1 循環(huán)流化床鍋爐的點火過程

 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)作為一項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)的一項重大革新。循環(huán)床的點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行所需的最低水平以上，從而實現(xiàn)投煤后的正常穩(wěn)定運行。

目前，循環(huán)床鍋爐的點火方式可簡單地歸為如下幾種：微流化點火、流態(tài)化點火及循環(huán)床點火，分別指點火初期時床層的狀態(tài)。點火熱源可以是床上或床層中的油槍、氣槍以及床下預燃裝置產(chǎn)生的熱煙氣。福建紡織化纖集團有限公司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，采用預燃室熱煙氣微流化點火方式。該爐調(diào)試運行過程中，共進行了十七次點火，其中兩次失敗，成功率88%，兩次失敗均是由于預燃室超溫過熱造成的，總體而言，對該爐的點火經(jīng)驗是成功的，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)流化床鍋爐的點火過程中，床料總體上呈現(xiàn)三個階級：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，底料達到一定溫度后，啟動風機引燃底料，用它本身的燃燒放熱進一步使床溫急劇上升。

3)        過渡到正常運行，用風量控制床溫，并適時給煤調(diào)整至正常運行參數(shù)。

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

( )

1)        底料的加熱過程相對較長，升溫熱量來自油槍預熱的床下熱煙氣。

2)        當床料溫度達到煤的著火溫度時，將出現(xiàn)圖中所示的快速引燃段，其標志是床溫在很短時間內(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、反應活性(熱值)、鼓風量和床內(nèi)受熱面的布置情況。

3)        而在過渡期內(nèi)，由于風量、給煤時機和給煤速度的掌握不同，床溫會有不同程度的波動。在成功的點火過程中，床溫最終將穩(wěn)定在適當水平上，一般情況下均在850~1010℃之間，整個點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，很容易造成點火后期由于超溫造成結(jié)焦，導致點火失敗。

因此，床料中引燃物的份額應該適當，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650℃），床溫到達750~850℃時，以引子煤（一般為煙煤）或木炭應燃盡為宜。在整個加熱階段，床層升溫曲線會出現(xiàn)dT/dτ＞0、d2T/dτ2＜0的工況，這種工況在引燃物著火點處才會改變，此時由于反應放熱急劇增加，會出現(xiàn)二階導數(shù)為正值的區(qū)段；而當床溫繼續(xù)上升時，伴隨風量改變、給煤和撤出油槍的變化。床溫總體上是趨于一個穩(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重要的指標。

1.2.1底料的顆粒要求：通常與對燃煤的要求相同，在8mm以下，但點火時如有條件達到6mm以下則更好。底料中大小顆粒的分配要適當，既要有小顆粒(小于1mm)作為初期的點火源，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％時不利于點火，容易出現(xiàn)床內(nèi)結(jié)焦現(xiàn)象。根據(jù)對東鍋DG35-3.82/450型鍋爐多次成功點火的經(jīng)驗，按典型的床料配比時不同粒徑分布對升溫的影響繪制表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，過多時易結(jié)焦，過少則不易點燃，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，床料預熱段時間過長，點火時間延長；底料太薄則布風不均，容易造成局部吹空和局部超溫，造成結(jié)焦。同時，選擇底料時應保證干燥，底料潮濕會增大顆粒間的吸附系數(shù)，底料不易流化或造成布風不均，給點火前的冷態(tài)試驗帶來不確定因素。

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

1.3  點火過程及注意事項

1.3.1首先在布風板上鋪上一定量合乎要求的爐渣（稱為底料），進行冷態(tài)試驗。調(diào)整風量，保持底料均勻流化并處于微流化態(tài)，冷風必須通過預燃室。在底料中摻入一定量的煙煤和破碎的木炭做為引燃物，加大風量，將底料混合均勻。此時加入的引燃物不宜太多，由于木炭著火點比煙煤低，有利于分階段加熱，加快床料的預熱速度并節(jié)約燃油。

1.3.2點燃油槍，對底料加熱，根據(jù)升溫的速度投入木炭，當床溫到達500℃時可投入引火用的優(yōu)質(zhì)煙煤，提高加熱速度，達到正常運行最低溫度650℃（煤的著火點）以上時，啟動給煤機投煤并轉(zhuǎn)入正常運行。由于實際運行中，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，因此在床溫到達著火點前（經(jīng)驗證明，提前80~100℃時，約3分鐘），就應提前加入，保證可燃物有足夠的水份蒸發(fā)、預熱、吸熱的時間和過程，避免出現(xiàn)因加熱不連續(xù)導致的熄火現(xiàn)象。

1.3.3隨著床溫的上升，料床的流態(tài)化程度越好。風量的控制要求適當，調(diào)整燃燒使得鍋爐本體同時得到預熱，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。當料床升溫速度穩(wěn)定，原煤的燃燒足以維持啟動過程時，應停掉油槍。在實際操作過程中，一般床溫在700~750℃時退出油槍，同時投入回料風機，為抑制床溫作準備。

1.3.4預燃室和料床溫度的控制是需要實際經(jīng)驗積累的。預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)生過預燃室燒穿的事故，造成點火失敗的例子，通常控制預燃室溫度有兩種方法：①加大風量，以2-3倍的過剩空氣冷卻室體，但在底料加熱初期使用這種方法會延長點火時間；②減少油量，與送引風機配合，適當減少進油量，達到控制油燃燒的目的。實踐證明，對于東鍋的該型流化床鍋爐，預燃室溫度應控制在800~900℃之間。同樣的，料床溫度由于熱慣性的存在，在點火末期容易出現(xiàn)超溫，因此需要注意幾個問題：①床料中引燃物不應過量；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給煤量應適當，并與退油槍的時間配合好。

1.4  小結(jié)

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

2 點火的設(shè)計與計算方法

流化床鍋爐的點火是要把室溫下靜止狀態(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問題。流化床的點燃要比煤粉爐中煤粉的點燃或?qū)尤紶t中煤塊的點燃困難得多。這是因為從點燃底料到正常燃燒是一個動態(tài)過程，而且燃用的通常又是難以著火的劣質(zhì)煤。為了保證點火和啟動過程的成功，需要為點火進行合理的設(shè)計，并通過理論計算分析點火過程中的各要素。

2.1  熱煙氣點火的特點

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

2.2  熱煙氣點火的設(shè)計思路

國內(nèi)外的研究表明，在流化床結(jié)構(gòu)設(shè)計時就要考慮到有利于點火操作的結(jié)構(gòu)，通過對東鍋35T/Ht/h流化床鍋爐的研究，其主要有下列考慮：

2.2.1床面布風均勻，可以有效避免局部過熱結(jié)焦。用等壓風室或分區(qū)進風和結(jié)構(gòu)適當?shù)牟硷L板和風帽，以便于點火床均勻地布風和加熱底料；

2.2.2風煙調(diào)節(jié)系統(tǒng)應快速、靈活、準確，有利于操作時各時機的切換。使用嚴密的快速風門和調(diào)節(jié)特性較好的調(diào)節(jié)風門，以利于風量控制。

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

2.2.4在預燃室及床層中合理布置測溫點，有利于操作中及時掌握加熱與燃燒情況，準確地進行點火的過程控制。

2.3  床下熱煙氣點火的熱平衡計算

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

將對東鍋35t/h流化床點火的實際過程分為三個階段，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，說明這種理論計算方法對于實際過程的模擬能夠達到吻合的效果，這也符合國內(nèi)外研究的結(jié)果。關(guān)于具體的計算方法可參照參考文獻[5]所作的論述。

2        結(jié)論

通過對點火過程的研究和模擬計算，分析各要素之間的制約關(guān)系，做到心中有數(shù)，就可在每次點火啟動時針對具體的情況采取相應的措施，使點火成功。

參考文獻

[1]  東方鍋爐廠，循環(huán)流化床鍋爐運行操作說明，1998

[2]  岑可法等，循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計和運行，2000

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

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

[5]  岑可法，方建華，倪明江，嚴建華；流化床鍋爐床下熱煙氣點火啟動的理論及試驗研究，燃燒科學1998

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

福建紡織化纖集團有限公司熱電廠 福建永安 陳龍騰