。（4）嚴格控制煤氣壓力應高于風室壓力2 KPa以上。（5）嚴格執(zhí)行點火操作程序，先點燃煤氣點火槍，觀察點火槍燃燒穩(wěn)定后，開啟燃燒器進氣閥，投入主燃燒器。（6）主燃燒器著火后應逐漸將一次風量提升至流化風量，防止點火結渣。

4  改造后的效果

改造完成后，把從流化床上部加熱改變?yōu)閺南虏考訜?，利用煤氣燃燒產生高溫煙氣，通過流化床進入爐膛內與床料混合并加熱床料，熱量利用效率提高。生產實踐表明，實際使用狀況良好，達到了預期效果。

（1）點火成功率大幅度提高。應用床下點火技術，實現(xiàn)先流化、后點火，有效避免流化床結渣事故。助燃空氣從流化床下部送入爐內，熱量從下至上傳遞，點火成功率大幅度提高。

（2）可有效控制升溫速度和啟動時間?？赏ㄟ^調節(jié)點煤氣量，有效控制鍋爐啟動的升溫升壓速度，使床溫各測點指示均衡，確保了設備安全。床下點火能將水冷風室的一次風溫度提高到800 ℃以上，相比床上點火可減少臨界流化風量，鍋爐點火更安全、可靠。

（3）取得了良好經濟效益。改造后，綜合利用現(xiàn)有富余焦爐煤氣資源，使用煤氣作為點火燃料，不再需要柴油、木炭、褐煤等燃料。同時，使鍋爐啟動時間實現(xiàn)可控，提高了生產效益。

5  結語

循環(huán)流化床鍋爐點火裝置設計應根據(jù)企業(yè)實際選擇合適的點火方式，焦化廠具有豐富的煤氣資源，師焦公司循環(huán)流化床鍋爐利用焦爐煤氣進行床下點火，既可大幅度提高點火成功率，有效防止流化床結渣，又可控制鍋爐升溫升壓速度，還可實現(xiàn)焦化廠焦爐煤氣綜合利用，降低點火成本，并極大降低了點火操作人員的勞動強度，提高了操作安全性。

參考文獻：

[1] 同濟大學,重慶大學,哈爾濱工業(yè)大學,北京建筑工程學院.《燃氣燃燒與應用》.中國建筑工業(yè)出版社.2014

[2] 劉柏謙,王立剛.《大型循環(huán)流化床鍋爐及其化石燃料燃燒》.冶金工業(yè)出版社，2009