循环流化床锅炉点火装置对锅炉安全运行的影响参考文本.docx

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循环流化床锅炉点火装置对锅炉安全运行的影响参考文本

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某某管理中心

XX年XX月

循环流化床锅炉点火装置对锅炉安全运行的影响参考文本

使用指引：

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　　1　前言 

　　目前，国产循环流化床电站锅炉启动过程中的燃烧事故时有发生，启动中的床料结焦问题比较普遍，特别是启动过程中的炉内爆燃事故直接危及到人身设备安全，而事故的产生与点火系统的设计缺陷有直接的联系。

　　循环流化床（CFB）锅炉具有燃料适应性广、燃烧稳定、在燃烧过程中利用脱硫剂实现脱硫、中温燃烧因而抑制NOX的生成、环保性能好以及优越的调峰性能等诸多优点。

CFB的设计工况下，炉膛内主要是高温惰性物料，燃料只占炉内总物料量的5%～10%或更少，所以，燃料进入炉膛后，便被高温物料包围，迅速被加热到着火温度，稳定燃烧。

因此，一般认为CFB的燃烧不存在问题。

电站实际运行显示，CFB的运行稳定性好。

　　但锅炉的实际运行情况与设计要求总是不一样的。

在CFB的启动过程中，由于物料是冷态的，燃料着火的外在条件不具备，如何使床料达到适当高的温度以保证煤的燃烧是主要问题。

作为启动热源的点火系统设计就显得重要。

　　 2　点火燃烧器的发展与应用状况 

　　循环流化床锅炉技术是在实验中发展完善的，其点火装置也是在实践中不断发展的。

因此，在应用中存在一些问题需要解决。

　　CFB锅炉启动时，床内物料流态是由固定床到鼓泡床、进而发展为紊流床状态。

木柴点火时，加热与床层蓄热主要发生在固定床阶段，对于油点火器，床料加热时必需处于流化态，加热主要在鼓泡床阶段完成。

流化床早期采用了木柴固床点火方式。

其一是，这种点火方式来自于火床炉，经验成熟；其二是，这是流化床锅炉特点所决定的，鼓泡流化床锅炉的燃烧与传热是在床料中进行的，所以，床截面大，床料多，点火蓄热要求多，木柴点火采取固定床方式，避免了流化风的散热，木柴燃烬形成的高温木碳层蓄热能力大，对这种大床面多床料的启动非常有利。

但其缺点是木柴耗量大，过程复杂，启动时间长。

CFB的燃烧与传热在整个炉膛中进行，使床截面大幅度减少，相应地减少了流化风量，利用油燃烧器能方便地对床料加热，实现点火启动。

所以，电站CFB启动时主要用油燃烧器流态化点火。

流态化点火时，能量平衡式为：

由上式看出，点火燃烧器的放热①是克服流化风带走的热损耗，②是克服床料向受热面的散热，③是加热床料，可见，要顺利完成点火启动，①是增加燃烧器能量，②是减小流化风量，③是减少散热损失。

其中第③条对于给定的锅炉来说改变的余地较小。

点火装置和风量的变化较多，影响大。

　　床上油枪点火装置可以投入大量燃料，也可以多点布置燃烧器，使总的点火能量能够克服散热和流化空气带走的热量，使床温迅速上升到煤着火温度。

由于这种方式，燃烧器置于床层上方，床料吸收的热量只是燃烧器火炬放出热量的一小部分，散热损失大；同时，由于实际上应用时床料是选用宽筛分（0～6mm）炉渣，煤粒度也在0～10mm之间，实际上的完全流化风量大，这样，在床上油枪布置位置略高时，甚至不能完成点火过程〔1、2、3〕。

早期人们也在床下设计了点火油枪，意在加热热风，间接加热床料。

但这种方式直接危及风室和布风板与风帽安全，实际上没有被应用。

　　为了提高点火器效率，同时克服床下布置油枪的缺点，近年发展了热烟气发生器点火装置，也称风道燃烧器。

流化风经燃烧器时与燃料混合并燃烧，形成900℃的热风，经过绝热风道、风室进入床内，流化物料并加热之。

由于气固两相间的传热强烈，点火燃烧器的热量可以有效转移给床料。

燃料利用率高。

　　3　风道燃烧器的理论与实验 

　　风道燃烧器点火装置在理论上是一个比较理想的点火方式。

一般认为，由于循环流化床中气固相间的强烈混合及良好接触，使气体与颗粒之间的传热瞬间达到热平衡。

文献〔4〕在以石英砂为床料的实验室研究显示，流化床层温度除床层入口处很小区域外的密相区温度十分均匀，气体温度的变化在很小的床高区域内完成，实验显示的高度为20mm。

文献〔5〕的研究显示，热气流速度越高，气相与固相温度的整体水平提高，颗粒越细，热交换越强烈，气固两相间的温差越小。

气固相的温度变化主要在床层的下半部进行。

　　实际运行中发现，风道燃烧器点火装置加热床料存在一个床温上升的限度〔6〕。

这与实验室结果是不相一致的。

分析两者的条件可以发现：

首先，实验室研究中，粒子是细粒子，最大粒径0.87mm，而实际上运行中使用的床料粒径为0～6mm，煤的粒径范围为0～10mm。

一方面，粒径的增大使得床料完全流化的流化风速提高，流化风带走的热量增加；另一方面，粒径的增大使得气固间的传热减弱，空气与粒子间的温差加大，为实现床温达到点火投煤温度要求，则必然要提高热风温度。

其次，实验室中，热空气热源稳定，温度均匀，实验温度低，而实际上的CFB点火温度要求高，因为设备材料的限制，最高温度点不得超过900℃，因而限制了单台燃烧器的出力。

由于漏风等问题的存在，进入炉膛的流化风实际上更大，加剧了热风的不均匀性，增加了热风损失，使实际的加热能量变得不足。

也就是说，点火能量的不足是风道燃烧器点火失败的主要原因。

文献〔6〕的3台50MW20t／hCFB的运行情况说明了这一点。

　　由于点火器的问题，实际运行中，为了实现点火，往往是采取降低点火投煤温度和尽量减少一次风量的方法。

拉克拉3×50MWCFB电站锅炉的点火投煤温度为538℃降为450℃（燃用褐煤，风道燃烧器），1台75t／hCFB床上点火的投煤温度降至430～450℃。

这实际上是一种牺牲安全性的做法。

降低床温增加了点火的难度，提前了投煤时间，延长了点火过程，增加了可燃物在炉膛内聚积的危险。

　　运行中，由于点火能量不足，为了提高床温，常常是添加引子煤以提前煤的着火时间。

同时，尽量降低一次风量，以减少风的带出热量。

这样使得点火过程中的结焦事故频繁发生；由于运行操作难度增大，会因操作不当引发炉内爆燃事故。

某75t／hCFB锅炉连续发生的点火打炮事故教训已经证明了这一点，设计制造部门必须注意这一问题。

　　 4　正确设计点火系统 

　　大型CFB锅炉要设计许多个风道燃烧器是不太现实的。

又由于耐火材料限制，单个风道燃烧器的负荷也有一个限度。

在锅炉容量增加时，床截面增加，仅用床上点火器启动也的确存在一定困难。

但是，不能以降低投煤的床温、牺牲设备安全的方式来解决。

正确的方式应是，采取混合点火系统设计方式。

　　首先，根据实际启动时的床料多少、完全流化时风量大小，确定点火启动所需热量，根据布置情况尽量布置风道燃烧器。

在风道燃烧器总发热量不足时或者无备用热量时，在炉内床的静止床面上方增加床上油枪点火器设计，对于以点火加热床温为目的的床上燃烧器设计，油枪应靠近床面，对于带助燃风的设计，油枪应斜向下指向床面。

在流化启动时，油枪火焰可以与流化的床料上部区粒子发生对流与辐射热交换。

这样的设计有以下优点：

（1）总发热量有保证。

分负荷设计克服了仅有床上燃烧器或者只有风道燃烧器时总负荷受场地限制的缺陷，使总热量足以加热床温并留有裕度；

（2）由于两种燃烧器风源不同，启动时，1、2次风机同时开启，保证了炉内稀相区的空气流量，这有利于防止可燃气体在炉内的积聚。

（3）足够多的启动热量可以使启动流动状态处于完全流化区，防止了较大颗粒和煤块的局部沉积发生结焦的危险。

　　需要说明的是，床上油枪的位置，如仅以加热床料为目的，油枪要靠近床层；这种设计的点火器只能作为点火启动用。

对于设计为带低负荷的床上燃烧器，其油枪位置应离开床面一定距离，以防止造成床料结焦〔1〕。

　　 5　结论 

（1）锅炉在点火启动过程中频繁发生燃烧事故与其点火系统存在的设计缺陷有直接关系。

（2）点火系统设计的好坏直接关系CFB锅炉的安全运行。

在点火器的设计中，首先应保证点火燃烧器总发热量满足床料被加热到安全投煤的温度，并有一定裕度，确保点火时的流态处于完全流化状态，防止燃烧事故发生。

在具体设计时，尽量设计多个风道燃烧器，并辅之以床上点火油枪燃烧器，在保证总发热量的前提下，提高启动燃料利用率。

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