師焦公司循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火方式改造

韓俊  張雷

（師宗煤焦化工有限公司）

摘要  對(duì)師宗煤焦化工有限公司40 t/h循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火裝置進(jìn)行分析和改造，結(jié)合焦化廠生產(chǎn)焦?fàn)t煤氣的情況，提出改造方案和技術(shù)措施，并實(shí)施改造，由原設(shè)計(jì)的床上木炭點(diǎn)火改為床下焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火，解決了點(diǎn)火結(jié)渣和床上點(diǎn)火啟動(dòng)難題。

關(guān)鍵詞  循環(huán)流化床鍋爐 木炭點(diǎn)火 煤氣點(diǎn)火 燃燒器

1  床上點(diǎn)火存在的問(wèn)題

師宗煤焦化工有限公司2臺(tái)40 t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐，設(shè)計(jì)采用床上人工點(diǎn)火，燃料采用木炭。點(diǎn)火時(shí)，先將木炭點(diǎn)燃后，通過(guò)人工將點(diǎn)燃的木炭送入爐內(nèi)的床料上，點(diǎn)火燃料在流化床上部燃燒，利用木炭燃燒產(chǎn)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(dòng)風(fēng)機(jī)使床料流化。當(dāng)床溫上升達(dá)到煤的著火點(diǎn)時(shí)，投入燃煤使其連續(xù)穩(wěn)定燃燒，完成點(diǎn)火啟動(dòng)。

流化床鍋爐床上人工點(diǎn)火是先點(diǎn)火，后流化，不能實(shí)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(dāng)送入一次風(fēng)后，若風(fēng)量較大，會(huì)造成煙氣帶走的熱量大于點(diǎn)火燃料燃燒產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致熄火：若風(fēng)量較小，則會(huì)造成燃料局部燃燒加劇，床層溫度超過(guò)灰渣灰熔點(diǎn)造成結(jié)渣。因此，鍋爐自投產(chǎn)以來(lái)，兩臺(tái)鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)成功率極低，無(wú)法保障生產(chǎn)。此外，點(diǎn)火過(guò)程的升溫速度較快，設(shè)備快速膨脹，不利于設(shè)備安全，必須進(jìn)行改進(jìn)。

2  改造方案和技術(shù)措施

針對(duì)床上點(diǎn)火存在的問(wèn)題，結(jié)合我公司生產(chǎn)焦?fàn)t煤氣的情況，決定將鍋爐點(diǎn)火方式由床上點(diǎn)火改造為床下點(diǎn)火，點(diǎn)火燃料由木炭改為焦?fàn)t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(diǎn)燃后，由于煤氣易燃，可加大一次風(fēng)實(shí)現(xiàn)流態(tài)化燃燒，能均勻傳熱，防止結(jié)渣。且加熱煤氣量易于控制，便于調(diào)節(jié)床溫，有效克服原點(diǎn)火方法的缺陷。

將點(diǎn)火燃燒設(shè)備布置在流化床下的水冷風(fēng)室入口一次風(fēng)道中，鍋爐點(diǎn)火時(shí)，先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)使床料流化，再投入點(diǎn)火燃燒設(shè)備，用煤氣燃燒產(chǎn)生的熱煙氣加熱床料，實(shí)現(xiàn)先流化，后點(diǎn)火。點(diǎn)燃后，逐步增加煤氣量及風(fēng)量提高床料溫度，當(dāng)床料溫度上升達(dá)到煤的著火點(diǎn)時(shí)，投入燃煤使其著火即點(diǎn)火成功。

2.1煤氣燃燒器改造

根據(jù)床下點(diǎn)火原理，流化床鍋爐床下點(diǎn)火裝置產(chǎn)生的熱量，必須滿足鍋爐點(diǎn)火狀態(tài)下的熱平衡，且焦?fàn)t煤氣流量在允許間斷投煤溫度500～600 ℃時(shí)達(dá)到最大值，投煤后床溫逐漸升高至800 ℃方可退出煤氣點(diǎn)火燃燒器。根據(jù)多次試驗(yàn)確定的最小流化風(fēng)量約3.6萬(wàn)Nm³/H，所需床料約3.2～3.5 t，計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1。

表1  基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算

計(jì)算得出點(diǎn)火所需煤氣最大約1 533.39 Nm³/h，則按照1 600 Nm³/h進(jìn)行點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖1 焦?fàn)t煤氣床下點(diǎn)火裝置

根據(jù)以上工藝要求，設(shè)置一臺(tái)煤氣用量為1 600 Nm³/h的全預(yù)混式燃燒器，安裝在鍋爐一次風(fēng)道的水冷風(fēng)室進(jìn)口處，對(duì)一次風(fēng)道增加耐火保護(hù)層，在其內(nèi)壁澆鑄100 mm耐火混凝土。水冷風(fēng)室內(nèi)壁原設(shè)計(jì)時(shí)已安裝了耐火澆鑄料，可防止點(diǎn)火過(guò)程中一次風(fēng)道和水冷風(fēng)室受高溫變形、損壞。將空預(yù)器出口的一次風(fēng)通過(guò)點(diǎn)火風(fēng)道送入燃燒器，供給煤氣燃燒。將焦?fàn)t煤氣接入燃燒器，并安裝相應(yīng)的風(fēng)道、膨脹節(jié)、風(fēng)門、電子點(diǎn)火器、控制裝置、彈性支架等配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣床下點(diǎn)火(見(jiàn)圖1)。

在煤氣燃燒器選型時(shí)，由于風(fēng)室空間較小，為防止火焰過(guò)長(zhǎng)直接沖刷風(fēng)室的水冷壁管和排渣管，選用全預(yù)混式煤氣燃燒器。燃料氣采用中心進(jìn)氣方式，為了加快煤氣與空氣混合，分別在燃?xì)馔ǖ篮涂諝馔ǖ乐邪惭b了軸向旋流葉片，使兩股氣流產(chǎn)生相反方向的旋轉(zhuǎn)，混合更加均勻并能快速燃燒，縮短火焰長(zhǎng)度。采用電子點(diǎn)火，并裝設(shè)觀火孔。

2.2燃燒器輔助設(shè)備改造

針對(duì)煤氣易燃易爆的特點(diǎn)，安裝了煤氣燃燒控制及安全保護(hù)裝置，包含氮?dú)獯祾哐b置、火焰監(jiān)視、點(diǎn)火程序控制、熄火保護(hù)程序，以及煤氣壓力、風(fēng)壓等保護(hù)系統(tǒng)。

在系統(tǒng)中分別設(shè)置煤氣、助燃空氣調(diào)節(jié)閥，使點(diǎn)火升溫便于調(diào)節(jié)且不易滅火，并可通過(guò)煤氣量和風(fēng)量調(diào)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(diào)整煤氣調(diào)節(jié)閥及燃燒器風(fēng)門開(kāi)度，控制水冷風(fēng)室煙溫不超過(guò)900 ℃，保證設(shè)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(dòng)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(fēng)速下進(jìn)行，一次風(fēng)道、水冷風(fēng)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(nèi)煤氣壓力大于空氣壓力。鍋爐點(diǎn)火過(guò)程中，床料流化時(shí)所需風(fēng)室最低風(fēng)壓（一次風(fēng)壓）約5.5～6 KPa。因此，為防止回火，確保安全，要求點(diǎn)火過(guò)程中控制煤氣壓力大于8 KPa，但是給全廠煤氣管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)造成困難，為解決這一問(wèn)題，在煤氣系統(tǒng)上安裝了一臺(tái)MJG13-860型離心式煤氣鼓風(fēng)機(jī)，最大全壓達(dá)14 KPa，在點(diǎn)火過(guò)程中投入該煤氣加壓風(fēng)機(jī)，確保煤氣壓力高于風(fēng)室壓力，防止回火現(xiàn)象。

燃?xì)夤艿赖牧髁繎?yīng)以滿足燃燒器用量為基礎(chǔ)，煤氣壓力為8 KPa時(shí)，為減少壓降，煤氣母管直徑采用DN250 mm，煤氣流量達(dá)1 600 Nm³/h時(shí)流速為8.9 m/s，在經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)，燃燒器前支管采用DN150 mm，增加煤氣流速，增強(qiáng)預(yù)混和燃燒效果。并安裝前、后快關(guān)閥。在兩個(gè)快關(guān)閥中間裝有排空管道，用于煤氣置換和放散。同時(shí)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?fàn)t煤氣中氫氣含量高、著火快、熱值高的特點(diǎn)，為確保點(diǎn)火安全，在操作過(guò)程采取以下措施：（1）點(diǎn)火前檢查試驗(yàn)熄火保護(hù)裝置、煤氣快關(guān)閥應(yīng)完好。并投入所有保護(hù)裝置。（2）置換煤氣管道進(jìn)行合格。（3）先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)將床料流化，再點(diǎn)燃煤氣。點(diǎn)火操作必須先通風(fēng)、后點(diǎn)明火、再投煤氣的原則。（4）嚴(yán)格控制煤氣壓力應(yīng)高于風(fēng)室壓力2 KPa以上。（5）嚴(yán)格執(zhí)行點(diǎn)火操作程序，先點(diǎn)燃煤氣點(diǎn)火槍，觀察點(diǎn)火槍燃燒穩(wěn)定后，開(kāi)啟燃燒器進(jìn)氣閥，投入主燃燒器。（6）主燃燒器著火后應(yīng)逐漸將一次風(fēng)量提升至流化風(fēng)量，防止點(diǎn)火結(jié)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)閺南虏考訜幔妹簹馊紵a(chǎn)生高溫?zé)煔?，通過(guò)流化床進(jìn)入爐膛內(nèi)與床料混合并加熱床料，熱量利用效率提高。生產(chǎn)實(shí)踐表明，實(shí)際使用狀況良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

（1）點(diǎn)火成功率大幅度提高。應(yīng)用床下點(diǎn)火技術(shù)，實(shí)現(xiàn)先流化、后點(diǎn)火，有效避免流化床結(jié)渣事故。助燃空氣從流化床下部送入爐內(nèi)，熱量從下至上傳遞，點(diǎn)火成功率大幅度提高。

（2）可有效控制升溫速度和啟動(dòng)時(shí)間?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)點(diǎn)煤氣量，有效控制鍋爐啟動(dòng)的升溫升壓速度，使床溫各測(cè)點(diǎn)指示均衡，確保了設(shè)備安全。床下點(diǎn)火能將水冷風(fēng)室的一次風(fēng)溫度提高到800 ℃以上，相比床上點(diǎn)火可減少臨界流化風(fēng)量，鍋爐點(diǎn)火更安全、可靠。

（3）取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。改造后，綜合利用現(xiàn)有富余焦?fàn)t煤氣資源，使用煤氣作為點(diǎn)火燃料，不再需要柴油、木炭、褐煤等燃料。同時(shí)，使鍋爐啟動(dòng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)可控，提高了生產(chǎn)效益。

5  結(jié)語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火裝置設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際選擇合適的點(diǎn)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?fàn)t煤氣進(jìn)行床下點(diǎn)火，既可大幅度提高點(diǎn)火成功率，有效防止流化床結(jié)渣，又可控制鍋爐升溫升壓速度，還可實(shí)現(xiàn)焦化廠焦?fàn)t煤氣綜合利用，降低點(diǎn)火成本，并極大降低了點(diǎn)火操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了操作安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 同濟(jì)大學(xué),重慶大學(xué),哈爾濱工業(yè)大學(xué),北京建筑工程學(xué)院.《燃?xì)馊紵c應(yīng)用》.中國(guó)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