CN103486577A - 循环流化床锅炉天然气点火系统 - Google Patents

Abstract

循环流化床锅炉天然气点火系统采用天然气、空气增压预混及分配子系统燃点红渣发生器，红渣发生器产生的红渣点燃循环流化床锅炉，既克服了高温空气点火系统的诸多缺点，也显著改进了“使用红渣发生器的循环流化床锅炉无油点火系统”中的技术方案，使设备投资进一步降低，能耗进一步降低，启动时间缩短，提供了一种低点火能耗、极低运行费用的实用的循环流化床锅炉用的无油点火系统。本发明中“天然气”泛指工程就近容易得到的具有较高热值的可燃气体，包括管道天然气、压缩天然气、LNG、页岩气、煤田气、炼油裂化气、炼焦煤气，具有较高热值的可燃气体只要能够满足本发明生成红渣用于循环流化床锅炉启动过程者均属于本发明保护范围。

Description

循环流化床锅炉天然气点火系统

(一)技术领域：

本发明涉及一种循环流化床锅炉用的无油点火系统。本发明循环流化床锅炉天然气点火系统是一种与高温空气点火系统原理不同的新型的循环流化床锅炉用的无油点火系统。

(二)背景技术：

现有技术的循环流化床锅炉用的无油点火系统是高温空气点火系统，该点火系统是利用大功率中频电源感应加热原理，水冷线圈通中频电流后产生强大中频磁场，处于中频磁场中的感应管受电磁感应作用产生感应电动势，在其内部形成中频感应涡流，涡流克服感应管自身电阻生成焦耳热，由送风机送出的常温空气进入感应管内，迅速升温到900℃左右送入燃煤循环流化床床下，将布风板上的点火底料流化并逐渐加热直至点燃。该系统的缺点显而易见：*中频感应加热器功率大到难以接受，220t／h的循环流化床锅炉启动需要4台每台600kW功率的中频感应加热器，总功率2400kW，那么1000t／h级、2000t／h级的循环流化床锅炉要配多大功率的中频感应加热器?*低压厂用变压器难以负担，需增加专用的大功率点火低厂变；*大功率中频电源，设备投资巨大，点火过程厂用电消耗巨大；*中频感应加热器线圈工作条件严酷，线圈需水冷，电、热转换效率较低；*热转换成电的效率只有40％，热电-热的总转换效率不到30％；*启动过程中需要加引子煤，操作麻烦。

循环流化床锅炉均配置有旋风分离器，旋风分离器由旋风分离器本体、垂直料封管、切向进口管、中心出口管等部件组成；旋风分离器切向进口管接炉膛出口，旋风分离器中心出口管接尾部烟道进口。再加上返料器、返料管、调速罗茨风机等部套，在循环流化床锅炉正常运行时，共同完成将炉膛出口未燃尽的红热煤粒送回炉膛底部的功能。

红渣指温度达到800℃以上红热已点燃的细小煤粒的集合体。

本发明人曾在申请号200910014730.6“使用红渣发生器的循环流化床锅炉无油点火系统”的说明书中记载了“使用红渣发生器的循环流化床锅炉无油点火系统配置气体燃料燃烧器，在返料风道内近返料风布风板部位装置气体燃料燃烧器。只要有足够高的热值，能够产生900℃以上的烟气空气混合物，引燃并支持启动煤燃烧，产生800℃以上数量足够的红渣即可。”“返料风布风板(包括风帽)的材质应能够长期在1000℃下安全工作”及“使用布朗气(氢氧气)预热、点火的红渣发生器的循环流化床锅炉点火系统”的技术特征。

本发明人曾在申请号200910229408.5“电站燃煤锅炉天然气点火系统”的说明书中完整记载了用于煤粉炉的“天然气、空气增压预混及分配子系统”的技术特征。

(三)发明内容：

所要解决的技术问题：

循环流化床锅炉天然气点火系统采用天然气、空气增压预混及分配子系统燃点红渣发生器，红渣发生器产生的红渣点燃循环流化床锅炉，实现循环流化床锅炉无油启动，既克服了高温空气点火系统的诸多缺点，也显著改进了“使用红渣发生器的循环流化床锅炉无油点火系统”中的技术方案，使设备投资进一步降低，能耗进一步降低，启动时间缩短。

解决其技术问题采用的技术方案：

本发明循环流化床锅炉天然气点火系统包括炉膛(1)、切向进口管(2)、中心出口管(3)、旋风分离器本体(4)、垂直料封管(5)、返料器(6)、返料管(7)、燃煤仓(15)、主给煤机(17)、上二次风口(19)、下二次风口(20)、调速罗茨风机(24)、天然气预热、点火组件(25)、启动煤仓(28)、仓泵(29)、双闸板阀(30)、天然气供气母管(21)、天然气变量增压机入口压力变送器(22)、球阀(23)、天然气变量增压机(26)、空气变量增压机(27)、空气吸入过滤器(31)、关断逆止阀(32)、天然气变量增压机出口阻火器(33)、天然气变量增压机驱动电机(34)、空气变量增压机出口阻火器(35)、空气变量增压机驱动电机(36)、天然气空气预混器压力变送器(37)、天然气空气预混器(38)、天然气空气预混器出口阻火器(39)、天然气变量增压机用变频电源(40)、空气变量增压机用变频电源(41)、天然气空气增压预混控制计算机(42)、球阀(43)、分支阻火器(44)、炉前母管(45)；天然气空气混合气易于分配、易于控制、易于点火、发热量高，在旋风分离器本体(4)下部、垂直料封管(5)、返料器(6)、切向进口管(2)、中心出口管(3)各部位装有多套天然气预热、点火组件(25)；包括旋风分离器本体(4)、垂直料封管(5)、切向进口管(2)、中心出口管(3)的旋风分离器是一个易于升温又耐高温的有限空间，主要利用启动煤自身燃烧产生的热量发生红渣，又具备流态化向炉膛(1)输送红渣的条件，在启动过程中用作红渣发生器；天然气预热、点火组件(25)提供必要的启动引燃条件，细小煤粒红热后发出的部分热量已足够点燃等量或者更多的细小煤粒，成为一个可持续过程；在旋风分离器本体(4)的中部增加启动煤进煤口，该进煤口由耐热合金钢制成，进煤口内覆盖耐磨耐火材料，近旋风分离器1m处的进煤管上设置耐高温的金属密封的双闸板阀；循环流化床锅炉启动时，先用天然气预热、点火组件(25)按耐火材料允许的温升速度，预热旋风分离器本体(4)下部、垂直料封管(5)、返料器(6)到900℃，从旋风分离器本体(4)中部的进煤口开始进煤，粒度0.5到8mm，第一批进煤加到煤位略高于垂直料封管(5)上口处停止；细小煤粒在热壁和天然气预热、点火组件(25)的联合作用下迅速被点燃，由外向中心发展，同时辅以低风压返料风用作红渣发生器中细小煤粒的一次风，到第一批进煤红热达800℃时红渣生成，第二批进煤覆盖第一批红渣后，旋即被快速点燃；此时以脉冲方式送入高压返料风，垂直料封管(5)和返料器(6)内的红渣处于下行流化态，部份红渣被吹进炉膛(1)，分布在先期铺好在炉膛(1)内的底渣之上；控制高压返料风脉冲持续时间和进煤速度，调整红渣送出量与进煤量动态基本平衡；控制低风压返料风的风压、风温和持续时间，控制红渣温度，形成可持续的准稳态红渣发生和输送过程，到向炉膛(1)输送的红渣总量与先期铺好的底渣量大致相当或者更多时，可启动一次风机；如床温尚偏低可继续产生红渣，向炉膛(1)打入红渣；如床温已达标则可开始用主给煤机(17)对流化床加煤，启动过程完成，转入正常运行状态。

本发明循环流化床锅炉天然气点火系统最大限度利用了点火煤自身的热值，点火需要的电功率与高温空气点火系统相比大致要小2个数量级，与使用布朗气(氢氧气)预热、点火的红渣发生器的循环流化床锅炉点火系统相比大致要小1个数量级。

本发明循环流化床锅炉天然气点火系统在旋风分离器本体中部(低于中心管下口)增加启动煤进煤口，该进煤口由耐热合金钢制成，口内复盖耐磨耐火材料，近旋风分离器1m处的进煤管上设置耐高温的金属密封的双闸板阀；在旋风分离器本体下部、垂直料封管、返料器等部位装有多套天然气预热、点火组件；经以上改造的旋风分离器系统在循环流化床锅炉启动期间用作红渣发生器，为启动过程提供800℃以上数量足够的红渣。启动过程完成后，旋风分离器原有功能不受影响。

循环流化床锅炉启动时，先用天然气预热、点火组件按耐火材料允许的温升速度，预热旋风分离器本体下部、垂直料封管、返料器等部位到900℃，从旋风分离器本体中部的进煤口开始进煤，最好是无烟煤，粒度0.5到8mm，第一批进煤加到煤位略高于垂直料封管上口处停止。细小煤粒在热壁和天然气加热的联合作用下迅速被点燃，由外向中心发展，同时辅以低风压返料风用作红渣发生器中细小煤粒的一次风，到第一批进煤红热达800℃时红渣生成，第二批进煤覆盖第一批红渣后，旋即被快速点燃，此时以脉冲方式送入高压返料风，垂直料封管和返料器内的红渣处于下行流化态，部份红渣被吹进炉膛，分布在先期铺好在炉膛内的底渣之上。控制高压返料风脉冲持续时间和进煤速度，调整红渣送出量与进煤量动态基本平衡；控制低风压返料风的风压和持续时间，可控制红渣温度，至此已形成可持续的准稳态红渣发生和输送过程，可待机逐点停用天然气预热、点火组件；到向炉膛输送的红渣量与先期铺好的底渣量大致相当或者更多时，可启动一次风机，如床温尚偏低可继续产生红渣，向炉膛打入红渣；如床温已达标则可开始用主给煤机对流化床加煤，启动过程完成，转入正常运行状态。

启动煤仓(28)用于存放启动煤；启动煤最好是无烟煤，也可以用贫煤、热值较高的煤矸石或者上述各煤种的混煤，启动煤在红渣发生器(旋风分离器)中，温度800℃到900℃区间不能结焦和结渣，在高压返料风作用下，应表现良好的向下流化状态。

因为易结焦，易引起红渣发生器(旋风分离器)超温，不选用高挥发份高热值烟煤、高挥发份高水分褐煤做启动煤，如果要用，需掺入煤矸石、无烟煤、炉渣等改性；本发明不适合用煤泥、粉煤做启动煤。

对汽冷式或者水冷式旋风分离器应关注启动过程中用作红渣发生器时，仍有必要的冷却条件，避免受热面超温。

在启动过程中将旋风分离器系统经改造用作红渣发生器是本发明的核心之一，这里所述改造是广义的，既包括对已投产的循环流化床锅炉的改造，也包括对尚在图板上或者生产线上的循环流化床锅炉增加前述功能。

本发明循环流化床锅炉天然气点火系统中的“天然气”泛指工程就近容易得到的具有较高热值的可燃气体，包括管道天然气、压缩天然气、液化天然气、页岩气、煤田气、炼油裂化气、炼焦煤气，具有较高热值的可燃气体只要能够满足本发明可生成红渣用于循环流化床锅炉启动过程者均属于本发明保护范围。

点火煤输送选用仓泵正压稀相输送。输送过程输送风压恒高于返料风压，输送完成时，输煤管内洁净，循环流化床锅炉正常运行时隔离方便有效，无管内存煤被高温烟气点燃的危险。设备较易布置，投资较少。

仓泵台数等于旋风分离器台数，仓泵容积取较小值，少量多次输送；配套阀门采用金属密封的双闸板阀。

仓泵输送启动煤所需的压缩空气由厂用杂用压缩空气系统供气。

发明的有益效果：

●适用于燃用各种煤种的各种型号的循环流化床锅炉；

●循环流化床锅炉的旋风分离器是一个易于升温又耐高温的有限空间，主要利用启动煤自身燃烧产生的热量发生红渣，又具备流态化向炉膛输送红渣的条件；

●天然气预热、点火只是一个必要的启动引燃条件，细小煤粒红热后发出的部分热量已足够燃点等量或者更多的细小煤粒，成为一个可持续过程，本发明的点火电耗只有现有技术的循环流化床锅炉用的无油点火系统的1／100或者更少；

●启动过程完成后，旋风分离器原有功能不受影响；

●与“在返料风道内近返料风布风板部位装置气体燃料燃烧器”方案相比，对返料风布风板(包括风帽)的材质耐温性能要求降低、造价降低，对可燃气体的热值要求降低，可燃气体的可选范围扩大，启动过程耗气量显著减少，启动时间缩短；

●红渣发生、输送过程受DCS(分布式控制系统)控制；

●在循环流化床锅炉点火期间可以投入电除生，环保性能好；

●无油启动燃煤循环流化床锅炉，对新建电厂，在规划、设计阶段就可以取消油罐区、油泵房和炉前油系统，显著降低造价；

●无油启动燃煤循环流化床锅炉，低电耗，低气耗，极低的运行费用，与现有技术用轻柴油启动燃煤循环流化床锅炉相比，运行费用要低2个数量级。

(四)附图说明：

图1为循环流化床锅炉天然气点火系统。

大型循环流化床锅炉配有3个或者更多个旋风分离器，图1中仅画出一个旋风分离器，一个仓泵示意，未画出的旋风分离器、仓泵，以相同方式处理。

仓泵正常工作必需的进料阀、出料阀、进气阀、调节阀等未在图中标出。

图2为天然气、空气增压预混及分配子系统。

在图1、图2中：

1炉膛、        2切向进口管、    3中心出口管、  4旋风分离器本体、

5垂直料封管、  6返料器、        7返料管、      8尾部烟道、

9空气预热器、  10烟囱、         11除生器、     12一次风机、

13送风机、     14引风机、       15燃煤仓、     16石灰石仓、

17主给煤机、   18冷渣排渣装置、 19上二次风口、 20下二次风口、

21天然气供气母管、              22天然气变量增压机入口压力变送器、

23球阀、             24调速罗茨风机、   25天然气预热、点火组件、

26天然气变量增压机、 27空气变量增压机、 28启动煤仓、

29仓泵、             30双闸板阀、       31空气吸入过滤器、

32关断逆止阀、       33天然气变量增压机出口阻火器、

34天然气变量增压机驱动电机、      35空气变量增压机出口阻火器、

36空气变量增压机驱动电机、        37天然气空气预混器压力变送器、

38天然气空气预混器、              39天然气空气预混器出口阻火器、

40天然气变量增压机用变频电源、    41空气变量增压机用变频电源、

42天然气空气增压预混控制计算机、  43球阀、

44分支阻火器、                    45炉前母管、

(五)具体实施方式：

现结合图1、图2说明实现发明的优选方式。

本发明循环流化床锅炉天然气点火系统包括炉膛1、切向进口管2、中心出口管3、旋风分离器本体4、垂直料封管5、返料器6、返料管7、燃煤仓15、主给煤机17、上二次风口19、下二次风口20、调速罗茨风机24、天然气预热、点火组件25、启动煤仓28、仓泵29、双闸板阀30、天然气供气母管21、天然气变量增压机入口压力变送器22、球阀23、天然气变量增压机26、空气变量增压机27、空气吸入过滤器31、关断逆止阀32、天然气变量增压机出口阻火器33、天然气变量增压机驱动电机34、空气变量增压机出口阻火器35、空气变量增压机驱动电机36、天然气空气预混器压力变送器37、天然气空气预混器38、天然气空气预混器出口阻火器39、天然气变量增压机用变频电源40、空气变量增压机用变频电源41、天然气空气增压预混控制计算机42、球阀43、分支阻火器44、炉前母管45；天然气空气混合气易于分配、易于控制、易于点火、发热量高，在旋风分离器本体4下部、垂直料封管5、返料器6、切向进口管2、中心出口管3各部位装有多套天然气预热、点火组件25；包括旋风分离器本体4、垂直料封管5、切向进口管2、中心出口管3的旋风分离器是一个易于升温又耐高温的有限空间，主要利用启动煤自身燃烧产生的热量发生红渣，又具备流态化向炉膛1输送红渣的条件，在启动过程中用作红渣发生器；天然气预热、点火组件25提供必要的启动引燃条件，细小煤粒红热后发出的部分热量已足够点燃等量或者更多的细小煤粒，成为一个可持续过程；在旋风分离器本体4的中部增加启动煤进煤口，该进煤口由耐热合金钢制成，进煤口内覆盖耐磨耐火材料，近旋风分离器1m处的进煤管上设置耐高温的金属密封的双闸板阀；循环流化床锅炉启动时，先用天然气预热、点火组件25按耐火材料允许的温升速度，预热旋风分离器本体4下部、垂直料封管5、返料器6到900℃，从旋风分离器本体4中部的进煤口开始进煤，粒度0.5到8mm，第一批进煤加到煤位略高于垂直料封管5上口处停止；细小煤粒在热壁和天然气预热、点火组件25的联合作用下迅速被点燃，由外向中心发展，同时辅以低风压返料风用作红渣发生器中细小煤粒的一次风，到第一批进煤红热达800℃时红渣生成，第二批进煤覆盖第一批红渣后，旋即被快速点燃；此时以脉冲方式送入高压返料风，垂直料封管5和返料器6内的红渣处于下行流化态，部份红渣被吹进炉膛1，分布在先期铺好在炉膛1内的底渣之上；控制高压返料风脉冲持续时间和进煤速度，调整红渣送出量与进煤量动态基本平衡；控制低风压返料风的风压、风温和持续时间，控制红渣温度，形成可持续的准稳态红渣发生和输送过程，到向炉膛1输送的红渣总量与先期铺好的底渣量大致相当或者更多时，可启动一次风机；如床温尚偏低可继续产生红渣，向炉膛1打入红渣；如床温已达标则可开始用主给煤机17对流化床加煤，启动过程完成，转入正常运行状态。

天然气、空气增压预混及分配子系统包括天然气供气母管21、天然气变量增压机入口压力变送器22、球阀23、天然气变量增压机26、空气变量增压机27、空气吸入过滤器31、关断逆止阀32、天然气变量增压机出口阻火器33、天然气变量增压机驱动电机34、空气变量增压机出口阻火器35、空气变量增压机驱动电机36、天然气空气预混器压力变送器37、天然气空气预混器38、天然气空气预混器出口阻火器39、天然气变量增压机用变频电源40、空气变量增压机用变频电源41、天然气空气增压预混控制计算机42、球阀43、分支阻火器44、炉前母管45；空气变量增压机27与天然气变量增压机26均为变转速、固态密封的无油螺杆压缩机，空气变量增压机27的出力约为同转速天然气变量增压机26出力的10倍；空气经空气吸入过滤器31吸入空气变量增压机27的入口，增压后的空气经关断逆止阀32、空气变量增压机出口阻火器35进入天然气空气预混器38；天然气供气母管21内的天然气经球阀23吸入天然气变量增压机26的入口，增压后的天然气经关断逆止阀32、天然气变量增压机出口阻火器33进入天然气空气预混器38；天然气空气预混器38出口的天然气空气混合气体经关断逆止阀32、天然气空气预混器出口阻火器39送入炉前母管45，至各燃烧器的支管均配有分支阻火器44和球阀43；在天然气空气预混器38上设置有天然气空气预混器压力变送器37，当进入天然气空气预混器38的天然气和空气容积流量之和大于流出的天然气空气混合气体容积流量时，天然气空气预混器压力上升，反之，天然气空气预混器压力下降；天然气空气预混器压力变送器37和天然气变量增压机入口压力变送器22均受天然气空气增压预混控制计算机42监控；当天然气空气预混器压力升高时天然气空气增压预混控制计算机42指令空气变量增压机用变频电源41降低输出频率，空气变量增压机驱动电机36转速下降，当天然气空气预混器压力升高到0.2MPa时，空气变量增压机驱动电机36转速下降到0，当天然气空气预混器压力下降到0.15MPa时转速升高到最大值，此时天然气、空气增压预混及分配子系统的出力也达到最大值，应比电站锅炉点火过程中需要的天然气空气预混气最大值略高，在整个电站锅炉点火启动过程中增压预混量与消耗量自动保持动态平衡；空气变量增压机驱动电机36和天然气变量增压机驱动电机34均自带转速传感器，天然气空气增压预混控制计算机42可以测算出空气变量增压机27压入天然气空气预混器38的空气标准状态下的容积流量，进一步可以推算出需要压入天然气空气预混器38的天然气标准状态下的容积流量并指令天然气变量增压机驱动电机34达到需要的转速；在天然气空气增压预混控制计算机42的人机接口界面上可以显示天然气和空气的即时流量、天然气的累计流量；在天然气变量增压机26的进口装设有天然气变量增压机入口压力变送器22用于修正天然气供气母管21内的压力波动对天然气标准状态下的容积流量的影响。

天然气、空气增压预混后易燃易爆，本子系统设置了3级阻火器，2级关断逆止阀以策安全；阻火器是用来阻止天然气回火的安全装置，它由一种能够通过气体的、具有许多细小通道或缝隙的固体材料和进、出口连接件所组成，当火焰进入阻火器后，被阻火元件分成许多细小的火焰流，由于传热作用气体被冷却和器壁效应，火焰流猝灭；本子系统采用不锈钢阻火元件；分支阻火器43是一种使用粉末冶金不锈钢止火元件的焊接式阻火器，可以多次连续阻火。

天然气空气预混器38为一柱锥形壳体，空气进入一个环形联箱，由径向向心多喷嘴射入；天然气由轴向多喷嘴射入；天然气空气混合气体由截锥体顶部引出。天然气空气预混器38的壳体强度足以承受天然气空气混合气体的爆燃压力而不破坏。

空气变量增压用变频电源41和天然气变量增压用变频电源40为带控制接口的变频电源，具有矢量控制特性，配有冷却风扇，可以输出0至50Hz三相交流，分别与自带转速传感器的空气变量增压机驱动电机36和天然气变量增压机驱动电机34相配合，接受天然气空气增压预混控制计算机42的指令，精确控制空气变量增压机27与天然气变量增压机26的转速。空气变量增压用变频电源41和天然气变量增压用变频电源42所带的转速控制接口可以是模拟量接口，如4_20mA、0_10V，也可以是数字接口，如RS485、DeviceNet、Profibus-DP、Modbus、CAN、SIMOLINK或者同时具有2类接口。

天然气变量增压机驱动电机34应满足各项防爆要求，空气变量增压机驱动电机36如果与天然气变量增压机驱动电机34布置在一起，也应满足各项防爆要求。

天然气空气增压预混控制计算机42是一台带有模拟量／数字量I／O接口和通讯接口的工控机，配有实现前述各项监控功能的软件；天然气空气增压预混控制计算机42的全部功能也可以在电站锅炉已有的DCS控制柜和DCS操作员站中实现。

天然气空气混合气体输送管道、炉前母管45、各分支管路均采用无缝钢管，不锈钢材质；全部管道架空布置，多点接地，各点接地良好，避免静电引发不可控的爆燃；管道连接采用焊接；天然气、空气增压预混及分配子系统中球阀43在不同部位有不同通径，均使用密封性能优异开关灵活的不锈钢球阀，气动或者电动，防爆；关断逆止阀32兼有逆止阀和关断阀功能，不锈钢材质，气动或者电动，防爆；所有的管道和阀门的承压能力均足以承受天然气空气混合气体的爆燃压力而不破坏。

从安全角度考虑，天然气、空气增压预混及分配子系统每炉一套。

本子系统天然气采用低压供气，正常天然气供气压力为2kPa至4kPa，采用低压供气的优点是系统可控性好、安全性好、易于计量。如果电站锅炉离开天然气供气中心站较远可以用中压输气管(0.4MPa到1.6MPa)送到电站锅炉附近，用调压站降压后送到天然气供气母管21，较长的中压输气管可以起到提供高峰天然气流的作用。

本发明循环流化床锅炉天然气点火系统中的“天然气”泛指工程就近容易得到的具有较高热值的可燃气体，包括管道天然气、压缩天然气、LNG(液化天然气)、页岩气、煤田气、炼油裂化气、炼焦煤气，具有较高热值的可燃气体只要能够满足本发明生成红渣用于循环流化床锅炉启动过程者均属于本发明保护范围。

本实施方式在旋风分离器本体4下部、垂直料封管5、返料器6等部位装有多套天然气预热、点火组件25；每套天然气预热、点火组件25由天然气燃烧喷嘴、电火花发生器、阻火器、天然气流量控制短管、燃烧喷嘴启停电磁阀等部件组成；天然气燃烧喷嘴采用短焰型耐高温燃烧喷嘴，采用从垂直料封管5的耐火面缩进一段距离的结构、形状，避免高温红渣的损害；天然气流量控制短管内天然气的流速应颇高于天然气回火速度(11.2m／s)。

在旋风分离器本体中部(低于中心管下口)增加进煤口，该进煤口由耐热合金钢制成，口内复盖耐磨耐火材料，近旋风分离器1m处设置耐高温的金属密封的双闸板阀；经以上改造的旋风分离器系统在循环流化床锅炉启动期间用作红渣发生器。

电火花发生器是一种微小功率连续电火花发生器，其火花塞安装在天然气燃烧喷嘴出口附近但不易被红渣流损害的部位，在燃烧喷嘴启停电磁阀开启前即投入，在燃烧喷嘴启停电磁阀关闭后才停止，以确保天然气燃烧连续可靠而无需设置火检；电火花发生器投／停受PLC(可编程控制器)控制，并自带投／停成功的反馈信号。

天然气预热、点火组件用的阻火器是一种使用粉末冶金不锈钢止火元件的焊接式阻火器，可以多次连续阻火。

天然气预热、点火组件控制短管可以是直流道，也可以是螺旋式流道，用于控制天然气预热、点火组件的流量，具有恒流作用，当一次风压较大幅度变化时天然气流量可保持稳定；天然气流量控制短管内天然气的流速应颇高于天然气回火速度，也具有防止回火的作用。

为确保天然气预热、点火组件关闭严密，2只燃烧喷嘴启停电磁阀串联使用，不锈钢材质，电磁线圈密封防爆，F级绝缘，停电关闭。

对汽冷式或者水冷式旋风分离器应关注启动过程中用作红渣发生器时，有必要的冷却条件，避免受热面超温。

采用仓泵正压稀相输送将点火煤送入垂直料封管5和旋风分离器本体4下部，输送过程中输送风压恒高于返料风压，输送完成时，输煤管内洁净无存煤；对有多个旋风分离器的循环流化床锅炉，仓泵29的个数等于旋风分离器的个数。

仓泵输送启动煤所需的压缩空气由厂用杂用压缩空气系统供气。

在旋风分离器切向进口管、顶部出口管等部位装有多套天然气预热、点火组件；每套天然气预热、点火组件由天然气燃烧喷嘴、燃烧喷嘴启停电磁阀、天然气流量控制短管、阻火器组成；在循环流化床锅炉中、高负荷时，注入的天然气燃烧时具有的催化特性，可以有效加速CO的燃烧，明显降低燃煤锅炉机械未完全燃烧损失q₄、化学未完全燃烧损失q₃，提高锅炉运行效率，降低NOx排放；在循环流化床锅炉低负荷时，床温过低会严重影响锅炉燃烧稳定和运行效率，适时打开旋风分离器上的进煤口并投入天然气可以有效提高床温，提升锅炉运行效率和稳定燃烧过程。

在每个旋风分离器本体4近垂直料封管5处装有2点气阻式料位开关，进DCS，在启动状态，当料位低信号发出，DCS控制仓泵正压稀相输送系统上煤；在每个旋风分离器上装有多点温度传感器用于对红渣发生、输送过程进行监控。

本实施方式采用天然气、空气增压预混及分配子系统燃点红渣发生器，红渣发生器产生的红渣点燃循环流化床锅炉，实现循环流化床锅炉无油启动，提供了一种低点火能耗、极低运行费用的实用的循环流化床锅炉用的无油点火系统。

Claims (10)

1.一种循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征在于：包括炉膛(1)、切向进口管(2)、中心出口管(3)、旋风分离器本体(4)、垂直料封管(5)、返料器(6)、返料管(7)、燃煤仓(15)、主给煤机(17)、上二次风口(19)、下二次风口(20)、调速罗茨风机(24)、天然气预热、点火组件(25)、启动煤仓(28)、仓泵(29)、双闸板阀(30)、天然气供气母管(21)、天然气变量增压机入口压力变送器(22)、球阀(23)、天然气变量增压机(26)、空气变量增压机(27)、空气吸入过滤器(31)、关断逆止阀(32)、天然气变量增压机出口阻火器(33)、天然气变量增压机驱动电机(34)、空气变量增压机出口阻火器(35)、空气变量增压机驱动电机(36)、天然气空气预混器压力变送器(37)、天然气空气预混器(38)、天然气空气预混器出口阻火器(39)、天然气变量增压机用变频电源(40)、空气变量增压机用变频电源(41)、天然气空气增压预混控制计算机(42)、球阀(43)、分支阻火器(44)、炉前母管(45)；天然气空气混合气易于分配、易于控制、易于点火、发热量高，在旋风分离器本体(4)下部、垂直料封管(5)、返料器(6)、切向进口管(2)、中心出口管(3)各部位装有多套天然气预热、点火组件(25)；包括旋风分离器本体(4)、垂直料封管(5)、切向进口管(2)、中心出口管(3)的旋风分离器是一个易于升温又耐高温的有限空间，主要利用启动煤自身燃烧产生的热量发生红渣，又具备流态化向炉膛(1)输送红渣的条件，在启动过程中用作红渣发生器；天然气预热、点火组件(25)提供必要的起动引燃条件，细小煤粒红热后发出的部分热量已足够点燃等量或者更多的细小煤粒，成为一个可持续过程；在旋风分离器本体(4)的中部增加启动煤进煤口，该进煤口由耐热合金钢制成，进煤口内覆盖耐磨耐火材料，近旋风分离器1m处的进煤管上设置耐高温的金属密封的双闸板阀；循环流化床锅炉起动时，先用天然气预热、点火组件(25)按耐火材料允许的温升速度，预热旋风分离器本体(4)下部、垂直料封管(5)、返料器(6)到900℃，从旋风分离器本体(4)中部的进煤口开始进煤，粒度0.5到8mm，第一批进煤加到煤位略高于垂直料封管(5)上口处停止；细小煤粒在热壁和天然气预热、点火组件(25)的联合作用下迅速被点燃，由外向中心发展，同时辅以低风压返料风用作红渣发生器中细小煤粒的一次风，到第一批进煤红热达800℃时红渣生成，第二批进煤覆盖第一批红渣后，旋即被快速点燃；此时以脉冲方式送入高压返料风，垂直料封管(5)和返料器(6)内的红渣处于下行流化态，部份红渣被吹进炉膛(1)，分布在先期铺好在炉膛(1)内的底渣之上；控制高压返料风脉冲持续时间和进煤速度，调整红渣送出量与进煤量动态基本平衡；控制低风压返料风的风压、风温和持续时间，控制红渣温度，形成可持续的准稳态红渣发生和输送过程，到向炉膛(1)输送的红渣总量与先期铺好的底渣量大致相当或者更多时，可启动一次风机；如床温尚偏低可继续产生红渣，向炉膛(1)打入红渣；如床温已达标则可开始用主给煤机(17)对流化床加煤，起动过程完成，转入正常运行状态。

2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征是所述的空气变量增压机(27)与天然气变量增压机(26)均为变转速、固态密封的无油螺杆压缩机，空气变量增压机(27)的出力约为同转速天然气变量增压机(26)出力的10倍；空气经空气吸入过滤器(31)吸入空气变量增压机(27)的入口，增压后的空气经关断逆止阀(32)、空气变量增压机出口阻火器(35)进入天然气空气预混器(38)；天然气供气母管(21)内的天然气经球阀(23)吸入天然气变量增压机(26)的入口，增压后的天然气经关断逆止阀(32)、天然气变量增压机出口阻火器(33)进入天然气空气预混器(38)；天然气空气预混器(38)出口的天然气空气混合气体经关断逆止阀(32)、天然气空气预混器出口阻火器(39)送入炉前母管(45)，至各燃烧器的支管均配有分支阻火器(44)和球阀(43)；在天然气空气预混器(38)上设置有天然气空气预混器压力变送器(37)，当进入天然气空气预混器(38)的天然气和空气容积流量之和大于流出的天然气空气混合气体容积流量时，天然气空气预混器压力上升，反之，天然气空气预混器压力下降；天然气空气预混器压力变送器(37)和天然气变量增压机入口压力变送器(22)均受天然气空气增压预混控制计算机(42)监控；当天然气空气预混器压力升高时天然气空气增压预混控制计算机(42)指令空气变量增压机用变频电源(41)降低输出频率，空气变量增压机驱动电机(36)转速下降，当天然气空气预混器压力升高到0.2MPa时，空气变量增压机驱动电机(36)转速下降到0，当天然气空气预混器压力下降到0.15MPa时转速升高到最大值，此时天然气、空气增压预混及分配子系统的出力也达到最大值，应比电站锅炉点火过程中需要的天然气空气预混气最大值略高，在整个电站锅炉点火启动过程中增压预混量与消耗量自动保持动态平衡；空气变量增压机驱动电机(36)和天然气变量增压机驱动电机(34)均自带转速传感器，天然气空气增压预混控制计算机(42)可以测算出空气变量增压机(27)压入天然气空气预混器(38)的空气标准状态下的容积流量，进一步可以推算出需要压入天然气空气预混器(38)的天然气标准状态下的容积流量并指令天然气变量增压机驱动电机(34)达到需要的转速；在天然气空气增压预混控制计算机(42)的人机接口界面上可以显示天然气和空气的即时流量、天然气的累计流量；在天然气变量增压机(26)的进口装设有天然气变量增压机入口压力变送器(22)用于修正天然气供气母管(21)内的压力波动对天然气标准状态下的容积流量的影响。

3.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征是所述的空气变量增压用变频电源(41)和天然气变量增压用变频电源(40)为带控制接口的变频电源，具有矢量控制特性，配有冷却风扇，可以输出0至50Hz三相交流，分别与自带转速传感器的空气变量增压机驱动电机(36)和天然气变量增压机驱动电机(34)相配合，接受天然气空气增压预混控制计算机(42)的指令，精确控制空气变量增压机(27)与天然气变量增压机(26)的转速；空气变量增压用变频电源(41)和天然气变量增压用变频电源(42)所带的转速控制接口可以是模拟量接口，如4_20mA、0_10V，也可以是数字接口，如RS485、DeviceNet、Profibus-DP、Modbus、CAN、SIMOLINK或者同时具有2类接口。

4.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征是所述的采用仓泵正压稀相输送将点火煤送入垂直料封管(5)和旋风分离器本体(4)下部，输送过程中输送风压恒高于返料风压，输送完成时，输煤管内洁净无存煤；对有多个旋风分离器的循环流化床锅炉，仓泵(29)的个数等于旋风分离器的个数。

5.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征是在所述的旋风分离器本体(4)下部、垂直料封管(5)、返料器(6)装有多套天然气预热、点火组件(25)；每套天然气预热、点火组件(25)由天然气燃烧喷嘴、电火花发生器、阻火器、天然气流量控制短管、燃烧喷嘴启停电磁阀等部件组成；天然气燃烧喷嘴采用短焰型耐高温燃烧喷嘴，采用从垂直料封管(5)的耐火面缩进一段距离的结构、形状，避免高温红渣的损害；天然气流量控制短管内天然气的流速应颇高于天然气回火速度。

6.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征是在所述的旋风分离器切向进口管(2)进口、顶部出口管(3)出口装有多套天然气预热、点火组件(25)；每套天然气预热、点火组件由天然气燃烧喷嘴、燃烧喷嘴启停电磁阀、天然气流量控制短管、阻火器组成；天然气燃烧喷嘴采用长焰型耐高温燃烧喷嘴；在循环流化床锅炉中、高负荷时，注入的天然气燃烧时具有的催化特性，可以有效加速CO的燃烧，明显降低锅炉机械未完全燃烧损失q₄、化学未完全燃烧损失q₃，提高锅炉运行效率，降低NOx排放；在循环流化床锅炉低负荷时，床温过低会严重影响锅炉燃烧稳定和运行效率，适时打开旋风分离器上的进煤口并投入天然气可以有效提高床温，提升锅炉运行效率和稳定燃烧过程。

7.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征是在所述的每个旋风分离器本体(4)近垂直料封管(5)处装有2点气阻式料位开关，进DCS，在起动状态，当料位低信号发出，DCS控制仓泵正压稀相输送系统上煤；在每个旋风分离器上装有多点温度传感器用于对红渣发生、输送过程进行监控。

8.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征是所述的“天然气”泛指工程就近容易得到的具有较高热值的可燃气体，包括管道天然气、压缩天然气、液化天然气、页岩气、煤田气、炼油裂化气、炼焦煤气，具有较高热值的可燃气体只要能够满足本发明可生成红渣用于循环流化床锅炉启动过程者均属于本发明保护范围。

9.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征是所述的启动煤仓(28)用于存放启动煤；启动煤最好是无烟煤，也可以用贫煤、热值较高的煤矸石或者上述各煤种的混煤，启动煤在红渣发生器中，温度800℃到900℃区间不能结焦和结渣，在高压返料风作用下，应表现良好的向下流化状态。

10.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉天然气点火系统，其特征是所述的天然气空气混合气体输送管道、炉前母管(45)、各分支管路均采用无缝钢管，不锈钢材质；全部管道架空布置，多点接地，各点接地良好，避免静电引发不可控的爆燃；管道连接采用焊接；天然气、空气增压预混及分配子系统中球阀(43)在不同部位有不同通径，均使用密封性能优异开关灵活的不锈钢球阀，气动或者电动，防爆；关断逆止阀(32)兼有逆止阀和关断阀功能，不锈钢材质，气动或者电动，防爆；所有的管道和阀门的承压能力均足以承受天然气空气混合气体的爆燃压力而不破坏。

Images