流化床锅炉非水热风室床下热烟气流态化点火方式的开发

流化床锅炉非水热风室床下热烟气流态化点火方式的开发

0锅炉采暖期运行情况水煤浆是一种新型的煤炭残渣燃料，是工业、民用锅炉、工业炉等燃料设备的理想替代品。水煤浆流化-悬浮燃烧锅炉结合了水煤浆和循环流化床两种洁净煤技术,在胜利油田水煤浆代油工程中得到了大规模的推广应用,并取得了良好的经济及社会效益。到目前已在10余台锅炉经过数个采暖期的稳定运行,累计烧浆26万t,代油12万t。流化床锅炉的点火启动一直是困扰国内众多锅炉制造厂家和有关科研院所的棘手问题之一,也是锅炉运行过程中的薄弱环节。保证点火成功与安全的因素很多,除运行人员的经验外,锅炉本身的设计水平、点火装置的布置方式及点火方法等都是重要的影响因素。本文介绍的水煤浆流化-悬浮燃烧锅炉采用了非水冷风室床下热烟气流态化点火技术,该点火装置系统简单、体积小、安全可靠、易于操作控制,在实际应用过程中点火成功率较高,具有广阔的应用前景。1流化床锅炉点火流化床锅炉的点火是指通过某种方式将底料由冷态加热升温至投入燃料着火所需要的最低温度,直至最终投入燃料进入正常运行。流化床锅炉点火的时间长短以及能否及时点火启动,对流化床锅炉的经济效益与安全运行有直接的影响。流化床锅炉,特别是中小型流化床锅炉的点火方式,按点火热源来分一般为三种,即:床上静态点火方式,床上流态化点火方式和床下流态化点火方式。1.1引火烟煤点火,将火炬打造成床料色或热床上静态点火方式是我国小容量工业流化床锅炉普遍采用的点火方式,它是从固定床过渡到流化床的点火方式。该点火方式以红炭火引燃并逐渐给煤、送风,因此操作简单,不需要专门设备,但存在如下缺陷:(1)点火困难,成功率低。由于引火烟煤播撒不均匀,使局部温度相差很大;同时,送风过程中风量不易控制,因此,容易结焦、爆燃或床料淹没火炭而导致熄火,点火成功率很低。(2)工人操作劳动强度大,工作环境恶劣。整个点火过程要用人工不断的投入引火烟煤,并用肉眼仔细观察床料的加热情况及火色变化,若发现局部超温结焦需及时把结焦部分清出。(3)点火时间长。一般预热约需要1～2h,闷红火炭需要2～3h,从风机启动到正常给煤约需30～60min,整个点火过程长达5h左右。1.2流态化点火的特点床上流态化点火方式是先使料层处于流化状态,然后点燃油燃烧器,火焰从床料上方适当的位置喷入料层,使其逐渐升温。床上流态化点火方式设备简单,操作方便,但其缺点也较明显:(1)点火时间长、燃油消耗量大。床上流态化点火要求点火油枪的流量较大,而且喷雾火焰需要足够的射程和刚度,以使火焰能够穿透料层,并覆盖2/3以上的点火床面。试验表明,点火过程中,流化气体所带走的热量约占油枪放热的3/5,床内受热面吸热约占1/5,而加热底料的热量不足1/5,效率较低。(2)点火风量控制要求高。若点火时风量过大,油枪火焰被气流带走的热量就大,传给底料的热量随之减少,并且底料中的小颗粒引火烟煤也容易被吹跑,对点火不利;反之若点火风量过小,底料流化不好,出现分层流化现象,又容易造成料层表面超温结渣,料层流化进一步恶化,更不易点火。1.3热烟气发生器床下流态化点火方式是通过布置在风室或风道上的热烟气发生器产生的高温烟气,经布风板送入料层,对其进行加热。床下流态化点火方式相对于前两种点火方式有以下优点:(1)燃料消耗少、启动时间短。热烟气发生器通过整个料层高度加热底料,对料层加热均匀,被气流带走的热量相对较少,大大降低了热量的无效损耗,加热效率较高,据粗略测算:床下流态化点火比床上流态化点火方式节油60%左右。(2)设备简单、操作方便。产生高温烟气的热烟气发生器操作简单,调节特性好,易于实现点火自动化。整个点火过程对风量控制的要求不高,只需使炉内料层达到临界流化状态便可点火;而且对料层温度的控制力较强,不易产生超温结渣现象。这种点火方式安全可靠,点火成功率较高。然而,热烟气点火对热风道和点火装置本身的材料性能提出了更高的要求,使之能承受点火时的高温和局部热应力。2床下流态化点火技术水煤浆流化-悬浮高效洁净燃烧所采用的床料一般是石英砂(或掺入少量石灰石),床料本身不参与燃烧放热。鉴于上述三种点火方式和该燃烧技术所用床料的特点,设计中选用了非水冷风室床下热烟气流态化点火技术。与之相适应,锅炉布风板及风帽采用耐热钢,床下风室内衬耐火材料。床下流态化点火装置包括供油系统和热烟气发生器两部份。其中,供油系统由储油罐、油过滤器、油泵、管道、阀门、压力表等组成;热烟气发生器由热烟气发生器本体和点火油枪组成。热烟气发生器安装示意图见图1。发生器上带有用于调节燃烧的一、二次风门,如图2所示。热烟气出口斜向进入炉下均压风箱,与主风道冷风进行混合、降温,以避免高温烟气(燃油理论燃烧温度可达2000℃以上)直接进入均压风箱使布风板受热变形,产生挠曲。3床下流态化点的火安装的运行特性3.1热烟气发生器的测试方法(1)检查热烟气发生器内部是否畅通,应无异物填塞,一、二次风门及主风门开关自如;(2)对点火油枪进行标定,记录油枪额定出力下的油压及最小雾化油压;(3)对热烟气发生器在不同风量下的阻力进行测定并记录;(4)各种表计安装调试完毕,特别是安装在主风道挡板门两侧的压差表一定要可靠,以便判断点火旁路风道的风量大小。3.2过滤器+油枪下面以简易的手动点火为例,描述其点火过程。(1)关闭主风道挡板门,启动引风机,调整炉膛压力为-30～-50Pa;(2)启动点火油泵,通过调整油泵出口再循环,保持油压略高于油枪的最小雾化压力;(3)打开热烟气发生器一次风门和二次风门,推进油枪并固定好。打开烟气发生器点火孔,点燃火把后放进点火孔内,开启油枪进油门,着火后关闭烟气发生器点火孔;(4)确认着火后,迅速启动送风机,增加送、引风机出力,使炉内料层达到临界流化状态。视情况调节主风道挡板门的开度,维持点火旁路风道压差在1500～3000Pa之间,保证燃油的正常燃烧。同时,注意观察风箱和料层的升温情况,逐渐调整油枪出力。如果风箱的温升较快或接近最高警戒温度应适当的减小供油压力,或者增加主风箱挡板门的开度,但要维持点火旁路风道的压差在1500～3000Pa之间。如果主风箱的温升在允许范围之内并且料层的温升较慢,也可加大供油压力,或者关小主风箱挡板门。调整好后风箱压力保持在冷态时临界流化状态时的风箱压力,并继续加热直到料层温度达到需要的温度。(5)适时调整油压及送风量,保持风箱温度在合理范围内,一般不超过600℃。(6)当料层温度升至350～400℃时,可开启供浆泵,缓慢增加供浆泵转速,对炉内连续少量供浆。随着料层温度的不断上升,看到的火星也越来越多且越来越连贯时,可适当加快投浆速度。当料层温度达到650～700℃时,可逐渐减少供油量。(7)当料层温度达到800℃左右时,床下风箱温度小于250℃时,可停止油枪运行,并视情况调整供浆流量。油枪停止运行后的一段时间内,热烟气发生器内要保持一定的通风量,以防止启动用油残留在热烟气发生器内导致不完全燃烧,发生爆燃现象。至此,完成整个点火过程。待炉内燃烧稳定后,可根据所需负荷情况,补充石英砂,控制料层厚度。4在燃烧过程中应注意的问题点火过程中的注意事项主要涉及热烟气发生器、风箱、锅炉布风板及风帽的安全等问题。4.1热烟气发生器的燃烧温度床下流态化点火方式在点火初期的热量全部由布风板进入炉内料层,均压风箱内热烟气由烟气发生器出口高温烟气和主风道冷风混合而成,如不对风箱内热烟气温度加以控制,在多次启动后,布风板会因烟温过高产生严重的热变形,使炉内区域流化不均匀,产生死区,更严重时可使布风板整体烧损、报废。同时,若控制不当,也可能将热烟气发生器烧损。因此,必须调节油枪流量及合理分配各区域风量来保证点火安全。在热烟气发生器内理论燃烧温度取决于燃料油的发热量和过剩空气系数。表1给出了在设计燃料油情况下采用不同过剩空气系数时的理论燃烧温度。可见,在保持送入的空气量不变时,随着燃油量的增加,过剩空气系数相应降低,烟气发生器出口温度持续上升;当保持燃油量不变,空气量增加时,过剩空气系数相应升高,烟气发生器出口温度将持续降低。为保证安全,过剩空气系数一般控制在2.5～3.5之间。4.1.1调整点火的出力热烟气发生器内的点火油枪在初次使用前应对其进行详细的标定,记录油枪的起始雾化油压、额定出力下的油压及不同油压下的油枪出力,以便在点火过程中根据炉内情况对油枪出力及时进行调整。点火初期用油量应逐渐加大,以防止布风板及风帽受热过快,影响其使用寿命;点火中期,要适当的控制温升速度,不能为缩短点火启动时间盲目加大点火用油量,使炉内热烟气温度超过布风板制造材料的热变形温度,产生热变形。也不要使油枪出力过低,使启动时间变长,浪费燃油。4.1.2点火旁路风道压压大,以低负荷如图1所示,热烟气发生器出口的高温烟气进入布风板前,先与主风道内的冷空气进行混合、降温,然后进入锅炉布风板。因此,风量调整分为几个层次:热烟气发生器本身一次风的调节应满足燃料油燃烧的要求,根据现场试验情况,一次风量保持在过剩空气系数为1.1～1.3较为合理,这时,火焰长度短,燃烧快,燃尽率高,又便于后期降温;二次风的主要作用是快速降低火焰温度,配入的风量可使发生器出口的过剩空气系数在2.5～3.5之间,使出口温度低于1050℃,以便保持发生器内耐火材料的强度;为达到上述调节目的,除调节一、二次风门开度外,还应维持点火旁路风道压差在合理范围内。送风机压头及主风道风门的调节应同时满足3个要求,即保证床料在所期望的流化状态,发生器出口高温烟气与主风道内的冷空气混合良好、温度适宜,维持点火旁路风道压差合理。4.2调节发电机改造在锅炉房改造设计中,与锅炉相配套的供浆系统采用了先进的变频器控制技术。通过调节变频器,供浆泵可以非常理想的控制锅炉燃烧用浆量的大小,可在点火过程中对锅炉实现连续、稳定、小流量供浆,这对点火过程中尽早投浆及对炉内温度的有效控制都提供了良好的外部条件,可明显缩短启动时间,达到快速启动的要求。4.3烟气温度检测均压风箱内部烟温的监测是对实现点火进程的控制及保护风箱和布风板安全的重要前提。因此,设计中均压风箱内装设了多个温度测点,用于测量不同区域的烟气温度,保证各个测点处温度均不超过报警温度。同时,风箱上还设有观察孔,用于重点观测烟气发生器出口的