摘要：本文主要针对循环流化床锅炉风道点火系统存在问题分析研究，提出循环流化床锅炉风道点火系统设计优化以及运行建议，提升点火风道的使用寿命，确保锅炉风道点火系统能够长期安全、高效、稳定的运行。
关键词：循环流化床；锅炉；风道；点火系统；优化
我国是以煤炭为主要能源的国家，有一半以上的煤炭用于燃烧发电。循环流化床燃烧技术是国际认可的一种重要的清洁煤技术，具有煤种适应性广、燃烧稳定、污染物排放易于控制且成本低、负荷调节性好等诸多优点，是利用低热值煤、煤矸石、煤泥、褐煤等劣质燃料发电的主要手段之一。风道点火系统由于点火热量利用率高，启动速度快，热量分配均匀等特点，一直广泛运用于大型循环流化床锅炉的点火启动系统和锅炉低负荷稳燃。为了解决锅炉运行过程中风道点火系统存在的问题，通过归纳总结、分析研究，提出循环流化床锅炉风道点火系统设计优化以及运行建议，提升点火风道的使用寿命，确保循环流化床锅炉风道点火系统能够长期安全、高效、稳定的运行。
1、流化床床层升温过程
循环流化床锅炉的点火就是指通过某种方式使床层温度升高、并保持在投煤运行所需的最低水平以上，从而实现投煤后的正常稳定运行。
流化床的点燃要比煤粉炉中煤粉的点燃或层燃炉中煤块的点燃困难得多。这是因为从点燃底料到正常燃烧是一个动态过程，燃用的通常又是难以着火的劣质煤。点火初期的颗粒和风的温度都低，同样尺寸的颗粒达到流化状态的风量要比热态正常运行时约大一倍；而根据点火时颗粒燃烧和传热的要求，则又希望点火燃烧器采用出力调节比较大的油枪或气枪尤为重要，故必须妥善处理各种影响因素，例如流化床的结构特性、底料的配制、加热功当量启动方式、配风操作、给煤时机和数量等，以防止熄火和结焦，使点火过程顺利进行并平稳地过渡到正常燃烧。这些影响因素相互制约，任何一个环节的失误都会导致点火失败。
点火过程中，床料一般经过加热升温、快速引燃和向稳定状态过渡等几个阶段。底料的加热是一个相对较长、较平稳的动态过程，升温热量来自油枪或气枪产生的床下或床上热烟气。随着床温升高，加热速率越来越小。但是，当整个或局部床料温度达到煤的着火温度时，将出现快速引燃阶段，其标志是床温在很短时间内的快速爬升，初始爬升速率主要取决于床料中引子煤和给煤的份额、反应活性(热值)、鼓风量和床内受热面的布置情况。而在过渡期内，由于风量、给煤时机和给煤速度的掌握不同，床温会有不同程度的波动。在成功的点火过程中，床温最终将稳定在适当水平上。
目前，循环流化床锅炉的点火方式可简单地归为如下几种，即床上燃烧器点火、床下风道燃烧器点火及床上燃烧器床下风道燃烧器联合点火，分别指点火燃烧器的布置方式。点火热源可以是油枪、气枪等。由于床上燃烧器点火时加热床层的热效率不高，一般不超过40%，造成点火燃料的浪费和点火成本居高不下，因此床下风道燃烧器点火已被越来越多的电厂和研究机构所重视。目前多数循环流化床锅炉均采用床下风道燃烧器点火。
2、循环流化床锅炉风道点火系统存在问题以及原因分析
2.1 存在问题
循环流化床锅炉点火风道为钢板内衬保温材料的绝热设备。风道点火燃烧器布置在点火风道内，点火燃烧器由油枪、高能点火装置及推进器、火焰检测器、看火孔、配风器、预燃筒、稳燃器、风门挡板等部件组成，每个点火燃烧器进风口设置风门挡板，用于调节油枪燃烧所需风量。在点火系统运行过程中，一旦油枪出力过大或者配风不合理，就很容易导致点火风道内热量聚集，暴露出以下问题：1）点火风道点火燃烧不稳定，存在火焰刷墙；2）点火风道耐火耐磨层磨损、开裂和脱落；3）点火燃烧器烧红、烧穿等；严重影响机组的安全运行。
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2.2 原因分析
针对以上风道点火燃烧器超温烧损问题，分析产生的主要原因是：
（1）风道点火燃烧器热输入热量过大，点火流化风量不足以降低烟温到合理范围以内；
（2）风道点火燃烧器结构设计不够合理，启动阶段风道点火燃烧器内配风不足，热量聚集，得不到有效扩散；部分项目存在点火风道入口风门挡板调节性差，以致风道点火燃烧器各级配分不合理，点火风道超温；
（3）电厂运行不规范，通过风道点火燃烧器的各级配风同燃烧器油枪或气枪输入热量不匹配。
3、循环流化床锅炉风道点火系统设计优化、运行建议
3.1 优化方案的提出
为了彻底解决风道点火燃烧器超温烧损问题，有电厂提出在风道点火燃烧器顶板引“冷一次风”，增加风冷夹套的方案，由于风量有限，且冷风影响点火效率等问题最终未能采用实施；某电厂风道点火燃烧器为立式布置，利用已有结构在风道点火燃烧器顶板上引入消防水冷却点火风道。在随后的几次点火启动过程中锅炉能够较好的完成点火启动，没有点火风道顶板烧红、烧穿问题发生，但还是有点火风道预燃室内筒变形，局部浇注料烧熔的问题，并且该方案也存在能源浪费。
为了彻底解决循环流化床锅炉风道点火系统暴露出的超温烧损问题，东方锅炉成立了“风道点火系统”性能提升优化小组。优化风道点火设备选型、结构布置以及运行调试方法，从根本上解决点火风道超温烧损问题。
具体方案如下：
（1）优化设备选型。根据点火阶段流化风量以及风温确定合适的风道点火燃烧器的输入热，即点火燃烧器油枪、气枪出力。
（2）优化风道点火系统结构布置。增设风道点火燃烧器预燃室；合理的选取风道点火燃烧器周界风的扩锥角度、风量、风速；优化风道点火燃烧器冷却风的布置位置。保证点火期间将全部燃烧用风从风道点火燃烧器的顶部送入，燃烧器一次风用于点火油枪或气枪主配风，保证完全燃烧；周界风向风道点火燃烧器周边扩散，一方面补充燃烧，另一方面通过持续送入的周界风带走燃烧所产生的热量保护燃烧器内筒端面；冷却风布置在可能存在的高温区域，防止风道点火燃烧器局部超温烧损。
（3）通过技术文件，指导帮助电厂运行。运行首先要保证点火阶段进入点火风道的总风量同设计油枪或气枪输入热匹配，即进入点火风道的总风量为“锅炉点火阶段流化风量”。风量不足很容易引起风道点火燃烧系统的超温；其次需保证燃烧器一次风，该风量主要用于保证燃料良好的燃烧（着火稳定、及时燃烧和高效燃尽），同时也将燃烧后的烟气温度控制在小于稳燃筒内耐火材料及其金属固定件的安全工作温度以内；剩余风量通过燃烧器周界风、冷却风的方式送入，用于补充燃烧以及强制冷却，防止风道点火燃烧器超温烧损。
3.2应用案例
以某电厂600MW循环流化床锅炉为例，锅炉采用2套风道点火装置，每套风道点火装置设置4只点火燃烧器。风道点火装置在锅炉点火期间关闭主风道风门并留有少许冷却风，使锅炉点火阶段流化风通过风道进入大风箱，由大风箱提供点火燃烧器的一次风、周界风、预燃室内侧冷却风、预燃室外侧冷却风。油枪喷出的油雾经点火枪点燃后，与配风器喷出的燃烧用一次风混合燃烧，形成稳定火焰，之后逐渐与周界风、各路冷却风混合，形成约900℃的高温烟气，通过点火风道送入锅炉床下风室，再通过布风板风帽喷出，使锅炉床料流化并加热床料达到投煤温度，然后送入燃煤，形成稳定床温后结束点火过程。
在锅炉正常运行期间，关闭燃烧器风道风门，通过调节主风道风门进行锅炉一次风量的调节。
4、结束语
经过多个电厂实际运行验证，优化后的风道点火系统完全满足循环流化床锅炉点火启动以及低负荷稳燃的要求。不管风道点火系统如何布置，“立式”还是“卧室”，只要风道点火燃烧器输入热量同锅炉点火启动阶段流化风量匹配，点火燃烧器配风合理，电厂运行满足设计要求，风道点火系统超温烧损问题就可以彻底解决。
参考文献：
[1]张磊，卢如飞.130t/h循环流化床锅炉烘炉技术[J].工业锅炉，2016(01):54-56.
论文作者:郭建平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/28
标签：风道论文; 燃烧器论文; 锅炉论文; 流化床论文; 风量论文; 系统论文; 气枪论文; 《电力设备》2018年第2期论文;