流化床鍋爐非水熱風(fēng)室床下熱煙氣流態(tài)化點火方式的開發(fā)

流化床鍋爐非水熱風(fēng)室床下熱煙氣流態(tài)化點火方式的開發(fā)

0鍋爐采暖期運行情況水煤漿是一種新型的煤炭殘渣燃料，是工業(yè)、民用鍋爐、工業(yè)爐等燃料設(shè)備的理想替代品。水煤漿流化-懸浮燃燒鍋爐結(jié)合了水煤漿和循環(huán)流化床兩種潔凈煤技術(shù),在勝利油田水煤漿代油工程中得到了大規(guī)模的推廣應(yīng)用,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。到目前已在10余臺鍋爐經(jīng)過數(shù)個采暖期的穩(wěn)定運行,累計燒漿26萬t,代油12萬t。流化床鍋爐的點火啟動一直是困擾國內(nèi)眾多鍋爐制造廠家和有關(guān)科研院所的棘手問題之一,也是鍋爐運行過程中的薄弱環(huán)節(jié)。保證點火成功與安全的因素很多,除運行人員的經(jīng)驗外,鍋爐本身的設(shè)計水平、點火裝置的布置方式及點火方法等都是重要的影響因素。本文介紹的水煤漿流化-懸浮燃燒鍋爐采用了非水冷風(fēng)室床下熱煙氣流態(tài)化點火技術(shù),該點火裝置系統(tǒng)簡單、體積小、安全可靠、易于操作控制,在實際應(yīng)用過程中點火成功率較高,具有廣闊的應(yīng)用前景。1流化床鍋爐點火流化床鍋爐的點火是指通過某種方式將底料由冷態(tài)加熱升溫至投入燃料著火所需要的最低溫度,直至最終投入燃料進(jìn)入正常運行。流化床鍋爐點火的時間長短以及能否及時點火啟動,對流化床鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益與安全運行有直接的影響。流化床鍋爐,特別是中小型流化床鍋爐的點火方式,按點火熱源來分一般為三種,即:床上靜態(tài)點火方式,床上流態(tài)化點火方式和床下流態(tài)化點火方式。1.1引火煙煤點火,將火炬打造成床料色或熱床上靜態(tài)點火方式是我國小容量工業(yè)流化床鍋爐普遍采用的點火方式,它是從固定床過渡到流化床的點火方式。該點火方式以紅炭火引燃并逐漸給煤、送風(fēng),因此操作簡單,不需要專門設(shè)備,但存在如下缺陷:(1)點火困難,成功率低。由于引火煙煤播撒不均勻,使局部溫度相差很大;同時,送風(fēng)過程中風(fēng)量不易控制,因此,容易結(jié)焦、爆燃或床料淹沒火炭而導(dǎo)致熄火,點火成功率很低。(2)工人操作勞動強(qiáng)度大,工作環(huán)境惡劣。整個點火過程要用人工不斷的投入引火煙煤,并用肉眼仔細(xì)觀察床料的加熱情況及火色變化,若發(fā)現(xiàn)局部超溫結(jié)焦需及時把結(jié)焦部分清出。(3)點火時間長。一般預(yù)熱約需要1～2h,悶紅火炭需要2～3h,從風(fēng)機(jī)啟動到正常給煤約需30～60min,整個點火過程長達(dá)5h左右。1.2流態(tài)化點火的特點床上流態(tài)化點火方式是先使料層處于流化狀態(tài),然后點燃油燃燒器,火焰從床料上方適當(dāng)?shù)奈恢脟娙肓蠈?使其逐漸升溫。床上流態(tài)化點火方式設(shè)備簡單,操作方便,但其缺點也較明顯:(1)點火時間長、燃油消耗量大。床上流態(tài)化點火要求點火油槍的流量較大,而且噴霧火焰需要足夠的射程和剛度,以使火焰能夠穿透料層,并覆蓋2/3以上的點火床面。試驗表明,點火過程中,流化氣體所帶走的熱量約占油槍放熱的3/5,床內(nèi)受熱面吸熱約占1/5,而加熱底料的熱量不足1/5,效率較低。(2)點火風(fēng)量控制要求高。若點火時風(fēng)量過大,油槍火焰被氣流帶走的熱量就大,傳給底料的熱量隨之減少,并且底料中的小顆粒引火煙煤也容易被吹跑,對點火不利;反之若點火風(fēng)量過小,底料流化不好,出現(xiàn)分層流化現(xiàn)象,又容易造成料層表面超溫結(jié)渣,料層流化進(jìn)一步惡化,更不易點火。1.3熱煙氣發(fā)生器床下流態(tài)化點火方式是通過布置在風(fēng)室或風(fēng)道上的熱煙氣發(fā)生器產(chǎn)生的高溫?zé)煔?經(jīng)布風(fēng)板送入料層,對其進(jìn)行加熱。床下流態(tài)化點火方式相對于前兩種點火方式有以下優(yōu)點:(1)燃料消耗少、啟動時間短。熱煙氣發(fā)生器通過整個料層高度加熱底料,對料層加熱均勻,被氣流帶走的熱量相對較少,大大降低了熱量的無效損耗,加熱效率較高,據(jù)粗略測算:床下流態(tài)化點火比床上流態(tài)化點火方式節(jié)油60%左右。(2)設(shè)備簡單、操作方便。產(chǎn)生高溫?zé)煔獾臒釤煔獍l(fā)生器操作簡單,調(diào)節(jié)特性好,易于實現(xiàn)點火自動化。整個點火過程對風(fēng)量控制的要求不高,只需使?fàn)t內(nèi)料層達(dá)到臨界流化狀態(tài)便可點火;而且對料層溫度的控制力較強(qiáng),不易產(chǎn)生超溫結(jié)渣現(xiàn)象。這種點火方式安全可靠,點火成功率較高。然而,熱煙氣點火對熱風(fēng)道和點火裝置本身的材料性能提出了更高的要求,使之能承受點火時的高溫和局部熱應(yīng)力。2床下流態(tài)化點火技術(shù)水煤漿流化-懸浮高效潔凈燃燒所采用的床料一般是石英砂(或摻入少量石灰石),床料本身不參與燃燒放熱。鑒于上述三種點火方式和該燃燒技術(shù)所用床料的特點,設(shè)計中選用了非水冷風(fēng)室床下熱煙氣流態(tài)化點火技術(shù)。與之相適應(yīng),鍋爐布風(fēng)板及風(fēng)帽采用耐熱鋼,床下風(fēng)室內(nèi)襯耐火材料。床下流態(tài)化點火裝置包括供油系統(tǒng)和熱煙氣發(fā)生器兩部份。其中,供油系統(tǒng)由儲油罐、油過濾器、油泵、管道、閥門、壓力表等組成;熱煙氣發(fā)生器由熱煙氣發(fā)生器本體和點火油槍組成。熱煙氣發(fā)生器安裝示意圖見圖1。發(fā)生器上帶有用于調(diào)節(jié)燃燒的一、二次風(fēng)門,如圖2所示。熱煙氣出口斜向進(jìn)入爐下均壓風(fēng)箱,與主風(fēng)道冷風(fēng)進(jìn)行混合、降溫,以避免高溫?zé)煔?燃油理論燃燒溫度可達(dá)2000℃以上)直接進(jìn)入均壓風(fēng)箱使布風(fēng)板受熱變形,產(chǎn)生撓曲。3床下流態(tài)化點的火安裝的運行特性3.1熱煙氣發(fā)生器的測試方法(1)檢查熱煙氣發(fā)生器內(nèi)部是否暢通,應(yīng)無異物填塞,一、二次風(fēng)門及主風(fēng)門開關(guān)自如;(2)對點火油槍進(jìn)行標(biāo)定,記錄油槍額定出力下的油壓及最小霧化油壓;(3)對熱煙氣發(fā)生器在不同風(fēng)量下的阻力進(jìn)行測定并記錄;(4)各種表計安裝調(diào)試完畢,特別是安裝在主風(fēng)道擋板門兩側(cè)的壓差表一定要可靠,以便判斷點火旁路風(fēng)道的風(fēng)量大小。3.2過濾器+油槍下面以簡易的手動點火為例,描述其點火過程。(1)關(guān)閉主風(fēng)道擋板門,啟動引風(fēng)機(jī),調(diào)整爐膛壓力為-30～-50Pa;(2)啟動點火油泵,通過調(diào)整油泵出口再循環(huán),保持油壓略高于油槍的最小霧化壓力;(3)打開熱煙氣發(fā)生器一次風(fēng)門和二次風(fēng)門,推進(jìn)油槍并固定好。打開煙氣發(fā)生器點火孔,點燃火把后放進(jìn)點火孔內(nèi),開啟油槍進(jìn)油門,著火后關(guān)閉煙氣發(fā)生器點火孔;(4)確認(rèn)著火后,迅速啟動送風(fēng)機(jī),增加送、引風(fēng)機(jī)出力,使?fàn)t內(nèi)料層達(dá)到臨界流化狀態(tài)。視情況調(diào)節(jié)主風(fēng)道擋板門的開度,維持點火旁路風(fēng)道壓差在1500～3000Pa之間,保證燃油的正常燃燒。同時,注意觀察風(fēng)箱和料層的升溫情況,逐漸調(diào)整油槍出力。如果風(fēng)箱的溫升較快或接近最高警戒溫度應(yīng)適當(dāng)?shù)臏p小供油壓力,或者增加主風(fēng)箱擋板門的開度,但要維持點火旁路風(fēng)道的壓差在1500～3000Pa之間。如果主風(fēng)箱的溫升在允許范圍之內(nèi)并且料層的溫升較慢,也可加大供油壓力,或者關(guān)小主風(fēng)箱擋板門。調(diào)整好后風(fēng)箱壓力保持在冷態(tài)時臨界流化狀態(tài)時的風(fēng)箱壓力,并繼續(xù)加熱直到料層溫度達(dá)到需要的溫度。(5)適時調(diào)整油壓及送風(fēng)量,保持風(fēng)箱溫度在合理范圍內(nèi),一般不超過600℃。(6)當(dāng)料層溫度升至350～400℃時,可開啟供漿泵,緩慢增加供漿泵轉(zhuǎn)速,對爐內(nèi)連續(xù)少量供漿。隨著料層溫度的不斷上升,看到的火星也越來越多且越來越連貫時,可適當(dāng)加快投漿速度。當(dāng)料層溫度達(dá)到650～700℃時,可逐漸減少供油量。(7)當(dāng)料層溫度達(dá)到800℃左右時,床下風(fēng)箱溫度小于250℃時,可停止油槍運行,并視情況調(diào)整供漿流量。油槍停止運行后的一段時間內(nèi),熱煙氣發(fā)生器內(nèi)要保持一定的通風(fēng)量,以防止啟動用油殘留在熱煙氣發(fā)生器內(nèi)導(dǎo)致不完全燃燒,發(fā)生爆燃現(xiàn)象。至此,完成整個點火過程。待爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定后,可根據(jù)所需負(fù)荷情況,補(bǔ)充石英砂,控制料層厚度。4在燃燒過程中應(yīng)注意的問題點火過程中的注意事項主要涉及熱煙氣發(fā)生器、風(fēng)箱、鍋爐布風(fēng)板及風(fēng)帽的安全等問題。4.1熱煙氣發(fā)生器的燃燒溫度床下流態(tài)化點火方式在點火初期的熱量全部由布風(fēng)板進(jìn)入爐內(nèi)料層,均壓風(fēng)箱內(nèi)熱煙氣由煙氣發(fā)生器出口高溫?zé)煔夂椭黠L(fēng)道冷風(fēng)混合而成,如不對風(fēng)箱內(nèi)熱煙氣溫度加以控制,在多次啟動后,布風(fēng)板會因煙溫過高產(chǎn)生嚴(yán)重的熱變形,使?fàn)t內(nèi)區(qū)域流化不均勻,產(chǎn)生死區(qū),更嚴(yán)重時可使布風(fēng)板整體燒損、報廢。同時,若控制不當(dāng),也可能將熱煙氣發(fā)生器燒損。因此,必須調(diào)節(jié)油槍流量及合理分配各區(qū)域風(fēng)量來保證點火安全。在熱煙氣發(fā)生器內(nèi)理論燃燒溫度取決于燃料油的發(fā)熱量和過剩空氣系數(shù)。表1給出了在設(shè)計燃料油情況下采用不同過?？諝庀禂?shù)時的理論燃燒溫度?？梢?在保持送入的空氣量不變時,隨著燃油量的增加,過?？諝庀禂?shù)相應(yīng)降低,煙氣發(fā)生器出口溫度持續(xù)上升;當(dāng)保持燃油量不變,空氣量增加時,過?？諝庀禂?shù)相應(yīng)升高,煙氣發(fā)生器出口溫度將持續(xù)降低。為保證安全,過?？諝庀禂?shù)一般控制在2.5～3.5之間。4.1.1調(diào)整點火的出力熱煙氣發(fā)生器內(nèi)的點火油槍在初次使用前應(yīng)對其進(jìn)行詳細(xì)的標(biāo)定,記錄油槍的起始霧化油壓、額定出力下的油壓及不同油壓下的油槍出力,以便在點火過程中根據(jù)爐內(nèi)情況對油槍出力及時進(jìn)行調(diào)整。點火初期用油量應(yīng)逐漸加大,以防止布風(fēng)板及風(fēng)帽受熱過快,影響其使用壽命;點火中期,要適當(dāng)?shù)目刂茰厣俣?不能為縮短點火啟動時間盲目加大點火用油量,使?fàn)t內(nèi)熱煙氣溫度超過布風(fēng)板制造材料的熱變形溫度,產(chǎn)生熱變形。也不要使油槍出力過低,使啟動時間變長,浪費燃油。4.1.2點火旁路風(fēng)道壓壓大,以低負(fù)荷如圖1所示,熱煙氣發(fā)生器出口的高溫?zé)煔膺M(jìn)入布風(fēng)板前,先與主風(fēng)道內(nèi)的冷空氣進(jìn)行混合、降溫,然后進(jìn)入鍋爐布風(fēng)板。因此,風(fēng)量調(diào)整分為幾個層次:熱煙氣發(fā)生器本身一次風(fēng)的調(diào)節(jié)應(yīng)滿足燃料油燃燒的要求,根據(jù)現(xiàn)場試驗情況,一次風(fēng)量保持在過剩空氣系數(shù)為1.1～1.3較為合理,這時,火焰長度短,燃燒快,燃盡率高,又便于后期降溫;二次風(fēng)的主要作用是快速降低火焰溫度,配入的風(fēng)量可使發(fā)生器出口的過?？諝庀禂?shù)在2.5～3.5之間,使出口溫度低于1050℃,以便保持發(fā)生器內(nèi)耐火材料的強(qiáng)度;為達(dá)到上述調(diào)節(jié)目的,除調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)門開度外,還應(yīng)維持點火旁路風(fēng)道壓差在合理范圍內(nèi)。送風(fēng)機(jī)壓頭及主風(fēng)道風(fēng)門的調(diào)節(jié)應(yīng)同時滿足3個要求,即保證床料在所期望的流化狀態(tài),發(fā)生器出口高溫?zé)煔馀c主風(fēng)道內(nèi)的冷空氣混合良好、溫度適宜,維持點火旁路風(fēng)道壓差合理。4.2調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)改造在鍋爐房改造設(shè)計中,與鍋爐相配套的供漿系統(tǒng)采用了先進(jìn)的變頻器控制技術(shù)。通過調(diào)節(jié)變頻器,供漿泵可以非常理想的控制鍋爐燃燒用漿量的大小,可在點火過程中對鍋爐實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、小流量供漿,這對點火過程中盡早投漿及對爐內(nèi)溫度的有效控制都提供了良好的外部條件,可明顯縮短啟動時間,達(dá)到快速啟動的要求。4.3煙氣溫度檢測均壓風(fēng)箱內(nèi)部煙溫的監(jiān)測是對實現(xiàn)點火進(jìn)程的控制及保護(hù)風(fēng)箱和布風(fēng)板安全的重要前提。因此,設(shè)計中均壓風(fēng)箱內(nèi)裝設(shè)了多個溫度測點,用于測量不同區(qū)域的煙氣溫度,保證各個測點處溫度均不超過報警溫度。同時,風(fēng)箱上還設(shè)有觀察孔,用于重點觀測煙氣發(fā)生器出口的