循环流化床锅炉的点火
【摘要】循环流化床锅炉的点火是运行中的一个难点问题。对于从未接触过循环流化床锅炉或鼓泡床锅炉的人员，在未掌握点火要领之前，常易引起床料结焦或灭火。本文详尽介绍了流化床燃烧的三种主要点火方式，以及点火前的冷态试验等准备工作。
【关键词】循环流化床锅炉冷态试验点火过程 1、点火过程及方式循环流化床锅炉的点火是指通过某种方式将燃烧室内的床料加热到一定温度，并送风使床内底料呈流化状态，直到给煤机连续给进的燃料能稳定地燃烧。循环流化床锅炉的点火与其它锅炉相比有所不同，点火过程一直是该炉运行中的一个难点问题，尤其是从未接触过循环流化床锅炉或者是鼓泡床锅炉的人员，在未掌握点火方法前，常易引起床料结焦或灭火，既影响锅炉的按时正常启动，又会造成人力物力的浪费。循环流化床锅炉的点火方式主要分为：固定床点火；床面油枪流态化点火；预燃室流态化油点火和热风流态化点火四种，其优、缺点比较见表1。前三种点火方式使用较多，后文将作详细介绍。 2、冷态特性试验循环流化床锅炉在安装或大修完毕后，在点火前应对燃烧系统包括送风系统，布风装置、料层厚度和飞灰循环装置进行冷态试验。 其目的在于： (1)鉴定鼓风机的风量和风压是否能满足流化燃烧的需要。 (2)测定布风板阻力和料层阻力。 (3)检查床内各处流化质量，冷态流化时如有死区应予以消除。 (4)测定料层厚度、送风量与阻力特性曲线，确定冷态临界流化风量，用以指导点火过程的调整操作，同时也为热态运行提供参数依据。 (5)检查飞灰系统的工作性能。 2.1床内料层流化均匀性的检查测定时在床面上铺上颗粒为3mm以下的料渣，铺料厚度约300－500mm，以能流化起来为准，流化均匀性可用两种方法检查。一种是开启引风机和鼓风机，缓慢调节送风门，逐渐加大风量，直到整个料层流化起来，然后突然停止送风，观察料层表面是否平坦，如果很平坦，说明布风均匀，如果料层表面高低不平，高处表明风量小，低处表明风量大，应该停止试验，检查原因及时予以消除；另一种方法是当料层流化起来后，用较长的火耙在床内不断来回耙动，如手感阻力较小且均匀，说明料层流化良好，反之，则布风不均匀或风帽有堵塞，阻力小的地方流化良好，而阻力大的地方可能存在死区。通过料层流化均匀性的检查，也可以确定流化状态所需的最低料层厚度。这一数据对流化床点火十分重要，料层太薄，难以形成稳定的流化状态，锅炉无法点火和运行。料层太厚，又会延长点火时间和造成点火燃料的增多。布风均匀是流化床点火、低负荷时稳定燃烧、防止颗粒分层和床层结焦的必要条件。 2.2布风板阻力的测定布风板阻力是指布风板上不铺底料时空气通过布风板的压力降。要使空气按设计要求通过布风板，形成稳定的流化床层，要求布风板具有一定的阻力。布风板阻力由风室进口端的局部阻力、风帽通道阻力及风帽小孔处局部阻力组成，在一般情况下，三者之中以小孔局部阻力为最大，而其它两项阻力之和仅占布风板阻力的几十分之一，因而布风板的阻力△Ρ可由公式1计算为：△Ρ=ξ(Pa)(1)式中μ—小孔风速，m/s；ξ—风帽阻力系数；ρ—气体密度，kg/m3。测定时，首先将所有炉门关闭，并将所有排渣管、放灰管关闭严密，启动鼓、引风机后，逐渐开大风门，缓慢地、均匀地增大风量，并相应调整引风，使炉膛负压为零。对应于每个送风量，从风室静压计上读出当时的风室压力即为布风板阻力。一直加到最大风量，每次读数时，都要把风量和风室静压的数值记下来。然后从最大的风量开始，逐渐减小风量，并记录每次的风量和风室静压的数值，直到风门全部关闭为止。把上行和下行的两次试验数据的平均值绘制成布风板阻力—风量关系曲线，如图1以备运行时估算料层厚度。 2.3料层阻力的测定测定料层阻力是在布风板上铺放一定厚度的料层，象测定布风板阻力的方法一样，测定不同风量的风室静压。以后每改变一次料层厚度，重复一次风量——风室静压关系的测定，风室静压等于布风板阻力与料层阻力的总和，即：料层阻力=风室静压－布风板阻力上式中的三项数值，都对应于相同风量下的数值。根据以上两个试验测得的结果，就可以得到不同料层厚度下料层阻力和风量之间的关系，也可以绘制成料层阻力——风量关系曲线，如图2所示。大量统计数据表明，流化床的阻力同单位面积布风板上的床层物料的重量与流体浮力之差大致相等。即ΔP== =hfg(ρp－ρf)(1－ε)（2）式中：△Ρ—流化床层的阻力，Pa；G —流化床层中物料的质量，kg; g — 重力加速度，m/s2；hf —流化床层高度，m；Fb —流化床层面积，m2；ρp、ρf —物料真实密度与空气密度，kg/m3;ε—流化床层平均空隙率。因为ρpρf ，在计算时可忽略ρf的影响，故△Ρ=hfgρp（1－ε）。通过试验进一步简化，采用未流化前固定床物料的堆积密度来表示为：△Ρ=Ahgρd g（3）式中：hg—静止料层高度，m； ρd—料层堆积密度，kg/m3； A—由煤种决定的比例系数，见表2。当静止料层厚度hg﹥0.3m后，计算结果和试验数据很接近。从公式3看出料层阻力与静止料层厚度成正比例关系，料层越厚，阻力越大。为简化，可以用表3通过料层阻力来估算料层厚度。 2.4确定临界流化风量临界流化风量是限制循环流化床锅炉低负荷运行时的风量下限，低于该风量就可能结焦。最低运行风量一般与床料颗粒粒度大小、密度及料层堆积孔隙有关，具体通过冷态试验来确定。在测定料层阻力时，每一次料层厚度，都应根据炉内的临界流化情况，确定每一次料层的临界流化风量，其中最大的一次，作为热态运行时的最小风量。一般来讲，循环流化床锅炉的冷态空载面速度不能低于0.7m/s。在实际运行中，料层阻力直接测取比较困难，一般用总阻力（布风板阻力与料层阻力之和）或风室静压来监视运行。临界流化风量的确定对循环流化床锅炉的点火是至关重要的。固定床点火温床结束后，启动鼓、引风机点火时，如果一次风量调整过大，流化激烈，很可能在几分钟内就会造成锅炉灭火。风量太小，流化不好，又会造成结焦。对于床下流态化油点火，如果风量太大，床料加热缓慢，热量损失严重，点火时间延长。风量太小，床料流化不好，又会造成大量热烟气在风室内积聚，这是很危险的，严重时会引起风室爆炸，有些采用床下流态化油点火的循环流化床锅炉在风室上装有防爆门，就是基于这个原因。因此临界流化风量是点火操作调整时的重要参数。 3、点火前的检查与准备 (1)检查燃烧室布风板和分离器等燃烧、循环系统，内部干净，风帽完好无损，通风小孔畅通。排渣管、放灰管和返料阀，无堵塞情况，关闭灵活。 (2)锅炉本体保温耐火层无脱落、破损现象，所有人孔、观察孔均应关闭，密封严实。 (3)检查鼓引风机调风门和风室、油点火各送风门是否正常，开关应灵活，指示正确。 (4)检查煤仓、给煤机、除尘器等辅机系统工作正常。 (5)油点火系统空压机（空气雾化）、油泵、管阀、点火器全面检查、试送正常。 (6)检查引风机、鼓风机、二次风机地脚螺栓有无松动。风机冷却水、油位是否正常，盘车应灵活,风机内无摩擦声响。(7)检查汽水系统管阀正常，开关操作灵活。 (8)检查所有压力表、温度表、流量表等表计完好正常，指示正确。 (9)准备一定数量的点火底料，粒径为0～3mm。固定床点火还需准备一定数量的烟煤和木柴。 (10)确认锅炉汽包水位或循环水量正常。 4、固定床点火这种点火方式是底料先在固定静止状态下被加热，当温度升到400～500℃时，开启鼓风机，逐渐送风，并在这个过程中投入引火烟煤，利用烟煤燃烧，继续对底料加热，直到给煤机送入的煤能着火燃烧为止。用固体燃料加热底料进行点火，方法比较简单，不需要专门点火设备。其点火操作步骤如下： (1)在床上铺放粒径0～3mm的底料约300～400mm厚，或根据料层流化均匀性试验时，所掌握的最薄良好流化厚度为准，这样可以缩短点火时间，节约点火燃料。底料中含炭量不应超过3％。 (2)将准备好的木柴放入炉内底料上面并将其引燃，之后加入经筛选的块煤（大小在50mm左右）并推平，木柴及块煤的厚度掌握在150～200mm左右。这个过程称为温床。 (3)温床的时间一般在3～5小时，其间可根据炉内的燃烧情况，打开引风机档板或短时开启引风机引燃。温床过程实质是对底料及炉膛的加热过程，时间太短，底料不能很好地加热，时间太长，木柴及煤块又有可能着过火，两种情况均不利于点炉，因此应根据实际情况灵活掌握。 (4)温床结束后，用火钩检查有无未燃尽的大块煤，若有需将其钩出，并平整床面炭火。这一操作过程很重要，有时锅炉在点火过程中产生局部低温结焦，就是因为这些未燃尽的大块煤在底料开始流化后，沉到底料最下层紧贴风帽，由于供氧充足、燃烧激烈而造成的。 (5)启动引风机、鼓风机，依据冷态试验所掌握的风量尽快使料层达到微流化状态，同时向炉内加入引燃烟煤，炉膛保持微负压。这是利用上部燃烧形成的红炭火逐步加热整个料层，并引燃烟煤着火的过程，一般需持续5～8分钟。刚开始时炉内红色火焰消失而转暗，持续几分钟后，可以看到炉内有明亮的火星划过，而且会逐步增多，此时说明引燃烟煤中颗粒较小的部分已着火，这时应略增加风量，料层表面会出现红色的火苗和火浪，火焰由暗逐步转变为暗中带红，这时再继续播散引火烟煤，适当增加风量，炉内火焰会由暗红向红转变，而且越来越明亮，此时说明床温已达600～700℃。(6)当床温升到700℃以后可继续播散少许烟煤，但应使床温平稳、缓慢的上升，达800℃时，即可关炉门，开动给煤机送入正常的燃料，同时加大风量使料层过渡到正常流化状态。此后利用给煤机的转速变化来控制温升，直到进入正常运行温度850～950℃，到此点火启动过程全部结束。这里要说明一点，加大风量是指引、鼓风同时匹配加大。 (7)在整个给煤、加风过程中，掌握风量是点火的关键，始终要看火调风,增减风量做到及时、准确。如发现风量过大，有灭火危险时应立即减风或停止送风，待料层表面的烟煤开始燃烧时，再少量加风，并向有火苗的地方撒入少量烟煤屑，使料层重新升温。但应随时注意用炉钩试探料层底部是否结焦，如有焦块，应及时钩出。为了防止点火时低温结焦和高温结焦，引燃烟煤投入方式要少量、勤给、均匀播散，加风流化后要用炉钩勤扒床料，使床温尽量均匀，平稳缓慢升温。固定床点火对操作工的经验要求比较高。 5、预燃室流态化油点火（床下油点火）床下油点火是流态化点火，整个启动过程均在流态化下进行。它的基本原理是燃油雾化后在预燃室内完全燃烧，产生的高温烟气及火焰（1500℃）与鼓风机供给的冷风均匀混合成850℃左右的热烟气，通过风室、风帽进入床内，加热床料。这种点火方式不会出现低温或高温结焦。点火用油一般采用轻柴油，目前有机械雾化和压力空气雾化两种，点火也分为火把点火和高能点火器自动点火两种。 其点火操作步骤如下： (1)床上铺放一定粒径和厚度的底料（与固定床点火相同）。 (2)启动空压机（空气雾化）和油泵，将空气压力和流量、点火油压力和流量调整到点火正常值。 (3)油枪在首次使用前应先作雾化实验，方法是将油枪从预燃室中抽出，插入一容器内，开启雾化风门和油枪阀门，观察油枪雾化情况，记录最好雾化效果时的空气压力和流量及点火油压力、流量，以此作为点火时的依据参数。 (4)启动引风机、鼓风机，关闭送风档板，将油枪点燃，然后打开送风门，调整送风量，使底料尽快处于临界流化状态。这一点对于床下油点火从安全角度讲十分的重要，这样不会造成热烟气在密闭风室内的积聚和膨胀。 (5)调节油枪油压和喷油量，改变热烟气发生器风道的燃烧风和混合风风量和风比，可控制热烟气温度和烟气量，为提高热烟气的热利用率，减少油耗，点火的热烟气量使床料呈流化状态即可，不宜用较高的流化速度。 (6)为避免烧坏风帽，一定要控制热烟气温度，不允许超过900℃，测量点火烟温的热电偶应插入风室中大于800～1000mm，以正确反映热烟气温度。(7)应控制启动升温速度，主要从耐火材料的热膨胀要求和水循环的安全问题两方面考虑，特别是从冷态启动初期更应严格控制床温度，上升速度不大于10℃/min，根据锅炉容量不同冷态启动时间1～2h，锅炉容量越大，启动时间越长，130t/h的锅炉约2～3h。温态启动后较快，耗时20～40min。 (8)在冷态启动时，底料温度从室温缓慢地加热到300～400℃，当继续升温时，由于煤中的挥发份大量释放，在450～600℃时，床温会迅速上升，这一阶段的温度区间与燃用煤种有关，当出现此现象时（要求燃烧室床层温度采用直读式的数字温度计，可迅速直观反映床温），即可开始向燃烧室中添加少量煤并减少喷油量，当床温升到650～700℃，即可关闭油枪，正常给煤运行。 (9)燃用无烟煤时，为减少油耗，缩短启动时间，启动燃料也应采用烟煤。大量实践证明，在启动底料中加入含炭量不超过10％的烟煤，对减少油耗、缩短点火时间非常有效。床下油点火方式具有耗油省、启动快、成功率高、环境卫生好、工人劳动强度低等优点。床下点火也可采用重油或气体燃料点火，其方法与上述轻柴油点火方法相同。 6、床面油枪流态化点火（床上油点火）床上油点火与床下油点火一样，整个启动过程也在流态化下进行，其操作上较固定床点火容易，也不象床下油点火那样危险性较大。缺点是点火油耗量较大，温升速度较慢，油燃料的热利用率低。同时，由于油枪加热的不均匀性，使得床料的温度在点火期间不均匀，控制不好容易出现局部超温现象。点火操作步骤如下：点火时，首先将油枪点燃，然后启动鼓、引风机，调整送风量，使底料处于临界流化状态。在流化的状态下，利用油枪燃烧产生的高温烟气和火焰来加热底料，当底料温度上升到400℃时，可以撒入点火引子煤。引子煤的挥发份在此温度下析出并燃烧，此热量将进一步加热床层底料，床温将会平稳上升，当达到煤的着火温度后，可开启给煤机投煤。床温升到700℃后，关闭油枪，调节风、煤配比，投入正常运行。
循环流化床锅炉结焦预防措施
循环流化床锅炉技术是近十几年迅速发展起来的一项高效、清洁燃烧技术。随着大量的循环流化床锅炉投入生产运行，循环流化床锅炉的运行特点逐渐为大家所掌握。但由于其固有的一些特点，运行中仍经常出现问题。结焦就是循环流化床锅炉运行中较为常见的故障，它直接影响到锅炉的安全经济运行。循环流化床锅炉结焦的原因分析：结焦的直接原因是床料局部或整体温度超过灰熔点或烧结温度。当床层整体温度低于灰渣变形温度，由于局部超温而引起的结焦称为低温结焦。低温结焦常在启动和压火时的床层中出现，也可能出现在高温旋风分离器的灰斗内，以及外置换热器和返料机构内。避免低温结焦，最好的办法是保证床料良好的流化状态和正常移动状态，使温度均匀，防止局部超温。锅炉在压火期间，床料处于静止状态，如果漏入小风，热的床料中的可燃物获得氧气，便会产生燃烧。由于燃烧产生的热量不能及时带走，使局部区域床料超温而结焦。高温结焦是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象。当床料中含碳量过高，如不及时调整风量或返料量来控制床温，床温将急剧上升，超过灰熔点，便会产生高温结焦。渐进性结焦是运行中较难察觉的一种结焦形式。它是缓慢生长的，此时床温和观察到的流化质量都比较正常。产生渐进性结焦的主要原因是布风系统设计和安装质量不好，给煤颗粒度超出设计值，运行参数控制不当，风帽错装或堵塞等等。循环流化床锅炉结焦的预防措施循环流化床锅炉结焦一旦产生，便会迅速增长，焦块长大速度越来越快，因此预防结焦和及早发现结焦并予以清除是运行人员必须掌握的原则。保证良好的流化工况，防止床料沉积 保证燃料制备系统正常工作，给煤粒度符合设计要求。严格控制料层差压，均匀排渣。采用人工放渣要及时，做到少放勤放，排出的炉渣有渣块应汇报司炉，排渣结束后排渣门要关闭严密。认真监测床底部和床中部温差，如果温差超出正常范围，说明流化不正常，下部有沉积或结渣，此时，可短时开大一次风，吹散焦块，并打开冷渣管排渣；如不能清除，应立即停炉检修。低负荷运行时，如发现床温突然下降，除了断煤外，很可能是床料沉积，这时若增大给煤量，反而会加剧沉积，使沸腾床的流化质量变差，造成局部结焦。当判明是床料沉积时，应打开冷渣排放管放渣，待床温正常后，应适当调节至较高负荷下运行。点火过程中严格控制进煤量点火过程中，一般床温达到500℃以上可加入少量的煤以提高床温。如果加煤量过多，由于煤粒燃烧不完全，整个床料含碳量增大，这时一经加大风量，就会猛烈燃烧，床温上升很快，甚至超过灰的软化温度，结果造成整床超温结焦。当床温超过1050℃，虽经减煤加风措施，床温仍然上升，此时必须立即停炉压火，一般待床温低于800℃再启动。变负荷运行严格控制床温变负荷运行时，严格控制床温在允许范围内，做到升负荷先加风后加煤，降负荷先减煤后减风，燃烧调节要做到“少量多次”的调节方法，避免床温大起大落。压火时正确操作压火时先停给煤，再运行几分钟后停风机，压火期间，一定要紧闭各炉门、所有进风门及排渣门。认真调整一二次风对于高温分离器，保证任何时候含氧量不低于3％～5％，以降低飞灰可燃物含量，可防止分离器和返料机构内发生二次燃烧而超温。运行中要定期察看返料的情况，监视返料器床层的温度是否正常。若超出正常值很多，可能是发生了二次燃烧。此时应加大返料风量，打开返料床排灰阀放灰。若温度低于正常值很多，说明返料器发生了堵塞，此时应打开排灰阀放灰，同时加大返料风量。若仍不能消除故障，则必须压火检修。锅炉启动期间，返料装置应充满灰锅炉启动期间，返料装置必须充满灰后方可投入，否则风会反窜。点火初期先不投返料风，待底料中的细灰充满返料装置后则应开返料风（一般是点火后半小时），保证床内有料，否则，床温将难以控制。安装炉膛差灰装置和返料增压风机为监视返料机构是否正常工作，避免结焦或堵塞，可安装炉膛差压装置和返料增压风机。炉膛差压指燃烧室上界面与炉膛出口之间的压力差，是监视返料器是否正常工作的一个参数。一般炉膛差压控制在0.5 kPa以上。运行中若炉膛差压突然降低，则表明物料循环中止，返料器发生了堵塞。运行中只要认真监视炉膛差压，返料机构结焦是可以预防的。为提高返料风压头，保证返料床层良好的流化和移动状态，在一次风压不能满足返料要求时，安装返料风增压风机对预防返料器结焦是非常有意义的。改变燃煤的焦结特性做好入炉煤的搭配，改变燃煤的焦结特性，对预防循环流化床锅炉结焦具有明显的实用意义。启运前准备充分在每次锅炉启动前，应认真检查风帽、风室，清理杂物，启动时，应进行冷态流化试验，确认床层布风均匀，流化良好。在流化床锅炉运行中，良好的流化质量是防止结焦的关键，同时运行中尚应认真调整好煤量、风量，严格控制床温及料层差压等运行参数。
循环流化床锅炉燃烧及传热特性
循环流化床锅炉燃烧及传热特性 循环流化床锅炉属低温燃烧。燃料由炉前给煤系统送入炉膛，送风一般设有一次风和二次风，有的生产厂加设三次风，一次风由布风板下部送入燃烧室，主要保证料层流化；二次风沿 燃烧室高度分级多点送入，主要是增加燃烧室的氧量保证燃料燃烬；三次风进一步强化燃烧。燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下，发生剧烈扰动，部分固体颗料在高速气流的携带下离开燃烧室进入炉膛，其中较大颗料因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗料随烟气飞出炉膛进入物料分离装置，炉膛内形成气固两相流，进入分离装置的烟气经过固气分 离，被分离下来的颗料沿分离装置下部的返料装置送回到燃烧室，经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后，离开锅炉。因为循环流化床锅炉设有高效率的分离装置，被分离下来的颗料经过返料器又被送回炉膛，使锅炉炉膛内有足够高的灰浓度，因此循环流化床锅炉不同于常规锅炉炉膛仅有的辐射传热方式，而且还有对流及热传等传热方式，大大提高了炉膛 的传导热系数，确保锅炉达到额定出力。
