循环流化床锅炉启动燃烧器简述及应用
第20卷, 总第115期2002年9月, 第5期
5节能技术6
E NERGY CONSERVATION TEC HNOLOGY
Vol. 20, Sum No. 115
Sept 12002, No. 5
循环流化床锅炉启动燃烧器简述及应用
栾世健, 赵伟娟
1
2
(1. 哈尔滨锅炉厂有限责任公司锅炉设计开发处, 黑龙江哈尔滨150046;
2. 哈尔滨环保制氢设备工业公司, 黑龙江哈尔滨150080)
摘 要:本文结合一台220t P h 循环流化床锅炉的点火启动实例介绍了启动及低负荷投油稳燃所用的风道燃烧器、床上启动燃烧器和床枪三种启动燃烧器的特点及其一些其它实际工程上的应用。
关键词:循环流化床锅炉; 风道燃烧器; 床上启动燃烧器; 床枪
中图分类号:TK22916 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2002) 05-0024-03
Introduction and Application of Start -up Burners for CFB Boilers
LUAN Sh-i jian , ZHAO We-i juan
1
2
(1. Design Department of Harbin B oiler Works Co. Ltd, Harbin 150046, China;
2. Hydrogen Device Factory of Harbin, Harbin 150080, C hina)
Abstract :C ombining an operating fact of 220t P h CFB boiler, the paper introduces the charac teristics and performances of start up burner, in -duct burner and bed lance, which are used in some practical projects at present. Key words :CFB boilers; star-t up burners; in -duct burner; bed lance
1 概述
循环流化床锅炉(CFB) 具有燃料适应性广、氮氧化物排放量低、能够高效脱硫等优点, 因而作为清洁煤燃烧项目, 目前在迅速发展, 我国现在有大量的50MW 等级的循环流化床锅炉投入商业运行, 哈尔滨锅炉厂有限责任公司已有数台100MW 和135MW 带再热等级的循环流化床锅炉工程也正在设计制造和安装中。循环流化床锅炉的点火技术也从采用床上启动燃烧器床上点火, 发展到大量采用先进的床下点火技术, 进而根据锅炉容量和不同煤质将床上与床下点火相结合的点火技术。
现在循环流化床锅炉所采用的启动燃烧器形式主要有风道燃烧器、床上启动燃烧器和床枪。
的一次风风道处, 与一次风风箱相接。当采用床下点火
时, 一次风箱一般为水冷结构, 以利于减小风箱外形尺寸。风道燃烧器是由油(气) 枪点燃后产生的火焰和高温烟气与一定量的空气在风道内混合后形成一定温度的热烟气, 热烟气经一次风风箱穿过布风板, 与启动床料混合来加热床料, 使床料达到投煤温度, 因此这种燃烧器又被称为热烟气发生器。风道燃烧器主要由油(气) 枪、点火器、火焰检测器、配风器、预燃室和混合室等组成。点火时, 燃烧器内的空气分成两股, 一股用于油(气) 在预燃室内燃烧, 称为点火风; 另一股则进入混合室, 与燃烧产生的热烟气混合成所要求的一定温度的烟气, 混合后的烟气温度一般为700~900e 。预燃室与混合室内部砌筑了耐火和保温材料。
由于床下点火方式是采用风道燃烧器产生的所要求的一定温度的热烟气经布风板穿过料层并与床料换热, 热烟气能与更多的床料接触并进行热交换, 因而与
2 风道燃烧器
床下点火是后来发展形成的一种效果更好的点火方式。这种点火方式就是将燃烧器布置在布风板的下方, 称为风道燃烧器。风道燃烧器布置在布风板的下部
收稿日期 2002-05-08 修改稿日期 2002-09-10
作者简介:栾世健(1970-) , 男, 哈尔滨锅炉厂有限责任公司锅炉设计开发处工程师, 工学学士, 从事锅炉燃烧系统的设计和开发工作。
床上启动燃烧器相比, 床下点火的热利用率大幅提高, 加热床料的效果更好, 加热速度也更快, 而且由于布风板自有的阻力特性, 能使热烟气均匀的穿过布风板从而实现均匀加热。因此采用床下点火所要求的风道燃烧器的热负荷可以比床上启动燃烧器小很多, 一般只有10%~15%, 从而使锅炉启动点火时的耗油量比采用床上点火方式小很多, 而且燃烧器数量也少, 一般只有1~2个风道燃烧器, 从而减少了点火系统的阀门和控制元件。
由于床下点火的这些优点, 用户普遍乐于采用这种点火方式。我国的一些35t P h 、75t P h 等级的小型循环流化床锅炉十几年前就开始采用床下点火方式。现在各个锅炉制造厂如东锅和哈锅在220t P h CFB 锅炉上基本都配有风道燃烧器, 目前哈锅正在设计的10MW 和135MW 等级的CFB 锅炉也都配有风道燃烧器。
但是, 风道燃烧器如果设计或使用不合理, 也会造成毁坏事故。因此要求合理设计预热室结构, 风帽内管要采用耐热钢材质, 在风箱或风道内应该设有温度和压力测点, 以监控安全运行; 此外, 由于床下点火采用高温烟气的缘故, 风道和预燃室内都砌筑了足够厚度的耐火和保温材料, 因此在风道燃烧器投入使用前, 应该按规程对其中的耐火和保温材料进行热养护, 以消除水分, 消除局部应力, 防止燃烧器投运时造成这些材料脱落, 烧坏预燃室和风道, 这一点是很重要的。
见, 单纯采用床上启动燃烧器点火, 增加了制造和运行成本,
不适用于大型循环流化床锅炉。
图1 各种启动燃烧器布置示意图1-床上启动燃烧器; 2-床枪; 3-布风板;
4-水冷一次风箱; 5-风道燃烧器
4 床枪
所谓/床枪0就是只有一支油枪, 不配备点火器、火焰检测器, 布置在布风板的上方。所以只有当床温要达到一定温度时才能投床枪, 对轻柴油一般要求床温要达到500e 以上时。因此, 床枪不能独立使用, 而必须与床上启动燃烧器或风道燃烧器相结合。哈锅在山东晨鸣燃用贫煤的220t P h CFB 锅炉和辽宁沈阳热电燃用无烟煤的220t P h CFB 锅炉当中都配置了床枪, 用于点火助燃和低负荷投油稳燃, 其中晨鸣工程已成功投入运行。
与床上启动燃烧器的位置相比, 床枪的位置距布风板要更近, 处于流化床的密相区, 此处的物料浓度极高, 所以床枪投入后能够加热更多的床料, 产生的热烟气能够与更多的床料接触换热, 因此床枪的热利用率较床上启动燃烧器要高, 但比风道燃烧器要小一些, 一般为70%。点火时用床枪配合使用, 将加快对床料的加热速度, 减少耗油量。当锅炉的位置在密相区, 距布风板较近, 每支床枪的负荷不能过大, 一般比启动燃烧器要小, 以防止局部热负荷过高而产生结焦甚至烧坏风帽。
3 床上启动燃烧器
床上启动燃烧器布置在布风板上方, 用于床上点火。启动时依靠燃烧器产生的火焰和高温烟气来加热启动床料。由于循环流化床锅炉耐磨耐火温升要求的限制, 燃烧器要求由较好的负荷调节特性, 以免耐磨耐火材料因温升过快而崩落。对于燃油, 一般采用蒸汽(空气) 雾化油枪或内回油机械雾化油枪。此外, 为了保证加热均匀和防止局部温度过高甚至产生结焦, 每个启动燃烧器的额定负荷不能过大。由于床上启动燃烧器的布置位置距离布风板较远, 加之炉内气流向上运动, 大部分热量被烟气带出炉膛而未与床料产生热交换, 热烟气的利用率不高, 一般只有40%左右, 因而采用这种启动燃烧器所需要的总的启动热负荷一般较高, 而且为了确保加热的均匀性, 燃烧器的数量也较多。所以单独采用床上启动燃烧器加热速度慢, 所消耗的油量较大; 而且由于所需燃烧器的数量较多, 特别是增加了燃油(气) 系统中的控制阀门和元件, 因而增加了成本。例如, 一台燃用烟煤的220t P h CFB 锅炉如果全部采用床上点火方式, 启动燃烧器总的热负荷一般为30%~35%B -MCR, 燃烧器数量为四个。如果燃用的煤质着火特性较差, 如无烟煤或者煤矸石, 则所需要的燃烧器负荷则更高, 数量可能更多。我国较早投运的大连化学工业公司和杭州热电厂的220t P h CFB 锅炉, 设计煤质为烟煤, 采用四支床上启动燃烧器点火, 燃烧器的总负荷为30%锅炉额定负荷。而由哈锅设计的一台燃用烟煤的220t P h CFB 锅炉配置了2支风道燃烧器, 总的负荷只有10%, 由此可
5 一台220t P h 循环流化床锅炉启动燃烧器点火实例
某台燃用贫煤的220t P h CFB 锅炉系哈锅引进ABB -ALSTROM 技术设计生产的第一台运行锅炉, 启动燃烧器由床上启动燃烧器和风道燃烧器两部分组成, 启动方式为床上启动燃烧器和风道燃烧器联合启动。油枪为简单机械雾化方式, 调节阀设置在回油管路。床上启动燃烧器油枪额定出力为4@815kg P h, 风道燃烧器油枪额定出力为2@850kg P h, 并备有300kg P h 、600kg P h 的雾化片, 启动负荷为35%B -MCR 。
(1) 风道燃烧器启动过程:
风道燃烧器点火前, 热一次风挡板要尽量关小或关闭(在不影响炉内物料流化的情况下) , 混合风挡板开度为60%左右, 燃烧风挡板开度为10%~15%, 待建立起稳定的油火焰之后, 随即逐渐增大混合风、燃烧风挡板开度至90%左右, 以便控制温升速度。总之, 只要建立起稳定的油火焰, 逐渐加大风量, 控制温升速度。
#
(2) 床上启动燃烧器启动过程:
床上启动燃烧器点火前, 风门挡板开度为10%~15%, 待建立起稳定的油火焰之后, 随即逐渐增大风门挡板开度至70%左右, 保证燃油良好燃烧。
(3) 风道燃烧器停运过程:
当锅炉投煤且床温大于750e 以后, 将两只风道燃烧器分别停运。首先停运油枪, 之后逐渐关小混合风、燃烧风挡板至20%左右, 同时逐渐开大热一次风挡板, 并注意监视总一次风量要满足床内物料流化及燃烧需要。此时应视床温、床压情况逐渐增大给煤量。第2只风道燃烧器停运时间视床温、床压及给煤机情况而定; 停运步骤同第1只风道燃烧器。
(4) 床上启动燃烧器停运过程:
当锅炉两只风道燃烧器分别停运且床温大于800e 以后, 顺序停运床上启动燃烧器4只油枪, 先停油后停风, 逐渐关小风门挡板至10%左右, 保证冷却风速度不小于8m P s, 以保护燃烧器喷口, 并注意监视床温、床压变化情况增加给煤量。
(5) 投煤温度:表1 220t P h CFB 锅炉煤种部分参数
项 目设计煤种校核煤种运行煤种
低位发热量kJ P kg
[**************]
可燃基挥发份%
[**************](估)
灰分%水分%[1**********]68
[1**********]4
640e ; 第二次投煤温度为628e ; 第三次投煤温度为
611e ; 第四次投煤温度为600e , 也是此工程的最低投煤温度。
6 结论
由于床下点火的优越性, 哈锅目前在循环流化床锅炉上首先采用这种先进的点火技术, 布置风道燃烧器, 这样不但可以减少锅炉启动时的耗油量, 并且实现均匀加热, 同时也减少了启动燃烧器的数量, 进而减少点火系统的阀门和控制元件的数量, 降低产品成本。但是, 由于布风板阻力的原因, 采用床下点火时风道燃烧器的热负荷一般只能到10%~15%, 当煤质着火特性较差时, 仅靠风道燃烧器就不可靠或满足不了要求。而且点火初期, 由于热烟气与床料的温差较大, 床温上升较快, 当床温达到500e 以上后, 由于热烟气与床料的温差减小, 床温温升速度明显减慢, 这时如果辅以投入床上启动燃烧器或床枪, 则可以使床温较快地达到投煤温度; 而且当锅炉温态启动时, 这时的床温在500e 以上, 根据实际运行实践证明, 采用床下启动燃烧器或辅助床枪可以较快地达到投煤温度, 并减少耗油量, 因而效果更好。
所以说, 对循环流化床锅炉, 根据不同煤质、要求和容量采用床下点火的启动方式, 或者采用床上与床下点火相结合的方式是比较合适的。至于用床下点火时所要布置的风道燃烧器的数量, 对50MW 等级的CFB 锅炉, 一般采用2个风道燃烧器。对100MW 等级的CFB 锅炉, 一般采用2或4个风道燃烧器。
锅炉调试期间, 进行多次投煤。第一次投煤温度为(上接第13页)
4 惰性粒子的防、除垢性能
在镀膜电加热石英玻璃管的蒸发传热实验中观察到, 当没有加入固体粒子时, 系统运行一天左右的时间后, 石英玻璃蒸发管内出现结垢现象。此种现象一旦发生, 随着蒸发过程的进行, 其发展速度相对较快, 在不长的时间内, 壁面垢物使得石英玻璃透明度下降。而且, 沿管子轴线方向自下而上, 结垢更明显。
加入一定量的惰性粒子后, 经过一定的运行时间, 内壁表面上的茶垢逐渐被粒子冲刷, 继续运行, 蒸发管内壁上无茶垢产生。固体粒子在径向上的分布呈管轴心处稀、近壁面处浓的特征, 这种特征一方面阻碍了茶汁中产生的沉积物向壁面沉积; 另一方面, 固体粒子在管内不规则运动, 其与壁面附近的茶垢发生碰撞, 而把垢层带走, 防止了茶垢的沉积; 同时, 固体粒子与传热壁面发生频繁的撞击, 阻止了换热壁面上的垢层诱发点的产生, 从而防止了垢层的形成。固体粒子的作用把结垢过程控制在诱导期, 达到很好的防、除垢效果。
如前所述, 加入惰性粒子后, 使传热壁面的温度明显下降, 降低了茶汁的过热度, 从而降低了蒸发器换热壁面结垢的倾向。
惰性粒子流化床蒸发器具有良好的防、除垢的性能, 使得蒸发器的换热壁面保持洁净, 从而使传热系数也保持不变, 这种作用间接的强化了该种蒸发器的传热性能。良好的防、除垢性能有效地延长了这种蒸发器在生产应用中的清洗周期, 有效地提高了设备的使用率, 减少了工人的劳动强度, 降低了生产成本, 能够产生很好的经济效益。
5 结语
惰性粒子流化床蒸发器工艺先进合理, 惰性固体粒子的加入显著的强化了传热, 有效的节约了能源, 由于固体粒子的存在而使这种蒸发器具有良好的防垢、除垢的性能, 延长了设备的清洗周期, 提高了设备的使用率, 因此, 惰性粒子流化床蒸发器有着广阔的应用前景, 将带来很好的社会、经济效益。
参考文献
112李修伦, 闻建平1垂直管内三相流化床沸腾传热特性1J 21化学工程, 1995(4) , 50~541
122杨卫国, 王金福1三相循环流化床中气泡大小及其分布的实验研究1J 21化工学报, 2001(3) , 197~2021