CFB锅炉点火方式对比及弛放气点火方案探讨

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CFB锅炉点火方式对比及弛放气点火方案探讨

兖矿鲁南化工有限公司(简称鲁南化工)属大型煤化工企业，其生产系统采用国内较为先进的工艺技术，如四喷嘴对置式水煤浆气化、低温甲醇洗工艺等，生产包括甲醇、醋酸、醋酸乙酯、丁醇等在内的10余种化工产品。在甲醇合成过程中，会产生约8000m3/h(日常流量7727.9m3/h)的弛放气，弛放气组分为CO9.38%、H₂81.66%、CO₂3.18%、CH₄1.94%、N₂3.19%，弛放气热值>2300kcal/m3，甲醇合成系统弛放气无法回收利用，一部分送锅炉掺烧，富余部分则送火炬焚烧(连续)排放，不利于节能减排。

化工生产系统中一般都配套建设有蒸汽锅炉和管网，为主生产系统提供动力和热源，同时可以发电。鲁南化工现有8台高温高压循环流化床锅炉(2台260t/h、4台130t/h、2台75t/h)，产汽能力合计1190t/h，主汽温度540℃、压力9.8MPa。由于循环流化床锅炉的点火及升温过程属于非正常工况，存在一定的风险，为保护后续除尘和脱硫系统，期间一般有4～6h的烟气(黑烟)未经处理就直接排入大气，烟尘排放浓度相当于锅炉正常运行时的上千倍。而近年来国家对污染物排放要求越来越严格，《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)等一系列标准出台后，不仅要求正常生产时污染物要达标排放，在生产设施启停等非正常工况时也必须做到达标排放。

为此，鲁南化工立足自身实际，深入调查研究，提出应用甲醇合成系统弛放气点火的方案，并率先在1台75t/h循环流化床锅炉(调节炉，用于平衡生产负荷，启停较频繁)上进行应用。75t/h循环流化床锅炉布风板采用水冷式，床下热烟气点火，床下左右主风道各设1支点火油枪，点火设计最大燃油(0#轻柴油)投加量为400kg/h，油枪采用机械雾化式油枪，点火油压2.45MPa。

锅炉点火方式的对比

2.1 常规点火方式

循环流化床锅炉点火是指通过某种方式将其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，直到燃料能稳定地燃烧。循环流化床锅炉的点火与其他锅炉有所不同，点火过程一直是其运行中的一个难点问题。循环流化床锅炉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等。目前，循环流化床锅炉的常规点火方式为预燃室流态化床下点火，相较于其他点火方式，床下点火具有省油、启动快、成功率高、环境卫生好、工人劳动强度低等优点，但由于点火燃料一般采用柴油，也存在如下缺点：

(1)燃油在预燃室燃烧的过程中，燃烧充分会产生挥发性有机气体，点火期间无组织排放严重，VOCs排放超标。

(2)目前燃煤电厂基本上均采用布袋除尘或电袋除尘方式除尘，点火升温期间，燃油投加量大，燃烧不完全的柴油颗粒物会粘附在布袋除尘器的滤袋上，大大缩短滤袋的使用使命，因此常规的做法是点火期间不投用除尘器，待锅炉投煤且床温稳定在800℃以上并停油枪后，才运行布袋除尘器，由此造成点火升温期间4～6h烟气(黑烟)未经处理就直接排入大气，环境污染严重。

(3)循环流化床锅炉在冷态启动(点火)过程中，如重视程度不够、操作不当或安全投入不足，极易发生灭火、爆燃和爆炸及结焦等事故。如2009年山东邹城某电厂锅炉点火期间，因给煤机故障，在点火投煤时造成大量煤进入炉膛未燃烧，引起床温持续下降，处理过程中引发炉膛发生剧烈爆燃，造成锅炉水冷壁严重损坏;类似事故在鲁南化工也发生过。据统计，循环流化床锅炉冷态启动时的事故发生频率是其正常运行时的3～5倍。

2.2 燃气点火

燃气点火是近年来发展起来的一种新的锅炉点火方式。燃气点火具有洁净、环保的优势，其燃烧产物主要为CO₂和H₂O，燃烧后无挥发性气体及颗粒物排入大气;同时，随着装备技术水平的提升，各类安全设施配置齐全，燃气点火技术已经较为成熟，国内已有不少锅炉采用天然气点火。

鲁南化工甲醇合成系统弛放气虽然是生产中的无用气体，但其主要组分均为可燃气体，燃烧热值≥2300kcal/m3，经测算，甲醇合成弛放气只要能保证其压力(及流量)稳定，完全可以满足循环流化床锅炉点火需要。

弛放气点火方案

3.1 系统构成

在原有燃油点火系统基础上进行改造，只是改造时仍然保留了燃油点火功能，将原油枪布置在弛放气燃烧器上，以便在弛放气不足的情况下也可使用原燃油点火系统，保留原启燃室不动，弛放气点火系统(其流程如图1所示)主要由燃气点火装置(燃烧器)、PLC自动灭火保护控制柜、火焰检测器及炉前燃气管路等组成。系统采用西门子PLC对整个燃气点火过程进行实时监控。

图1 弛放气点火系统流程示意图

弛放气燃烧器采用两级点火方式，每个弛放气燃烧器配备大、小2只点火气枪，高能点火器点燃小火，小火再点大火的方式投入大气枪，即采用小流量气枪点火以引燃主气枪，如此一来，即使小气枪未被点燃，也不会造成主燃气大量进入炉膛，再配合火焰检测器的投入，就可有效杜绝点火过程中可能发生的局部爆燃，提高系统的安全性。

3.2 系统主要控制逻辑(基本功能)

可采用就地单操、就地程控、远程DCS单操、远程DCS程控，并可进行自动(远程控制室)或手动(就地)控制方式的切换;运行工况指示(指示灯)，火焰监视;为DCS提供就地执行装置的动作信号(无源触点)，手动控制高能点火器的点火。

3.3 安全保护装置

配备压力开关、气体检测报警仪、气动快关阀、泄压阀、阻火器及其他保护仪表，保证系统的安全性。配备火焰检测器，当燃烧器正常投用后，若出现气源故障(甲醇合成系统弛放气流量太小、压力太低等)或其他非正常因素导致燃烧器灭火，燃烧器喷嘴处设置的火焰检测器会如实反映出燃烧器处于灭火状态，此时DCS可以通过对就地柜的控制实现自动灭火保护，系统迅速关闭燃气阀及主燃气阀，同时进行吹扫，确保锅炉的安全、可靠运行。

弛放气点火改造及设备调试

4.1 改造实施进度

经过广泛调研，鲁南化工与江阴创捷电气设备有限公司合作实施本项技改，编制了调研报告和改造实施方案，制定了实施计划表(2018年3—4月，燃烧器、点火枪等设备、材料完成采购;2018年5—6月，现场进行改造及设备安装;2018年7月，调试运行;2018年12月，总结验收)，并如期完成。

4.2 系统调试

4.2.1 系统吹扫和气密性试验

系统投运前必须对整个管道进行吹扫:打开系统所有阀门，用蒸汽或氮气吹扫管路，防止铁屑、焊渣等坚硬物体破坏阀体球面而影响阀体的气密性，吹扫时间4～12h，彻底吹扫完管路后再将仪表安装在管路上;清扫结束后对管道上阀门连接法兰、接头进行气密性试验，防止点火时发生燃气泄漏。

4.2.2 设备调试

(1)高能点火器的调试:按动点火按纽，观察打火器打火是否正常，同时可听到打火。

(2)点火小气枪的调试:适当调节风管和气管上的手动阀，观察火焰状态，使火苗呈蓝色，火苗长度保持在15～20cm，火苗燃烧有力、不发散。

(3)火焰检测器的调试:火焰探头安装前应对着光或打火机火焰观察火焰检测器是否有强度显示和火焰信号;火焰检测器探头一定要配冷却风。

4.3 物弛放气点火操作

4.3.1 配风

按照系统燃烧、流化、冷却、调温所需进行配风。

4.3.2 点火过程(手动)

(1)点火前吹扫:点火前先用氮气对燃气管道和燃烧器进行置换，置换时间不得少于5min。

(2)引气:停止吹扫后，关闭所有的燃气阀，打开进气母管手动阀，并打开主燃气阀引入燃气。

(3)单角点火(炉床下设置左右2个启燃室，配套2台点火器，单角是指其中的一边，即先点燃一边、再点燃另外一边):按下点火按钮，同时打开点火阀，10s后自动停止打火，若火检信号指示灯亮且稳定燃烧，打开支管燃气阀，点火小气枪伴烧一段时间后，关闭点火阀。火检指示灯一直亮则表明点火成功;火检指示灯无指示，则表明点火不成功，须关闭燃气阀，打开放散阀。切记点火失败后不能继续进行点火，必须对燃气管道及炉膛再次进行吹扫后方可重新点火。

(4)就地点火:采用就地点火方式时，待燃烧器稳定运行后投入“联锁”按钮，“联锁”按钮具有灭火时自动切断气枪前燃气阀的作用。

(5)点火后吹扫:2个燃烧器均停运后，主燃气管道阀前加盲板予以彻底隔绝，关闭进气手动阀，打开所有放散阀，吹扫3min后，关闭所有燃气阀。

4.4 弛放气点火及数据收集

2018年7月27日，鲁南化工热电车间利用系统调整负荷的机会，组织对75t/h循环流化床锅炉实施弛放气点火:当日9:00左右，2个点火器先后按操作规程点火成功;11:30床温升至500℃左右，开始间断投煤，炉温稳步上升;待床温升至800℃以上时，12:00停弛放气点火系统，锅炉点火成功;13:30，锅炉并汽运行。点火期间锅炉升温曲线如图2。

图2 锅炉弛放气点火升温曲线

锅炉弛放气点火运行总结

本台75t/h循环流化床锅炉作为调节炉，用于平衡生产负荷，启停较频繁，迄今(总结时)共启动3次，从弛放气点火升温到退出用时约需3h，到锅炉并汽运行约需4.5h，与柴油点火用时相当。通过弛放气点火实践，总结得出如下运行经验。

(1)点火前将主气枪前燃气调节阀开到10%左右及助燃风门开到30%(保证床料微流化即可)，待气枪引燃后一边加大风门开度一边加大燃气调节阀开度，这样可以保证点火的成功率，提高安全性。

(2)如果出现燃烧器点不着火的情况，需查明原因后再点火。燃烧器点不着火可能有以下原因:一是燃气压力不适宜，一般应保证燃气母管压力在15～20kPa;二是燃烧器助燃风门开度太大，建议将风门关小，待燃烧器点燃后再加大风门开度;三是点火气枪的燃气压力及压缩空气压力配比不合适，通常应保证点火气枪压力在20～30kPa、压缩空气压力在100～150kPa。

(3)气枪点着后，调大启燃室手动风门的开度，调大燃气调节阀开度，调节流化风、混合风，达到完全流化状态;如果炉膛、启燃室、水冷风室升温太快，可通过调节进气量或适当加大引风量，减小燃气流量或加大混合风量，少量开启风室一次风风门(开度)等措施，以保证床层温度平稳上升。

(4)由于弛放气较柴油、天然气等燃料热值低，锅炉床层温度升到400℃以上后，升温速度会减慢，需根据炉膛温升情况加大弛放气量，点火过程中保证弛放气压力、气量稳定;床层温度升至450℃以上后，开始间断、少量投煤，以保证床层升温速度。

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效益评价

6.1 经济效益

75t/h循环流化床锅炉点火系统改造后，利用甲醇合成系统弛放气进行点火，每次点火消耗弛放气约5000m3，弛放气按0.6元/m3计算，单次点火所需费用约0.3万元。使用柴油点火，每次点火消耗柴油约2.5t，柴油按7000元/t计算，所需费用约1.75万元，即采用弛放气点火单次可节约1.45万元。本台75t/h循环流化床锅炉作为系统调节炉，每年启停较为频繁，以全年开停6次计，全年可节约点火费用8.7万元。

6.2 环保效益

一是解决了循环流化床锅炉点火期间冒黑烟的问题，实现了锅炉点火期间烟尘的达标排放;

二是充分利用了弛放气，减少了废气和温室气体排放，实现了节能减排;三是节约了柴油用量，降低了生产成本。

7结束语

实际生产情况表明，弛放气点火系统是非常安全可靠、节能环保的。截至2019年4月，鲁南化工已编制完成另一台75t/h循环流化床锅炉弛放气点火改造方案，目前正在实施改造;下一步将根据系统生产运行情况及检修计划，逐步对其余6台(2台260t/h和4台130t/h)循环流化床锅炉实施弛放气点火改造。

化工生产弛放气，如合成氨装置、甲醇装置合成系统弛放气，其主要成分为H₂、CO、CH₄及其他有机烃类、醇类物，并含有少量CO₂、NH₃及其他含碳化合物等，具有较高的热值，但由于无法回收利用，现阶段通常采用锅炉掺烧或火炬焚烧的方式予以处理，造成能源浪费。而采用清洁能源(天然气、液化石油气、焦炉煤气、沼气等)尤其是化工生产弛放气作为循环流化床锅炉点火燃料，不仅有利于保护环境，而且可大幅降低锅炉点火成本，不失为化工生产弛放气利用的好办法，值得推广应用。


内容来源：网络