循環流化床鍋爐無煙節油啟動技術研究

徐　源，高　超，王路偉，李英勤，李　雷

(中電投山西鋁業有限公司，山西 忻州 034100)

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循環流化床鍋爐無煙節油啟動技術研究

徐源，高超，王路偉，李英勤，李雷

(中電投山西鋁業有限公司，山西 忻州 034100)

摘要：受啟動燃燒器設計和運行操作方式影響，大量循環流化床鍋爐存在啟動時間長、油耗高和煙囪黑煙嚴重等問題。文中比較了常見的點火啟動方式，分析了點火過程的主要影響參數。通過無煙節油啟動改造，鍋爐啟動油耗由7~8t/次降低至4~5t/次，啟動過程煙囪無黑煙冒出且床溫更易于控制。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；啟動；無煙；研究

0引言

循環流化床(Circulating Fluidized Bed，CFB)鍋爐啟動時需要將爐膛內的床料加熱到投煤溫度，根據鍋爐參數的不同需要加熱的床料量在幾噸到幾十噸之間。循環流化床鍋爐啟動屬于非穩態運行過程，該過程涉及鍋爐本體點火、升溫升壓及帶負荷運行，還涉及到一系列輔機及輔助系統的投用，如何實現安全、經濟、快速的啟動是循環流化床鍋爐的一項重要技術。

受啟動燃燒器設計和運行操作方式影響，大量循環流化床鍋爐啟動期間存在時間長、油耗高和黑煙嚴重等問題，采用無煙節油啟動技術對于提高循環流化床鍋爐運行經濟性和環保性具有重要意義。

1常見點火啟動方式比較

常見點火啟動方式包括床上點火、床下點火和聯合點火。床上點火采用床上啟動燃燒器加熱床料，床上啟動燃燒器由床上油槍、伸縮機構、火焰監測器、燃燒配風裝置組成。床上啟動燃燒器一般布置于爐膛水冷壁上距布風板2~3 m處、向下傾斜。床上點火方式的主要優點是系統簡單設備少、初投資少。但其熱煙氣的利用率不高，加熱不均，特別是油槍霧化不好時易造成床料結焦。

圖1　床上啟動燃燒器結構圖

床下點火采用風道燃燒器生成的熱煙氣加熱床料，風道燃燒器位于冷一次風道至床下水冷風室之間，主要由油槍、高能點火器、火焰監測器、燃燒配風裝置、燃燒室和溫控室等組成。床下點火方式熱煙氣利用率高，加熱啟動床料的效果更好，加熱速率也更快，鍋爐點火油耗低，加熱均勻，升溫穩定。與床上點火相比，床下點火的熱利用率大幅提高，但設備龐大，初投資高。

圖2　床下啟動燃燒器結構圖

1-床上啟動燃燒器；2-床槍；3-布風板；4-水冷一次風箱；5-風道燃燒器圖3　啟動燃燒器布置示意圖

聯合點火是將床上點火和床下點火聯合使用，發揮它們各自的優點，彌補對方的不足。啟動過程中先投入風道燃燒器使床溫可升至400~500 ℃，再使用床上啟動燃燒器將床溫均勻升至投煤溫度。聯合點火方式與單獨使用前兩種方式相比，既降低了風道燃燒器熱功率以減少燒壞預燃室耐火層和非金屬膨脹節的風險，又減少了床上啟動燃燒器的數量，避免了加熱不均或油霧化質量不好引起的床料結焦。

2點火過程的主要影響參數

2.1臨界流化風量

循環流化床鍋爐啟動過程中應在保證物料流化狀態的基礎上減少進入風室的風量，因為過多的風會將熱煙氣的熱量帶走。保證物料處于臨界流化狀態下點火對節約燃油十分必要。流化良好的循環流化床鍋爐點火啟動期間的控制流化風量宜等于或略小于臨界流化風量，臨界流化風量可通過啟動前的冷態試驗測得。

2.2床料特性

床料是循環流化床鍋爐主要的蓄熱體和載熱體，床料粒徑對啟動過程有影響。試驗發現床料床料粒度宜在8 mm以下，且比重不宜過大，床料中顆粒過細或過粗均不利于啟動。大顆粒過多，所需的流化風量大；小顆粒過多啟動過程中，床料可能會被大量帶走，床層減薄后會影響煤的正常燃燒。料層厚度不影響臨界流化風量但會影響啟動時間，習慣上啟動前的床料厚度高于實際運行值，以期同啟動中消耗的床料相抵。但是床料過多后吸熱量大，油槍加熱床料時床溫上升緩慢，投煤時煤量也相應增大，這會浪費部分燃料并延長啟動時間。

2.3投煤溫度

煤粒的著火溫度主要與干燥無灰基揮發分的大小有關，當然也會受煤的灰分、粒度、爐膛結構等其他因素的影響。投煤過早，加入的煤不但不能燃燒，還要冷卻爐膛溫度，爐膛內燃料積累過多，一旦達到著火溫度將引起燃料爆燃，溫度難以控制致使爐膛底部結焦；而投煤過晚，將增加點火時間和點火燃料的消耗量。應根據實際燃煤情況確定允許投煤床溫，當燃煤揮發份偏高時，可適當降低允許投煤溫度；燃煤揮發份偏低時，可適當提高允許投煤溫度。床溫低于允許投煤床溫不應向爐內投煤。根據熱功率1MW循環流化床燃燒試驗臺的試驗結果，圖4給出了確定的點火投煤床溫與燃料的干燥無灰基揮發分的關系曲線，由于該數據是基于國內20多個煤種的試燒測試值，能夠較為準確的反應實際情況。

圖4　點火投煤床溫與干燥無灰基揮發分的關系曲線

2.4返料器使用

返料器投入運行的時間和方式對啟動過程有直接影響。推薦采用間接啟動，即鍋爐啟動時，返料器不投入運行；當主燃料投入后，床溫升到運行溫度時，間斷投入返料器，直到其連續投入。這樣在主燃料投入時，爐膛內既保持了合適床料高度，避免因床料不足引起的點火困難；避免了因補充床料需要中斷點火過程和加床料的漫長過程，也可以避免因返料系統啟動晚，冷料返回引起的對床溫的沖擊，能夠實現機組的平穩啟動。

2.5油槍特性

油槍燃燒特性，特別是燃燒效率對啟動油耗也有影響。采用蒸汽霧化油槍或內回油機械霧化油槍通常燃燒效率較低，啟動過程中無法投用除塵器，煙囪會有可見的黑煙。此外傳統油槍為了提高風道燃燒器的安全運行特性，對風道燃燒器出力、最低霧化壓力和燃油配風有嚴格要求，運行期間必須遵守。此外燃油壓力應嚴格控制在油槍最低霧化壓力之上，防止積碳燃損燃燒器。

2.6耐火耐磨材料特性

循環流化床鍋爐爐內物料濃度高，因此在爐膛、分離器、返料系統等多個部位使用耐火耐磨材料作為防磨保護層。耐火耐磨材料導熱性能差，膨脹系數與金屬受熱面存在較大差異，升溫速度過快產生爐襯內部熱應力，更易使爐襯開裂、脫落最后整體損壞，必須對升溫速度進行控制。

3無煙節油啟動技術實踐效果

某電廠采用濟南鍋爐廠生產的240 t/h CFB鍋爐，采用床下點火方式，床下風道燃燒器所用油槍為老式機械霧化式油槍，由于燃燒效率低，油槍額定出力為1.5 t/h，床溫升溫速度極慢，每次鍋爐啟動時間約8 h，啟動油耗約為7~8 t。此外燃油燃燒不完全，啟動過程中全程煙囪排黑煙、不環保。針對該廠無煙節油啟動技術的核心包括兩方面：一是微流化啟動控制技術；二是節油油槍技術。

3.1微流化啟動控制技術

微流化點火的前提條件之一就是要維持點火過程中床料處于全流化狀態，以保證整個料層的快速均勻加熱，根據試驗本項目將鍋爐點火風速為臨界流化風速1.2倍。床料量的多少在一定程度上決定了循環流化床鍋爐的熱慣性，經過多次試驗決定將電廠每次啟動前的靜止料層厚度控制在800 mm，該厚度即能夠防止床料因可能出現的啟動時間延長而被吹空，又可保證機組運行正常后鍋爐能通過床料的置換和蓄養在盡量短的時間內帶滿負荷。

由于燃煤的著火溫度與干燥無灰基揮發分大小有關，啟動前在煤場適當添加一些揮發分高的引燃煤以降低入爐煤的著火溫度。粒度方面確保滿足設計要求，杜絕大塊混入。為了使燃料在床面播散均勻，啟動期間優先投用中間部分的給煤機。

投煤時采用“脈動”給煤，初期投煤后密切注意觀察床溫、氧量變化情況，緩慢增加給煤量，及時調整一、二次風量及二次風門開度，防止燃燒不穩引起床溫、煙溫、汽溫急劇變化，同時監視返料器壓力、溫度，及時調整，防止各受熱面超溫、床面結焦、回料不暢、材料脫落等異常情況。

3.2節油油槍技術

電廠現有床下燃燒器使用的油槍出力偏大，實際點火過程中，出于對點火風道耐火材料和布風板及風帽安全的考慮，要求水冷風室內溫度小于900 ℃，點火風道煙溫小于950 ℃，但如果采用原設計出力的油槍，存在點火風道冷卻風量不足、增加一次風壓后非金屬膨脹節損壞的風險，根據啟動需要對床下油槍出力和霧化方式進行調整。

改造將舊油槍更換為壓縮空氣霧化油槍，新油槍設計出力600 kg/h，壓縮空氣壓力0.6 MPa、耗量3 m3/min。新油槍設有進油、回油功能，為滿足自動點火系統的技術要求，配置專用壓縮空氣電動控制管路，同時，配有氣路旁路手動閥和空氣壓力指示表。改造后的真實火焰特征如圖5所示，可以看出火焰非常明亮，啟動時煙囪無黑煙冒出，每次啟動油耗降低至4~5 t。

圖5　改造后油槍出口火焰色溫

4結束語

(1)啟動燃燒器設計和運行操作方式對循環流化床鍋爐啟動過程有較大影響。

(2)臨界流化風量、床料特性、投煤溫度、返料器使用、油槍特性和耐火耐磨材料特性是點火過程的主要影響參數。

(3)采用微流化啟動控制技術和節油油槍技術能夠有效降低油耗，實現無煙啟動。

(4)相關研究成果對于改善循環流化床鍋爐啟動運行經濟性和環保性具有重要意義。

參考文獻

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Research on Circulating Fluidized Bed Boiler Antiwear Board and Antiwear Beam

XU Yuan, GAO Chao, WANG Lu-wei, LI Ying-qin, LI Lei

(China Power Investment CorporationShanxi Aluminum Industry Co.,Ltd.,Xinzhou 034100,Shanxi Province, China)

Abstract:Wear is a major problem circulating fluidized bed boiler cannot run long period.In this paper, eight 240t/h circulating fluidized bed boilers have applied antiwear board and antiwear beam technology.The results show excellent running wear protective effect antiwear beam technology, should be the technology of choice for circulating fluidized bed boiler wear governance.

Key words:Circulating fluidized bed boiler;Antiwear board;Antiwear beam;Compare, research

中圖分類號：TK229.4

文獻標志碼：B

文章編號：1009-3230(2016)03-0026-04

作者簡介：徐源，男，主要從事耗能設備改造與管理。

收稿日期：2016-02-27

修訂日期：2016-03-06

doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2016.03.007