天然气点火系统在循环流化床锅炉启动中的应用(03版).doc

天然气点火系统在循环流化床锅炉启动中的应用张世鑫1 郑祖翰1 罗英强2 李万胜21. 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，北京 1000982. 青海盐湖工业股份有限公司，青海 格尔木 816000Application of gas ignition system in the circulating fluidized bed boiler start ZHANG shi xin1 ZHENG zu han1 LUO ying qiang 2 LI wan sheng2(Bei jing1 Ge er mu2)6ABSTRACT: Combined with the Qinghai Salt Lake Limited by Share Ltd industrial heating center 480t/hCFB boiler start debugging, verification of gas ignition system in the circulating fluidized bed boiler cold start application feasibility. On CFB boilers using gas ignition key techniques are analyzed, using gas ignition method, not only can save fuel oil, reduce the maintenance workload of starting, but also can improve the ecological condition in thermal power plant, achieve the security, economy, environmental protection, efficient.KEY WORD: CFB boiler；Ignition system；Gas摘要：结合青海盐湖工业股份有限公司供热中心480t/hCFB锅炉的启动调试，验证了天然气点火系统在循环流化床锅炉冷态启动中应用的可行性。对CFB锅炉采用天然气点火的关键技术进行了分析，采用天然气点火方式，不但可以节省启动燃油、减少运行维护工作量，还可以改善火电厂的生态条件，达到安全、经济、环保、高效。关键词：循环流化床锅炉；点火系统；天然气；1. 概述目前循环流化床锅炉的点火燃料多数采用轻质柴油，近年来，随着世界性的能源紧张，原油价格不断上涨，火力发电燃油愈来愈受到限制。因此锅炉点火和稳燃用油被做为一项重要的指标来考核，为了减少CFB锅炉燃油耗量，通常的做法是启动期间采用提高油枪雾化质量、优化床料高度、采用微流化及脉冲投煤等措施。但是，这些方法均存在一定风险，一旦控制不好，就会引起结焦事故。在480t/hCFB锅炉上的实践证明，循环流化床锅炉采用天然气点火，具有节省启动燃油等优点。2. 天然气点火系统青海盐湖工业股份有限公司供热中心480t/hCFB锅炉点火及稳燃采用天然气，天然气由格尔木配气总站提供，配气站距供热中心300500m。天然气用管道输送到电厂。表1 天然气分析数据Tab.1 Gas analysis data项目数据项目数据组分摩尔分数（%）组分摩尔分数（%）氢气0.00丙烷0.04氦气0.00异丁烷0.00氮气0.14正丁烷0.00二氧化碳0.26异戊烷0.00甲烷99.48正戊烷0.00乙烷0.08碳六加0.00硫化氢1总硫3.31高位发热量（MJ/m3）36.996密度0.6728相对密度0.5585样品分类A组I类注：1.气体体积计量的标准状态为101.325kPa，293.15K。2.硫化氢采用炭量法现场分析。3.总硫以硫计。天然气点火系统按功能可划分为五个部分，即供气母管部分、床上天然气燃烧器供气支路部分、床上点火燃烧器的供气支路、床下天然气燃烧器供气支路部分以及床下点火燃烧器的供气支路部分。火检火检点火枪及高能点火器燃烧器（天然气喷口）燃烧器中心配风四周配风锅炉点火采用床上、床下天然气燃烧器点火方式。锅炉配有总出力为16%B-MCR输入热量的五支床上天然气点火燃烧器、总出力为14%B-MCR输入热量的两支床下点火风道天然气燃烧器。燃烧器配风燃烧器（天然气喷口）点火枪及高能点火器冷却风每个床下点火风道天然气燃烧器配有一个天然气点火燃烧器、火焰检测器及看火孔，天然气点火燃烧器配有高能点火器。每个燃烧器有两个进风口，其中一个为燃烧器配风用，另一个为一次风道入口，可提供床下点火风道冷却风，其入口处均设有风门挡板并配有电动执行器，执行器接受和反馈420mADC电信号，对应输出090度行程；燃烧配风及冷却风其风量的控制由风门挡板调节。点火时，先由高能点火器点燃天然气点火气枪，再由点火气枪点燃床下点火风道天然气燃烧器。每个床上天然气燃烧器均配有一个高能点火器和火焰检测器，进风口处设有风门挡板并配有电动执行器，执行器接受和反馈420ADC电信号，对应输出090度行程。该燃烧器在需要投入时，先由高能点火器点燃天然气点火气枪，再由点火气枪点燃床上天然气燃烧器。图1 天然气点火系统示意图Fig.1 Gas ignition system diagram 图2 床下天然气燃烧器Fig.2 Under the bed gas burner 图3 床上天然气燃烧器Fig.3 Bed gas burner3. 天然气点火系统的试运行锅炉启动前，应首先对天然气系统管道进行检查，确保管道畅通、无泄漏，炉前天然气系统母管进口处天然气压力正常（在0.05Mpa.g）。之后开炉前天然气系统母管中快速启闭阀，同时关闭相应对空排放阀，将天然气系统各支路中的调节阀开启到适当位置，保证燃烧器投运后调节阀后天然气压力在许可范围内：a) 对于床上天然气燃烧器供气支路，燃烧器投运后调节阀后天然气压力15Kpa.g25Kpa.g范围内。b) 对于床下点火风道天然气燃烧器供气支路，燃烧器投运后调节阀后天然气压力在15Kpa.g25Kpa.g范围内。在确认炉前天然气系统处于正常状态后，应对所有床上、床下燃烧器及床下点火风道进行彻底吹扫，吹扫时所有燃烧器入口处风门应全开。吹扫风量按：（1）不低于额定通风量的30%。（2）不低于使床料处于流化状态的最低风量。取两者中的较大值。连续吹扫时间按：（1）不得少于5分钟。（2）对应于吹扫容积的五次更换量所需时间。取两者中的较大值。上述吹扫可以与机组吹扫同时进行，吹扫完成后方可允许锅炉点火。锅炉点火启动时要求首先投入床下点火风道天然气燃烧器。在某个风道燃烧器接到点火指令后，将该燃烧器风门挡板置于点火位置，该位置由试验确定，以保证天然气能稳定着火为原则。风门调整到位后，推进高能点火器，高能点火器推进到位后开始打火，2秒钟之后打开该燃烧器所属点火燃烧器快速启闭阀，同时关闭相应对空排放阀，高能点火器打火时间持续15秒钟，之后退高能点火器。若在点火器快速启闭阀接到开启指令10秒钟之内其所属的火焰检测器未能检测到火焰存在信号，则该点火燃烧器点火失败，立即关其所属的快速启闭阀，同时开相应对空排放阀。若此时燃烧器的通风量满足吹扫风量的要求，则不必重新吹扫，但至少应延时1分钟后才能再次点火；否则应按吹扫要求对该燃烧器及相应的点火风道进行吹扫。若点火成功，可根据需要投运相应的风道燃烧器；当投运指令发出后，打开该风道燃烧器快速启闭阀，同时关闭相应对空排放阀。火焰稳定后及燃烧器负荷变化时，应适时调整风门以得到最佳的燃烧工况。点火燃烧器运行期间，若相关火焰检测器连续10秒钟未能检测到火焰存在的信号，则立即关闭相应燃烧器所属快速启闭阀，同时打开相应对空排放阀，若此时燃烧器的通风量满足吹扫的要求，则不必重新吹扫，但至少应延时1分钟后才能再次点火；否则应按吹扫要求对该燃烧器及相应的点火风道进行吹扫。风道燃烧器运行期间，若相关火焰检测器连续10秒钟未能检测到火焰存在信号，则立即关相应风道燃烧器前所属快速启闭阀，同时打开相应对空排放阀，若此时该风道侧床料处于流化状态且床温大于760，则立即按吹扫要求吹扫燃烧器和点火风道；否则保持风门在运行位置至少5分钟，之后按吹扫要求对该燃烧器和相应点火风道进行吹扫。正常停运时向燃烧器发出停运指令，关闭其快速启闭器，打开相应对空排放阀，按吹扫要求对停运燃烧器和点火风道进行吹扫。另一个点火风道中得燃烧器可按相同程序投运和停运。床上燃烧器可按相同程序投运和停运。床上燃烧器可按升温需要逐一投入。在锅炉试运过程中，对天然气点火系统进行了试点火，确定了点火枪的位置、点火程序、风量配比等关键参数，探索出一套成功的天然气点火经验，并在数次实际锅炉点火中验证了方法的可行性，保证天然气燃烧器实现一键成功点火。成功点火后，需及时进行风量调整，以使燃烧器处于良好的运行状态。根据资料显示及试运经验，下文列出天然气燃烧原理及燃烧器配风原则。天然气燃烧原理：天然气的燃烧是按连锁反应进行，燃烧过程是靠氧作为激发物，产生分子间的碰撞，在一定温度下裂解、燃烧。天然气的燃烧是由于碳氢化合物分解形成微小的碳粒子，一般在11301180温度下发生裂解，这些碳粒子不断的燃烧和不断的裂解形成高强度的火焰辐射热能，而天然气中的甲烷却不易裂化，造成火焰亮度底。如此，可通过燃烧器自增碳燃烧方式进行天然气燃烧优化。自增碳是通过天然气本身裂解产生的碳微粒的增碳方法，燃烧发生的一系列化学反应，在这些反应中，燃料在一些自由基例如O、OH、H碰撞下发生反应，产生更多的H或者是分解成更小的碎片。甲烷的燃烧是CH4被连续地转化成CH3，CH2，CH。最初形成的各种氧化的中间产物与燃料中的碳结合而首先变为CO，并且燃料中的氢基变为H2，所有的中间产物将接着进一步氧化，再一次通过自由基的作用，而变为CO2和H2O。总热量的大部分释放都是发生在第二阶段。当点燃预混燃料时，局部温度将迅速升高，提高了反应速率，从而也引起燃料的燃烧，并且释放出热量。通过热传导将热量传至未燃的相邻区域，相邻区域的温度提高，反应加快，燃烧得以延续。 自增碳是使天然气在11301180温度、缺氧的环境下，尽可能多的裂化，形成碳微粒，这就在燃烧控制上，出现了问题：由于天然气燃烧速度低，需要在高温缺氧环境裂解析出碳微粒，以在火焰剧烈燃烧段增加火焰的亮度，既增加火焰的辐射强度。要想出现此环境，就要降低天然气与空气的混合速度，势必会造成火焰软而无力、浑长、刚性下降。如果增加天然气与空气的混合速度，火焰刚性增加，燃烧速度加快，无充足的析碳时间，火焰亮度下降，出现无明火现象。天然气燃烧应具备的火焰特性：1) 火焰应具有较高刚性，利于火焰调整，减少耐火材料的侵蚀。2) 火焰温度要高，火焰中心出现缺氧状态，以利于天然气中甲烷的裂解，产生更多的碳微粒，提高火焰亮度。3) 具有较大的火焰覆盖面积。4) 有较好的火焰可调性，符合工艺要求。根据天然气燃烧原理，进行风量调整，在保证床料流化情况下，适当减小床下燃烧器中心配风，增大四周配风，使燃烧火焰既不出现“脱火”现象也不出现“回火”现象，火焰呈淡蓝色。图4为床下天然气燃烧器正常工作状态：图4床下天然气燃烧器正常工作状态Fig.4 Under the bed gas burner in normal working state投煤切除燃烧器稳燃点火外供天然气母管压力变化引起床温波动图5床上天然气燃烧器（前墙）工作状态Fig.5 Bed gas burner ( front wall) working state图5为床上天然气燃烧器（前墙）工作状态 ，因床上天然气燃烧器仅有四周配风，无中心供风，故火焰呈黄色，燃烧状况较床下稍差。 图6为床下天然气燃烧器运行时DCS画面（图中百分数为火焰强度）；图7为床上天然气燃烧器运行时DCS画面（图中百分数为火焰强度）；图8为5#锅炉天然气点火启动升温曲线。图6床下天然气燃烧器运行时DCS画面Fig.6 The DCS picture of under the bed gas burner when operation图7 床上天然气燃烧器运行时DCS画面Fig.7 The DCS picture of bed gas burner when operation 图8 5#锅炉天然气点火启动升温曲线Fig.8 Heating curve of 5# boiler gas ignition start 4. 结论（1）通过从调试到整套启动的考验，证实了天然气点火系统在循环流化床锅炉启动中的应用是比较理想的；（2）采用天然气点火运行和维护费仅是使用柴油点火时费用的30%左右，对于新建电厂，可以节约上千万的初始投资和运行维护费用；（3）由于点火时不燃用油品，减少了点火初期燃油燃烧不良对环境的污染，降低了锅炉运行风险；（4）电厂采用天然气点火，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境。实践表明，天