1 循環(huán)流化床鍋爐的點(diǎn)火過程

 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)作為一項(xiàng)高效低污染的新型燃燒技術(shù)，是二十多年來迅速發(fā)展起來的燃煤新技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)的層狀燃燒（鏈條爐）和懸浮燃燒（煤粉爐）技術(shù)的一項(xiàng)重大革新。循環(huán)床的點(diǎn)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(yùn)行所需的最低水平以上，從而實(shí)現(xiàn)投煤后的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

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

1.1 料床的升溫過程

1.1.1循環(huán)流化床鍋爐的點(diǎn)火過程中，床料總體上呈現(xiàn)三個(gè)階級(jí)：加熱升溫、快速引燃和向穩(wěn)定狀態(tài)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(dá)到一定溫度后，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)引燃底料，用它本身的燃燒放熱進(jìn)一步使床溫急劇上升。

3)        過渡到正常運(yùn)行，用風(fēng)量控制床溫，并適時(shí)給煤調(diào)整至正常運(yùn)行參數(shù)。

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

( )

1)        底料的加熱過程相對(duì)較長，升溫?zé)崃縼碜杂蜆岊A(yù)熱的床下熱煙氣。

2)        當(dāng)床料溫度達(dá)到煤的著火溫度時(shí)，將出現(xiàn)圖中所示的快速引燃段，其標(biāo)志是床溫在很短時(shí)間內(nèi)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(yīng)活性(熱值)、鼓風(fēng)量和床內(nèi)受熱面的布置情況。

3)        而在過渡期內(nèi)，由于風(fēng)量、給煤時(shí)機(jī)和給煤速度的掌握不同，床溫會(huì)有不同程度的波動(dòng)。在成功的點(diǎn)火過程中，床溫最終將穩(wěn)定在適當(dāng)水平上，一般情況下均在850~1010℃之間，整個(gè)點(diǎn)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(zhì)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(diǎn)火后期由于超溫造成結(jié)焦，導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。

因此，床料中引燃物的份額應(yīng)該適當(dāng)，在保證引燃劣質(zhì)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(diǎn)650℃），床溫到達(dá)750~850℃時(shí)，以引子煤（一般為煙煤）或木炭應(yīng)燃盡為宜。在整個(gè)加熱階段，床層升溫曲線會(huì)出現(xiàn)dT/dτ＞0、d2T/dτ2＜0的工況，這種工況在引燃物著火點(diǎn)處才會(huì)改變，此時(shí)由于反應(yīng)放熱急劇增加，會(huì)出現(xiàn)二階導(dǎo)數(shù)為正值的區(qū)段；而當(dāng)床溫繼續(xù)上升時(shí)，伴隨風(fēng)量改變、給煤和撤出油槍的變化。床溫總體上是趨于一個(gè)穩(wěn)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(gè)重要的指標(biāo)。

1.2.1底料的顆粒要求：通常與對(duì)燃煤的要求相同，在8mm以下，但點(diǎn)火時(shí)如有條件達(dá)到6mm以下則更好。底料中大小顆粒的分配要適當(dāng)，既要有小顆粒(小于1mm)作為初期的點(diǎn)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(shí)不利于點(diǎn)火，容易出現(xiàn)床內(nèi)結(jié)焦現(xiàn)象。根據(jù)對(duì)東鍋DG35-3.82/450型鍋爐多次成功點(diǎn)火的經(jīng)驗(yàn)，按典型的床料配比時(shí)不同粒徑分布對(duì)升溫的影響繪制表2。

 1.2.2底料的組成：通常采用循環(huán)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(fā)熱量而定，配好的冷料發(fā)熱量一般在3000~5000kj/kg左右，過多時(shí)易結(jié)焦，過少則不易點(diǎn)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(yù)熱段時(shí)間過長，點(diǎn)火時(shí)間延長；底料太薄則布風(fēng)不均，容易造成局部吹空和局部超溫，造成結(jié)焦。同時(shí)，選擇底料時(shí)應(yīng)保證干燥，底料潮濕會(huì)增大顆粒間的吸附系數(shù)，底料不易流化或造成布風(fēng)不均，給點(diǎn)火前的冷態(tài)試驗(yàn)帶來不確定因素。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在床上木炭點(diǎn)火中底料中一般不摻入引燃物，這是由于引燃物在實(shí)際操作過程中不可能實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)的均勻分布，床上木炭點(diǎn)火方式的微流化態(tài)不易調(diào)整，容易在局部造成偏多，從而在點(diǎn)火過程中出現(xiàn)局部過熱引起結(jié)焦。

1.3  點(diǎn)火過程及注意事項(xiàng)

1.3.1首先在布風(fēng)板上鋪上一定量合乎要求的爐渣（稱為底料），進(jìn)行冷態(tài)試驗(yàn)。調(diào)整風(fēng)量，保持底料均勻流化并處于微流化態(tài)，冷風(fēng)必須通過預(yù)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(fēng)量，將底料混合均勻。此時(shí)加入的引燃物不宜太多，由于木炭著火點(diǎn)比煙煤低，有利于分階段加熱，加快床料的預(yù)熱速度并節(jié)約燃油。

1.3.2點(diǎn)燃油槍，對(duì)底料加熱，根據(jù)升溫的速度投入木炭，當(dāng)床溫到達(dá)500℃時(shí)可投入引火用的優(yōu)質(zhì)煙煤，提高加熱速度，達(dá)到正常運(yùn)行最低溫度650℃（煤的著火點(diǎn)）以上時(shí)，啟動(dòng)給煤機(jī)投煤并轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。由于實(shí)際運(yùn)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(dá)著火點(diǎn)前（經(jīng)驗(yàn)證明，提前80~100℃時(shí)，約3分鐘），就應(yīng)提前加入，保證可燃物有足夠的水份蒸發(fā)、預(yù)熱、吸熱的時(shí)間和過程，避免出現(xiàn)因加熱不連續(xù)導(dǎo)致的熄火現(xiàn)象。

1.3.3隨著床溫的上升，料床的流態(tài)化程度越好。風(fēng)量的控制要求適當(dāng)，調(diào)整燃燒使得鍋爐本體同時(shí)得到預(yù)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(jié)焦。當(dāng)料床升溫速度穩(wěn)定，原煤的燃燒足以維持啟動(dòng)過程時(shí)，應(yīng)停掉油槍。在實(shí)際操作過程中，一般床溫在700~750℃時(shí)退出油槍，同時(shí)投入回料風(fēng)機(jī)，為抑制床溫作準(zhǔn)備。

1.3.4預(yù)燃室和料床溫度的控制是需要實(shí)際經(jīng)驗(yàn)積累的。預(yù)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(fā)生過預(yù)燃室燒穿的事故，造成點(diǎn)火失敗的例子，通?？刂祁A(yù)燃室溫度有兩種方法：①加大風(fēng)量，以2-3倍的過?？諝饫鋮s室體，但在底料加熱初期使用這種方法會(huì)延長點(diǎn)火時(shí)間；②減少油量，與送引風(fēng)機(jī)配合，適當(dāng)減少進(jìn)油量，達(dá)到控制油燃燒的目的。實(shí)踐證明，對(duì)于東鍋的該型流化床鍋爐，預(yù)燃室溫度應(yīng)控制在800~900℃之間。同樣的，料床溫度由于熱慣性的存在，在點(diǎn)火末期容易出現(xiàn)超溫，因此需要注意幾個(gè)問題：①床料中引燃物不應(yīng)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(yīng)適當(dāng)，并與退油槍的時(shí)間配合好。

1.4  小結(jié)

通過對(duì)流化床點(diǎn)火過程的試驗(yàn)分析和定性研究，我們發(fā)現(xiàn)：在實(shí)際操作過程中，理論分析與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)同等重要，對(duì)于不同的爐型尤其如此。點(diǎn)火前認(rèn)真做好冷態(tài)試驗(yàn)，分析本次點(diǎn)火時(shí)的數(shù)據(jù)；操作過程中根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確把握各階段切換的時(shí)機(jī)，避免熄火或結(jié)焦，是點(diǎn)火成功的關(guān)鍵所在。

2 點(diǎn)火的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法

流化床鍋爐的點(diǎn)火是要把室溫下靜止?fàn)顟B(tài)的底料轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰癄顟B(tài)正常燃燒著的床料，這是流化床燃燒首先要解決的一個(gè)問題。流化床的點(diǎn)燃要比煤粉爐中煤粉的點(diǎn)燃或?qū)尤紶t中煤塊的點(diǎn)燃困難得多。這是因?yàn)閺狞c(diǎn)燃底料到正常燃燒是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，而且燃用的通常又是難以著火的劣質(zhì)煤。為了保證點(diǎn)火和啟動(dòng)過程的成功，需要為點(diǎn)火進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，并通過理論計(jì)算分析點(diǎn)火過程中的各要素。

2.1  熱煙氣點(diǎn)火的特點(diǎn)

點(diǎn)火初期的顆粒和風(fēng)的溫度都低，同樣尺寸的顆粒達(dá)到流化狀態(tài)的風(fēng)量要比熱態(tài)正常運(yùn)行時(shí)約大一倍；而根據(jù)點(diǎn)火時(shí)顆粒燃燒和傳熱的要求。則又希望風(fēng)量小些以減少熱損失。故必須妥善處理各種影響因素，使點(diǎn)火過程順利進(jìn)行并平穩(wěn)地過渡到正常燃燒。這些影響因素相互制約，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。自從流態(tài)化燃燒技術(shù)問世以來，國內(nèi)外對(duì)流化床點(diǎn)火啟動(dòng)做了大量研究工作。創(chuàng)造了很多點(diǎn)火方法，其中利用熱煙氣作為流化介質(zhì)加熱床料點(diǎn)燃流化床是一種較為先進(jìn)的點(diǎn)火啟動(dòng)方法，具有熱利用率高、操作簡便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。

2.2  熱煙氣點(diǎn)火的設(shè)計(jì)思路

國內(nèi)外的研究表明，在流化床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到有利于點(diǎn)火操作的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)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(fēng)均勻，可以有效避免局部過熱結(jié)焦。用等壓風(fēng)室或分區(qū)進(jìn)風(fēng)和結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)牟硷L(fēng)板和風(fēng)帽，以便于點(diǎn)火床均勻地布風(fēng)和加熱底料；

2.2.2風(fēng)煙調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)快速、靈活、準(zhǔn)確，有利于操作時(shí)各時(shí)機(jī)的切換。使用嚴(yán)密的快速風(fēng)門和調(diào)節(jié)特性較好的調(diào)節(jié)風(fēng)門，以利于風(fēng)量控制。

2.2.3床下油槍布置在風(fēng)室側(cè)面，油火焰有足夠的空間燃燒并有效預(yù)熱空氣，以熱煙氣加熱床料，同時(shí)防止火焰中心正對(duì)布風(fēng)板及風(fēng)帽，避免造成布風(fēng)板燒損或火焰中心區(qū)局部過熱結(jié)焦。

2.2.4在預(yù)燃室及床層中合理布置測溫點(diǎn)，有利于操作中及時(shí)掌握加熱與燃燒情況，準(zhǔn)確地進(jìn)行點(diǎn)火的過程控制。

2.3  床下熱煙氣點(diǎn)火的熱平衡計(jì)算

床下熱煙氣點(diǎn)火啟動(dòng)的方法用于循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)有其獨(dú)特的優(yōu)越性。對(duì)這種點(diǎn)火啟動(dòng)方法國內(nèi)外雖然已開展了不少研究，但研究主要依靠試驗(yàn)，理論研究多停留在給煤著火初期階段，能夠模擬整個(gè)點(diǎn)火啟動(dòng)過程的數(shù)學(xué)模型尚未見發(fā)表。利用試驗(yàn)研究流化床熱煙氣點(diǎn)火啟動(dòng)，對(duì)于初步了解和掌握其特性是必不可少的。比較流行的計(jì)算模型是通過點(diǎn)火過程中的熱平衡方法求取各過程的值，從而達(dá)到模擬整個(gè)過程以便研究的目的。下式是根據(jù)能量守恒定律，床層任一時(shí)刻都具有的方程等式：

將對(duì)東鍋35t/h流化床點(diǎn)火的實(shí)際過程分為三個(gè)階段，在方程中代入各階段的初、末狀態(tài)的數(shù)值，能夠繪制出與圖1相似的升溫曲線，說明這種理論計(jì)算方法對(duì)于實(shí)際過程的模擬能夠達(dá)到吻合的效果，這也符合國內(nèi)外研究的結(jié)果。關(guān)于具體的計(jì)算方法可參照參考文獻(xiàn)[5]所作的論述。

2        結(jié)論

通過對(duì)點(diǎn)火過程的研究和模擬計(jì)算，分析各要素之間的制約關(guān)系，做到心中有數(shù)，就可在每次點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)針對(duì)具體的情況采取相應(yīng)的措施，使點(diǎn)火成功。

參考文獻(xiàn)

[1]  東方鍋爐廠，循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行操作說明，1998

[2]  岑可法等，循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)和運(yùn)行，2000

[3]  劉柏謙，煤在流化床中的著火過程和流化床鍋爐啟動(dòng)過程研究；浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，1993

[4]  朱石偉等，循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)方法的研究，動(dòng)力工程，1992(3)

[5]  岑可法，方建華，倪明江，嚴(yán)建華；流化床鍋爐床下熱煙氣點(diǎn)火啟動(dòng)的理論及試驗(yàn)研究，燃燒科學(xué)1998

[6]  福建紡織化纖集團(tuán)有限公司熱電廠，流化床鍋爐高能點(diǎn)火裝置技術(shù)說明，2001 

福建紡織化纖集團(tuán)有限公司熱電廠 福建永安 陳龍騰