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师焦公司循环流化床锅炉点火方式改造

韩俊  张雷

（师宗煤焦化工有限公司）

摘要  对师宗煤焦化工有限公司40 t/h循环流化床锅炉点火装置进行分析和改造，结合焦化厂生产焦炉煤气的情况，提出改造方案和技术措施，并实施改造，由原设计的床上木炭点火改为床下焦炉煤气点火，解决了点火结渣和床上点火启动难题。

关键词  循环流化床锅炉 木炭点火 煤气点火 燃烧器

1  床上点火存在的问题

师宗煤焦化工有限公司2台40 t/h燃煤循环流化床锅炉，设计采用床上人工点火，燃料采用木炭。点火时，先将木炭点燃后，通过人工将点燃的木炭送入炉内的床料上，点火燃料在流化床上部燃烧，利用木炭燃烧产生热量加热床料。木炭稳定着火后，投入高挥发份褐煤，再启动风机使床料流化。当床温上升达到煤的着火点时，投入燃煤使其连续稳定燃烧，完成点火启动。

流化床锅炉床上人工点火是先点火，后流化，不能实现流态化燃烧。此外，燃料在床料上部，热量从上向下传递，大部份热量被烟气带走，传热效率低，床料横向纵向蓄热不均。当送入一次风后，若风量较大，会造成烟气带走的热量大于点火燃料燃烧产生的热量，导致熄火：若风量较小，则会造成燃料局部燃烧加剧，床层温度超过灰渣灰熔点造成结渣。因此，锅炉自投产以来，两台锅炉点火启动成功率极低，无法保障生产。此外，点火过程的升温速度较快，设备快速膨胀，不利于设备安全，必须进行改进。

2  改造方案和技术措施

针对床上点火存在的问题，结合我公司生产焦炉煤气的情况，决定将锅炉点火方式由床上点火改造为床下点火，点火燃料由木炭改为焦炉煤气。新增煤气燃烧器安装于流化床下部，即从流化床下部加热床料。煤气点燃后，由于煤气易燃，可加大一次风实现流态化燃烧，能均匀传热，防止结渣。且加热煤气量易于控制，便于调节床温，有效克服原点火方法的缺陷。

将点火燃烧设备布置在流化床下的水冷风室入口一次风道中，锅炉点火时，先启动风机使床料流化，再投入点火燃烧设备，用煤气燃烧产生的热烟气加热床料，实现先流化，后点火。点燃后，逐步增加煤气量及风量提高床料温度，当床料温度上升达到煤的着火点时，投入燃煤使其着火即点火成功。

2.1煤气燃烧器改造

根据床下点火原理，流化床锅炉床下点火装置产生的热量，必须满足锅炉点火状态下的热平衡，且焦炉煤气流量在允许间断投煤温度500～600 ℃时达到最大值，投煤后床温逐渐升高至800 ℃方可退出煤气点火燃烧器。根据多次试验确定的最小流化风量约3.6万Nm³/H，所需床料约3.2～3.5 t，计算基础数据如表1。

表1  基础数据计算

计算得出点火所需煤气最大约1 533.39 Nm³/h，则按照1 600 Nm³/h进行点火燃烧系统设计。

图1 焦炉煤气床下点火装置

根据以上工艺要求，设置一台煤气用量为1 600 Nm³/h的全预混式燃烧器，安装在锅炉一次风道的水冷风室进口处，对一次风道增加耐火保护层，在其内壁浇铸100 mm耐火混凝土。水冷风室内壁原设计时已安装了耐火浇铸料，可防止点火过程中一次风道和水冷风室受高温变形、损坏。将空预器出口的一次风通过点火风道送入燃烧器，供给煤气燃烧。将焦炉煤气接入燃烧器，并安装相应的风道、膨胀节、风门、电子点火器、控制装置、弹性支架等配套设备，实现焦炉煤气床下点火(见图1)。

在煤气燃烧器选型时，由于风室空间较小，为防止火焰过长直接冲刷风室的水冷壁管和排渣管，选用全预混式煤气燃烧器。燃料气采用中心进气方式，为了加快煤气与空气混合，分别在燃气通道和空气通道中安装了轴向旋流叶片，使两股气流产生相反方向的旋转，混合更加均匀并能快速燃烧，缩短火焰长度。采用电子点火，并装设观火孔。

2.2燃烧器辅助设备改造

针对煤气易燃易爆的特点，安装了煤气燃烧控制及安全保护装置，包含氮气吹扫装置、火焰监视、点火程序控制、熄火保护程序，以及煤气压力、风压等保护系统。

在系统中分别设置煤气、助燃空气调节阀，使点火升温便于调节且不易灭火，并可通过煤气量和风量调整，有效控制锅炉升温升压速度。煤气稳定燃烧后，根据床温上升速度，调整煤气调节阀及燃烧器风门开度，控制水冷风室烟温不超过900 ℃，保证设备安全。为提高装置安全性，煤气系统的所有控制阀门均采用气动阀。

2.3煤气系统改造

由于流化床锅炉燃烧是在较高流化风速下进行，一次风道、水冷风室、炉膛均为正压工况。为防止煤气燃烧器回火，必须保证燃烧器内煤气压力大于空气压力。锅炉点火过程中，床料流化时所需风室最低风压（一次风压）约5.5～6 KPa。因此，为防止回火，确保安全，要求点火过程中控制煤气压力大于8 KPa，但是给全厂煤气管网压力调节造成困难，为解决这一问题，在煤气系统上安装了一台MJG13-860型离心式煤气鼓风机，最大全压达14 KPa，在点火过程中投入该煤气加压风机，确保煤气压力高于风室压力，防止回火现象。

燃气管道的流量应以满足燃烧器用量为基础，煤气压力为8 KPa时，为减少压降，煤气母管直径采用DN250 mm，煤气流量达1 600 Nm³/h时流速为8.9 m/s，在经济流速范围内，燃烧器前支管采用DN150 mm，增加煤气流速，增强预混和燃烧效果。并安装前、后快关阀。在两个快关阀中间装有排空管道，用于煤气置换和放散。同时考虑到锅炉检修安全，在煤气管道上安装了隔断阀（眼镜阀）。

3  安全操作要求

根据焦炉煤气中氢气含量高、着火快、热值高的特点，为确保点火安全，在操作过程采取以下措施：（1）点火前检查试验熄火保护装置、煤气快关阀应完好。并投入所有保护装置。（2）置换煤气管道进行合格。（3）先启动风机将床料流化，再点燃煤气。点火操作必须先通风、后点明火、再投煤气的原则。（4）严格控制煤气压力应高于风室压力2 KPa以上。（5）严格执行点火操作程序，先点燃煤气点火枪，观察点火枪燃烧稳定后，开启燃烧器进气阀，投入主燃烧器。（6）主燃烧器着火后应逐渐将一次风量提升至流化风量，防止点火结渣。

4  改造后的效果

改造完成后，把从流化床上部加热改变为从下部加热，利用煤气燃烧产生高温烟气，通过流化床进入炉膛内与床料混合并加热床料，热量利用效率提高。生产实践表明，实际使用状况良好，达到了预期效果。

（1）点火成功率大幅度提高。应用床下点火技术，实现先流化、后点火，有效避免流化床结渣事故。助燃空气从流化床下部送入炉内，热量从下至上传递，点火成功率大幅度提高。

（2）可有效控制升温速度和启动时间。可通过调节点煤气量，有效控制锅炉启动的升温升压速度，使床温各测点指示均衡，确保了设备安全。床下点火能将水冷风室的一次风温度提高到800 ℃以上，相比床上点火可减少临界流化风量，锅炉点火更安全、可靠。

（3）取得了良好经济效益。改造后，综合利用现有富余焦炉煤气资源，使用煤气作为点火燃料，不再需要柴油、木炭、褐煤等燃料。同时，使锅炉启动时间实现可控，提高了生产效益。

5  结语

循环流化床锅炉点火装置设计应根据企业实际选择合适的点火方式，焦化厂具有丰富的煤气资源，师焦公司循环流化床锅炉利用焦炉煤气进行床下点火，既可大幅度提高点火成功率，有效防止流化床结渣，又可控制锅炉升温升压速度，还可实现焦化厂焦炉煤气综合利用，降低点火成本，并极大降低了点火操作人员的劳动强度，提高了操作安全性。

参考文献：

[1] 同济大学,重庆大学,哈尔滨工业大学,北京建筑工程学院.《燃气燃烧与应用》.中国建筑工业出版社.2014

[2] 刘柏谦,王立刚.《大型循环流化床锅炉及其化石燃料燃烧》.冶金工业出版社，2009