循環流化床鍋爐點火研究

欄目：燃燒與運行發布時間：2018-08-22

1 循環流化床鍋爐的點火過程

循環流化床燃燒技術作為一項高效低污染的新型燃燒技術，是二十多年來迅速發展起來的燃煤新技術，是對傳統的層狀燃燒（鏈條爐）和懸浮燃燒（煤粉爐）技術的一項重大革新。循環床的點火就是指通過某種方式使床層溫度提高到并保持在投煤運行所需的最低水平以上，從而實現投煤后的正常穩定運行。

目前，循環床鍋爐的點火方式可簡單地歸為如下幾種：微流化點火、流態化點火及循環床點火，分別指點火初期時床層的狀態。點火熱源可以是床上或床層中的油槍、氣槍以及床下預燃裝置產生的熱煙氣。福建紡織化纖集團有限公司2001年4月建成投產的35 t/h循環流化床鍋爐（東方鍋爐廠），配套床下油槍，采用預燃室熱煙氣微流化點火方式。該爐調試運行過程中，共進行了十七次點火，其中兩次失敗，成功率88%，兩次失敗均是由于預燃室超溫過熱造成的，總體而言，對該爐的點火經驗是成功的，下文所有描述均是結合該爐的調試而言。

1.1 料床的升溫過程

1.1.1循環流化床鍋爐的點火過程中，床料總體上呈現三個階級：加熱升溫、快速引燃和向穩定狀態過渡。

1) 底料加熱。用外來燃料作熱源，把底料從室溫加熱到引燃溫度。

2) 底料著火引燃，底料達到一定溫度后，啟動風機引燃底料，用它本身的燃燒放熱進一步使床溫急劇上升。

3) 過渡到正常運行，用風量控制床溫，并適時給煤調整至正常運行參數。

1.1.2 福建紡織化纖集團有限公司東鍋35t/h循環流化床鍋爐某次點火啟動的升溫曲線如圖1所示。從圖中可以看出：

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1) 底料的加熱過程相對較長，升溫熱量來自油槍預熱的床下熱煙氣。

2) 當床料溫度達到煤的著火溫度時，將出現圖中所示的快速引燃段，其標志是床溫在很短時間內的快速爬升，初始爬升速率主要取決于床料中引子煤和原煤的份額、反應活性(熱值)、鼓風量和床內受熱面的布置情況。

3) 而在過渡期內，由于風量、給煤時機和給煤速度的掌握不同，床溫會有不同程度的波動。在成功的點火過程中，床溫最終將穩定在適當水平上，一般情況下均在850~1010℃之間，整個點火過程中的最高溫度取決于床料中未燃燼的引子煤或木炭的份額。床料中所含的熱量較高物質的多少（如引子煤）決定了床料在快速引燃段后期的熱慣性，如果熱慣性過大，很容易造成點火后期由于超溫造成結焦，導致點火失敗。

因此，床料中引燃物的份額應該適當，在保證引燃劣質原煤的前提下，越少越好，以該爐為例（燃用福建紅炭山無煙煤，燃點650℃），床溫到達750~850℃時，以引子煤（一般為煙煤）或木炭應燃盡為宜。在整個加熱階段，床層升溫曲線會出現dT/dτ＞0、d2T/dτ2＜0的工況，這種工況在引燃物著火點處才會改變，此時由于反應放熱急劇增加，會出現二階導數為正值的區段；而當床溫繼續上升時，伴隨風量改變、給煤和撤出油槍的變化。床溫總體上是趨于一個穩定值的。

1.2 底料的配制

底料的粒度及引燃物的比例、靜止料層高度是幾個重要的指標。

1.2.1底料的顆粒要求：通常與對燃煤的要求相同，在8mm以下，但點火時如有條件達到6mm以下則更好。底料中大小顆粒的分配要適當，既要有小顆粒(小于1mm)作為初期的點火源，又要有大顆粒作為后期維持床溫之用的蓄熱源。但大顆粒(大于5mm)的比例一般超過10％時不利于點火，容易出現床內結焦現象。根據對東鍋DG35-3.82/450型鍋爐多次成功點火的經驗，按典型的床料配比時不同粒徑分布對升溫的影響繪制表2。

1.2.2底料的組成：通常采用循環流化床鍋爐的爐渣，并在其中摻入一定量的引燃物(如精煤或木炭)，引燃物的比例一般在10％~20％左右，視其發熱量而定，配好的冷料發熱量一般在3000~5000kj/kg左右，過多時易結焦，過少則不易點燃，容易熄火。

1.2.3底料的高度：一般要求在300~400mm，底料太厚則加熱不均，床料預熱段時間過長，點火時間延長；底料太薄則布風不均，容易造成局部吹空和局部超溫，造成結焦。同時，選擇底料時應保證干燥，底料潮濕會增大顆粒間的吸附系數，底料不易流化或造成布風不均，給點火前的冷態試驗帶來不確定因素。

應當注意的是，在床上木炭點火中底料中一般不摻入引燃物，這是由于引燃物在實際操作過程中不可能實現理想狀態的均勻分布，床上木炭點火方式的微流化態不易調整，容易在局部造成偏多，從而在點火過程中出現局部過熱引起結焦。

1.3 點火過程及注意事項

1.3.1首先在布風板上鋪上一定量合乎要求的爐渣（稱為底料），進行冷態試驗。調整風量，保持底料均勻流化并處于微流化態，冷風必須通過預燃室。在底料中摻入一定量的煙煤和破碎的木炭做為引燃物，加大風量，將底料混合均勻。此時加入的引燃物不宜太多，由于木炭著火點比煙煤低，有利于分階段加熱，加快床料的預熱速度并節約燃油。

1.3.2點燃油槍，對底料加熱，根據升溫的速度投入木炭，當床溫到達500℃時可投入引火用的優質煙煤，提高加熱速度，達到正常運行最低溫度650℃（煤的著火點）以上時，啟動給煤機投煤并轉入正常運行。由于實際運行中，木炭、引燃用煙煤、燃燒用無煙煤的純度和水份無法確切掌握，因此在床溫到達著火點前（經驗證明，提前80~100℃時，約3分鐘），就應提前加入，保證可燃物有足夠的水份蒸發、預熱、吸熱的時間和過程，避免出現因加熱不連續導致的熄火現象。

1.3.3隨著床溫的上升，料床的流態化程度越好。風量的控制要求適當，調整燃燒使得鍋爐本體同時得到預熱，各部分爐墻和受壓元件及管壁都能夠均勻的膨脹，底料溫度均勻的升高。避免升溫速度過快而失去控制，造成超溫結焦。當料床升溫速度穩定，原煤的燃燒足以維持啟動過程時，應停掉油槍。在實際操作過程中，一般床溫在700~750℃時退出油槍，同時投入回料風機，為抑制床溫作準備。

1.3.4預燃室和料床溫度的控制是需要實際經驗積累的。預燃室處在油槍熾熱火焰的中心，溫度很高，如果不加控制，很容易燒穿室體，本文所描述的鍋爐就曾發生過預燃室燒穿的事故，造成點火失敗的例子，通?？刂祁A燃室溫度有兩種方法：①加大風量，以2-3倍的過剩空氣冷卻室體，但在底料加熱初期使用這種方法會延長點火時間；②減少油量，與送引風機配合，適當減少進油量，達到控制油燃燒的目的。實踐證明，對于東鍋的該型流化床鍋爐，預燃室溫度應控制在800~900℃之間。同樣的，料床溫度由于熱慣性的存在，在點火末期容易出現超溫，因此需要注意幾個問題：①床料中引燃物不應過量；②回料裝置可提前投入，并用于抑制床溫；③通過1.5~2倍的過量空氣抑制床溫；④給煤量應適當，并與退油槍的時間配合好。

1.4 小結

通過對流化床點火過程的試驗分析和定性研究，我們發現：在實際操作過程中，理論分析與實際經驗同等重要，對于不同的爐型尤其如此。點火前認真做好冷態試驗，分析本次點火時的數據；操作過程中根據積累的經驗，準確把握各階段切換的時機，避免熄火或結焦，是點火成功的關鍵所在。

2 點火的設計與計算方法

流化床鍋爐的點火是要把室溫下靜止狀態的底料轉變為流化狀態正常燃燒著的床料，這是流化床燃燒首先要解決的一個問題。流化床的點燃要比煤粉爐中煤粉的點燃或層燃爐中煤塊的點燃困難得多。這是因為從點燃底料到正常燃燒是一個動態過程，而且燃用的通常又是難以著火的劣質煤。為了保證點火和啟動過程的成功，需要為點火進行合理的設計，并通過理論計算分析點火過程中的各要素。

2.1 熱煙氣點火的特點

點火初期的顆粒和風的溫度都低，同樣尺寸的顆粒達到流化狀態的風量要比熱態正常運行時約大一倍；而根據點火時顆粒燃燒和傳熱的要求。則又希望風量小些以減少熱損失。故必須妥善處理各種影響因素，使點火過程順利進行并平穩地過渡到正常燃燒。這些影響因素相互制約，任何一個環節的失誤都會導致點火失敗。自從流態化燃燒技術問世以來，國內外對流化床點火啟動做了大量研究工作。創造了很多點火方法，其中利用熱煙氣作為流化介質加熱床料點燃流化床是一種較為先進的點火啟動方法，具有熱利用率高、操作簡便、易于實現自動控制等優點。

2.2 熱煙氣點火的設計思路

國內外的研究表明，在流化床結構設計時就要考慮到有利于點火操作的結構，通過對東鍋35T/Ht/h流化床鍋爐的研究，其主要有下列考慮：

2.2.1床面布風均勻，可以有效避免局部過熱結焦。用等壓風室或分區進風和結構適當的布風板和風帽，以便于點火床均勻地布風和加熱底料；

2.2.2風煙調節系統應快速、靈活、準確，有利于操作時各時機的切換。使用嚴密的快速風門和調節特性較好的調節風門，以利于風量控制。

2.2.3床下油槍布置在風室側面，油火焰有足夠的空間燃燒并有效預熱空氣，以熱煙氣加熱床料，同時防止火焰中心正對布風板及風帽，避免造成布風板燒損或火焰中心區局部過熱結焦。

2.2.4在預燃室及床層中合理布置測溫點，有利于操作中及時掌握加熱與燃燒情況，準確地進行點火的過程控制。

2.3 床下熱煙氣點火的熱平衡計算

床下熱煙氣點火啟動的方法用于循環流化床鍋爐點火啟動有其獨特的優越性。對這種點火啟動方法國內外雖然已開展了不少研究，但研究主要依靠試驗，理論研究多停留在給煤著火初期階段，能夠模擬整個點火啟動過程的數學模型尚未見發表。利用試驗研究流化床熱煙氣點火啟動，對于初步了解和掌握其特性是必不可少的。比較流行的計算模型是通過點火過程中的熱平衡方法求取各過程的值，從而達到模擬整個過程以便研究的目的。下式是根據能量守恒定律，床層任一時刻都具有的方程等式：