鍋爐甲醇點火系統的設計應用

孫國才，許亮明

鍋爐甲醇點火系統的設計應用

孫國才，許亮明

（河北正元化工工程設計有限公司，河北石家莊 050061）

近年來鍋爐點火系統有所改進，打破了以前只采用柴油來實施鍋爐點火，轉而應用甲醇來替代柴油點火。

甲醇壓縮霧化；甲醇噴槍；點火控制系統

1　項目背景

石家莊柏坡正元化肥有限公司現有2臺150t和1臺75t鍋爐均用0#柴油點火，考慮鍋爐點火原料用公司自產甲醇（粗醇）價格較低可節約成本，且燃燒產生二氧化碳和水可減少大氣污染排放，因此計劃改2臺150t和1臺75t鍋爐0#柴油點火為甲醇點火，同時滄州正元及正元化肥鍋爐點火系統同樣做了改造。

2　0#柴油與甲醇特性對比

1）0#柴油：0#柴油一般作為柴油機的燃料使用，產品安定性能好，不易變質。具有蒸發性能好，著火迅速，有良好的燃燒性，燃燒完全，不易產生積炭。缺點是燃燒會產生大量黑煙，鍋爐起動階段如果不走旁路，柴油的燃燒會對尾部除塵等設備造成傷害。其火災危險性屬于丙類。密度：0.84～0.86g/ cm3；粘度：3.0～8.0；燃點：370℃；熱值：9 600kJ/kg；閃點：55℃；凝點：0℃；水溶性：難溶；價格：5 000元/t。

2）甲醇：甲醇是無色有酒精氣味易揮發的液體，易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。其火災危險性屬于甲類，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸發生化學反應或引起燃燒。在火場中，受熱的容器有爆炸危險。能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引著回燃。燃燒分解為一氧化碳、二氧化碳。缺點是有毒，熱值較低，閃點低，有腐蝕性，所以使用甲醇會帶來甲醇的存貯，霧化壓力調整，熱值較柴油低，處理增加，噴嘴及管路腐蝕等問題。密度：0.79g/ cm3；粘度：0.4～0.8；燃點：385℃；熱值：4 500kJ/kg；閃點：12℃；凝點：-97.8℃；價格：1 560元/t；

3　甲醇點火系統工藝設計

3.1工藝流程

柴油點火工藝流程：

柴油罐——柴油點火泵——柴油點火槍

當鍋爐點火時，柴油由柴油點火泵從柴油罐中抽入直接輸送至柴油點火槍，點火槍引燃鍋爐內的燃料。

甲醇點火工藝流程：

甲醇緩沖罐——甲醇外送泵——空氣霧化甲醇槍+自動點火

當鍋爐點火時，屏蔽泵將粗甲醇由甲醇緩沖罐抽出送至甲醇點火槍，同時壓縮空氣送入甲醇點火槍對甲醇進行壓縮霧化，點火器點火引燃霧化的甲醇，引燃后的甲醇配一次風送入風室——風帽進入燃燒室引燃燃料。

兩者不同的是甲醇需要配套壓縮空氣將液體甲醇霧化為甲醇小顆粒，然后點火，而柴油直接為液體點火。

3.2工藝設備及管道的選用

甲醇加壓系統：新上20m3的甲醇緩沖罐，在甲醇罐出口設置2臺甲醇屏蔽泵（一用一備），同時為了調節管道壓力，設置甲醇回路壓力調節閥，以保證甲醇槍壓力在0.4～0.6MPa。

甲醇管道輸送系統：由于醇熱值低，為滿足鍋爐正常點火啟動的需要，需增大其出力。由于醇不宜凝結，環境溫度對其粘度影響小，故采用主管路單獨母管至鍋爐房，不設計循環回路，母管壓力在泵出口設調壓回路，考慮2 臺爐同時使用，母管采用DN50 的碳鋼管道，對于分管路采用DN40和 DN25的不銹鋼管道，母管壓力設定在0.5～1.0MPa 可調。支路設氣動調節閥、手動控制閥控制甲醇輸送量；管路前端設過濾器防止堵塞管路；支管路設流量計、壓力表；在燃燒入口前加裝止逆閥防回火；設置甲醇霧化閥；甲醇槍噴口處配套穩燃器，后端配吹掃助燃風（一次風）。所有受控閥門采用氣動快關球閥，帶反饋信號，接入氣源和控制線就可以動作，安裝簡單方便。

甲醇噴槍：將原油槍噴槍更換為采用壓縮空氣霧化方式的甲醇噴槍，一方面壓縮空氣霧化方式霧化效果好，燃燒充分，可以減少燃料的消耗。另外該霧化方式調節范圍大且方便，霧化角為70°～110°，霧化顆粒小于等于80μm，噴頭不宜堵塞，可以大大減少甲醇槍的維護，避免泄漏揮發。150t鍋爐甲醇噴槍（單槍）能力設計為1 200kg/h。如圖1所示：

圖1　甲醇噴槍

推進裝置：該機構可以在鍋爐安全保護系統的指令下進行工作，以一定速度將點火槍送入爐膛或退出爐膛，可保證點火槍不被燒壞，該結構具有性能優越，結構合理緊湊，運動靈活、工作平穩可靠，易于實現自控操作等優點。如圖2所示：

圖2　推進裝置

高能點火裝置（點火器）：包括高能點火器控制箱、高壓點火電纜、高能點火槍組成。高能點火裝置具有火花能量大、使用壽命長、高能電嘴的自凈能力強，抗污染、抗結焦、抗水等，點火可靠性高。如圖3所示：

圖3　點火器

火焰檢測系統：

火焰檢測系統采用新一代智能火檢，由光導管型火檢探頭、智能火檢處理箱和冷卻風管等組成，結構簡單、操作方便，性能可靠，可長期連續檢測各種燃氣、燃油，是鍋爐安全監控系統不可缺少的檢測設備。

點火控制系統：更換就地點火控制柜并增加DCS遠程控制點，如增加點火槍控制指令、甲醇閥控制指令、霧化閥控制指令、吹掃閥控制指令、點火器控制指令等。

3.3安全注意事項

甲醇支管進甲醇噴槍前設置止逆閥，防止甲醇回火。

考慮點火完成后，甲醇儲罐和甲醇外送管道的安全性，可用壓縮空氣吹盡管道內殘留甲醇（至鍋爐燃燒），再拆除甲醇管道兩端法蘭連接處加盲板隔斷鍋爐與甲醇儲罐的連接。

4　改造前后運行情況比較

改造前150t鍋爐一次點火需消耗柴油4.5t，點火時長8h。點火時黑煙冒出，且當時油價較高，一次點火費用居高不下，嚴重浪費資源。

改造后甲醇點火運行情況：

柏坡正元于2015年11月5日150t鍋爐一次點火成功，下午16：30先西側點火槍一次點燃成功，下午17：00東側點火槍一次點燃成功。晚上9：00爐床溫度升至550℃后，鍋爐開始投煤，甲醇點火系統關閉。本次甲醇點火共使用甲醇12m3（按甲醇密度0.8t/m3計算消耗甲醇9.6t）。停用后用脫鹽水置換甲醇管路，保證了停用后點火系統的安全。

通過甲醇點火和柴油點火的對比（見表1），發現本次甲醇點火用90%粗甲醇9.6t，成本約1 560元/t，費用約1.497 6萬元，以往采用柴油點火用0#柴油4.5t，均價5 000元/t，費用約2.25萬元，一次點火節約成本7 524元左右。同時點火時鍋爐無黑煙冒出，降低了燃料燃燒排放的煙氣對布袋的污染。

表1　成本比較（按照1臺150t鍋爐一次點火成本）

從表1可以看出，甲醇較柴油節省22 500-14 976=7 524元。

5　結論

本項目共投資23.4萬元，投資不高，此項目適合于化肥企業聯產甲醇項目，可利用自身產的甲醇，成本更低，且此系統的安全和消防可依托原有安全和消防系統，不必增加額外投資。

依據此甲醇點火裝置運行結果表明此裝置安全可靠環保，使用經濟，為改造鍋爐點火系統的化工廠提供了技術保障。

Design and Application of Methanol Ignition System for Boiler

Sun Guo-cai，Xu Liang-ming

In recent years，the boiler ignition system has been improved，breaking the previous use of diesel oil to the implementation of the boiler ignition，instead of using methanol to replace diesel ignition.

methanol compression atomization；methanol spray gun；ignition control system

TM611

A

1003-6490（2016）06-0009-02